痕量分析物检测有许多应用，例如在运输中心筛差个体和行李、邮件筛查、设备 安全应用、军事应用、法医学应用、毒品检测和鉴定、清洁确认、质量控制和原材料 鉴定。痕量分析物检测是检测少量分析物，通常为毫微克至微微克等级。痕量分析物 检测对于安全应用可尤其有用例如针对爆炸物、毒品或生物污染物中的组份对个体或 物品进行筛查，其中少量所述组份沉积于所述个体或行李或包表面。
在医药制造中痕量分析也很重要。参见(例如)坦(Tan)和德.波诺(DeBono)的今 日在职化学家(Today′sChemist at Work)；第15-16页，2004和穆登(Munden)等人的欧 洲医药技术(Pharm.Tech.Eur.)，2002年10月1日。在制造过程的开展和之后的定期 检查期间，必须检验设备的各个零件以防止医药成份因接触不干净的设备表面而污染。 在设备表面采样并分析痕量污染物。根据食品和药品管理准则，必须将制造设备中的 化学残余物降至可接受水平。
可使用各种不同技术用于痕量分析物检测。所述方法包括离子迁移谱(IMS)、质 谱、气相色谱、液相色谱和高效液相色谱(HPLC)。
IMS是用于快速并精确检测和鉴定痕量分析物(例如毒品、爆炸物和化学战剂) 的尤其有用技术。离子迁移谱仪的基本设计和操作阐述于(例如)离子迁移谱(Ion Mobility Spectrometry)(吉.伊斯曼(G.Eiceman)和泽.卡帕斯(Z.Karpas)，第2版，CRC Press，伯克莱顿(Boca Raton)，FL，2004)。IMS通过检测各分析物独特的信号检测和 鉴定已知分析物。IMS测量离子通过流体(例如，大气压力下干净干燥的周围空气) 的漂移时间。以收集样品并将所述样品引入谱仪开始样品中分析物的分析。将样品加 热以使分析物自固体、液体或预浓缩于颗粒上的蒸气转变成气态。在IM谱仪的反应 区将分析物分子离子化。然后将离子在IMS漂移区根据其离子迁移率(其为离子的固 有性质)空间分开。通常，收集器的感应电流针对各个离子产生随所述离子到达所述 收集器所需时间而变化的标志。此标志可用于鉴定特定分析物。
使用IMS用于痕量检测的优点是能够以阳离子和阴离子两种模式且使用不同离 子化试剂分析样品来鉴定通过其它方法不能区分的物质。例如，雷尼替丁(ranitidine) 和可卡因(cocaine)在阳离子模式中具有相似的迁移常数。然而，只有雷尼替丁以阴离 子模式离子化，所以当收集并分析阳离子和阴离子模式数据时可区分雷尼替丁和可卡 因。另外，硝酸铵可难以与其它含铵离子或硝酸根离子的分析物区别，但当分析来自 阳离子和阴离子两种模式离子化的结果时可区别开来。
常规痕量检测分析系统通常依靠操作者来确保采样衬底材料的样品收集区域(或 “拭抹物”)在分析器内适当对准以便分析装置对衬底材料中含有样品的部分进行实际 分析。例如，在IMS中，所收集样品必须在样品解吸器上适当对准以使IMS对所收集 样品进行解吸和分析。当衬底的样品区域在分析器内未适当对准时，所收集样品不能 完全解吸。因此，样品的测试结果可受衬底的样品区在分析器内对准程度的影响，此 使得分析的精度部分依赖于操作者的能力和细心。
发明内容
因此，所述技术中需要痕量分析物检测系统，其提供使样品在所述系统内适当对 准的途径以避免分析装置中所收集样品定位的误差。
因此，一个实施例提供样品接收装置，其包括对样品定位以供引入分析装置中的 样品引入区域和在所述样品接收装置内容纳样品收集装置的导向结构，其中所述样品 收集装置在所述分析装置内适当对准以最优地或大致最优地将所述样品收集装置上的 样品引入所述分析装置。
另一实施例提供离子迁移谱系统，其包括离子迁移谱仪；样品接收装置，其中所 述样品接收装置包括对样品定位以供引入分析装置中的样品引入区域和在所述样品接 收装置内容纳样品收集装置的导向结构，其中所述样品收集装置在所述分析装置内适 当对准以最优地或大致最优地将所述样品收集装置上的样品引入所述分析装置中；和 解吸器。
再一实施例提供离子迁移谱系统，其包含第一离子迁移谱仪，其包含漂移管、试 剂引入装置、离子化区、离子化源和检测器；第二离子迁移谱仪，其包含漂移管、试 剂引入装置、离子化区、离子化源和检测器；至少一个离子化源；和用于容纳样品收 集装置的样品接收装置，其中所述样品接收装置包括对样品定位以引入并分析的样品 引入区域和在所述样品接收装置内接收并对准所述样品收集装置的导向结构，其中所 述样品收集装置在所述系统内适当对准以最优地或大致最优地引入所述样品收集装置 上的样品。
应了解，上文一般说明和下文详细说明二者仅是例示性和阐释性，且并非限制所 主张的本发明。
