利用在採樣期間固定其開啟的盒對包含在氣溶膠中的納米對象採樣和輸送的組件的製作方法

2023-06-01 13:46:26

本發明涉及採樣和分析易於懸浮存在於空氣中的納米顆粒的領域。

更具體地，本發明涉及用於利用採樣盒對包含在氣溶膠中的納米對象採樣和輸送的組件的設計。

本發明提出改善對這種盒的開啟的固定，以便保證採樣的完整性。

背景技術：

納米技術的快速崛起正使得可以觀察這些新材料的健康和環境影響，以便具有最佳的安全狀態。在過去幾年中，已經對納米顆粒或具有納米尺寸的顆粒進行了大量的研究，它們的用途已經擴展到各個領域，諸如健康、微電子學、能量技術或普通消費品(如塗料和化妝品)。因此，必須建立對暴露於納米顆粒的工人、消費者和環境進行評估和監控的方法。

因此，採樣和分析氣溶膠的可靠方法的發展在公共健康和防止在工作站的風險方面是關鍵問題。特別地，適於可攜帶的且作為部件固定至在用於製造納米對象或處理納米材料的站的工人的工作服的採樣裝置的發展會證明是強制性的。

用於採樣的選擇方法或目前是優選的方法為通過過濾器吸入易於載有顆粒的空氣流，然後通過各種技術(重量分析、顯微鏡檢測、XRF等)對該過濾器進行分析。

在現有技術中，已知也被稱為盒式採樣器的採樣裝置，這些採樣裝置是可攜帶的且必須對在個體的呼吸期間易於通過個體的嘴和鼻子吸入的氣溶膠汙染物進行採樣。

採樣器為這樣的裝置：該裝置尤其包括吸氣構件，且通常以可拆卸的方式，保持至少一個用於通過吸氣對汙染物進行採樣的過濾器的採樣盒被固定在該裝置上。

因此，專利US 4,961,916涉及用於氣態的且微粒狀的汙染物的採樣裝置，其包括盒，在該盒內部堆放3個過濾器，一個在另一個的頂部上，且在這些過濾器的任一側包括2個開口，一個開口出現在易於被汙染的外部環境中，另一個開口注入到連接至抽吸泵的管道中。因此，從上遊到下遊，在通過泵的吸氣期間，第一過濾器能夠僅採集氣溶膠的微粒組分，先前利用試劑浸漬的第二過濾器能夠與一種或多種氣態化合物進行選擇性的反應，第三過濾器僅具有加強過濾器構件的功能。該專利涉及的採樣為存在於汙染空氣中的氣態的且微粒狀的異氰酸酯的採集。

就其本身而言，專利US 5,205,155公開了用於易於懸浮在空氣中的石棉纖維的採樣裝置，其所關心的是在容納在採樣盒中的過濾器上的不均勻的沉積。作為補救，該專利提出設計盒的入口，即靠近特定環境的吸氣孔的入口，該入口處於向外展開的形狀，且使其平滑以便促進顆粒在過濾器上的均勻沉積。

專利申請US 2008/0196514A1涉及用於灰塵的獨特的採樣裝置，其用於採集空中游離微粒的可吸入組分。該專利描述了盒的各種形狀比例(長度L和開口的入口直徑D之間的比例)，據此其允許通過吸氣改善採樣。而且，該專利提及，對於通過鼻子吸入的最典型的性質，有利的是提供從底部到頂部吸氣的空氣流的豎向定向。

專利申請US 2009/0272202A1涉及用於納米顆粒的獨特的採樣裝置，包括根據顆粒的尺寸具有不同的顆粒選擇工作檯的盒。所公開的裝置包括將不同的工作檯與裝配板結合在一起的組件，該裝配板通過彈簧和用於在裝配過程期間進行引導的引導杆被保持在一起。

