[发明专利]微流体光电离检测器

说明书

提供了一种快速流通的高灵敏度的微流体光电离检测器(PID)，该微流体PID直接微制造在基片例如导电硅晶片上。微流体PID具有小于9μL的电离室体积。微流体PID可以具有流通设计，其中微流体通道在基片上限定蛇形图案。微流体PID的流通设计导致可以忽略的死体积，因此允许与现有商业上可用的设计相比的缩短的响应时间。这样的微流体PID对包括微GC和多维微GC系统的气相色谱(GC)特别有用。还提供了用于校准PID的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年5月5日提交的美国临时申请第62/157,238号的权益。以上申请的全部公开内容通过引用并入本文。

政府权利

本发明是在国家科学基金会授予的IIP-1342917和环境保护局授予的83564401的政府支持下完成的。政府对本发明具有一定的权利。

技术领域

本发明涉及高灵敏度的微流体光电离检测器，其可以与气相色谱一起用于目标分析物检测及分析。

背景技术

气相色谱(GC)广泛用于挥发性有机化合物(VOC)以及其他分析物化合物的分析。当用于分析时，GC系统通常还包括分析物检测器。火焰电离检测器(FID)是通常用于台式GC仪器的蒸气检测器。FID具有高灵敏度(检测极限在皮克尺度)、大的动态范围(6个数量级)以及零死体积。小型化的FID(μFID)正被研发用于便携式应用。然而，FID和μFID是破坏性的并且不能放置在蒸气流动路径的中间以监视多维GC分离。相反，它们仅用在GC仪器的末端。此外，需要使用氢气阻碍了它们在μGC设备中的广泛接受。

热导检测器(TCD)和μTCD也已经用作蒸气检测器。它们是非破坏性的并且具有流通设计(flow-through design)。然而，TCD受累于低灵敏度(纳克)而且需要氦气。电子捕获检测器(ECD)是另一类型的非破环性的蒸气检测器。虽然它们非常灵敏，但是它们具有有限的动态范围，并且需要使用放射性材料用于分析物电离。近来，针对μGC应用已经研发了许多其他类型的小型化非破环性的蒸气检测器，包括表面声波(SAW)、化学电容器、化学电阻器、光学蒸气传感器以及纳米电子传感器。这些传感器占用面积小并且是非破坏性的。然而，它们可能受累于大的死体积、低灵敏度、电-光-电转换(针对所有光学蒸气传感器)或者有限的蒸气类型。此外，这些蒸气传感器在其表面上通常需要聚合物涂层以捕获分析物并与分析物互相作用，这可能限制了所检测的分析物的类型和/或由于吸收和解吸过程而降低检测速度。

光电离检测器(PID)是过去50年来一直在研发的另一类型的蒸气检测器。光电离检测器是灵敏的(皮克)、非破坏性的并且适用于大范围的蒸气。PID是非破坏性的，并且可以用于检测各种有机和无机化合物。此外，它们具有大的动态范围(6个数量级)。尽管如此，PID受累于由于大的电离室和死体积而造成的迟缓的响应时间，因此限制了PID在GC系统中的使用和集成。期望有具有改进的响应时间和高的分析物灵敏度的快速PID检测器。

发明内容

本节提供了本公开内容的总体摘要，并且不是对其全部范围或全部特征的全面公开。

在各个方面，本公开内容提供了一种微流体光电离检测器(PID)。该PID可以包括具有微流体通道的基片。微流体通道具有接收流体样品的入口和流体样品离开微流体通道的出口。在某些变型中，微流体通道具有小于约9μL的总体积。PID设备还可以包括限定在基片上的第一电极区域和不同的第二电极区域。第一电极区域可以通过微流体通道与第二电极区域分离。PID设备还包括具有透明窗口的UV光源。透明窗口邻近微流体通道的至少一部分。UV光源被配置成将光子引导至微流体通道的所述部分。