附图说明
本发明的这些和其它特征、方面和优点通过下述说明、随附权利要求书和图中所 展示的随附实例性实施例将变得显而易见，下文将简要说明各图。
图1展示样品接收装置的分解图。
图2是样品接收装置的透视图。
图3以分解图形式展示具有控制线和托架的样品接收装置视图。
图4展示采样棒的透视图。
图5展示插入样品接收装置中的采样棒透视图。
图6是样品接收装置的透视图，其具有插入所述样品接收装置的采样棒的采样头。
图7是样品接收装置的端视图，其具有插入所述样品接收装置的采样棒的采样头。
图8是具有插入采样棒的IMS分析器的透视图。
图9是具有插入采样棒的IMS分析器的俯视图。
图10是具有插入采样棒的IMS分析器的俯视剖面图。
图11是手动采样衬底的透视图。
图12图解当手动采样衬底开始插入IMS分析器时的实施例。
图13图解操作者将手动采样衬底完全插入IMS分析器中之后的实施例。
图14展示手动采样衬底插入IMS分析器之后自手动采样衬底一端的视图。
图15是展示插入IMS分析器的手动采样衬底的俯视图，其中已去除IMS分析器 的盖子以展示手动采样衬底与IMS分析器的实例性界面。
图16是IMS分析器的透视图。
图17是IMS分析器自顶部的剖视图，其展示IMS分析器的组件。
图18展示在阳离子模式中雷尼替丁检测峰图案的实例。
图19展示在阴离子模式中雷尼替丁检测峰图案的实例。
图20展示在阴离子模式中可卡因检测峰图案的实例。
图21展示在阴离子模式中铵检测峰图案的实例。
图22展示在阴离子模式中硝酸根检测峰图案的实例。

发明者已发现具有改进操作和对准特性的样品接收装置。样品接收装置可经布置 以容纳样品收集装置，以便所述样品收集装置适当对准以供将样品引入分析装置中。 样品收集于样品收集装置上，其可插入样品接收装置中。样品接收装置可包括样品引 入区域，其中可将样品收集装置的样品区域定位以将所述样品引入所述分析装置中供 分析用。样品收集装置可包括一个导向结构或多个导向结构以在所述样品接收装置内 引导和对准所述样品收集装置，以便所述样品收集装置适当对准以促进样品引入。
“样品”是指(但不限于)被吸附、吸收或埋于样品收集装置上或其中的任何分子、 化合物或络合物。样品可含有感兴趣的分析物(在本文中是指“分析物”或“样品分析 物”)，所述分析物应理解为欲使用检测技术检测的任何分析物。“样品”可为液体、蒸 气、气体、微粒、固体或所述物质相的任何组合。“样品收集装置”可包括拭抹物、手 动采样衬底、采样棒或所述技术中习知的其它样品收集装置。
图1-3展示样品接收装置的实施例。样品接收装置300可包括样品引入区域310、 一个导向结构或多个导向结构320和视情况锁定机构330。
图1展示样品接收装置300的分解图。样品接收装置300可包括一个导向结构或 多个导向结构320以在样品接收装置300内引导并对准样品收集装置。可使用任何适 宜导向结构，例如，槽、轨道、销子、滑道、凹槽或所述技术中已知的其它适宜对准 结构。导向结构320可具有任何适当尺寸。在一个实施例中，所述导向结构可对应于 样品收集装置的尺寸。根据此实施例，样品收集装置的样品区域可在分析装置内适当 对准以便所收集样品可定位于所述装置内以最优地或大致最优地将样品引入分析装 置，以提供样品的精确分析。根据此实施例，稍加训练或未训练的操作者可将样品收 集装置插入分析装置中以便样品收集装置的样品区域可在分析装置内适当对准，以便 所收集样品可定位于所述装置内以最优地或大致最优地引入样品。例如，样品收集装 置可经适当对准以便样品可完全或大致完全解吸，此允许样品的精确分析。
分析装置为(例如)IMS、IMS-IMS或气相色谱-IMS。在一个实施例中，分析装 置为IM谱仪。在另一实施例中，分析装置为具有两个IM谱仪的IMS系统。
样品接收装置300可包括用于将样品收集装置锁定于样品接收装置300内适当位 置的锁定机构330。锁定机构330可通过锁定机构外壳360定位在样品接收装置300 中。锁定机构330可包括锁定装置，其与样品收集装置啮合以在样品分析期间或至少 将样品引入分析装置期间将样品收集装置保持在样品接收装置300内，以将样品收集 装置的样品区域维持在样品引入区域310中适当位置处。锁定机构330可为任何适宜 机构，其包括(例如)销子、搭锁装置、卡口紧固件、螺线管或其它紧固装置。例如， 如图1中所示，锁定机构330为螺线管，当其启动时沿箭头A指示的方向移动销子335。 在此实施例中，螺线管可经启动以使销子335向上伸展以便销子335与样品收集装置 啮合。一旦完成分析或至少样品引入，即可启动螺线管以抽出销子335并使样品收集 装置从样品接收装置300中移出。