如所描述的，現有技術中所有的用於對氣溶膠採樣的方法和裝置具有一個或多個主要缺陷，這些缺陷可總結如下：

-用於氣溶膠的多數採樣方法需要從其盒中原位(即在採樣的地方)取出過濾器。實施裝置因此被設計成盒被容易地且完全由任何人打開：因此，具有不合時宜的取出的開啟會導致過濾器外部的汙染、吸附在過濾器上的材料的損失或過濾器的差的可追溯性。特別地，在納米對象的製造站的工人或處理納米材料的工人會以不合時宜的方式打開盒、汙染過濾器、放回已用過的過濾器等。

-在採樣配置(即固定至採樣裝置(採樣器)的配置)中的所有盒仍會被工人打開，這是因為可從所有部分接近盒。在沒有確定盒未被拆卸從而樣品的分析/採樣之後是無效的的情況下，這不允許將採樣器留給未被授權開啟盒的工人組而處於無人照管的狀態。

本專利申請的發明人在專利申請FR 2981154中已提出兩件式採樣盒，該盒的部件通過從外部不能接近的夾緊構件而被裝配。因此，在兩個部件裝配在一起的配置中，這些夾緊構件僅可以通過分別嵌入在孔口中的銷而被物理上接近，但該接近不能從來自盒外部的空間被手動地或通過隨便使用工具來完成。由於盒不能以不合時宜的方式打開，因為其用於樣品的實際分析的開啟需要將盒的兩個部件分開的適當的工具，因此盒由於夾緊構件而被固定。

雖然這種盒的開啟的固定在多數情況下是完全足夠的，然而發明人判定，在當未授權的人具有用於將盒的兩個部件與彼此拆開的銷的情況下，仍存在不合時宜的開啟的情況。換句話說，根據申請FR 2981154，仍存在開啟採樣盒的風險，儘管該風險是最低的。

本發明的總體目的因此是減輕現有技術的一些或全部缺陷，尤其是改進根據專利申請FR2981154的盒，從而提出保證通過用於對易於存在於氣溶膠中的納米對象採樣和輸送的裝置完成的採樣的完整性的解決方案，以及即使在未授權的人具有用於將在裝配配置中的裝置的盒打開的適當構件的情況下，確保直到元素分析正確的時刻的採樣的可追溯性。

將注意到，元素分析是能夠確定哪些原子元素(肽、碳、鎳等)存在以及它們在樣品中的原子百分比的分析。另一方面，元素分析不能夠確定結構或這些元素與彼此如何組合。

本發明的一個特別的目的是提出生產簡單且成本低的這樣一種裝置。

技術實現要素：

為了實現這點，本發明首先涉及用於出於分析的目的對易於存在於氣溶膠中的納米對象採樣和輸送的組件，該組件包括：

-包括多孔採樣過濾器、盒和至少一個墊圈的裝置，該多孔採樣過濾器能夠捕獲易於懸浮在氣溶膠中的納米對象；該盒由具有相互裝配的構件和保持過濾器的構件的第一部件和第二部件構成，該第一部件和第二部件在它們的裝配配置中限定腔室，該過濾器在被保持的同時被嵌入在該腔室中；該至少一個墊圈能夠在該腔室和外部之間產生緊密性，該相互裝配的構件包括與第一部件整合在一起的第一夾緊構件、與第二部件整合在一起的且能夠與第一夾緊構件配合以將兩個部件夾緊的第二夾緊構件；

-包括吸氣構件和座的採樣裝置，當該兩個部件在裝配配置中時，該盒可以以可拆卸的方式被固定在該座中，以通過該吸氣構件完成汙染物的採樣。

根據本發明，用於相對於夾緊構件固定盒的座的邊緣的布置使得，當所述盒在其被固定至所述採樣裝置的配置中時，在部件的裝配配置中，夾緊構件不能物理上被夠到，也不能手動地或通過工具(甚至適於夾緊構件的鬆開的工具)而被夠到。

