CN114450566B 高选择性色谱-分子旋转共振波谱系统和方法 （布赖特斯佩克股份有限公司）

2022.01.06PCT/US2020/0318902020.05.07WO2020/227541EN2020.11.12WO2018081243A1,2018.05.03高选择性色谱-分子旋转共振波谱系统和方法或液相色谱-分子旋转共振(GC/LC-MRR)仪器的能力超过高分辨率质谱和核磁共振的能力。MRR检测提供了对于选择性气相或液相分离的高特况下解析共洗脱峰和异构化合物的能力。MRR可以在没有参考标准物的情况下对由GC或LC分离并且可以鉴定对映异构体和对映异构体过量。GC-MRR测量对于研究生物合成/降解和地球化学2气相色谱仪，所述气相色谱仪用于将分析物分离成组分，所述气相色分子旋转共振波谱仪，所述分子旋转共振波谱仪被配置成测量微波源，所述微波源与所述测量室电磁通信，以用激励脉处理器，所述处理器可操作地联接到所述分子旋转共振波谱仪，以基于所其中所述处理器被配置成基于所述分析物的共洗脱组分的所述分子旋转共振波谱解2.根据权利要求1所述的集成色谱-波谱系统3.根据权利要求1所述的集成色谱-波谱系统第二载体源，所述第二载体源与所述喷嘴流体连通以供应第二气相色谱仪，所述气相色谱仪用于将分析物分离成组分，所述气相色分子旋转共振波谱仪，所述分子旋转共振波谱仪被配置成测量微波源，所述微波源与所述测量室电磁通信，以用激励脉处理器，所述处理器可操作地联接到所述分子旋转共振波谱仪，以基于所手性标签源，所述手性标签源与所述喷嘴流体连通，以将手性入到所述测量室中，所述手性标签与所述组分中的至少一种组分的不同对映异构体结合，由此产生能够由所述分子旋转共振波谱仪解析的所述不同对映异构体的分子旋转共振波气相色谱仪，所述气相色谱仪用于将分析物分离成组分，所述气相色3分子旋转共振波谱仪，所述分子旋转共振波谱仪被配置成测量微波源，所述微波源与所述测量室电磁通信，以用激励脉辅助检测器，所述辅助检测器可操作地联接到所述柱和所述处其中所述处理器被配置成响应于所述峰而触发对所述分子旋转共振波谱的测量和/或气相色谱仪，所述气相色谱仪用于将分析物分离成组分，所述气相色分子旋转共振波谱仪，所述分子旋转共振波谱仪被配置成测量微波源，所述微波源与所述测量室电磁通信，以用激励脉处理器，所述处理器可操作地联接到所述分子旋转共振波谱仪，以基于所显示器，所述显示器可操作地联接到所述处理器，以显示所述柱色谱仪，所述色谱仪用于将分析物分离成组分分子旋转共振波谱仪，所述分子旋转共振波谱仪与所处理器，所述处理器可操作地联接到所述分子旋转共振波谱仪，以至述分子旋转共振波谱解析来自所述色谱仪的共洗9.根据权利要求8所述的系统，其中所述分子旋转共振波谱仪是具有膨胀室的微波分载气源，所述载气源与所述气相色谱仪和共振测量腔流体连通，以过所述气相色谱仪并且将所述组分中的至少一种组分推入到所述413.根据权利要求12所述的系统，其中所述分子旋转共振波谱仪是具有膨胀室的微波挥发接口，所述挥发接口与所述液相色谱仪热连通，以使所述组分载气源，所述载气源与所述挥发接口流体连通，以将所述组分处理器，所述处理器可操作地联接到所述分子旋转共振波谱仪，以至述组分的所述分子旋转共振波谱形成所述分析物的总分处理器，所述处理器可操作地联接到所述分子旋转共振波谱仪，以至色谱仪，所述色谱仪用于将分析物分离成组分分子旋转共振波谱仪，所述分子旋转共振波谱仪与所辅助检测器，所述辅助检测器可操作地联接到所述色谱仪，以检处理器，所述处理器可操作地联接到所述分子旋转共振波谱仪和所述于所述峰而触发对所述分子旋转共振波谱的测量和/或至少部分地基于所述峰处理所述分喷嘴，所述喷嘴与所述色谱仪和所述分子旋转共振波谱仪转共振波谱仪测量所述分子旋转共振波谱之前旋转地冷却所述组分中的所述至少一种组用色谱仪将所述分析物分离成组分，其中所用与所述色谱仪流体连通的分子旋转共振波谱仪测量所述组分中的至少一种组分的至少部分地基于所述分子旋转共振波谱解析所述分析物的所述组分中的异构体520.根据权利要求19所述的方法，其中将所述分析物分离成组分包括用所述色谱仪对22.