图2是样品接收装置的透视图，其包括用于锁定机构330的控制线。图3以分解 图形式展示具有用于锁定机构330的控制线340和托架350的样品接收装置300的视 图。托架350可用于将控制线340固定至样品接收装置300。
根据实施例，样品接收装置可经布置以在将样品收集装置插入样品收集装置中时 自动开始样品的分析。因此，样品接收装置可开始样品引入和样品的分析，而不需要 操作者的任何额外行为来使分析开始。例如，当样品收集装置插入样品接收装置中后， 自动开始装置可自动开始样品收集装置上样品的分析。自动开始装置可为(例如)光 学感测器、其光束可被样品收集装置阻断而触发信号的感测器、其激光束可被样品收 集装置阻断而触发信号的感测器、霍尔感测器(Hall Sensor)或机械开关(例如销子、操 纵杆或其它与样品收集装置啮合的其它机械装置)。
在一个实施例中，采样头210插入样品接收装置300中可使IMS分析器开始样品 的分析，因此不需要操作者的额外行为来使分析开始。在另一实施例中，可在当样品 收集装置的样品区域定位于样品接收装置的样品接收区时开始分析。或者，操作者可 插入样品收集装置且然后手动开始样品引入和分析。
样品接收装置可经布置以与各种样品收集装置兼容。例如，样品接收装置可经布 置以与采样棒(例如图4中所展示的)、手动采样衬底或所述技术中习知的任何其它 样品收集装置兼容。样品收集装置用于收集含有宽范围分析物的样品，其包括(但不 限于)爆炸物、毒品、化学战剂、毒素、制药工艺污染物和其它化学化合物。欲由分 析装置分析的收集样品可为液体、固体、预浓缩于固体吸收剂上的蒸气或其它适当样 品收集形式。
可使用样品收集装置收集的爆炸物包括(但不限于)2-氨基-4，6-二硝基甲苯、4- 氨基-2，6-二硝基甲苯、阿芒拿(ammonal)、硝酸铵、黑火药、2，4-二甲基-1，3-二硝基丁 烷、2，4-二硝基甲苯、乙二醇二硝酸酯、福斯特40(forcite 40)、GOMA-2、六硝基芪、 1，3，5，7-四硝基-1，3，5，7-四氮杂环辛烷(HMX)、单硝基甲苯、硝化甘油、季戊四醇四硝酸 酯(PETN)、1，3，5-三硝基-1，3，5-三氮杂环己烷(RDX)、塞姆汀-A(semtex-A)、塞姆汀-H、 无烟火药、三硝基-2，4，6-苯基甲基硝胺特屈儿(Tetryl)、2，4，6-三硝基甲苯(TNT)、trilita 和1，3，5-三硝基苯和所述化合物的组合。在一个实施例中，所收集的爆炸物为1，3，5-三 硝基-1，3，5-三氮杂环己烷、季戊四醇四硝酸酯、2，4，6-三硝基甲苯、三硝基-2，4，6-苯基 甲基硝胺特屈儿、硝化甘油、硝酸铵、3，5，7-四硝基-1，3，5，7-四氮杂环辛烷和其组合。
可使用样品收集装置收集的毒品包括(但不限于)6-乙酰基吗啡)、阿普唑仑 (alprazolam)、异戊巴比妥(amobarbital)、安非他明(amphetamine)、安替比林(antipyrine)、 苯佐卡因(benzocaine)、苯甲酰牙子碱(benzoylecgonine)、溴西泮(bromazepam)、布他比 妥(butalbital)、咳必清(carbetapentane)、卡西酮(cathinone)、氯氮卓(chlordiazepoxide)、 氯苯那敏(chlorpheniramine)、乙基苯酰爱康宁(cocaethylene)、可卡因、可待因(codeine)、 地西泮(diazepam)、牙子碱(ecgonine)、芽子碱甲基酯(EME)、麻黄素(ephedrine)、芬太 尼(fentanyl)、氟硝西泮(flunitrazepam)、哈希什(hashish)、海洛因(heroin)、氢可酮 (hydrocodone)、氢吗啡酮(hydromorphone)、氯胺酮(ketamine)、利多卡因(lidocaine)、 劳拉西泮(lorazepam)、麦角酸二乙胺(LSD)、麦角酸、N-甲基-1-3(3，4-亚甲基二氧基苯 基)-2-丁胺(MBDB)、3，4-亚甲基二氧基安非他明(MDA)、DL-3，4-亚甲基二氧基乙基安 非他明(MDEA)、亚甲基二氧基甲基安非他明(MDMA))、大麻(marijuana)、美司卡林 (mescaline)、美沙酮(methadone)、甲基安非他明、甲喹酮(methaqualone)、甲卡西酮 (methcathinone)、吗啡、那可汀(noscapine)、鸦片(opium)、奥沙西泮(oxazepam)、羟可 酮(oxycodone)、苯环利定(phencyclidine)(PCP)、戊巴比妥(pentobarbital)、苯巴比妥 (phenobarbital)、普鲁卡因(procaine)、赛洛西宾(psilocybin)、司可巴比妥(secobarbital)、 替马西泮(temazepam)、四氢大麻酚(THC)、羧基-四氢大麻酚(THC-COOH)和三唑仑 (triazolam)。