ANALIZADOR DE MOVILIDAD DIFERENCIAL Y PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS DE LA MOVILIDAD ELÉCTRICA.

Analizador de movilidad diferencial y procedimiento de análisis de la movilidad eléctrica.

Analizador que comprende: conducto (7) principal para el paso de un flujo (F), entrada (1) de flujo secundario de muestra con partículas neutras (L) al conducto (7) principal, medios (4, 5) para generar un campo (E) eléctrico en la región (C) de clasificación, medios (3) para discriminar las partículas (P) según su movilidad eléctrica, medios (6) para cargar las partículas en la región (C) de clasificación que es alcanzada el flujo (L) secundario tras haber entrado en el conducto (7) principal. Esto permite evitar la neutralización de partículas de distinto signo por choques entre sí o con las paredes y su crecimiento en tamaño por reacciones con el medio. El procedimiento comprende establecer un flujo (F) principal, inyectarle un flujo (L) secundario y que éste quede adherido a la pared por la que se inyecta, hacer pasar ambos por un campo (E), cargar las partículas del flujo secundario (L) y barrer un campo eléctrico para discriminar las partículas cargadas según su movilidad eléctrica.

Analizador de movilidad diferencial y procedimiento de análisis de la movilidad eléctrica

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de esta invención es un analizador de movilidad diferencial (DMA) . Los analizadores de movilidad diferencial p ermiten l a cl asificación de partículas car gadas o m oléculas ion izadas en func ión d e su movi lidad eléctrica. La muestra a an alizar req uiere el uso d e u na etapa d e ion ización de l as moléc ulas o c argado d e las partículas, que en el estado de la técnica se lleva a cabofuera de la región de clasificación de tal modo que la muestra, u na vez io nizada o carg ada, se in yecta e n e l interior d e l a regi ón de cla sificación del analizador de movilidad diferencial.

Por el contrario, la presente invención lleva a cabo la ionización o cargado de la muestra a analizar en su interior para evitar el tiem po que transc urre desde que se generan las partículas cargadas o moléculas ionizadas hasta que entran en la llamada región de clasificación. Como resultado se reduce el tiempo disponible para que los iones se reco mbinen, pu edan crecer de ta maño p or agr egación por ejemplo co n ag ua o chocar co n las par edes internas de l i nstrumento, c ediendo la c arga. La i nvención me jora l os result ados obten idos puesto q ue l a recombinación, agregación o choque de partículas cargadas o moléculas ionizadas desvirtúa tales resultados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Se conocen en el estado de la técn ica diversos modelos de a nalizadores de m ovilidad diferencial (DMA) cuyo pro pósito es el de o btener u na a lta resoluc ión en la discrimi nación d e partíc ulas car gadas o molécu las ionizadas, que englobaremos bajo el término común partículas cargadas, según su movilidad eléctrica.

El fundamento básico de un analizador de movilidad diferencial consiste en establecer un flujo de arrastre a través de un conducto principal en el que hay localizada lo que se llama una "región de clasificación" donde el flujo que la atraviesa fluye en condiciones lo más laminares posible.

Esta regi ón de cl asificación está s ometida en modo oper ativo a un c ampo eléctrico q ue cruza transversalmente el flujo de arrastre de modo que, cualquier partícula cargada que esté presente en el seno de la región de clasificación está s ometida a dos fuerzas, un a fuerza debido al flujo de arrastre y otra fuerza debido al campo eléctrico. A lo largo de la descripción, y en particular también cuando se haga uso de figuras, se considerará dirección longitudinal la dirección principal del flujo de arrastre y dirección transversal la dirección perpendicular que será esencialmente coincidente con la dirección del campo eléctrico.

Se dice que l a direcc ión de l campo eléctrico es es encialmente co incidente co n la dirección transv ersal porque el campo eléctrico puede estar modificado en su inclinación por ejemplo para mejorar la resolución o porque se desea algún efecto adicional sobre las medidas a realizar con el analizador.

Si el campo eléctrico está generado por ejemplo por la presencia de dos electrodos enfrentados y dejando entre si la región de clasificación, la inyección de partículas cargadas enun lado de la región de clasificación dará lugar a un conjunto de trayectorias cuyo recorrido dependerá de su movilidad eléctrica.

El flujo de arr astre llevar á a las partículas aguas a bajo y el cam po el éctrico arrastra rá transversal mente partículas cargadas en función de su movilidad eléctrica. De este modo, según la movilidad eléctrica, cada partícula cargada bajo l a infl uencia del camp o e léctrico i ncidirá antes o d espués segú n l a dir ección longitudinal. El lugar donde incide la partícula cargada determina la movilidad de la misma y permite su clasificación.