根据权利要求19所述的方法，其中测量所述组分中的至少一种组分的所述分子旋在测量所述组分中的所述至少一种组分的所述分子旋转共振波谱之前旋转地冷却所其中测量所述分子旋转共振波谱包括用微波激励信号激励所述组分中的所述至少一至少部分地基于所述分子旋转共振波谱鉴定所述分析物的至少至少部分地基于所述分子旋转共振波谱对所述组分中的所述至至少部分地基于所述分子旋转共振波谱形成所述分析用载气推动所述分析物穿过所述气相色谱仪并且将所述组分中的至少一种组分推入用载气将所述组分中的所述至少一种组分推出用色谱仪将所述分析物分离成组分，其中所用与所述色谱仪流体连通的分子旋转共振波谱仪测量所述组分中的至少一种组分的在测量所述分子旋转共振波谱之前，将手性标签基于所述分子旋转共振波谱鉴定所述分析物的所述组分中的对映异构体和/或基于所述分子旋转共振波谱确定所述分析物的所述组分的对分子旋转共振波谱仪，所述分子旋转共振波谱仪与所述气相6脉冲射流超声波膨胀源，所述脉冲射流超声波膨胀源与所述气相色谱仪其中所述分子旋转共振波谱仪被配置成通过分子旋转共振波谱分析31.根据权利要求30所述的系统，其中所述脉冲射流超声波膨胀源被配置成旋转地冷32.根据权利要求30所述的系统，其中所述脉冲射流超声波膨胀源被配置成将所述分析物的分子旋转地冷却到10K以下的温度，以便通过所述分子旋转共振波谱仪进行分子旋33.根据权利要求30所述的系统，其中所述分子旋转共振波谱仪被配置成分析分子量34.根据权利要求30所述的系统，其中所述分子旋转共振波谱仪被配置成解析由所述分子旋转共振波谱仪，所述分子旋转共振波谱仪与所脉冲射流超声波膨胀源，所述脉冲射流超声波膨胀源与所述气相色谱仪其中所述系统被配置成在没有参考标准物的情况下鉴定和7[0002]本申请要求于2020年2月18日提交的题为“用于测量气相色谱流出物的分子旋转共振波谱仪(MolecularRotationalResonanceSpectrometerforMeasurementofGasChromatographyEffluents)”的美国申请第62/977,846号；于2019年10月9日提交的题为“具有单一特异性的分子检测/分离系统(AMolecularDetection/SeparationsSystemofSingularSpecificity)”的美国申请第62/913,082号；以及于2019年5月7日提交的题为“质谱联用MRR波谱：作为色谱检测器的MRR波谱(HyphenatedMRRSpectroscopy:MRRSpectroscopyasaChromatographicDetector)”的美国申请第62/844,280号在混合物以及用于测量药物产品中的杂质。美国食品与药物管理局(FDA)严重依赖于气相色大努力来开发可以更好地分离具有挑战性的混合物的新柱并且开发可以完全分离单独组[0005]分子旋转共振(MRR)波谱(在其它方面也被称为分子旋转波谱或微波波谱)通过化合物在气相中的纯旋转角动量跃迁来表征化合物。分子的旋转能级按其3维质量分布所规定的那样被定量，所述质量分布被表示为其惯性矩I。这(在一个维度中)被定义为I=Σmiri2由哈密顿函数(Hamiltonian)描述的，所述哈密顿函数精确地取决于其在三个空间轴上的众多且极其窄的波谱线(典型的波谱分辨率νΔν≈10-5)，高分辨率旋转波谱因此对于每个8[0007]将气相色谱(GC)或液相色谱(LC)与分子旋转共振(MRR)波谱组合的仪器提供了关于气相或液相中的分析物的空前水平的分子信息。所得GC-MRR或LC-MRR波谱系统(也称为GC-MRR或LC-MRR仪器)可以采用包含啁啾脉冲FT(CP-FT)技术在内的宽带MRR测量技术，以比其它MRR或旋转波谱系统快若干个数量级地测量波谱。本发明的GC-MRR或LC-MRR仪器相损失的情况下解析和定量共洗脱化合物；以及(iii)定性鉴定和绝对定量两者都可以在没励脉冲激励所述测量中的所述组分，所述激励脉冲在约6GHz到约18GHz的频率范围内具有[0009]替代性仪器包括色谱仪和与所述色谱仪流体连通的MRR波谱仪。所述色谱仪将分[0010]另一种本发明的仪器包括气相色谱仪、MRR波谱仪和与所述气相色谱仪的柱和所[0011]在本发明的仪器中，由MRR波谱仪收集的原始数据是来自由色谱仪分离的分析物独的处理器)对这些时域FID迹线中的每个时域FID迹线进行傅里叶变换，以产生对应的分子旋转共振(MRR)波谱。