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WO2011058200A1 - Analizador de movilidad diferencial - Google Patents

Analizador de movilidad diferencial Download PDF

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Publication number
WO2011058200A1
WO2011058200A1 PCT/ES2009/070493 ES2009070493W WO2011058200A1 WO 2011058200 A1 WO2011058200 A1 WO 2011058200A1 ES 2009070493 W ES2009070493 W ES 2009070493W WO 2011058200 A1 WO2011058200 A1 WO 2011058200A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
region
particles
drag
electric
Prior art date
Application number
PCT/ES2009/070493
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Emilio Ramiro Arcas
Original Assignee
Ramem, S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ramem, S.A. filed Critical Ramem, S.A.
Priority to ES201290035A priority Critical patent/ES2401251B2/es
Priority to PCT/ES2009/070493 priority patent/WO2011058200A1/es
Priority to US13/509,037 priority patent/US20120235033A1/en
Publication of WO2011058200A1 publication Critical patent/WO2011058200A1/es

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/02—Investigating particle size or size distribution
    • G01N15/0266—Investigating particle size or size distribution with electrical classification

Definitions

  • the object of this invention is a differential mobility analyzer (DMA).
  • DMA differential mobility analyzer
  • Movili analyzers differential ⁇ ity allow sorting of charged particles or ionized molecules according to its mobility , electrical ⁇ ity.
  • the sample to be analyzed requires the use of an ionization stage of the molecules or charged of the particles, which in the state of the art is carried out outside the classification region such that the sample, once ionized or charged , is injected into the classification region of the differential mobility analyzer.
  • the present invention performs ionization or loaded sample to analyze inside to avoid the time from which charged particles or ioni molecules ⁇ lysed until they enter the call region classi generated ⁇ cation
  • the present invention reduces the time available for the ions to recombine, they may grow in size by aggregation ⁇ does for example with water or collide with the walls inside the instrument, giving the load.
  • the invention improves the results obtained since the recombination, aggregation or shock of charged particles or ionized molecules detracts from such results.
  • DMA differential mobility analyzers
  • the basic basis of a differential mobility analyzer is to establish a drag flow through a main conduit in which there is located what is called a "classification region" where the flow that flows through it flows in conditions as laminar as possible. .
  • This classification region is subjected in operation mode to an electric field that crosses transversely the drag flow so that any charged particle that is present within the re gion ⁇ classification is subjected to two forces, a force due to the drag flow and other force due to the electric field.
  • a force due to the drag flow and other force due to the electric field.
  • the direction of the electric field is essentially coincident with the transverse direction because the electric field may be modified in its inclination for example to improve the resolution or because some additional effect is desired on the measurements to be performed with the analyzer.
  • the sample particles Once the sample particles are loaded, it must be transported until it enters the classification region.
  • the transport is produced by what we will call in this description as secondary flow of the sample and whose flow is lower than the drag speed of the main drag flow.
  • the residence time since the charged particle until it itself charged particle enters generates the re ⁇ gion classification is the same order as the lifetime of the charged particles.
  • Particles car ⁇ Gadas have high avidity recombine, may grow in size by aggregation for example with water or collide with the walls inside the instrument, cedien ⁇ do load, leading to different particles that were present in the original sample to analyze.
  • the present invention establishes a differential mobility analyzer that resolves this problem ge ⁇ nerar charged particles when they are already in the region in- troducidas classification reducing drastically the residence time that results in the recombination of charged particles.
  • the present invention consists of a differential mobility analyzer comprising the following elements:
  • a main conduit for the passage of a drag flow where this main conduit has a classification region inside.
  • This duct can be open or closed. If closed has the advantage that can be circulated under controlled conditions re ⁇ . This is the flow that carries out the main drag of the particle.
  • the region classification is re gion analysis ⁇ which is under the influ ence ⁇ electric field to establish electrical mobility according to a path or another. This region classification depends on the particular configuration of the analyzer and usually consists of a limited ⁇ tre two sections of the main duct through which flow passes drag control volume. This is true for both cylindrical and bi-dimensional or flat configurations. In two-dimensional or flat configurations, the velocity front is essentially flat, except for the effects of the walls.
  • the electric field is essentially linear homogeneous at all points between two electro ⁇ generating the electric field, except for edge effects of these.
  • the secondary flow input is what allows the particles to be analyzed to be introduced. Contrary to what happens in the prior art, the pair ⁇ ticles analyzed are uncharged but the charged particle will be held inside the main duct.
  • the electric field is displacing the charged particles ⁇ departed or ionized molecules, which henceforth referred to only load ⁇ das particles although encompass both concepts, transversely through the main conduit by electrical mo ⁇ bility.