Una d e las c onfiguraciones más básic as de los analizadores d e movi lidad dif erencial con ocidos en el estado de la técnica está descrita por la solicitud de patente PCT con número de publicación WO03041114 la cual está basada en una simetría cilíndrica. La inyección se lleva a cabo a través de una ranura perimetral y la detección también se lleva a cabo en una ranura presente en el conjunto exterior.

Otras solicitu des d e pat entes como las qu e tien en núm ero d e pub licación WO2007020303 y WO2008003797 respectivamente hacen uso de una configuración plana o bidimensional. En particular, la segunda solicitud (W O2008003797) a demás incorpora un camp o eléctrico o blicuo que perm ite mej orar la r esolución d el dispositivo.

En todos los casos anteriores y en los documentos WO 94/16320, US5455417, US5047723 y US7339162 la inyección de la muestra a analizar en la región de clasificación, se lleva a cabo cuando las partículas contenidas en la muestra ya han sido cargadas. La operación de cargado se lleva a cabo antes de que la muestra alcance la región de clasificación.

Una v ez car gadas l as partículas d e l a mu estra, ésta d ebe ser tra nsportada hasta e ntrar en la reg ión d e clasificación. El transporte se produce mediante lo que denominaremos en esta descri pción como flujo secundario de la muestra y cuyo caudal es inferior a la velocidad de arrastre del flujo principal de arrastre.

Como los io nes so n generados fuer a d e la reg ión d e clasificación y ha n de s er t ransportados a e lla mediante el c audal en el q ue se ha llan i nmersos, e l ti empo de permanencia des de q ue s e g enera la partícula cargada h asta que ésta mis ma partícul a c argada e ntra en l a región d e clasific ación es de l mismo orde n qu e e l tiempo de vida de las partículas cargadas. Las partículas cargadas presentan gran avidez por recombinarse, pueden crecer de tamaño por agregación por ejemplo con agua o chocar con las paredes internas del instrumento, cediendo la car ga, d ando lu gar a p artículas distintas a las que es taban pr esentes en l a mu estra ori ginal a a nalizar. P or lo tanto, la recombinación da lugar a resultados desvirtuados ya que las lecturas pueden corresponderse a partículas que no son las originalmente introducidas en el analizador sino que son partículas modificadas por recombinación, partículas que presentan además menor concentración ya que hay una pérdida de las mismas debido a los cambios que se producen por el camino, lo cual induce una menor sensibilidad.

La presente i nvención establece un analizador de movi lidad difer encial qu e res uelve este pr oblema al generar las partículas cargadas cuando éstas ya están introducidas en la regió n de clasificación reduciendo drásticamente el tiempo de residencia que da lugar a la recombinación de partículas cargadas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La pres ente in vención cons iste en un an alizador d e mo vilidad difer encial qu e compre nde l os sigu ientes elementos:

Un co nducto p rincipal para e l paso d e u n fl ujo de arrastre don de este c onducto pr incipal dispone e n su interior de una región de clasificación.

Este con ducto pu ede ser a bierto o cerr ado. Si es cerra do tie ne la ve ntaja de q ue se pu ede h acer recircular en condiciones bien controladas. Este es el flujo que lleva a cabo el arrastre principal de la partícula. L a regi ón d e clasif icación es l a regi ón d e an álisis que s e enc uentra b ajo la influencia de l campo eléctrico par a establecer seg ún la movilidad eléctrica u na tra yectoria u otra. Esta regi ón de clasificación depende de la configuración particular del analizador y está habitualmente constituida por un volumen de control limitado entre dos secciones del conducto principal a través de las cuales pasa el flujo de arrastre. Esto es así tanto para configuraciones cilíndricas como bidimensionales o planas. En las confi guraciones bi dimensionales o p lanas, el frente de vel ocidades es esenc ialmente pl ano, exceptuando los efectos de las paredes. El campo eléctrico es esencialmente lineal y homogéneo en todos los p untos entre los el ectrodos q ue generan e l ca mpo el éctrico, exce ptuando los efectos de borde de éstos.

Una entrada d e fluj o secu ndario a l co nducto princi pal pa ra la i nyección de la m uestra a a nalizar si n cargar.

La entrada de flujo secundario es l a que permite introducir las p artículas a analizar. Al contrario a como suce de en el estado d e la técn ica, l as partícul as a anal izar n o e stán carg adas sino q ue e l cargado de las partículas se llevará a cabo en el interior del conducto principal.