在一个实施例中，可利用样品收集装置收集的毒品包括可卡因、海洛因、 苯环利定、THC、甲基安非他明、亚甲基二氧基乙基安非他明、亚甲基二氧基甲基安 非他明、N-甲基-1-3(3，4-亚甲基二氧基苯基)-2-丁胺、麦角酸二乙胺和其组合。
可使用样品收集装置收集的化学战剂和其它毒素包括(但不限于)胺吸磷(amiton) (VG)、炭疽(anthrax)、胂、氯化氰、氯化氢、氯气、双光气、全氟异丁烯(PFIB)、光气、 光气肟、三氯硝基甲(chloropicrin)、N，N-二甲基氨基氰磷酸乙酯(塔崩(Tabun))、甲基氟 膦酸异丙酯(沙林(Sarin))、甲基氟膦酸频哪酯(梭曼(Soman))、乙基氟膦酸异丙酯(GE))、 乙基硫代膦酸S-(2-(二乙基氨基)乙基)O-乙酯(VE))、甲基硫代膦酸S-(2-(二乙基氨基) 乙基)O-乙酯(VM)、精馏芥子气(distilled mustard)、乙基二氯胂、路易气1(lewisite1)、 路易气2、路易气3、甲基二氯胂、芥子气-路易气混合物、芥子气-T混合物、氮芥1、 氮芥2、氮芥3、苯基二氯胂、光气肟、倍半芥子气、氯化二苯胺胂(adamsite)、黄曲 霉毒素(aflatoxin)、肉毒杆菌毒素(botulinus toxin)、蓖麻毒蛋白(ricin)、蛤蚌毒素 (saxitoxin)、单端孢霉烯族真菌毒素(trichothecene mycotoxin)、甲基硫代膦酸S-(2-(双(1- 甲基乙基)氨基)乙基)O-乙酯(VX)、甲基氟膦酸环己酯(GF))和其组合。
制药工艺污染物是指医药制造设备上由于(例如)交叉污染存在的任何化合物， 其可掺杂活性医药成份、赋形剂或其它医药产品材料。例如，第一化合物是在桶中使 用化学成份的混合物产生且期望使用相同的桶用于随后第二化合物的生产过程。重要 的是来自生产过程的第一化合物和材料不会污染第二生产过程且因此清洗是必需的。 所述污染物包括(但不限于)清洁剂、糖和其它活性医药成份(例如醋氨酚 (acetaminophen)、阿普唑仑、巴氯芬(baclofen)、苹果酸氯苯那敏(chlorpheniramine malate)、氯丙嗪(chlorpromazine)、布洛芬(ibuprofen)、吗啡、萘普生(naproxen)、羟可 酮、伪麻黄碱(pseudoephedrine)、番泻苷(sennoside)和三氯生(triclosan)。
图4展示采样棒200的实施例。在此实施例中，采样棒200使用可更换采样衬底， 其可使用任何适宜衬底保持布置夹持于装置中。可使用例如搭锁装置、玻璃框、钩和 环、搭锁配合件或使用框架的夹层式布置来固定衬底。例如，采样棒200可包括采样 头210。在另一实例中，采样头210可经配置以支撑衬底，以便衬底的样品区域经布 置用以收集样品。
根据实施例，采样头210可自采样棒200的本体220取下。采样头210可通过连 接机构230附接到本体220，以将采样头210紧固到采样棒200的本体220，以便采样 头210可容易地附接到采样棒200的本体220和自采样棒200的本体220拆下。连接 机构230可包括任何能够将采样头紧固到采样棒本体的适宜紧固装置。适宜紧固装置 包括(例如)搭锁装置、挚子连接、卡口紧固件、间断的螺纹、磁铁、螺线管或所述 技术中已知的其它紧固装置。在一个实施例中，紧固装置可为磁铁。连接机构230可 包括采样头210中的紧固装置和采样棒200本体220中的相应紧固装置。
上述实例将样品接收装置描述为与具有可拆卸采样头的采样棒一起使用。然而， 样品接收装置还可与具有与采样棒的本体为整体的采样头的采样棒一起使用。
图5展示其中采样棒200插入样品接收装置300中的实施例。例如，当采样头210 插入样品接收装置300中时采样头210可经适当对准并引导。衬底240的样品区域245 可通过将采样棒200的采样头210插入样品接收装置300中定位于样品引入区域310 中。