短語「從外部不能接近」指的是當盒在其固定至採樣裝置的配置中時，從在盒的裝配配置中的裝置的外部的空間不能物理上夠到夾緊構件，也不能手動地或通過使用用於盒的部件的夾緊構件的鬆開工具夠到夾緊構件。

因此，與根據專利申請FR 2981154的採樣盒相比，由於當盒被固定至採樣裝置時，甚至適於鬆開部件的夾緊構件的工具都不能夠物理上夠到這些夾緊構件，因此盒的開啟的固定被改善。

根據本發明的盒的開啟的固定可以限制過濾器的汙染的風險。汙染的來源可以分成三類，可被列舉如下：

-會人為地增加盒上的顆粒的數量的隨後的汙染(沉積)，

-被採樣在過濾器上的顆粒的數量的減少(刮擦)；

-具有不同於被採樣的顆粒的性質的性質的汙染物。

而且，過濾器的汙染的風險，盒被未授權的使用者的開啟，會導致對應於不同工人的過濾器的不成功的交換，該不同的工人會導致工人和過濾器的錯誤的匹配，從而導致工人在其工作站暴露的錯誤監控。這種可追溯性鏈的斷裂會危害暴露於納米材料的工人的監控。

本發明可以增強該採樣的固定：盒一旦插入在其採樣裝置上的固定座中，就不允許使用工具打開盒。盒首先需要從其固定座中取出。因此，然而試圖打開盒的未授權的使用者將不得不從盒被固定至的採樣裝置中去除該盒。可以布置，這將具有停用採樣裝置的吸氣構件的直接後果。而且，整合在採樣裝置中的適當的檢測系統(諸如聲音報警器和/或可見報警器)於是允許檢測盒的不想要的去除以及採樣的中斷。此外，於是可以對該中斷進行登記。

根據本發明的解決方案可以增加採樣盒、用於盒的生產工具以及盒的開啟工具的緊湊性和穩健性，且使得它們的成本降低。從人體工程學的觀點以及從操作或存儲中的一者來看，盒尺寸的減小是有利的。材料成本方面的增益與下面的事實相關聯：根據本發明的盒比根據專利申請FR 2981154的盒更加緊湊。這種緊湊性意味著用於製造盒的工具(注塑模具)的成本也是比根據專利申請FR 2981154的盒的製造盒的工具的成本低。

本發明同樣涉及用於上述組件的採樣裝置，其中保持過濾器的構件包括兩個肩部，一個形成在第一部件的內邊緣上，另一個形成在第二部件的內邊緣上，包括過濾器支架的裝置通過擠壓保持在兩個肩部之間。

根據一個有利的變型，部件中的至少一者包括筆直地穿過環形墊圈的凹槽，過濾器支架包括舌部，該舌部與凹槽互補，且過濾器的識別元件被固定至該舌部，使得在部件的裝配配置中且在盒固定至採樣裝置的配置中，該識別元件與外部環境接觸。

短語「與外部環境接觸」指的是當盒被固定至採樣裝置時，在盒的裝配配置中，識別元件出現在設備和裝置的外部的空間中。

識別元件優選為類型電子晶片或射頻ID標籤(RFID)或二維條形碼。識別元件可通過粘合技術、通過雕刻、通過二次成型或通過超聲波焊接(tampography)被固定。識別元件也可以僅僅是數字和/或字母，以便直接被人看到和讀取。

可以以累加的方式或替選的方式提供過濾器的由至少一個射頻ID標籤(RFID)構成的識別元件，RFID標籤嵌入在第一部件和/或第二部件中。優選地，RFID標籤可嵌入在盒的下部件中。該變型具有的優勢是，保存對過濾器本身的識別且能夠使過濾器受到會改變RFID標籤的電子線路的分析。特別地，通過將RFID標籤嵌入在盒的一個部件和/或另一個部件中，不再有任何電子器件直接整合在過濾器和過濾器支架中，從而被過濾器經歷的分析不會中斷標籤的電子線路。這同樣具有允許RFID晶片靠近採樣裝置，從而降低其天線的傳輸功率的優勢。