  • the electric field is essentially ⁇ transverse to the direction of the drag flow since it can show deviations from the transverse direction, for example to increase its sensitivity by making use of an oblique field.
  • the electric field is generated usually dispo ⁇ ning properly polarized electrodes on opposite po ⁇ sions.
  • Means for determining or discriminating the movi ⁇ bility of the charged electric arras ⁇ tered by the electric field may deter ⁇ undermine its electrical mobility depending on the dis tance ⁇ traveled downstream in the flow direction of entrainment; or conducting a discriminates ⁇ depending on whether a position ⁇ also terminated downstream by the di ⁇ Recciôn the drag flow is reached.
  • the distance traveled can be determined with sensors, for example multi-line sensors, which detect the impact of the charged particle.
  • sensors for example multi-line sensors, which detect the impact of the charged particle.
  • electric mobility can be determined.
  • Difference in the state of the art is the fact that it has some loading means such that in an operative way they carry out the loading in the classification region, which allows the charged particles to separate as soon as they are formed, and that is reached all or part of the flow secon ⁇ dario after entering the main conduit.
  • the secondary flow carrying the sample with the particles to be analyzed enters conduit princi pal ⁇ ; and, it is once inside the main conduit where the loading is carried out.
  • the advantage techni ⁇ ca is that when particles flow Secunda ⁇ river are loaded already in the region ranking without spending a residence time in an external charger such as to lu- gar to recombination between charged particles such and as it happens in the devices known in the state of the art.
  • Embodiments seek condicio conducted ⁇ tions both drag flow as flow secunda ⁇ river such that: ⁇ the drag flow is laminar as possible and has a high Reynolds number.
  • the secondary flow remains close to the wall and runs downstream, establishing, along with the main flow, in the area that is in contact with it, two parallel flows.
  • Media loaded particles are placed in the wall downstream of the entry point of the secondary flow such that the region in ⁇ fluence is crossed by part or all of the secondary flow. In this way, particles from the secondary flow are loaded which, when subjected to the electric field, are driven as is the case in the electric mobility analyzers.
  • the invention does not necessarily require that the totality of the introduced particles be charged.
  • the electric fields do not affect the sample until it is not within the classification region. This allows to generate the electric field of classification of the particles either keeping the ground potential in the output electrode and the high potential in the arrival electrode or vice versa. Maintaining the potential of the grounding electrode is useful if you want to use a charging device that needs to be grounded. Maintaining the potential of the grounding electrode is useful if you want to detect the particles with equipment that has to be grounded. In the embodiments of the invention employed as an example for description in greater detail ⁇ ma also particular modes which have additional technical advantages are incorporated.
  • Figure 1 shows a diagram of a first embodiment of the invention characterized in that it adopts a two-dimensional or also called flat configuration.
  • Figure 2 shows a diagram of a second embodiment of the invention characterized in that it incorporates a charging mode based on the use of a charging vector that is injected into the classification region.
  • Figure 1 shows a schematic of a first embodiment of the invention where repre ⁇ a section of conduit (7) main sents.
  • repre ⁇ a section of conduit (7) main sents.
  • this ⁇ ple ple use is made of a main duct (7) describing a closed loop but only represent the segment of interest , where the region (C) is situated sents of classification.
  • the main conduit (7) conducts the flow (F) of drag.
  • F flow of drag
  • filters to keep clean the flow (F) of drag and also filters for preventing the flow laminarizar the presence of turbulence in the classification region (C).
  • Main the conduit (7) is shown the portion where the region (C) ⁇ corresponding to a narrowing to accelerate the flow (F) classified drag.
  • the configuration of the duct (7) two - dimensionally main ⁇ is essential. It is essentially two - dimensional says that the section is rectangular and it is possible that variations of section are not only con- directions taken in the plane shown in the drawing but tam ⁇ well in the direction perpendicular (in the other side of the box section ). Usually, this type of configuration is also called flat. Particu lar in ⁇ , narrowing configuration according to the section view in Figure 1 begins with a nozzle (T) converging in which can identify an inflection point (I) establishing the curvature variation section along the longitudinal axis. It is also possible to execute the invention using cylindrical configurations as used in the state of the art.
  • the convergent nozzle (T) accelerates the flow and decreases the pressure.
  • the existence of black gradients tive pressure in the longitudinal direction to Bera ⁇ (T) also favors the stability of the li ⁇ mite layer and prevents the occurrence of turbulence, particularly avoiding detachment of the boundary layer.
  • Injecting a flow (L) is carried out is ⁇ ondary through a second input (1) ⁇ Disem mouth in this embodiment in the nozzle (T) of the duct (7) leading; in particular, after the inflection point (I).
