多分析物檢測系統和方法

2023-12-08 20:39:01

專利名稱：多分析物檢測系統和方法
多分析物檢測系統和方法相關串請的交叉參考不適用。關於聯邦資助研究的聲明不適用。
背景技術：
用於爆炸物、危險化學品、危險生物學物質或化學/生物戰爭用物質的目前可用的基於氣體的檢測器檢測多種威脅的能力有限。例如，單目標檢測器可受限於設計為響應於指定物質的分析物(比如具體爆炸物或化學品)的一種類型的具體指示器。這些檢測器在更換或維護之前通常具有短暫且受限的操作時期。因為氣體，比如空氣樣品，能攜載多於一 種的來自爆炸物、危險化學品或危險生物物質的分析物，因此每次使用需要多個檢測器。致力於短暫貨物和/或人的檢查的政府機構通常負責爆炸物、危險化學品或危險生物物質或其它違禁品的檢查。這些政府機構尋找對於公眾存在危險的潛在地偽裝或隱藏的危險物質。使用具有不同指示器的幾個不同檢測器給政府機構帶來較大的物流區域以及顯著的消耗費用。實際上，預算限制迫使政府機構購買一個或兩個檢測器，每個具有單個指示器。即使政府機構具有幾個帶有不同指示器的不同檢測器，它們可能也僅使用一個檢測器以加速瞬息貨物或人的處理時間。一種類型檢測器布置於另一種上意味著政府機構猜測可能會遇到哪種危險物質或其它違禁品。不幸的是，觀察政府機構或知道政府通常如何操作的任何人都能確定政府機構的實踐和動作。這增大了源自於為了邪惡原因故意製造這些危險物質的那些人的威脅。同樣的危險情形出現於不知道運輸危險或有毒物質的那些人。在這兩種情況下，多種類型檢測器的受限布置增大了對人民和財產造成傷害的威脅。非政府機構(NGA)也需要能足夠快速地檢測和監控危險化學品和生物物質以防止事故的系統。類似於政府機構的方法，NGA所需的大量檢測器增大了物流蹤跡和相關費用。在NGA採用單個檢測器時，他們決定將最可能會遇到的危險化學品或生物物質。不幸的是，化學品和生物物質在混合時或在接觸其它物質時能改變性質。為了保護以免於不同類型危險物質的範圍，需要幾種不同類型的檢測器。在已知檢測器中，大多使用塗覆有化學品或指示器的多孔膜。選定的指示器將響應於由氣體攜載的分析物。樣品與指示器相互作用，產生特定反應，比如發螢光或經受顏色變化。在樣品流動穿過多孔膜時發生檢測。需要能檢測多於一種爆炸物、化學品、生物物質和/或其組合的檢測器和系統。另夕卜，這種系統需要輕質，易於布置，並且通過減少消耗元件的數目而降低消耗費用。易於便攜的多分析物檢測系統需要最小化非目標雜質的影響，以及為終端用戶降低複雜性，以及降低消耗品出賣的間隔。這些物質的快速檢測挽救生命和財產
發明內容
在一個實施例中，本發明提供了一種用於檢測氣體樣品中的分析物的裝置。該裝置包括承載傳感器頭和加熱區塊的流系統。傳感器頭和加熱區塊在其間限定模塊接收器。該裝置具有定位於傳感器頭上並且提供通向樣品區域的氣態流體相通的氣體入口。該裝置具有定位於傳感器頭上並且提供源自樣品區域的氣態流體相通的氣體出口。該裝置具有定位於傳感器頭的底部上並且在模塊接收器內的密封邊緣。該裝置還具有定位於模塊接收器內並且定位為給傳感器頭、加熱區塊以及模塊接收器提供熱的加熱器。承載基片的模塊定位於模塊接收器內，其中模塊承載窗口。基片上承載至少一個指示器。指示器選擇為其能響應於由氣體樣品承載的特定分析物。基片在模塊的窗口中暴露至氣體樣品。傳感器頭的底部、密封邊緣以及基片限定樣品區域。密封邊緣和基片在其間限定無洩漏的密封。樣品區域定位於窗口內。該裝置具有與樣品區域光通信的至少一個光學埠。光學埠為至少一個適合於照明樣品區域的光學發光器以及為至少一個適合於檢測螢光、顏色或化學照明反應變化的光學檢測器提供光通信。該裝置具有與光學發光器、光學檢測器以及模塊電通信的控制系統。