優選地，通過壓縮過濾器支架是可變形的，以便在裝配配置中被第一部件和第二部件壓平，從而形成單個墊圈。

可以提供至少一個倚靠至少一個肩部的彈性體密封件。

過濾器可以由膜製成，該膜由氧化鋁；二氧化矽、石英或硼矽酸鹽纖維；纖維素或其衍生物，例如甲基纖維素(MCE)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；聚酯碸(PES)；聚苯乙烯(PS)；聚四氟乙烯(PTFE)；聚碳酸酯(PC)製成。通常，該過濾器為數微米至數十微米厚，例如10微米至200微米。典型地，過濾器具有5μm和30μm之間的厚度。

有利地，第一部件、第二部件和過濾器支架是基於熱塑性材料，優選聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醯胺6(PA6)、聚醯胺66(PA66)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)或聚甲醛共聚物(POM-C)。

根據一個有利的實施方式，第一夾緊構件由數目等於n的可彈性變形的腳部構成，該腳部的端部包括開口，該腳部設置在第一部件上且通過等於π/n的角位置隔開，第二夾緊構件通過相同數目n的具有與開口互補的形狀的突出部構成且布置在第二部件上，所述突出部通過與腳部相同的等於π/n的角位置隔開。

本發明還涉及設計成對盒的兩個部件進行鬆開的工具，該工具包括銷，該銷通過與突出部相同的位置與彼此隔開且能夠垂直於盒的縱向軸線對突出部施加推力。

工具還可包括機械引導構件，其能夠在具有突出部的部件下面引導工具以促進銷同時橫向推向突出部。

最後，本發明涉及如上文所描述的組件作為用於監控在製造站的暴露於納米對象的工人的組件的用途、處理納米材料的用途、或容納該納米材料的產品的用途。

附圖說明

參照下面的附圖，通過細讀下面的作為說明而非受此限制而給出的具體實施方式，將更加清晰地呈現其他優勢和特徵，其中：

-圖1為根據本發明的採樣裝置的採樣盒的側視圖，該盒處於裝配配置中；

-圖1A為圖1的盒的底視圖；

-圖2為圖1和圖1A的盒的分解透視圖，其示出處於非裝配配置的盒的兩個部件；

-圖3為圖1至圖2的盒的截面圖，其進一步示出根據本發明的用於盒的固定開啟的工具；

-圖4為示出根據本發明的採樣組件的透視圖，該採樣組件具有整合有吸氣泵的裝置以及根據圖1至圖2的處於固定至該裝置的配置中的盒；

-圖4A為圖4的詳細截面圖；

-圖5為圖1的示出用於整合RFID識別標籤的一個變型的盒的底視圖；

-圖6和圖7分別為根據圖1至圖2的安裝在其部件的開啟工具中的盒的透視圖和頂視圖；

-圖8和圖9為分別在開啟盒的部件之前和之後，沿著圖7的A-A的截面圖。

具體實施方式

為了對易於包含在氣溶膠中的納米對象進行採樣，根據本發明的裝置首先包括過濾器(未示出)，其適合於捕獲易於懸浮在空氣中的納米對象，該過濾器嵌入且保持在由閉合配置中的盒形成的腔室中。

因此，根據本發明的採樣方法包括對閉合的盒進行定向，使得被分析的空氣通過未示出的泵吸入，該泵被整合在盒所附接的採樣裝置6中，空氣從孔20吸入，通過孔10離開盒，然後到達泵。

該吸氣當然可以沿著逆向路徑進行，即從孔10至孔20。被如此吸入的微米尺寸的納米對象或納米顆粒將被採集在保持在盒中的過濾器上。在根據本發明的採樣方法中，盒被定向成使得通過位於距呼吸道小於30cm，採樣儘可能代表呼吸。