  • This secondary flow is the flow consti tuted by ⁇ sample and carrying the particu ⁇ (P) not necessarily charged.
  • the secondary flow (L), once inside the main duct (7) runs tightly to the wall of said duct (7).
  • the secondary dimensions of the input (1) of flu ⁇ jo (L) and the secondary flow both flu ⁇ jo (F) for driving as the flow (L) to the secondary flow I is transported remaining adhered to the wall until at least reaching downstream gift ⁇ means (6) loaded are located, and in parti cular ⁇ , the region (C) classification.
  • An embodiment of the invention makes use of a radioactive emission source capable of emitting a short range alpha or beta radiation.
  • Another way of re ⁇ izing the invention makes use of a source of ionizing ra diation ⁇ , ultraviolet or X - ray, preferential ⁇ temente focused by a lens. Particles (P) loaded, once they have been loaded by the means (6) loaded already or in the inlet region (C) of cla ⁇ fication or within the region (C) avoiding classification within one residence time which results in recombination distorting the results as happens in devices descri ⁇ cough in the prior art.
  • the re- gion (C) has a configuration classification prismatic rectangular bases of limited lateral ⁇ by the duct walls (7) Main; and the upper and lower bases (according to the position in which the analyzer is represented in Figure 1) correspond to limits of the control volume through which the flow resulting from the sum of the drag ⁇ jo (F) flows respectively. and the secondary flow (L).
  • the classification region (C) is laterally limited by electrodes (4, 5) which once polarized ⁇ two in operating mode establish an electric field (E) essentially transverse to the flow (F) of drag.
  • the drag stream (F) will transport the parts ticles (P) loaded downstream longitudi nal direction ⁇ ; and, the electric field (E) will drag these same particles (P) transversely from left to right until reaching the wall. The higher the electric mobility of the particle (P) charged before reach the right wall and therefore the arrival point if ⁇ Tuara above.
  • the invention can make use of charge sensors that can determine the point of arrival, or two electrodes can be provided that establish if the particle falls above or below a cer ⁇ ta reference position.
  • a particular way of carrying out the invention incorporates a secondary flow (F) drain outlet after the classification region (C).
  • a secondary flow (F) drain outlet after the classification region (C) should also establish flow conditions for the secondary flow (F) is maintained stably ce ⁇ trundle up to the outlet (2).
  • a pressure below the pressure at the point of the outlet (2) has been subjected to the outlet to favor the suction of the flow (F).
  • the stability of the secondary flow (F) and that it remains adhered to the wall has been improved is ⁇ lishing an inlet (1) obliquely with an inclination on the secondary flow direction (L) input to the address drag flow (F) at the entry point.
  • In the embodiment has have ⁇ cho use of 45 ° to the longitudinal direction so that the possibility of occurrence of recircu ⁇ tion water is reduced in the inlet area (1) on the wall disposed below this same input (one) .
  • Figure 2 corresponds to a second embodiment where the charged takes place in the inte ⁇ rior duct (7) leading incorporating an inflow (V) and loaded serving as vector car ⁇ ga for the loaded of the secondary flow (L) containing the sample to be analyzed.
  • the charged particles (P), within the classification region (C) will behave in the manner described above.

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Abstract

El objeto de esta invención es un analizador de movilidad diferencial (DMA). Los analizadores de movilidad diferencial permiten la clasificación de partículas cargadas en función de su movilidad eléctrica. La muestra a analizar requiere el uso de una etapa de cargado que en el estado de la técnica se lleva a cabo fuera de una región de clasificación de modo que la muestra, una vez cargada, se inyecta en el interior de la región de clasificación del analizador de movilidad diferencial. Por el contrario, la presente invención lleva a cabo el cargado de la muestra a analizar en su interior para evitar el tiempo que transcurre desde que se generan las partículas cargadas hasta que entran en la región de clasificación. Como resultado se reduce el tiempo disponible para que los iones se recombinen. La invención mejora los resultados obtenidos puesto que la recombinación de partículas cargadas desvirtúa tales resultados.