在另一實施例中，公開了一種檢測多種分析物的方法。該方法包括a.由檢測器捕獲氣態樣品，所述檢測器承載用於接收所述氣態樣品的樣品埠以及用於排出所述氣態樣品的排出埠；b.將所述氣態樣品連通至多個指示器，所述指示器定位於由定位於所述檢測器內的可移除模塊承載的基片上；c.在分析物與至少一個所述指示器之間引起響應，所述分析物由所述氣態樣品承載；d.由檢測器檢測所述響應，所述檢測步驟識別所述分析物；e.告知控制設備關於所述分析物的識別；以及f.將所述指示步驟通信至顯示器，所述通信由所述控制設備控制。在又一實施例中，本發明提供了一種用於檢測氣態樣品中的分析物的裝置，該裝置包括檢測器、模塊和控制系統。該檢測器包括流系統，流系統承載傳感器頭和加熱區塊，傳感器頭和加熱區塊在其間限定模塊接收器，並且傳感器頭具有定位於其上的密封邊緣。該檢測器還具有定位於傳感器頭上的氣體入口，並提供通向樣品區域的氣態流體相通。該檢測器具有定位於傳感器頭上的氣體出口並提供源自樣品區域的氣態流體相通。該檢測器具有定位於模塊接收器內並且對其提供加熱的加熱器。該檢測器具有與樣品區域光通信的至少一個光學埠，其中光學埠提供來自光學發光器和光學檢測器的通信。模塊容納基片，其中基片在其上承載多個指示器。控制系統提供對檢測器、光學發光器、光學檢測器和模塊的控制。


圖IA是現有技術指示器容器的示意性透視圖。圖IB和IC是圖IA的現有技術指示器容器的端視圖，示出具有和不具有指示器的容器。圖2是本發明的基於卡盒的系統的示意性透視圖。圖3A和3B是多指示器基片的示意性平面圖。
圖4是用於檢測裝置的流系統的示意性透視圖。圖5是流系統的示意性底視圖。圖6-9是包含基片的不同模塊的示意性透視圖。圖10是具有卡盒的流系統的示意性透視圖。圖11是自含式檢測裝置的示意性透視圖。圖12A是彈簧偏壓槓桿臂自含式檢測裝置的示意性透視圖。圖12B是彈簧加載滑塊自含式檢測裝置的示意性透視圖。
具體實施方式

參照圖2-12B，示出檢測裝置並且通常由數字10指示。檢測裝置10包括流系統
12、模塊14、模塊14內的基片16、檢測系統18以及檢測器/處理器系統20。流系統12能接收模塊14。模塊14限定用於基片16的存儲和傳輸系統。模塊14能是任何形狀的，如這裡所討論的，並且在圖2和6-9中示出。為了說明的目的，模塊14在這裡示出並且在這裡一般性地稱為卡盒22。卡盒22包含基片16並且通過窗口 72將基片16的一部分暴露於流過流系統12的氣體。圖I示出現有技術的剛性但易碎的模塊。檢測裝置在圖10和11的優選實施例中，檢測裝置10定位於殼體24內。檢測裝置10也稱為檢測器10。下面討論的圖12A和12B是檢測裝置10的兩個替代構造。為了在外部環境與流系統12之間提供流體相通，殼體24承載有樣品埠 26和排出埠 28。在優選實施例中，檢測系統10包括多個連接至流系統12的檢測埠 32的光纖電纜30。光纖電纜30提供與檢測系統18的光通信。優選地，殼體24在其中結合有檢測系統18，如圖11中所示。替代地(未示出)，殼體24可脫離地連接至檢測系統18。優選地，檢測裝置10包括電源34，其給所有系統提供電能。電源34是任一方便的電源，或多個電源，給檢測裝置的剩餘部分提供充分電能。優選地，電源34包括可選擇的多個電源。檢測裝置10還包括控制系統36，其包括至少一個處理器、存儲設備、數據輸入埠以及通信埠。控制系統36提供對檢測裝置10的控制，其包括將基片16定位於流系統12內，並且當分析物在氣體樣品經過指示器38時響應於指示器38時檢測和處理這個響應。通常使用的指示器38在下面限定。優選地，控制系統36提供處理能力以操作檢測系統18以及所檢測分析物的相關辨別。控制系統36和檢測系統18電通信。控制系統36優選地存儲所有電子數據並且顯示相關信息以便操作員採取任何必要的動作。電子存儲設備優選地與控制系統36共同定位。參照圖12A，示出不同實施例的檢測裝置10，其中卡盒22由彈簧偏壓的槓桿臂52保持於殼體24上。彈簧56給彈簧偏壓的槓桿臂52提供偏壓。在這個實施例中，傳感器頭39定位於殼體24內。響應於彈簧56，密封區塊62將壓力施加於卡盒22上，並且為基片