正如被示出的，根據本發明的裝置允許具有完美的可追溯性的採集樣品且輸送以固定方式而被捕獲的納米對象。

根據本發明的用於採樣和輸送納米對象的組件因此包括具有盒和過濾器的裝置以及採樣裝置6，該盒在採樣期間固定至該採樣裝置6，且該採樣裝置6整合有吸氣泵。

正如在圖1至圖2中所示，盒由大體圓柱形狀的部件1、部件2構成。

上部件2設置有腳部21，該腳部21是柔性的，換句話說，該腳部21是可彈性變形的，該腳部21的端部包括開口210。

下部件1設置有腔室11，利用包括分別互補於開口210的突出部的一個端部，該腔室11分別互補於腳部21。當然，在本發明的範圍內，可以以相反的方式，即利用分別在部件2的腔室中的突出部和在部件1上的具有開口的腳部，提供互補的開口或突出部的布置。

上部件2的柔性腳部21之間的相對的角度布置與下部件1的腔室11的相對的角度布置一致。

因此，在相互裝配的配置中，具有其開口210的腳部21剛好放入在腔室11中且剛好夾緊在腔室11中，且圍繞突出部110(圖1A和圖2)。

圖4和圖4A示出具有部件1、部件2的盒，該部件1、部件2被裝配在一起，使得該盒被固定至整合有用於汙染物的吸氣泵的採樣裝置6。

正如可以在這些圖4和圖4A中看到的，在該部件1、部件2的相互裝配的配置中，且利用盒固定至採樣裝置6，從外部不能接近夾緊構件11、夾緊構件110、夾緊構件21、夾緊構件210，甚至利用如下文所描述的可拆卸的部件1、部件2的適當的工具5，從外部也不能接近夾緊構件11、夾緊構件110、夾緊構件21、夾緊構件210。換句話說，盒的固定座60的邊緣相對於夾緊構件被布置成：夾緊構件不能物理上被夠到，也不能手動地或通過適於它們的鬆開的工具而被夠到。

由於本發明，盒在分析實驗室外面的任何不合時宜的開啟被阻止，該分析實驗室被指定精確地分析留在過濾器上的顆粒。

因此，與根據專利申請FR 2981154的盒相比，由於盒一旦插入在其採樣裝置上的固定座60中，就甚至不允許使用用於打開盒的鬆開工具，故採樣的固定被加強。盒首先需要從其固定座中取出。因此，然而試圖打開盒的未授權的使用者將需要從盒被固定至的採樣裝置中去除該盒。人們會提出這將具有停用採樣裝置的吸氣構件的直接後果。而且，整合在採樣裝置中的適當的檢測系統(諸如聲音報警器和/或可見報警器)於是允許檢測盒的不想要的去除以及採樣過程的中斷。此外，於是可以對該中斷進行登記。

因此限制了採樣過程的汙染的風險，由於留在過濾器上的顆粒數目的減少(刮擦)或者具有與被採樣的顆粒不同的性質的顆粒的增加，這些實際上不代表採樣過程且有可能發生。

正如在圖4A中更好地示出的，在盒1、2固定至採樣裝置6的配置中，盒的下部件1的孔10與設置在採樣裝置6的主體中的吸氣孔61緊密地流體連通。

下部件1設置有孔口13，其同時出現在外側上和在突出部110所設置的區域中(即，在突出部110通過利用腳部21的夾緊與其相應的開口210配合的區域的範圍內)。因此，存在與互補的夾緊構件一樣多的孔口13。