Description

ANALIZADOR DE MOVILIDAD DIFERENCIAL DESCRIPCIÓN OBJETO DE LA INVENCIÓN
El objeto de esta invención es un analizador de movilidad diferencial (DMA) . Los analizadores de movili¬ dad diferencial permiten la clasificación de partículas cargadas o moléculas ionizadas en función de su movili¬ dad eléctrica. La muestra a analizar requiere el uso de una etapa de ionización de las moléculas o cargado de las partículas, que en el estado de la técnica se lleva a cabo fuera de la región de clasificación de tal modo que la muestra, una vez ionizada o cargada, se inyecta en el interior de la región de clasificación 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 tiempo que transcurre desde que se generan las partículas cargadas o moléculas ioni¬ zadas hasta que entran en la llamada región de clasifi¬ cación. Como resultado se reduce el tiempo disponible para que los iones se recombinen, puedan crecer de tama¬ ño por agregación por ejemplo con agua o chocar con las paredes internas del instrumento, cediendo la carga. La invención mejora los resultados obtenidos puesto que la recombinación, agregación o choque de partículas carga- das o moléculas ionizadas desvirtúa tales resultados.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Se conocen en el estado de la técnica diversos modelos de analizadores de movilidad diferencial (DMA) cuyo propósito es el de obtener una alta resolución en la discriminación de partículas cargadas o moléculas io¬ nizadas, que englobaremos bajo el término común partí¬ culas 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 región de clasificación está sometida en modo operativo a un campo eléctrico que cruza transver- salmente el flujo de arrastre de modo que, cualquier partícula cargada que esté presente en el seno de la re¬ gión de clasificación está sometida a dos fuerzas, una 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 princi¬ pal del flujo de arrastre y dirección transversal la di¬ rección perpendicular que será esencialmente coincidente con la dirección del campo eléctrico.
Se dice que la dirección del campo eléctrico es esencialmente coincidente con la dirección transversal 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 sí la región de clasificación, la inyección de partículas cargadas en un lado de la región de clasifi¬ cación dará lugar a un conjunto de trayectorias cuyo re¬ corrido dependerá de su movilidad eléctrica. El flujo de arrastre llevará a las partículas aguas abajo y el campo eléctrico arrastrará transversal- mente partículas cargadas en función de su movilidad eléctrica. De este modo, según la movilidad eléctrica, cada partícula cargada bajo la influencia del campo eléctrico incidirá antes o después según la dirección longitudinal. El lugar donde incide la partícula cargada determina la movilidad de la misma y permite su clasifi¬ cación . Una de las configuraciones más básicas de los analizadores de movilidad diferencial conocidos 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 cilindrica. La inyección se lleva a cabo a través de una ranura perimetral y la de¬ tección también se lleva a cabo en una ranura presente en el conjunto exterior.
Otras solicitudes de patentes como las que tie- nen número de publicación WO2007020303 y WO2008003797 respectivamente hacen uso de una configuración plana o bidimensional . En particular, la segunda solicitud (WO2008003797) además incorpora un campo eléctrico obli¬ cuo que permite mejorar la resolución del dispositivo.
En todos los casos anteriores y en los documen¬ tos WO 94/16320, US5455417, US5047723 y US7339162 la in¬ yección de la muestra a analizar en la región de clasificación, se lleva a cabo cuando las partículas conteni- das 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 vez cargadas las partículas de la muestra, ésta debe ser transportada hasta entrar en la región de clasificación. El transporte se produce mediante lo que denominaremos en esta descripción como flujo secundario de la muestra y cuyo caudal es inferior a la velocidad de arrastre del flujo principal de arrastre.
Como los iones son generados fuera de la región de clasificación y han de ser transportados a ella me¬ diante el caudal en el que se hallan inmersos, el tiempo de permanencia desde que se genera la partícula cargada hasta que ésta misma partícula cargada entra en la re¬ gión de clasificación es del mismo orden que el tiempo de vida de las partículas cargadas. Las partículas car¬ gadas presentan gran avidez por recombinarse, pueden crecer de tamaño por agregación por ejemplo con agua o chocar con las paredes internas del instrumento, cedien¬ do la carga, dando lugar a partículas distintas a las que estaban presentes en la muestra original a analizar. Por 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 debi¬ do a los cambios que se producen por el camino, lo cual induce una menor sensibilidad.
La presente invención establece un analizador de movilidad diferencial que resuelve este problema al ge¬ nerar las partículas cargadas cuando éstas ya están in- troducidas en la región de clasificación reduciendo drásticamente el tiempo de residencia que da lugar a la recombinación de partículas cargadas.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un analizador de movilidad diferencial que comprende los siguientes elementos :
Un conducto principal para el paso de un flujo de arrastre donde este conducto principal dispone en su interior de una región de clasificación.