在图5中所展示的实施例中，衬底240的采样区域245朝上且操作摇摆臂253以 移动摇摆头255远离衬底240，以便摇摆头255不会妨碍将采样头210插入样品接收 装置300内。采样棒200可包括启动装置250以启动摇摆臂253的运动。如图5中所 示，当采样棒10以此方式经布置时，采样头210可插入样品接收装置300的槽320 且采样头210和采样棒200可沿箭头B指示的方向移动，以便将采样头210和样品区 域245适当放置于样品引入区域310中且可实施所收集样品的分析。样品接收装置300 可以其它方式布置以同样接纳处于不同定向的采样棒200，例如样品区域245朝下的 采样棒200。
一旦衬底240的样品区域245在IMS分析器中对准，则可将衬底240上所含有的 样品引入分析装置中。在一个实施例中，可将衬底240加热并使样品解吸。可通过将 采样棒200插入样品接收装置300实现衬底240的样品区域245在样品引入区域310 中适当布置，从而允许样品的精确分析。
一旦样品从衬底移除，操作者即可将采样头210重新附接到采样棒200的本体220 并自IMS分析器中取出采样头210。此外，在拆分采样头210和具有第一样品的衬底 并将其放在IMS分析器内以供分析时，操作者可将第二或其它额外的采样头210附接 到采样棒200的本体220以便在分析第一样品的同时可用采样棒200收集额外样品。
图6和7是根据实施例样品接收装置300的透视图，其具有插入样品接收装置300 的采样棒200的采样头210。
样品接收装置可结合分析装置使用。在一个实施例中，样品接收装置可与IMS流 体连接。在另一实施例中，样品接收装置可与两个或更多IM谱仪流体连接。
图8展示包括插入区域30的IMS分析器10的透视图。图9是具有已插入采样棒 200的IMS分析器10的俯视图。图10是展示根据实施例图9具有已插入采样棒200 的IMS分析器10的俯视剖面图。采样棒200可通过沿图8中箭头C所指示的方向移 动采样棒200而插入IMS分析器10的插入区域30。例如，样品接收装置300的插入 区域30可经配置以接收采样棒200的采样头210，以便利用采样棒200收集的样品可 通过IMS分析器10进行分析。
如图10中所例示，分析装置可包括两个IM谱仪50、52。在另一实施例中，分 析装置可包括单一IM谱仪而不是两个IM谱仪。单一解吸器60可与IM谱仪50、52 相关联(如图10中所示)，或者每个IM谱仪可与专用解吸器相关联。根据实施例， 解吸器可为加热砧。根据实施例，解吸器可为样品接收装置的一部分。
根据实施例，采样棒200可包括指示采样头210和/或衬底240解吸循环数目的递 增计数器。所述递增计数器可包括在采样头210上或采样棒200的本体220上的显示 器，其向操作者视觉地显示解吸循环数目。递增计数器可包括定位于采样头210或将 衬底240夹持于采样头210内的采样框架内的唯一识别器。所述唯一识别器可经布置 以由IMS分析器10和/或采样棒200的本体220内的计数器或控制系统检测，所述计 数器或控制系统计数采样头210和/或衬底240的解吸循环数目。然后，计数器或控制 系统可例如通过有线或无线传输来向采样棒200的显示器输出解吸循环数目。例如， 可使用射频信号在唯一识别器、计数器或控制单元和显示器之间传输信息。递增计数 器可经布置以在一旦解吸循环数目已达到指示采样头210和/或衬底240的限制的预定 值时就向操作者显示警告。一旦显示所述警告，操作者可更换采样头210和/或衬底240 并复位递增计数器。例如，操作者可通过复位装置上的计数器或通过复位分析装置上 的计数器来复位递增计数器。在一个实施例中，分析装置包括用来复位递增计数器的 触摸屏幕。
样品收集装置的另一实例为手动采样衬底。手动采样衬底可为由刚性或硬材料构 成的衬底。在一个实施例中，手动采样衬底可由玻璃纤维构成。手动采样衬底可视情 况涂敷有(例如)()。
欲测试物件可包括任何人或物体。例如，物件可为)随身物品、衣物、包、行李、 家具、汽车内部、制药工艺设备等。或者，可抽吸欲采样的环境通过衬底来收集样品。
手动采样衬底的形状可无限制地为圆形、椭圆形、正方形、长方形或适于手动采 样衬底目的的任何其它形状。关于手动采样衬底的尺寸，长度应为手动采样衬底的最 大尺寸，宽度应为横向于长度的尺寸，且厚度应为横向于宽度和长度二者且穿过手动 采样衬底自身的尺寸。
图11是根据另一实施例的手动采样衬底的透视图。手动采样衬底100可包括至 少一个样品收集区域120。样品收集区域120是手动采样衬底100中定位于衬底100 上以在将衬底100插入IMS分析器中时使样品解吸的部分。样品可收集于手动采样衬 底100的样品收集区域和/或除样品收集区域120以外的其它区域。