16、卡盒22和傳感器頭39提供密封。參照圖12B，示出另一個實施例的檢測裝置10，其中卡盒22由彈簧加載的滑塊64保持於殼體24上。與圖12A中所示的實施例類似，傳感器頭39定位於殼體24中。使用偏壓彈簧(未示出)，彈簧加載的滑塊64將壓力施加至密封區塊62，密封區塊62然後將壓力施加至卡盒22上，並且為基片16、卡盒22和傳感器頭39提供密封。流系統參照圖4、5、10和11，殼體24在其中包含流系統12。流系統12包括傳感器頭39、氣體樣品入口 40、氣體樣品出口 42、加熱區塊43、至少一個加熱器46、突起輪緣48、以及樣品區域50。加熱區塊43和加熱器46覆蓋至少與基片16 —樣寬的區域，並且在一些情況下，這個區域大於基片16的區域。傳感器頭39和加熱區塊43的構造限定模塊接收器44。所限定的模塊接收器44構造為接收模塊14。優選地，在流系統12的設計之前選擇模塊14。如圖10和11中所示，模塊接收器44具有適合於允許卡盒22的窗口 72插入流系統12的傳感器頭39與加熱區塊43之間的構造。在一個實施例中，模塊接收器44操作為圍繞模塊14閉合併且密封模塊14。圖12A和12B示出這個實施例的兩個示例。然而,本領域技術人員知道不同類型的閉合和密封機構，在其圍繞模塊14或卡盒22閉合時與模塊接收器44 一起起作用。窗口 72為氣體樣品提供通路以與由基片16承載的指示器38相互作用。窗口 72將基片16的這個部分和指示器38暴露至流系統12，窗口 72在基片16的上方和下方都打開。氣體樣品入口 40提供樣品埠 26與樣品區域50之間的氣態流體相通。傳感器頭39的底部、突起輪緣48以及基片16限定樣品區域50。突起輪緣48在基片16上為密封區域50提供無洩漏的密封。密封邊緣49包括突起輪緣48，以及在傳感器頭39的底部和基片16之間提供密封的其它已知表面。因而，突起輪緣48是密封邊緣49的子設備。樣品區域50定位於窗口 72內。樣品區域50將基片16上的指示器38暴露至從樣品埠 26相通越過樣品區域50的氣體樣品。氣體樣品出口 42將來自樣品區域50的氣體樣品連通至排出埠 28。與排出埠 28氣態流體相通的泵54在樣品埠 26與排出埠 28之間產生壓降，從而促使流過樣品區域50。雖然優選實施例將泵54定位於殼體24內部，但是圖11中所示的實施例將泵54定位於外部。這證明了泵54可定位於樣品區域50與排出埠 28之間的任何地方。優選地，泵54產生的壓降足以在樣品區域50上產生大約I. 0升/分鐘或更低的流速。在一個實施例中，泵54選擇性地產生至少I. 0升/分鐘或更低的恆定流速，或小於大約I. 0升/分鐘的可變流速。在另一個實施例中，泵54僅具有至少I. 0升/分鐘或更低的恆定流。加熱器區塊43承載至少一個加熱器46。優選地，加熱器46提供足以升高流系統12和基片16的溫度的熱輸入。通過將熱施加至流系統12，氣體樣品更有可能將分析物從外部環境傳輸至樣品區域50和指示器38。例如，氣體樣品可包括痕量的爆炸物質。在室溫下，痕量的爆炸物質開始粘附至入口 66的表面。通過加熱流系統12，氣體樣品不大可能粘附。因而，較暖的流系統12保持痕量的爆炸物質處於氣態並且懸浮於氣體樣品內。優選地，加熱器46在大約40°C和大約200°C之間的操作溫度下維持加熱流系統12。圖4示出加熱器46位置的非限制性示例。加熱器46可放置於流系統12上提供充分加熱的任何位置。在加熱時，基片16也由加熱器46加熱，或替代地，基片16由單獨的源(未示出)加熱。樽塊/卡倉如前所示，在全文中使用卡盒22來代表模塊14。然而，卡盒僅表示模塊14的一種可能的非限制性構造。熟練的技術人員理解到，模塊14可以是能保持基片16並且將基片16傳輸至樣品區域50的任何形狀。圖6-9示出模塊14的四個示例。圖6示出作為模塊14的卡盒22。圖7示出作為模塊14的卡盒的變化，其具有通過窗口 72和樣品區域50將基片16供給入捕獲箱68的單個存儲捲軸。圖8示出盤型的模塊14，其用於將基片16傳輸穿過窗口 72和樣品區域50。圖9示出條帶型的模塊14，其用於將基片16傳輸穿過窗口72和樣品區域50。任何形式的模塊14都可以。然而,在一個實施例中，模塊14具有用於基片16的密封存儲容積並且其提供用於基片16移動穿過窗口 72和樣品區域50。在另一個實施例中，模塊14具有用於基片16的未密封存儲容積並且其提供用於基片16移動穿過窗口 72和樣品區域50。為了排除假陽性、汙染以及指示器38材料的損耗，模塊14包括密封71或其它構造，將基片16過早暴露至環境的情況排除。在一個實施例中，未暴露的基片16密封於模塊14內以免任何前述模塊14示例過早暴露。在一個使用卡盒22的替代實施例中，卡盒22的端部70在窗口 72處由密封71隔離，從而排除容納於端部70內的基片16上的指示器38的暴露。