Unos me dios para l a ge neración d e un ca mpo el éctrico en la re gión d e clasific ación dond e, en m odo operativo, el campo eléctrico es esencialmente transversal a la dirección del flujo de arrastre que fluye en la región...

1. Analizador de movilidad diferencial que comprende:

 un conducto (7) principal para el paso de un flujo (F) de arrastre donde este conducto (7) principal dispone en su interior de una región (C) de clasificación,  una entrada (1) de flujo (L) secundario al conducto (7) principal para la inyección de una muestra a analizar sin cargar,  unos medios (4, 5) para la g eneración de un campo (E) eléctrico en la región (C) de clasificación donde, en modo operativo, el campo (E) eléctrico es esencialmente transversal aladireccióndelflujo (F) de arrastre que fluye en la región (C) de clasificación,  unos medios (3) para determinar o discriminar la movilidad eléctrica de las partículas (P) cargadas

o moléculas ionizadas arrastradas por el campo (E) eléctrico,

caracterizado porque disp one de un os m edios (6) d e c argado t ales q ue en mod o operativo l levan a c abo e l cargado en la región (C) declasificación que es alcanzada por todo o por parte del flujo (L) secundario tras haber entrado en el conducto (7) principal.

2. Anal izador según l a reiv indicación 1 car acterizado porque la entrada (1) de l fluj o ( L) secu ndario está situa da aguas arriba de la región (C) de clasificación según la dirección del flujo (F) de arrastre.

3. Analizador según la reivindicación 1 caracterizado porque el conducto (7) principal dispone de un estrechamiento en el que se sitúa la región (C) de clasificación.

4. Analizador según la reivindicación 3 caracterizado porque el estrechamiento presenta aguas arriba una tobera (T) convergente cu ya secci ón l ongitudinal dis pone de u n p unto de i nflexión (I) tal que la entrad a (1 ) del fluj o (L) secundario se encuentra aguas abajo de este punto de inflexión (I) .

5. Anal izador según la reiv indicación 2 o 4 caracteriz ado porq ue l a e ntrada ( 1) tien e una c onfiguración ta l q ue establece en modo operativo un flujo (L) secundario ceñido a la pared del conducto (1) primario al menos hasta donde este flujo (L) secundario alcanza la región (C) de clasificación.

6. Analiz ador según la reiv indicación 5 c aracterizado porque la e ntrada (1) tien e una co nfiguración tal que establece un flujo (F) secundario en el punto de entrada al conducto (1) principal que es oblicuo yorientado hacia la dirección del flujo (F) de arrastre.

7. Analizador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque dispone de una salida (2) de drenaje tras la reg ión (C) de clas ificación p ara la r etirada de p arte o to do el fl ujo (L) secundario del fluj o (F ) d e arrastre.

8. Analizador según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios (6) de cargado son una fuente de emisión radiactiva, o una fuente de radiación ionizante preferentemente focalizada mediante medios ópticos o ambas.

9. Analizador según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios (6) de cargado comprenden la entrada de un flujo (V) que en modo operativo contiene un vector de carga donde dicha entrada está dispuesta de tal modo que la inyección del dicho flujo (V) con el vector de carga incide en el flujo (L) secundario con la muestra a analizar para su cargado.

10. Analizador según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios (3) para discriminar la movilidad eléctrica de las partículas (P) carg adas arrastradas por el campo (E) eléctrico consisten en una ranura (3) sit uada en una posición aguas abajo de una región (Z) de cargado alcanzable por las partículas (P) cargadas que corresponden a una movilidad eléctrica predeterminada.

11. Anal izador según la re ivindicación 1 caracterizado porque los m edios (3) para detectar o selecci onar las partículas (P) cargadas arrastradas por el campo (E) eléctrico consisten en uno más sensores o ranuras de salida situados en una posición aguas abajo de una región (Z) de cargado.

12. Procedimiento de análisis de la movilidad eléctrica de una muestra que contiene partículas susceptibles de ser cargadas caracterizado porque:

 se establece un flujo (F) de arrastre conducido por un conducto (7) principal al que se incorpora como flujo (L) secundario la muestra que contiene las partículas susceptibles de ser cargadas estableciendo condiciones de ambos flujos tales que elflujo secundario es transportado ceñido a la pared del conducto (7) principal;  se carga el flujo (L) secundario en una región (Z) situada en el interior de la región (C) de clasificación del conducto (7) principal;

 Se discrim inan las partícul as (P) en funci ón de su m ovilidad eléctrica haciendo u n b arrido del campo eléctrico en la región (C) .