当手动采样衬底100与IMS分析器面接时，样品收集区域120可在IMS分析器 内对准以最优地或大致最优地将样品收集区域120中的样品引入IMS分析器中。
手动采样衬底100可与IMS分析器的样品接收装置面接，以便使样品收集区域 120在IMS分析器内对准或大致对准以使样品可自样品收集区域120解吸或大致解吸。 例如，手动采样衬底100可与样品接收装置的凹槽或其它特征面接以使手动采样衬底 100在IMS分析器内对准。
图12-15绘示手动采样衬底的实施例。图12绘示手动采样衬底部分插入IMS分 析器中。图13绘示手动采样衬底完全插入IMS分析器中。图14展示在将手动采样衬 底插入IMS分析器中之后自所述手动采样衬底一端的视图。图15是展示插入IMS分 析器中的手动采样衬底的俯视图，其中已去除所述IMS分析器的盖子以展示手动采样 衬底与IMS分析器的实例性界面。
IM谱仪可包括漂移管、一或多个用以引入试剂的装置、离子化区、离子化源和 检测器。
IM谱仪可使用不同仪器参数和试剂操作以允许检测宽范围的爆炸物、毒品、化 学战剂(CW agent)、人造物质和工业化学品。在实施例中，CPU 70可经配置以针对特 殊物质提供警报。例如，CPU 70可经配置以基于来自一个或两个检测器的信号提供警 报。在其它实施例中，CPU 70可经配置以通过操作者界面40来提供警报。
爆炸物可以阴离子模式检测，而毒品可以阳离子模式检测。根据实施例，第一IM 谱仪可以阳离子模式操作且第二IM谱仪可以阴离子模式操作以有利于爆炸物和毒品 的检测。各个IM谱仪可在特定操作条件(例如，电场梯度、漂移管温度、入口温度、 反应物温度、校准物温度、漂移气体流量、样品气体流量、反应物流量和校准物流量) 下独立操作以提供对特殊物质的增强的敏感性和/或选择性。
一些物质(例如温度不稳定物质)可在较低温度下检测。其它物质(例如耐热或 非挥发性物质)可在高温下检测。根据实施例，第一IM谱仪可以阳离子模式在高温 (例如，高达约300℃或更高)下操作，而第二IM谱仪可以阳离子模式在降低温度(例 如，约50℃至约100℃)下操作。此允许检测温度不稳定材料而不会大致影响耐热或 非挥发性物质的检测。可在低温下检测的物质包括(例如)安全标签剂、乙二醇二硝 酸酯(EGDN)和二甲基二硝基丁烷(DMNB)。根据实施例，第一IM谱仪可以阴离子模 式在约100℃至约110℃的温度下操作，而第二IM谱仪可以阴离子模式在约50℃至约 70℃的温度下操作。
一些物质可能由于假阳性读数而难以精确检测。例如，过氧化物爆炸物(例如 TATP)可能易受假阳性读数的影响。根据实施例，IMS分析器可经配置以便每一IM 谱仪提供物质的读数以验证物质的阳性读数。例如，第一IM谱仪可以阳离子模式利 用化学离子化试剂(例如烟酰胺或异丁酰胺)操作，而第二IM谱仪可以阴离子模式 利用化学离子化试剂(例如氯化物化学离子化试剂)操作，以允许通过两个IM谱仪 检测物质并减少假警报的出现。
通常，可能期望检测目标物质的多个峰以减少假警报的出现，尤其当涉及含有若 干种分析物的高度复杂样品基质时。当筛查行李和人时可遇到所述复杂样品基质。因 此，使用以阳离子和阴离子两种模式操作的IM谱仪实施样品的分析可为有利地。此 可通过使用可以两种模式操作来分析样品的单一谱仪或通过使用多个谱仪来实现，其 中所述多个谱仪可以不同模式操作。
使IM谱仪以不同模式操作以便第二谱仪可验证由第一谱仪检测到的分析物是否 存在，从而减少假警报的出现。
在一个实施例中，各个IM谱仪可针对电场极性、电场梯度、漂移管温度、入口 温度、反应物温度、校准物温度、漂移气体流量、样品气体流量、反应物流量和校准 物流量独立控制。IM谱仪能够分析同时在样品中的扩展范围的分析物。IM谱仪可经 配置以以阳离子模式和阴离子模式检测同时来自同一样品的各种物质。
解吸器能够自预定温度升温至较高操作温度以便可同时分析热不稳定的分析物 以及多种耐热非挥发性分子。在一个实施例中，解吸器能够在4秒钟内自预定温度升 温至约400℃。在另一实施例中，解吸器能够自预定温度升温至约350℃。
图16和17展示实例性IMS分析器。图16是IMS分析器10的透视图。图17是 IMS分析器10自顶部的剖视图，其展示根据实施例的IMS分析器10的组件。IMS分 析器10可包括用以封闭IMS分析器组件的外壳20、样品插入区域30和操作者界面 40。可使用操作者界面40以允许操作者选择IMS分析器10的指令和/或显示样品的分 析结果。操作者界面40可为触摸屏监测器。在其它实施例中，操作者界面40可包括 监测器、键盘、鼠标、打印机或所述组件的任何组合。