Este conducto puede ser abierto o cerrado. Si es cerrado tiene la ventaja de que se puede hacer re¬ circular en condiciones bien controladas. Este es el flujo que lleva a cabo el arrastre principal de la partícula. La región de clasificación es la re¬ gión de análisis que se encuentra bajo la influen¬ cia del campo eléctrico para establecer según la movilidad eléctrica una trayectoria u otra. Esta región de clasificación depende de la configuración particular del analizador y está habitualmente constituida por un volumen de control limitado en¬ tre dos secciones del conducto principal a través de las cuales pasa el flujo de arrastre. Esto es así tanto para configuraciones cilindricas como bi- dimensionales o planas. En las configuraciones bi- dimensionales o planas, el frente de velocidades es esencialmente plano, exceptuando los efectos de las paredes. El campo eléctrico es esencialmente lineal y homogéneo en todos los puntos entre los electro¬ dos que generan el campo eléctrico, exceptuando los efectos de borde de éstos. Una entrada de flujo secundario al conducto princi¬ pal para la inyección de la muestra a analizar sin cargar .
La entrada de flujo secundario es la que permite introducir las partículas a analizar. Al contrario a como sucede en el estado de la técnica, las par¬ tículas a analizar no están cargadas sino que el cargado de las partículas se llevará a cabo en el interior del conducto principal.
Unos medios para la generación de un campo eléctri¬ co en la región de clasificación donde, en modo operativo, el campo eléctrico es esencialmente transversal a la dirección del flujo de arrastre que fluye en la región de clasificación.
El campo eléctrico es el que desplaza a las partí¬ culas cargadas o moléculas ionizadas, que a partir de ahora denominaremos solamente partículas carga¬ das aunque englobará ambos conceptos, transversal- mente a través del conducto principal según su mo¬ vilidad eléctrica. El campo eléctrico es esencial¬ mente transversal a la dirección del flujo de arrastre ya que puede mostrar desviaciones de la dirección transversal, por ejemplo para incrementar su sensibilidad haciendo uso de un campo oblicuo. El campo eléctrico se genera habitualmente dispo¬ niendo adecuadamente electrodos polarizados en po¬ siciones opuestas.
Unos medios para determinar o discriminar la movi¬ lidad eléctrica de las partículas cargadas arras¬ tradas por el campo eléctrico . Una vez que las partículas cargadas han alcanzado el lado opuesto al establecido por la dirección del campo eléctrico que las arrastra es posible deter¬ minar su movilidad eléctrica dependiendo de la dis¬ tancia recorrida aguas abajo según la dirección del flujo de arrastre; o llevar a cabo una discrimina¬ ción dependiendo de si se alcanza una posición de¬ terminada también situada aguas abajo según la di¬ rección del flujo de arrastre.
En el primer caso, la distancia recorrida se puede determinar con sensores, por ejemplo sensores mul- tilinea, que detectan el impacto de la partícula cargada. Según la distancia recorrida aguas abajo se puede determinar la movilidad eléctrica.
En el segundo caso, se discrimina a partir de un valor de referencia, qué partículas tienen un valor mayor o menor de la movilidad eléctrica. Cuando en esta posición se dispone una ranura, es posible ex¬ traer la partícula con el valor de la movilidad eléctrica coincidente con el de la movilidad eléc¬ trica de referencia y que es el valor que corres¬ ponde a una trayectoria que alcanza la ranura. El poder extraer estas partículas permite por ejemplo llevar a cabo análisis posteriores con las mismas partículas o su almacenamiento.
Diferencia del estado de la técnica el hecho de que dispone de unos medios de cargado tales que en modo operativo llevan a cabo el cargado en la región de clasificación, lo que permite que las partículas cargadas se separen en cuanto son formadas, y que es alcanzada por todo o por parte del flujo secun¬ dario tras haber entrado en el conducto principal . El flujo secundario que lleva la muestra con las partículas a analizar entra en el conducto princi¬ pal; y, es una vez dentro del conducto principal donde se lleva a cabo el cargado. La ventaja técni¬ ca es que cuando las partículas del flujo secunda¬ rio son cargadas ya se encuentran en la región de clasificación sin necesidad de permanecer un tiempo de residencia en un cargador externo tal que dé lu- gar a la recombinación entre partículas cargadas tal y como sucede en los dispositivos conocidos en el estado de la técnica.
El flujo secundario es introducido a través de una entrada que da acceso al conducto principal. Los ejemplos de realización llevados a cabo buscan condicio¬ nes tanto del flujo de arrastre como del flujo secunda¬ rio tales que: · El flujo de arrastre es lo más laminar posible y tiene un número de Reynolds elevado.
El flujo secundario permanece ceñido a la pared y discurre aguas abajo, estableciendo, junto con el flujo principal, en la zona que se encuentra en contacto con él, dos caudales paralelos.