在這個實施例中，密封71足夠地撓曲以允許基片16前進至窗口 72，用於在沒有損耗來自基片16的指示器之下在樣品區域50內暴露。優選地，密封71在使用時是不響應於任何潛在指示器38或基片16的材料。密封71可由多種材料比如毛氈、橡膠、紙張、矽樹月旨、氯丁橡膠、其它非響應材料及其組合製成。繼續以卡盒22說明模塊14，卡盒22具有將基片16暴露至樣品區域50的窗口 72。優選地，窗口 72的尺寸允許模塊接收器44的突起輪緣48完全地接觸基片16，以使得泵54的致動形成基片16對於突起輪緣48的真空密封。因而，突起輪緣48或密封邊緣49與基片16的頂部以及傳感器頭39的底部共同配合，限定樣品區域50。因而，泵54的致動將樣品氣體通過氣體樣品入口 40拉入，讓樣品經過由基片16承載的指示器38上方，並且然後將氣體樣品通過氣體樣品出口 42導出。卡盒22在預定時期之後或檢測事件之後自動地推進基片16穿過樣品區域50。這個自動推進優化了指示器38的暴露。用於卡盒22的推進機構可以是本領域技術人員已知的任何類型。一些非限制性示例包括手動推進設備、電動或氣動馬達、螺線管、活塞或其它機電或電子氣動設備。卡盒22的相關推進的控制使用控制系統36實現。基片16從暴露區域的邊緣推進直到基片16的整個新的未暴露區域處於窗口 72內。對於卡盒22的未密封實施例，基片16前進並且指示器38保持不受影響。對於卡盒22的密封實施例，密封元件(未示出)允許基片16和指示器38前進而不損壞指示器38。在一個實施例中，基片16可承載可移除保護層(未示出)以保護卡盒22中的指示器38。可移除保護層在基片16前進入窗口 72時自動地移除。優選地，控制系統36對卡盒22的識別在安裝期間出現。條形碼、無線電頻率識別(RFID)晶片、手動輸入的描述識別符或任何其它識別符在安裝時為卡盒22提供唯一識別。唯一識別符允許控制系統36識別卡盒22並且獲得與所安裝卡盒22 —起供應的指示器38的相關數據。與卡盒22相關的唯一識別符便於卡盒22的控制、操作和分配。一旦卡盒22已經被識別，控制系統36基於指示的指示器38優化基片16的暴露，以及其暴露的次數、亮度和持續時間。用於卡盒22前進的自動化和控制對於卡盒製造領域 中的熟練技術人員而言是公知的，並且這裡不再詳細描述。基醜
基片16是適合用於承載多種指示器38的無孔介質。作為非限制性示例，圖3A示出優選的基片16，其具有定位於其上的指示器38、任選的校準條帶74、和/或任選的預處理條帶76。優選地，一個或多個指示器38粘附至基片16和/或布置於軌道78中的基片16的可限定區段上。圖3A示出承載多個指示器38和任選的預處理條帶76的基片16的示例。圖3A還示出使用基片16的區段58作為校準條帶74。圖3B示出基片16的替代實施例，其具有在方框段60中連續順序的指示器38。不同於圖I中基於玻璃的現有技術示例，在用於卡盒22中時，基片16優選地是柔性材料，其保持完整性直到大約200°C的溫度。替代地，模塊14中的基片16如圖8中所示是剛性的板或盤。基片16可以是不透明、半透明或透明的，只要其與一個或多個光學發光器84和檢測系統18相對於基片16的布置相一致。基片16優選地是不導電性的，但是具有充分的導熱性以允許指示器38的加熱。 特別優選的基片16材料將不會響應於指示器38。例如，基片16可以是選自於由聚乙烯對苯二酸酯(PET)、聚乙烯對苯二酸乙二醇酯(PETG)、聚萘二甲酸乙二醇酯、環烯共聚物、聚碳酸酯、聚醯亞胺、醋酸纖維素、三醋酸纖維素、丙烯酸樹脂、苯乙烯及其組合所構成的組中的塑料。另外，前述塑料可以鍍膜。如本領域技術人員已知的，這些化合物可以處理和配製以提供在卡盒22中使用所必要的柔性。優選地，基片16必須能執行用於突起輪緣48的墊圈的作用。為了確保穿過樣品區域50的足夠流動，基片16不可以是多孔的，也不允許氣體樣品穿過其中的任何流動。基片16必須能在泵54跨過樣品區域50形成壓降時密封突起輪緣48。基片16與突起輪緣48之間的密封防止不期望地洩漏入樣品區域50或氣體樣品的汙染。然而，基片16必須具有充分的粗糙度以允許指示器38粘附於此。任選地，無反應的非響應性0環(未示出)輔助突起輪緣48與基片16的密封。替代地，剛性表面、有邊表面、順從表面或0環的組合有助於突起輪緣48與基片16的密封。