上部件2具有3個柔性腳部21，其相對於彼此成120°設置，其剛好放入到下部件1的腔室11中。

一旦採樣完成，採樣裝置的泵被停用，然後將盒從其採樣裝置的固定座60中去除，然後打開採樣盒，即，將部件1、部件2鬆開。

為了進行部件1、部件2的鬆開，進行如下操作。

首先，將盒的下部件1面向銷50放置在工具5的頂部上。

將具有足夠的長度的銷50插入在每個孔口13中以在腳部21的開口210關於突出部110被夾緊的位置中抵達該腳部21(圖8)。因此，在嵌入在孔口13中的銷50上的向上的推力在腳部21上產生橫向的推力，於是腳部21從它們相應的突出部110中解開，這使部件1、部件2分離(圖9)。

有利地，如圖6至圖9所示所有的銷50固定至工具5，工具5同樣包括彼此隔開的剛性腳部51，以允許下部件1的圓柱主體的就位。換句話說，這些剛性腳部51充當引導件以促進銷50同時推向腳部21。

替選地，腳部可以位於下部件和上部件上的孔口上，而不脫離本發明的範圍。

至於過濾器，其由過濾器支架支撐。在部件1、部件2的裝配配置中，過濾器支架3保持擠壓在肩部14和肩部24之間，肩部14和肩部24中的每一者被形成在部件1、部件2中的一者的內部墊圈上。

有利地，過濾器支架3選自可彈性變形的材料，於是其起到盒的下部件1和上部件2之間的墊片的補充作用。換句話說，有利地，可以提供具有比盒的下部件1和上部件2的材料較小的硬度的過濾器支架3，以便過濾器支架3在夾緊過程期間通過壓力倚靠相對的肩部14、肩部24而變平整。當過濾器支架3具有機械支撐過濾器的作用時，其可以具有整體上環形的構造或者由單個的整塊部件製成，該整塊部件被通過在部件的厚度中的直通道排空的多個孔穿過，該多個孔於是適當地構成了過濾器。

在任何情況下，將確保產生吸氣區域中的壓頭損失的最小量。

根據一個變型，盒的部件1、部件2各自包括筆直地穿過環形墊圈的凹槽12、凹槽22。過濾器支架3包括舌部4，該舌部4與凹槽12、凹槽22互補，且在該舌部4上制有過濾器的識別元件，使得在部件的裝配配置中且在盒固定至採樣裝置的配置中，該識別元件與外部環境接觸。

如圖4A和圖5中所示，也可以提供由容納在盒的下部件1中的射頻識別(RFID)標籤4』構成的過濾器的識別元件。通過夾緊在出於該目的設置在下部件1的部分中的保持腳部16中，可以有利地完成RFID標籤4』的固定，該保持腳部16構成了物理上免受外部影響的底座。該變型具有的優勢是，保存對過濾器本身的識別且允許過濾器受到會改變RFID標籤4』的電子線路的分析。特別地，通過將RFID標籤4』座接在盒的部件1中，不再有任何電子器件直接整合在過濾器和過濾器支架3中，從而被過濾器經歷的分析不會中斷標籤的電子線路。這同樣具有允許RFID晶片靠近採樣裝置，從而降低其天線的傳輸功率的優勢。

根據需要，可以以累加的方式或替選的方式使用識別元件4和/或識別標籤4』。例如，可以使用對於人的肉眼從外部可見的數字代碼和/或字母代碼4以及固定在下部件1中的標籤4』。也可以僅使用數字代碼和/或字母代碼4或僅使用RFID標籤4』。

為了進一步改善部件1和部件2的相互裝配，可以在每個部件上提供環形墊圈15、環形墊圈25，以除了提供夾緊之外還在部件的裝配位置中提供部件之間的相互鄰接表面。

有利地，如在圖4中所示，降低吸氣噪音的裝置7被固定至上部件2，正如在申請人今日遞交的題目為「用於利用具有適於在採樣期間降低吸氣噪音的模塊的盒對包含在氣溶膠中的納米對象進行採樣和輸送的裝置」的專利申請中所描述的且要求保護的。

可以進行其它變型和改進，而不脫離本發明的範圍。

本發明不受限於剛描述的實施例；特別地，在未示出的變型的情況下，可以將所示實施例的特徵組合。