在一个实施例中，IMS分析器可包括第一IM谱仪50和第二IM谱仪52、中央处 理单元(CPU)70和空气净化系统80。样品插入区域30可包括用于使样品自样品收集 装置解吸的解吸器60。
IMS分析器10可包括空气净化系统80，其净化流经IM谱仪的空气。空气净化 系统80可使用可更换过滤器或可为自再生系统。例如，可使空气净化系统升至适宜温 度以焙烤空气净化系统中的杂质。例如，空气净化系统80可升至至少约300℃的温度 以焙烤杂质。也可使IM谱仪50、52升至适宜焙烤温度焙烤杂质。
如先前所讨论，IMS分析器10可经配置以一旦操作者命令IMS分析器10开始分 析时即实施样品的分析。例如，操作者可使用操作者界面40提供开始分析的指令，操 作者界面40将指令提供给CPU 70。IMS分析器10可包括控制IMS分析器10功能的 CPU 70。例如，CPU 70可经布置以控制样品的解吸、样品的分析和/或与操作者的面 接。
样品可通过解吸引入。解吸器60可包含加热砧。根据实施例，CPU 70可经配置 用以控制解吸器。一旦样品已经在解吸器60内转化成蒸气形式，就可将样品自解吸器 60输送至IM谱仪50、52中的至少一个。在一个实施例中，可使用气体流将样品自解 吸器60输送至IM谱仪50、52。在另一实施例中，可将样品分成两部分(50∶50比例)， 其中每一部分送到一个IM谱仪。在另一实施例中，可将样品以不同比例分成若干部 分。例如，可将样品以约60:40、70:30、80:20、90:10或100:0的比例分成若干部分。 根据实施例，样品部分的比例可设定为常数或所述比例可相对于IM谱仪的操作条件 (例如，极性、温度或可独立控制谱仪的任何参数)来控制。根据实施例，CPU 70 可经配置以控制样品部分的比例。
各谱仪50、52可包括离子化装置。在一个实施例中，离子化装置为63Ni离子化 源。在另一实施例中，离子化装置为Ni、电晕放电装置。根据另一实施例，离子化装 置为63Ni和电晕放电离子化装置。根据另一实施例，离子化装置可为镅241。根据实 施例，各谱仪50、52可具有一个离子化源。在一个实施例中，用于各谱仪的离子化源 相同。在另一实施例中，用于各谱仪的离子化源不同。
第一检测器50和第二IM谱仪52可针对极性、电场梯度、漂移管温度、入口温 度、反应物温度、校准物温度、漂移气体流量、样品气体流量、反应物流量和校准物 流量独立控制。例如，可将IM谱仪的温度独立控制在约50℃与约400℃或更高之间。 在另一实例中，可将IM谱仪50、52的温度控制在约114℃至约224℃以以双重模式 检测违禁药物和爆炸物。在另一实例中，IM谱仪50、52可以相同模式(例如，阴离 子模式)使用，其中一个检测器设定在约60至约70℃以检测挥发性爆炸物。
试剂可与IM谱仪一起使用以增强分析物的检测。试剂可用于增强分析物的离子 化特性，从而允许增强分析物的检测。通常，试剂可用于控制阳离子模式中的质子转 移和阴离子模式中的阴离子附着。可与IM谱仪以阳离子模式一起使用的试剂气体包 括丙酮、苯、氨、二甲亚砜(DMSO)、烟酰胺和异丁酰胺。可使用少量氯化烃以产生以 阴离子模式用于IM谱仪的氯离子。例如，氯仿、二氯甲烷、六氯乙烷和其它氯化烃 可以阴离子模式使用以提供氯离子。此外，通过与适当试剂选择性成簇，可增强峰分 离。可通过引入蒸气形式的试剂将试剂引入IM谱仪中。例如，可将试剂直接引入漂 移管的反应区、载气流或载气流和漂移气体流中。渗透源可用于提供试剂的持续源。 渗透源的实例是容纳于容器中的通常为液体或固体形式的化学品，所述容器允许所述 化学品以一定速度渗透穿过容器壁，所述速率取决于容器壁的材料、容器壁厚度、容 器长度、化学品的蒸气压和温度。
试剂离子化可用于检测特殊物质或用于提供允许广泛检测物质的配置。根据实施 例，第一IM谱仪可以阳离子模式利用离子化试剂(例如烟酰胺化学离子化试剂)操 作以允许检测将与离子化剂进行质子转移的物质，这是因为所述物质具有与离子化剂 相等或比其高的质子亲和力。此外，第二IM谱仪可以阳离子模式利用水试剂或其它 将经由电荷转移、质子转移、团簇反应或其它离子-分子反应离子化的离子化试剂以检 测易于通过所述机制中的一种离子化的物质。
含氧化学品也可用于检测一系列不能以其它途径(例如，氯化物化学品)有效离 子化的物质。根据实施例，第一IM谱仪可以阴离子模式利用不含氧的离子化试剂(例 如氯化物化学离子化试剂)操作，而第二IM谱仪可以阴离子模式利用氧或其它适宜 化学离子化试剂操作以允许检测宽范围的物质。
所述配置的其它组合和改变也是可能的，此取决于应用和所监测的物质。
表1提供具有两个IM谱仪的IMS系统的实例性配置。
表1.实例性双IMS配置