任選的校準條帶74在卡盒22最初插入流系統12期間給檢測系統18提供已知的指示器型響應。例如，如果指示器38是突光型指示器,任選的校準條帶74將提供已知響應，用於檢查檢測裝置10的部件的操作。任選的校準條帶74提供信號給檢測裝置10以驗證信號的強度以及信號的質量。在氣體樣品流上遊定位於基片16上的任選的預處理條帶76提供粘合劑以捕獲汙染物。優選地，任選的預處理條帶76捕獲汙染物。任選的預處理條帶76優選地在氣體樣品入口 40附近定位於卡盒22的方框段60上。檢測系統氣體樣品中的分析物與指示器38之間的響應可產生螢光響應，可產生螢光變化、顏色變化、或化學發光變化。檢測系統18檢測對於暴露至基片16的承載有指示器38的那部分的分析物的響應。響應從樣品區域50光學地傳輸至檢測器/處理器系統20。檢測器/處理器系統20提供氣體樣品的分析物的分析以及陽性識別。檢測器/處理器系統20將分析物的分析和識別通信至控制系統36。控制系統36提供用於氣體樣品歷史的跟蹤和視覺識別。然而，本領域技術人員理解到，檢測器/處理器系統20能提供這些相同的功能。優選地，圖4中所示的檢測系統18在光學埠 80和/或光學埠 82處檢測模塊接收器44中的分析物的響應。在這個優選實施例中，使用兩個光學埠 80和82。如圖5和10中所示，光學埠 80和82在基片16下面。光學埠 80和82可定位於光學視線的上面、下面或任何地方，或能光學地傳導至基片16，只要光學發光器84和光學檢測器86能在響應出現於氣體樣品與指示器38之間時與基片16和樣品區域內的指示器38光通信。檢測系統18具有至少一個光學發光器84以及至少一個光學檢測器86。光學發光器84和光學檢測器86定位為與光學埠 80或光學埠 82直接或間接地光通信。優選地，光學發光器84和光學檢測器86具有光纖電纜30，其在光學埠 80和82與光學發光器84和光學檢測器86之間提供光通信。如圖11中所75,光學發光器84定位於發光系統81內，並且光學檢測器86定位於檢測器/處理器系統20內，它們在此經由光纖電纜30發射和接收光信號。理解到，光學發光器84和光學檢測器86可定位於它們能發射和/或接收光信號的任何地方。可使用其它光學轉播方法，舉一些非限制性示例如下光管、成像和非成像轉播光學器件、檢測器86和基板16的緊密靠近結合、或其組合。在優選實施例中，光纖電纜30具有第一端90和第二端92以提供照明。第一端90 布置於光學埠 80和/或光學埠 82中。第二端92連接至照明系統81內的光學發光器84。光學發光器84的一個不例是具有特定波長的發光二級管(LED)。如前所述,光學埠80和/或光學埠 82可定位於基片16的上面或下面。用於照明系統81的電能能是識別為電源34的上述電源。光學發光器84優選地能產生紫外線範圍中的光線以在指示器38中形成螢光。優選地，多個光學發光器84用來產生多個照明。這些照明的每個優選地處於與其它照明的每個不同的波長。在操作中，這些發光器84順序地詢問指示器38以防止光信號的交叉汙染。然而，光學發光器84的任選的編程提供了指示器38任意順序的詢問。來自指示器38的期望響應確定詢問的順序。指示器38的編程詢問包括能同時詢問的能力。在一個實施例中，每個具有不同波長的多個光學發光器84用來通過使用更多個指示器38來增大覆蓋寬度，從而增大檢測多個不同分析物的機會。在另一個實施例中，多個光學檢測器86用來增大捕獲檢測信號的機會，從而提供更大的機會以在仔細研究之下驗證樣品物質的身份。在又一個實施例中，使用多個光學發光器84和多個光學檢測器86。在優選實施例中，具有第一端94和第二端96的第二光纖電纜30為光學檢測器86提供光學埠 80和82的任一個之間的光通信。第一端94與光學埠 80和82的任一個光通信。第二端96與光學檢測器86光通信。第二光纖電纜30不是用於照明目的，而是在第一光纖電纜用於照明目的時與第一光纖電纜30共同定位在光學埠 80和82的任一個中。光學檢測器86能將光信號轉換為電信號。光學檢測器86定位於檢測器/處理器系統20內。光學檢測器86的電源是上述電源34。優選地，傳感器頭39定位為最大化檢測系統18的效率。如圖3A中所示，檢測器系統18的傳感器頭39相對於基片16成一角度。成一角度在詢問期間增大指不器38的表面區域。然而，傳感器頭39還能正交或平行於指示器38。指示器在優選實施例中，檢測裝置10同時採用多個軌道中基片16上的很多指示器38。而且，每個軌道可包括多個指示器38。另外，檢測裝置10可任選地包括多個明視場指示器38和多個暗視場指不器38。