所述处理器鉴定这些MRR波谱中的每个MRR波谱的谱线并且对每个MRR波谱中的所述谱线的振幅进行求和以产生与所述时域FID迹线的时间箱(timebin)相对应的振幅值。所述处理器基于所述时域FID迹线的所述振幅值和时间箱形成所述分析物[0012]前述概念和下文更详细论述的另外的概念的所有组合(前提是这些概念不互相不9当赋予本文中明确使用的也可以出现在通过引用并入的任何公开中的术语与本文中公开[0015]图2A示出了从未通过气相色谱(GC)分离但可以通过GC-MRR波谱分析的氯化二噁[0016]图2B示出了可以通过GC-MRR波谱分析的得到批准的氟化药物及其可能的脱-F降[0020]图3C和3D示出了适用于示出用图3A的GC-MRR系统和/或图3B的MRR波谱仪获得的[0022]图5A示出了异蒲勒醇在四个不同温度下的模拟MRR波谱，其示出了随着旋转温度[0025]图7A展示了从由集成色谱-MRR系统收集的原始时域自由感应衰减(FID)迹线计算[0030]图8B示出了图8A中的化合物的天然同位素丰度如何通过GC-MRREMC容易地获得[0032]图10A展示了手性标记，所述手性标记是通过组合手性标签和对映异构体而具有够使用MRR色谱图中的色谱峰的面积对混合物组分进行为MRR波谱仍然可以容易地鉴定和定量无法进行色谱分离的单独题得到证实，所述问题说明了在给定条件下没有单个柱可以分离复合混合物中的所有组但MRR波谱鉴定和定量部分或完全共洗脱化合物的能力是分析化学的重变量曲线分辨率和迭代曲线拟合；然而，大多数这些化学计量技术在以下情况下会失败：[0039]图2A-2C突出了若干实例，其中GC-MRR和LC-MRR可以解决分离科学中不能通过单种分析性分离问题由于当前的GC检测器对这两种分析物产生难以区分的特征这一事实而[0041]作为另一个实例，图2C示出了来自GC-MRR波谱的展示的乙腈(CH3CN)的八个同位素体的混合物的色谱图。化合物特异性同位素比率分析在许多研究领域中都是很重要的，3[0042]GC-MRR代谢组学研究(下文更详细地描述)示出了地下水中的不同细菌培养物对谱进行但不可能用其它方法进行的生物合成和降解研究的一并入本文：题为“用于波谱的啁啾脉冲频域梳(ChirpedPulsedFrequency-DomainComb术(ApparatusandTechniquesforFourierTransformMillimeter-Wave(FrequencyHoppingSpreadSpectrum(FHSS)FourierTransformSpectroscopy)”的美国专利第10,107,744号。宽带测量可以一次跨整个频带或在整个频带的区段(例如，6-换波谱(SegmentedChirped-PulseFou速率可以通过直接对获取数据的现场可编程门阵列(FPGA)执行傅里叶变换来强度与物种浓度成比例。如果目标物种和GC/LC分离参数是提前已知的，则可以提前编程合物A在测量已经开始后10秒脱离柱并且在10GHz下具有强共振，则MRR波谱仪可以被编程脱离柱并且在6.8GHz下具有强共振，则MRR波谱仪可以被编程成在15秒的测量时间时在初步分析(例如，如果辅助检测器是质谱仪或可以提供关于洗脱物的组成的信息的其它装[0047]目标测量和宽带测量可以在不同频率范围下进行，包含微波区域(例如，在6-[0048]另外，微波MRR波谱测量可能由于测量条件的差异而比毫米波MRR波谱测量更敏[0051]图3A和3B示出了可以在单次运行中分析困难和/或复杂的混合物的质谱联用GC-MRR仪器300。其可以进行不能通过任何其它方法完成的化合物特异性同位素分析(CSIA)，[0052]GC-MRR仪器300包含联接到具有温度调节的流动接口330的MRR波谱仪320的气相种分析物可以(周期性地)虹吸出气体或液体的连续流或流、积聚并挥发(如果适当的话)，[0053]分析物的成分中的一些或全部以不同的比率传播通过柱314，并且因此可能在不现在柱314的输出处并且因此不能单独使用G[0054]载气推动(至少部分分离的)组分穿过接口330并且推入到MRR波谱仪的测量室324[0055]例如，测量室324可以是具有允许气相组分和载气进入和离开的至少一对孔的流320通过使组分经受微波和/或毫米波辐射的一个或多个激励脉冲来测量每种组分的MRR波[0056]接口330也可以联接到第二载气源352(与第二载气源流体连通)。