Los medios de cargado de las partículas se sitúan en la pared aguas abajo del punto de entrada del flujo secundario de tal modo que su región de in¬ fluencia es cruzada por parte o todo el flujo se- cundario. De este modo se cargan partículas del flujo secundario que al ser sometidas al campo eléctrico son impulsadas tal y como sucede en los analizadores de movilidad eléctrica. La invención no requiere que necesariamente se carguen la tota- lidad de las partículas introducidas. El hecho de que la entrada del flujo secundario esté situada aguas arriba de la región de clasificación según la dirección del flujo de arrastre, hace que se obtenga una sección constante del flujo secundario a lo largo de toda la región de clasificación, evitando toda generación de turbulencia.
No es necesario inyectar el caudal secundario aguas arriba de la región de clasificación, sino direc¬ tamente en ésta, aunque ello puede causar dificultades en su puesta en práctica debido a que es necesario que confluyan la entrada del caudal secundario y la zona de ionización que pueden derivar en aparición de turbulen- cia a alto caudales principales.
Es importante controlar las variables que deter¬ minan uno y otro flujo para conseguir evitar la produc¬ ción de turbulencia y que el flujo secundario se manten- ga guiado por el flujo de arrastre alcanzando la región de influencia de los medios de cargado.
Al ser las partículas cargadas dentro de la re¬ gión de clasificación, los campos eléctricos no afectan a la muestra hasta que ésta no está dentro de la región de clasificación. Esto permite generar el campo eléctrico de clasificación de las partículas bien manteniendo el potencial de tierra en el electrodo de salida y el potencial alto en el electrodo de llegada o bien al re- vés. Mantener el potencial del electrodo de salida a tierra es útil si se quiere utilizar un equipo de carga¬ do que necesite estar conectado a tierra. Mantener el potencial del electrodo de llegada a tierra es útil si se quieren detectar las partículas con un equipo que ha de estar a tierra. En los ejemplos de realización de la invención empleados a modo de ejemplo para una descripción con ma¬ yor detalle se incorporan también modos particulares que presentan ventajas técnicas adicionales.
Se consideran incorporados por referencia a esta descripción aquellos modos de realización definidos me¬ diante las reivindicaciones dependientes 2 a 12.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo prefe- rente y nunca limitativos de la invención.
La figura 1 muestra un esquema de un primer ejemplo de realización de la invención caracterizado porque adopta una configuración bidimensional o también denominada plana.
La figura 2 muestra un esquema de un segundo ejemplo de realización de la invención caracterizado porque incorpora un modo de cargado basado en el uso de un vector de cargado que es inyectado en el interior de la región de clasificación.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra un esquema de un primer ejemplo de realización de la invención donde se repre¬ senta un tramo del conducto (7) principal. En este ejem¬ plo se ha hecho uso de un conducto (7) principal que describe un circuito cerrado aunque únicamente se repre- senta el tramo de interés donde se sitúa la región (C) de clasificación.
El conducto (7) principal conduce el flujo (F) de arrastre. Al igual que sucede en analizadores de mo- vilidad diferencial conocidos en el estado de la técni¬ ca, antes de llegar a la región de clasificación conviene incorporar filtros que mantengan limpio el flujo (F) de arrastre y también filtros para laminarizar el flujo evitando la presencia de turbulencia en la región (C) de clasificación.
El tramo del conducto (7) principal mostrado es el tramo donde se encuentra la región (C) de clasifica¬ ción que corresponde a un estrechamiento para acelerar el flujo (F) de arrastre. En este ejemplo de realización la configuración del conducto (7) principal es esencial¬ mente bidimensional . Se dice esencialmente bidimensional porque la sección es rectangular y es posible que las variaciones de sección sean no solo en direcciones con- tenidas en el plano representado en el dibujo sino tam¬ bién en la dirección perpendicular (en los otros lados del rectángulo de la sección) . Habitualmente, este tipo de configuración también se denomina plana. En particu¬ lar, la configuración del estrechamiento según la sec- ción vista en la figura 1 comienza con una tobera (T) convergente en la cual se puede identificar un punto de inflexión (I) en la curvatura que establece la variación de la sección a lo largo del eje longitudinal. También es posible ejecutar la invención haciendo uso de configuraciones cilindricas tal y como se emplean en el estado de la técnica.
La tobera (T) convergente acelera el flujo y disminuye la presión. La existencia de gradientes nega- tivos de presión en la dirección longitudinal de la to¬ bera (T) también favorece la estabilidad de la capa li¬ mite y evita la aparición de turbulencia, en particular evitando el desprendimiento de la capa limite.
Se lleva a cabo la inyección de un flujo (L) se¬ cundario a través de una segunda entrada (1) que desem¬ boca en este ejemplo de realización en la tobera (T) del conducto (7) principal; en particular, tras el punto de inflexión (I) . Este flujo secundario es el flujo consti¬ tuido por la muestra a analizar y que lleva partícu¬ las (P) no necesariamente cargadas.