明視場指示器38需要主動照明。對分析物的響應產生可檢測的螢光或顏色變化。暗視場指示器38通常是化學發光的並且不需要主動照明。這些指示器響應於目標分析物產生光。暗視場指示器38不具有任何開啟或關閉控制機構。優選地，在模塊14包括多於一個暗視場指示器時，暗視場指示器將基於所產生光的已知波長來分區。指示器38將根據需要改變，但是代表性示例包括放大螢光聚合物(AFP)、其它螢光材料、化學戰爭物質指示發色團(CWIC)、其它化學發光材料、苯基喹啉(PQ)、導電聚合物、比色分析材料、有機薄膜電晶體、金屬、金屬氧化物基傳感器、或者其組合。隨著其它指示器38或更加精細的指示器38的開發，它們將成為在基片16上使用的候選指示器。一些指示器38是一次暴露，但是大多數公知的指示器38能在失去其響應性之前接收多次暴露。如前所述，指示器38優選地附著至基片16。用於將指示器38沉積至基片16的一 些方法可包括噴墨應用、直接沉積、光刻法、絲網印刷、真空密封、加熱、層壓、或提供用於在相同基片16上應用多個指示器38並且防止指示器38交叉汙染的某種其它方法。指示器38將通常具有在大約0. 5微米至大約0. 5毫米範圍內的厚度。還撞在一個實施例中，檢測裝置10必須能在沒有穿著任何特殊保護裝備的人周圍的封閉環境中操作。在另一個實施例中，檢測裝置10必須經受戰鬥部署狀況，比如在沙漠、熱帶、溫帶和寒帶氣候中出現的狀況。另外，檢測裝置10優選地能經受未訓練人員的裝運和操縱。因而檢測裝置10優選地能在不添加任何另外保護措施之下經受大約3英尺高度的墜落。另外，檢測裝置必須經受閉合容器中的反覆跳動。操作考虎事頂/影響優選地，對於不同的威脅，檢測裝置10使用不同的模塊14。例如，如果檢測裝置使用卡盒22，並且如果存在著涉及爆炸化合物或生物物質的威脅，操作者選擇能檢測這些威脅的任一個的卡盒。替代地，如果威脅涉及化學戰爭試劑和爆炸化合物，操作者選擇能檢測這兩個威脅的卡盒22。然而，理解到，卡盒22可具有一系列指示器38，用於檢測一個目錄內的特定威脅，比如爆炸物、化學戰爭試劑、生物戰爭試劑和/或危險化學品。檢測裝置10可由訓練最少的人員實地使用。因而，更換模塊14優選地是容易的任務。在卡盒22到達未暴露基片16的端部時,實地人員能移除並且插入新的卡盒22。在一個實施例中，卡盒22的更換間隔超過8小時。在另一個實施例中，卡盒22 (模塊14)將具有大約三至四周的更換間隔。替代地，暴露或氣體樣品的數量限定卡盒22的更換間隔。檢測系統18的檢測器確定是否已經出現指示器38和/或基片16的汙染。例如，照片漂白或氧化潛在會影響指示器的功效。檢測器定期詢問指示器38以識別指示器38的狀態。檢測器還監控來自指示器38的響應的亮度降級。如果檢測器發現汙染或降級的指示器38，控制系統36將卡盒22內的基片16推進至新的未暴露區段。在檢測事件出現時，控制系統36產生檢測裝置10上的顯示(未示出)和/或用於傳遞至另一個設備的電信號。也可產生可聽信號。操作者能基於氣體樣品中檢測物質的類型採取適合的動作。在檢測事件結束之後，泵54通過讓足夠量的未汙染空氣經過樣品區域50來淨化樣品區域50。控制系統36推進卡盒22內的基片16，呈現一組新的指示器38。方法
檢測裝置10的使用方法包括將其放置於樣品埠 26捕獲和接收承載有至少一種分析物的氣體樣品處。由於由泵54產生壓降，氣體樣品從樣品埠 26通向至氣體樣品入口 40，越過樣品區域50和指示器38，穿過氣體樣品出口 42並且通過排出埠 28排出。分析物響應定位於基片16上的至少一個指示器38。在一個實施例中，分析物響應明視場指不器38。該方法包括由光學發光器84主動地照亮明視場指示器38。主動照明步驟出現在樣品區域50內。一個非限制性示例使用將來自照明系統81的光線越過第一光纖電纜30傳播至樣品區域50從而引起分析物發螢光的紫外線LED發光器84。