第二载气源352354的手性标签与接口330中的储器中的分析物组分混合导致手性标签将其自身附着到不[0058]经激励的分子响应于激励在其特性旋转频率下通过自由感应衰减(FID)发射相干秒)，因此仪器300由于可以实现期望吞吐率的数字转换器(ADC327)以及可以在没有死区[0060]处理器340可以在洗脱物离开GC柱314时连续地测量和记录洗脱物的MRR波谱。在[0061]可替代地，如热导检测器(TCD)等辅助(通用)检测器350可以基于GC柱314的输出波波谱的方法和设备(MethodsandApparatusforDirectMultiplicationFourier测量结果可以通过可操作地联接到处理器340(图3A)的显示器3[0064]图3C和3D展示了可以在显示器342上显示的用户接口的两个视图。图3C中所示的为所述同位素体具有类似结构，所以可以使用GC将八种同位素体(CD3CN)中的仅一种与其[0065]因为八种乙腈同位素体具有不同的MRR波谱，所以即使当这些乙腈同位素体同时分子量下的灵敏度可能是有限的，因为室温分子的MRR波谱在高于150amu时倾向于变得极体冷却池的GC-MRR仪器由于这种旋转冷却而能够分析具有较高分子量(例如，高达400amu将分析物注入到如图3A和3B所示的GC-MRR系统中的MRR波谱仪的测量室中。有三种气体流450通过用特氟龙提升阀密封的电磁阀452迅速地打开和关闭。在每个气体脉冲(持续时间[0070]例如，当将由GC柱分离的分析物组分用脉冲射流超声波喷嘴注入到微波MRR测量将主导由分析物组分向微波MRR测量室中的超声波脉冲注入引起的旋转冷却。这两种载气了0到600GHz的微波和毫米波频率内的波谱，并且图5B示出了0到18GHz的微波频带中的波源将GC输出注入到GC-MRR波谱系统中的MRR波谱仪的真空室中来实现。使用理想的载气分子都在微波范围(6-18GHz)内具有变得更加简单，并且超出此值也变得可行(其中主要限制变成使化合物进入气相并且将气[0075]图7A展示了用于处理由图3A所示的集成GC-MRR仪器300测量的原始数据的方法[0076]对这些原始时域FID迹线中的每一个进行变换产生了一组MRR波谱(704)，所述波谱中的每一个都与测量时段中的不同时间箱相关联。对这些MRR波谱中的每一个中的波谱谱线(峰)的振幅进行鉴定(706)和求和(708)产生了与所述MRR波谱相关联的时间箱的振幅所述异构体可以通过EMC中的其MRR波谱的差异来解析。组分可以通过将EMC与先前测量的EMC库(MRR波谱)和/或理论EMC进行比间箱的FID迹线进行傅里叶变换来计算。在一些情况下，多种分析物组分可以有助于给定[0080]TMC中的每个点包含允许分离不同物种的单独贡献的宽带MRR波谱。MRR波谱的非3C-(C＝O)-13CH3和H313C-(C＝O)-CH3或13CH3CH2OH和CH313CH2OH)可以由于其不同的[0081]图8A示出了通过GC-MRR波谱和图7A中的方法获得的溴乙烷和五种杂环化合物的极矩和旋转常数的变化通常很小。MRR峰强度之间的比率还可以直接用作同位素比率的准[0084]同位素组成的变化的确定用于评估有机饲料/污染物在地面和天然水生系统中的同位素分析(CSIA)和位置特异性同位素分析(PSIA)提供广泛适用的方法来研究复杂基质中的化学反应并且提供对污染物降解的更好理解。这种降解可以通过酶途径或通过由取[0085]CSIA通过精确定位给定痕量污染物分子中的反应性原子而提供对降解途径的更[0086]使用GC-MRR研究环境降解的实例涉及吡啶同位素体的稀释样品的选择性生物耗素特异性研究。表1示出了14N和15N吡啶标准物在三种不同的微生物培养物/溶液中的生物[0087]表2清楚地示出了两种不同细菌对乙腈的各种同位素体的生物耗尽的不同动力位[0095]挥发接口930将至少部分分离的分析物组分联接到MRR波谱仪920中。所述挥发接如氖气或氦气等载气推动挥发的分析物通过挥发接口930并到达联接到挥发接口930的脉收器(未示出)的接收器检测由挥发的分析物组分响应于激励脉冲发射的FID信号。电子装