El flujo (L) secundario, una vez dentro del con- ducto (7) principal discurre ceñido a la pared de dicho conducto (7) . Mediante simulaciones numéricas se han es¬ tablecido las dimensiones de la entrada (1) del flu¬ jo (L) secundario así como los caudales tanto del flu¬ jo (F) de arrastre como del flujo (L) secundario para que el flujo secundario sea transportado manteniéndose ceñido a la pared hasta al menos llegar aguas abajo don¬ de se sitúan los medios (6) de cargado, y más en parti¬ cular, a la región (C) de clasificación. Cada caso debe ser ajustado numéricamente y son muchos los parámetros que influyen en las condiciones óptimas para conseguir este transporte adecuado del flujo (L) secundario; no obstante, se ha encontrado que estas condiciones se al¬ canzan más favorablemente si la entrada (1) del flu¬ jo (L) secundario se localiza tras el punto de infle- xión (I) de la curva que establece la convergencia de la tobera (T) .
Una vez que el flujo (L) secundario ha alcanzado la región (Z) de influencia de los medios (6) de cargado éstos actúan cargando las partículas (P) susceptibles de ser cargadas .
Un modo de realización de la invención hace uso de una fuente de emisión radiactiva capaz de emitir una radiación alfa o beta de corto alcance. Otro modo de re¬ alización de la invención hace uso de una fuente de ra¬ diación ionizante, ultravioleta o de rayos X, preferen¬ temente focalizada mediante una lente. Las partículas (P) cargadas, una vez que han sido cargadas mediante los medios (6) de cargado ya se encuentran o bien en la entrada de la región (C) de cla¬ sificación o bien en el interior de la región (C) de clasificación evitando que transcurra un tiempo de resi- dencia que dé lugar a la recombinación desvirtuando los resultados tal y como sucede en los dispositivos descri¬ tos en el estado de la técnica.
En este primer ejemplo de realización, la re- gión (C) de clasificación tiene una configuración en forma de prisma de bases rectangulares limitado lateral¬ mente por las paredes del conducto (7) principal; y las bases superior e inferior (según la posición en la que se representa el analizador en la figura 1) corresponden a límites del volumen de control por donde entra y sale respectivamente el flujo resultante de la suma del flu¬ jo (F) de arrastre y el flujo (L) secundario.
También siguiendo la orientación mostrada en la figura 1, la región (C) de clasificación está limitada lateralmente por electrodos (4, 5) que una vez polariza¬ dos en modo operativo establecen un campo (E) eléctrico esencialmente transversal al flujo (F) de arrastre. El flujo (F) de arrastre transportará a las par- tículas (P) cargadas aguas abajo en dirección longitudi¬ nal; y, el campo (E) eléctrico arrastrará estas mismas partículas (P) transversalmente de izquierda a derecha hasta alcanzar la pared. Cuanto mayor sea la movilidad eléctrica de la partícula (P) cargada antes llegará a la pared derecha y por lo tanto el punto de llegada se si¬ tuará más arriba.
Al igual a como se describe en el estado de la técnica, la invención puede hacer uso de sensores de carga que pueden determinar el punto de llegada, o bien, se puede disponer de dos electrodos que establezcan si la partícula incide por encima o por debajo de una cier¬ ta posición de referencia.
Es también posible incorporar una ranura (3) que permita la salida de la partícula (P) cargada que tenga la movilidad eléctrica que corresponde al valor de refe¬ rencia tomado en la calibración del aparato [modificando la intensidad del campo (E) eléctrico y las condiciones del flujo (F) de arrastre] para que coincida con la ra¬ nura (3) . La partícula (P) así extraída puede a su vez entrar en otros aparatos de mayor precisión o bien puede ser almacenada para un tratamiento posterior.
Un modo particular de llevar a cabo la invención incorpora una salida de drenaje del flujo (F) secundario tras la región (C) de clasificación. En este caso conviene establecer también condiciones del flujo para que el flujo (F) secundario se mantenga de forma estable ce¬ ñido hasta alcanzar la salida (2) . En los ejemplos de realización se ha sometido a la salida a una presión por debajo de la presión en el punto de la salida (2) para favorecer la succión del flujo (F) . La estabilidad del flujo (F) secundario y que éste se mantenga ceñido a la pared ha sido mejorada es¬ tableciendo una entrada (1) oblicua con una inclinación que acerca la dirección del flujo (L) secundario de en- trada a la dirección del flujo (F) de arrastre en el punto de entrada. En el ejemplo de realización se ha he¬ cho uso de 45° respecto de la dirección longitudinal por lo que se reduce la posibilidad de aparición de recircu¬ lación en la zona de entrada (1) en la pared dispuesta aguas abajo de esta misma entrada (1) .