在指示器38響應於分析物時，光學檢測器86在檢測器/處理器系統20中檢測指示器38響應於分析物的螢光變化。第二光纖電纜30將檢測的螢光變化從樣品區域50通信至光學檢測器86。 在另一個實施例中，分析物響應於暗視場指示器38。由於暗視場指示器38是化學發光的，光學檢測器86連續地監控指示器38用於指示器38與分析物之間的響應。在響應出現時，指示器38在樣品區域50內發出螢光。光纖電纜30將螢光從樣品區域50光學地通信至檢測/處理器系統20中的光學檢測器86。對於這兩個實施例，檢測器/處理器系統20和光學檢測器86處理特定響應。並且，基於模塊14以及包含於其中的指示器38的在先識別，告知控制系統36特定分析物的識別。所產生識別的顯示給操作者提供氣體樣品中存在分析物的立即告知。控制系統36將分析物的識別通信至顯示器。控制系統36記錄所有操作用於未來的參考。一旦事件結束，控制系統36與自動推進系統通信以將基片16推進至未暴露區段。控制系統36連續地監控模塊14。在所有或基本上所有的基片16被消耗或大部分被消耗之後，控制系統36告知操作者需要更換模塊14。對於本領域技術人員而言，在考慮本發明在這裡公開的說明書或實踐的考慮之下，本發明的其它實施例將是很明顯的。因而，前述說明書僅認為是本發明的示例，本發明的真實範圍由以下權利要求限定。
權利要求
1.一種用於檢測氣體樣品中的分析物的裝置，其包括 承載傳感器頭和加熱區塊的流系統，所述傳感器頭和所述加熱區塊在其間限定模塊接收器； 定位於所述傳感器頭上並且提供通向樣品區域的氣態流體相通的氣體入口； 定位於所述傳感器頭上並且提供源自所述樣品區域的氣態流體相通的氣體出ロ； 定位於所述傳感器頭的底部上並且位於所述模塊接收器內的密封邊緣； 定位於所述模塊接收器內並且定位為給所述傳感器頭、所述加熱區塊以及所述模塊接收器提供熱的加熱器； 定位於所述模塊接收器中並且承載基片的模塊，所述模塊帶有窗ロ ； 由所述模塊承載的基片，所述基片在其上承載至少ー個指示器，其中所述指示器選擇為其能響應於由所述氣體樣品承載的特定分析物，其中所述基片在所述窗口中暴露至所述氣體樣品，其中所述樣品區域由所述傳感器頭的所述底部、所述密封邊緣以及所述基片限定，其中所述密封邊緣和所述基片在其間限定無洩漏的密封，其中所述樣品區域定位於所述窗ロ內； 與所述樣品區域光通信的至少ー個光學端ロ，所述光學端ロ為至少ー個光學發光器以及為穿過其中通信的至少ー個光學檢測器提供光通信，以及 與所述光學發光器、所述光學檢測器以及所述模塊電子通信的控制系統。
2.根據權利要求I的裝置，還包括至少ー個定位於所述基片上的預處理條帶。
3.根據權利要求I的裝置，其中定位於所述基片上的所述指示器包括用於檢測爆炸物的指示器以及用於檢測危險化學品的指示器。
4.根據權利要求I的裝置，其中定位於所述基片上的所述指示器包括用於檢測爆炸物的指示器、用於檢測化學戰爭試劑的指示器以及用於檢測生物戰爭試劑的指示器。
5.根據權利要求I的裝置，其中定位於所述基片上的所述指示器包括用於檢測危險化學品的指示器。
6.根據權利要求I的裝置，其中定位於所述基片上的所述指示器包括用於檢測爆炸物的指示器。
7.根據權利要求I的裝置，其中定位於所述基片上的所述指示器包括用於檢測生物戰爭試劑的指示器。
8.根據權利要求I的裝置，其中定位於所述基片上的所述指示器包括用於檢測化學戰爭試劑的指示器。
9.根據權利要求I的裝置，還包括定位於所述氣體入口附近的汙染物粘合剤。
10.根據權利要求I的裝置，其中所述模塊可移除並且能夠由承載不同組指示器的模塊替換。
11.根據權利要求I的裝置，其中所述模塊可移除並且能夠由新的模塊替換。
12.根據權利要求I的裝置，其中所述模塊是捲軸到捲軸型卡盒。
13.根據權利要求I的裝置，其中所述模塊是條帶供給卡盒。
14.根據權利要求I的裝置，其中所述模塊是旋轉盤型卡盒。
15.根據權利要求I的裝置，其中所述模塊具有至少ー個捲軸，所述捲軸包含在所述模塊開始使用之前所述基片的大部分未暴露部分。
16.根據權利要求I的裝置，其中所述模塊由對指示器和氣體樣品也是非響應性的非除氣型材料製成。
17.根據權利要求I的裝置，還包括基片供給器，其能自動地將所述模塊中的所述基片推進穿過所述窗ロ，從而將所述基片暴露至所述樣品區域。