  IMS管1 IMS管2 优点 阳离子模式，高质子亲和力试剂， 温度100-300℃                  阴离子模式，利用氯化物试剂， 温度90-110℃                 同时检测毒品和爆炸 物二者             阳离子模式，高温 阳离子模式，低温 检测不稳定药物或其 它物质             阴离子模式，氯化物试剂，温度 100-110℃                    阴离子模式，氯化物试剂，温 度50-70℃                  检测安全标签剂和传 统的爆炸物         阳离子模式，利用烟酰胺或异丁 酰胺试剂                     阴离子模式，利用氯化物Cl试 剂                        检测过氧化物爆炸物
  IMS管1 IMS管2 优点 阳离子模式，利用烟酰胺试剂 阳离子模式，利用水或其它Cl 试剂                      检测高和低质子亲和 力物质二者         阴离子模式，利用氯化物 阴离子模式，利用氧或其它Cl 试剂                      检测高和低电子亲和 力化合物二者      
以下实例是说明性的。然而，应了解，所主张发明并不限于所述实例中所阐述的 特定实施例。熟习所述技术者将明了，可对所主张发明进行各种修改和改变，此并不 背离所主张发明的精神或范畴。因此，所主张发明意欲将本发明的其它修改和改变涵 盖在随附权利要求书和其等效内容的范围内。
实例1.雷尼替丁和可卡因的检测峰图案之间的区分。
此实例阐释当以两种极性模式分析时如何将以单一模式(例如，阳离子模式)不 能区分的物质彼此区分开。例如，雷尼替丁和可卡因在阳离子模式中具有相似的迁移 常数。然而，仅雷尼替丁在阴离子模式中离子化。图18-20展示使用 500 DT 离子迁移谱仪(Smith Detection公司)以表2中所示参数运行所获得的检测峰图案。图 18展示雷尼替丁在阳离子模式中的检测峰图案，如图所示。可卡因的检测峰也展示于 图18中。图19展示雷尼替丁在阴离子模式中的检测峰图案。然而，图19并未展示可 卡因的检测峰。图20展示可卡因在阴离子模式中的检测峰图案。
表2.仪器参数
  参数 阴离子模式 阳离子模式 漂移管温度(℃) 105 228 入口温度(℃) 240 285 解吸器温度(℃) 225 285 校准物总体温度(℃) 63 70 漂移流速(cc/min) 350 300 解吸流速(cc/min) 200 200 焙烤温度(℃) 245-265 275-280 开始解吸后的分析延迟(秒) 0.025 0.100 扫描周期(毫秒) 在22至50毫秒之间变化 20 离子门宽度(微秒) 200 200 分析持续时间(秒) 5-60 5-60 每次分析的最大片段数 15(6.6秒) 20 每一片段的共添加扫描数 20 20 每次扫描的样品点数 419 379 校准物或参考化合物 4-硝基苄腈 烟酰胺 离子化试剂 六氯乙烷 烟酰胺
实例2.硝酸铵的检测。
硝酸铵可难以与其它含铵离子或硝酸根离子的分析物区别开。IMS分析器可经配 置以便一个IM谱仪以阴离子模式检测硝酸根峰且另一IM谱仪以阳离子模式检测铵 峰，此允许硝酸铵的阳性检测。图21和22展示使用 500 DT离子迁移谱仪 (Smith Detection公司)以表2中所示参数运行所获得的检测峰图案。图21展示在阳离 子模式中铵的检测峰图案。图22展示在阴离子模式中硝酸根的检测峰图案。
实例3.IMS分析器检测极限的实例。
此实例阐述爆炸物和毒品化合物的实例性检测极限。爆炸物化合物是在 500DT离子迁移谱仪(Smith Detection公司)中以阴离子模式使用表2中所列示的参数 来试验。
毒品化合物是在 500 DT离子迁移谱仪(Smith Detection公司)中以阳离 子模式使用表2中所列列示的参数来试验：
表3.实例性爆炸物和毒品检测极限
  爆炸物模式 毒品模式 RDX 0.5ng 可卡因 0.5ng PETN 0.5ng 海洛因 3ng NG 1ng 安非他明 0.5ng TNT 0.3ng 甲基安非他明 0.5ng 硝酸铵 10ng 硝酸铵 1ng DNT 0.5ng MDA 0.3ng HMX 20ng MDMA 0.3ng HMTD 20ng HMTD 2ng TATP 300ng TATP 10ng 特屈儿 0.5ng THC 0.5ng 塞姆汀H 0.5ng LSD 4ng C4配方0.5ng PCP 0.3ng