La figura 2 corresponde a un segundo ejemplo de realización donde el cargado se lleva a cabo en el inte¬ rior del conducto (7) principal incorporando la entrada de un flujo (V) ya cargado que actúa como vector de car¬ ga para el cargado del flujo (L) secundario conteniendo la muestra a analizar.
El flujo (V) cargado que actúa como vector transfiere su carga a las partículas del flujo (L) se¬ cundario cargándolo.
Las partículas (P) cargadas, en el interior de la región (C) de clasificación se comportarán del modo ya descrito anteriormente.
Independientemente de la configuración empleada en el analizador, el procedimiento de análisis de acuer¬ do a la presente invención queda establecido a través de las etapas de la reivindicación 11 que se incluye por referencia en esta descripción.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Analizador de movilidad diferencial que com¬ prende :
· un conducto (7) principal para el paso de un flu¬ jo (F) de arrastre donde este conducto (7) princi¬ pal dispone en su interior de una región (C) de clasificación,
una entrada (1) de flujo (L) secundario al condue¬ to (7) principal para la inyección de una muestra a analizar sin cargar, ,
unos medios (4, 5) para la generación de un cam¬ po (E) eléctrico en la región (C) de clasificación donde, en modo operativo, el campo (E) eléctrico es esencialmente transversal a la dirección del flu¬ jo (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 dispone de unos medios (6) de car¬ gado tales que en modo operativo llevan a cabo el carga¬ do en la región (C) de clasificación que es alcanzada por todo o por parte del flujo (L) secundario tras haber entrado en el conducto (7) principal.
2. - Analizador según la reivindicación 1 caracterizado porque la entrada (1) del flujo (L) secundario está situada aguas arriba de la región (C) de clasifica¬ ción 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 cía- sificación .
4.- Analizador según la reivindicación 3 caracterizado porque el estrechamiento presenta aguas arriba una tobera (T) convergente cuya sección longitudinal dispone de un punto de inflexión (I) tal que la entra¬ da (1) del flujo (L) secundario se encuentra aguas abajo de este punto de inflexión (I) .
5.- Analizador según la reivindicación 2 o 4 caracterizado porque la entrada (1) tiene una configura¬ ción tal que 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. - Analizador según la reivindicación 5 caracterizado porque la entrada (1) tiene una configuración tal que establece un flujo (F) secundario en el punto de entrada al conducto (1) principal que es oblicuo y orientado hacia la dirección del flujo (F) de arrastre.
7. - Analizador según cualquiera de las reivindi¬ caciones anteriores caracterizado porque dispone de una salida (2) de drenaje tras la región (C) de clasifica¬ ción para la retirada de parte o todo el flujo (L) se¬ cundario del flujo (F) de arrastre.
8. - Analizador según la reivindicación 1 carac- terizado porque los medios (6) de cargado son una fuente de emisión radiactiva, o una fuente de radiación ioni¬ zante preferentemente focalizada mediante medios ópticos o ambas .
9.- Analizador según la reivindicación 1 carac- terizado 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 movi¬ lidad eléctrica de las partículas (P) cargadas arrastra¬ das por el campo (E) eléctrico consisten en una ranu¬ ra (3) situada en una posición aguas abajo de una re¬ gión (Z) de cargado alcanzable por las partículas (P) cargadas que corresponden a una movilidad eléctrica pre¬ determinada .
11. - Analizador según la reivindicación 1 caracterizado porque los medios (3) para discriminar la movi¬ lidad eléctrica de las partículas (P) cargadas arrastra¬ das por el campo (E) eléctrico consisten en uno más sen¬ sores situados en una posición aguas abajo de una re¬ gión (Z) de cargado alcanzable por las partículas (P) cargadas o bien para determinar la movilidad eléctrica o bien para discriminar según su movilidad eléctrica de¬ pendiendo del lugar donde inciden las partículas (P) cargadas .
12. - Procedimiento de análisis de la movilidad eléctrica de una muestra que contiene partículas suscep- tibies 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 estable- ciendo condiciones de ambos flujos tales que el flujo 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 clasifi¬ cación del conducto (7) principal;
el flujo de arrastre (F) junto con el flujo (L) se¬ cundario conteniendo partículas (P) cargadas se ha¬ cen pasar por un campo (E) eléctrico esencialmente transversal para discriminar posteriormente las partículas (P) cargadas dependiendo de su movilidad eléctrica .
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