18.根據權利要求I的裝置，其中所述加熱器在所述模塊接收器內定位於所述基片下方。
19.根據權利要求I的裝置，其中所述加熱器在所述模塊接收器內定位於所述基片上方。
20.根據權利要求I的裝置，其中所述氣體入口以大約I.O升/分鐘的流速接收所述氣體樣品。
21.根據權利要求I的裝置，其中所述氣體入口接收所述氣體樣品，所述氣體樣品在所述氣體入口與所述氣體出ロ之間連通，從而以直到大約I. O升/分鐘的流速將所述氣體樣品連通至所述樣品區域。
22.根據權利要求I的裝置，其中所述氣體入口接收所述氣體樣品，所述氣體樣品在所述氣體入口與所述氣體出ロ之間連通，從而以在大約O. 01升/分鐘和大約I. O升/分鐘之間的流速將所述氣體樣品連通至所述樣品區域。
23.根據權利要求I的裝置，其中所述基片是塑料材料。
24.根據權利要求23的裝置，其中所述塑料材料由選自於聚こ烯對苯ニ酸酷、聚こ烯對苯ニ酸こニ醇酯、聚酯、聚碳酸酷、聚萘ニ甲酸こニ醇酯、環烯共聚物、聚醯亞胺、醋酸纖維素、三醋酸纖維素及其組合所組成的組中的材料構成。
25.根據權利要求24的裝置，其中所述塑料材料還包括硬塗覆的塑料材料。
26.根據權利要求I的裝置，還包括所述模塊上的識別器，所述識別器形成承載指定指示器或指示器組的特定類型模塊。
27.根據權利要求26的裝置，其中所述識別器是所述模塊上的條形碼。
28.根據權利要求26的裝置，其中所述識別器是嵌入的電子晶片，其承載用於所述指示器或指示器組的指定編碼。
29.根據權利要求26的裝置，其中所述識別器是無線電頻率識別晶片。
30.根據權利要求I的裝置，還包括基片密封，其提供保護以防止所述指示器的意外過早暴露。
31.根據權利要求I的裝置，其中所述基片密封是由選自於毛氈、橡膠、紙張、矽樹脂、氯丁橡膠、其它非響應性材料及其組合構成的組中的材料所構成的所述墊圏。
32.根據權利要求I的裝置，其中所述基片能經受直到200°C的溫度。
33.根據權利要求I的裝置，其中所述基片暴露至大約40°C的溫度。
34.根據權利要求I的裝置，其中所述指示器層壓在所述基片上。
35.根據權利要求I的裝置，還包括校準條帶，所述校準條帶定位於所述基片的第一區段上，其中所述第一區段限定所述基片的開始。
36.根據權利要求I的裝置，其中所述基片是柔性基片。
37.ー種檢測多種分析物的方法，其包括 由檢測器捕獲氣態樣品，所述檢測器承載用於接收所述氣態樣品的樣品端ロ以及用於排出所述氣態樣品的排出埠； 將所述氣態樣品連通至多個指示器，所述指示器定位在由位於所述檢測器內的可移除豐旲塊承載的基片上； 在分析物與至少一個所述指示器之間引起響應，所述分析物由所述氣態樣品承載； 由檢測器檢測所述響應，所述檢測步驟識別所述分析物； 告知控制設備關於所述分析物的識別；以及 將所述報告步驟通信至顯示器，所述通信由所述控制設備控制。
38.根據權利要求37的方法，還包括在所述可移除模塊內推進所述基片。
39.根據權利要求38的方法，還包括在所述基片消耗完時更換所述可移除模塊。
40.一種用於檢測氣體樣品中的分析物的裝置，該裝置包括 檢測器，其中該檢測器包括 承載傳感器頭和加熱區塊的流系統，其中傳感器頭和加熱區塊在其間限定模塊接收器，並且其中傳感器頭具有定位於其上的密封邊緣； 提供通向樣品區域的氣態流體相通的氣體入口； 提供源自樣品區域的氣態流體相通的氣體出口； 定位於模塊接收器內並且對其提供熱的加熱器； 與樣品區域光通信的至少一個光學埠，其中光學埠提供來自光學發光器和光學檢測器的通信； 容納基片的模塊，其中基片在其上承載多個指示器；以及 提供對檢測器、光學發光器、光學檢測器和模塊的控制的控制系統。
全文摘要
本發明提供了一種多分析物檢測器，其能用具有多個指示器的單個系統檢測和識別具有多種分析物的爆炸物、化學品或生物物質。指示器包括螢光聚合物、導電聚合物、金屬氧化物元件、電化學單元等。指示器可以是被優化用於寬範圍檢測的其它指示器的組合。
文檔編號G01N21/00GK102656439SQ201080057131
公開日2012年9月5日 申請日期2010年12月14日 優先權日2009年12月15日
發明者B·D·奧德爾, K·扎哈裡亞斯, M·拉格羅恩, M·洛伊申 申請人:諾麥迪克斯股份有限公司