檢測器進樣口和取樣方法與流程

2023-10-09 05:49:04 5

本發明涉及檢測方法和裝置，更具體地，本發明涉及用於獲得用於檢測器的樣品的方法和裝置，還更具體地，本發明涉及用於在顆粒存在下獲得蒸汽樣品的方法和裝置，可以發現這些方法和裝置特別適用於光譜測定法，例如離子淌度譜和質譜。

一些檢測器通過將流體的物流(例如空氣)「吸入」檢測器進樣口並且使用分析裝置取樣該空氣以檢測目標物質來操作。該吸入的空氣的物流可以使用取樣口(例如針孔、毛細管或膜入口)從檢測器進樣口取樣。

通常，可能需要手持或可攜式裝置，例如以供軍隊和安全人員使用。這些人員經常在大量灰塵和砂礫和其它顆粒物質存在下的敵對環境中操作。這樣的顆粒可能阻塞取樣口，或者另外破壞檢測器。在一些情況下，由空氣的物流運載的顆粒可能含有檢測器對其敏感的物質。如果這些物質在檢測器或其進樣口處累積，它們可能汙染檢測器，並且可以導致恢復時間的問題。

參考附圖，僅通過實施例的方式，現將討論本發明的實施方式，其中：

圖1顯示的是具有檢測器進樣口的檢測器的一個實施例；

圖2顯示的是具有檢測器進樣口的檢測器的另一個實施例；

圖3A，3B和3C顯示的是檢測器進樣口的示意圖；

圖3D和圖3E說明的是在穿過圖3所示的檢測器進樣口中的流道的顆粒的空間分布；

圖4A，4B和4C顯示的是檢測器進樣口的示意圖；

圖4D和圖4E說明的是穿過圖4所示的檢測器進樣口中的流道的顆粒的空間分布；

圖5A，5B和5C顯示的是檢測器進樣口的示意圖；

圖5D和圖5E說明的是穿過圖5所示的檢測器進樣口中的流道的顆粒的空間分布；

圖6A表示的是另一個檢測器進樣口的示意性顯示圖；

圖6B和圖6C的是穿過圖6A所示的檢測器進樣口中的流道的顆粒的空間分布；和

圖7說明的是在圖1-6中顯示的檢測器進樣口的可能改進。

在附圖中，相同的附圖標記用於表示相同的元件。

本發明的實施方式涉及用於檢測目標物質的檢測器，和被排列以獲得用於在檢測器中分析的樣品的檢測器進樣口。

為了獲得樣品，可以將流體吸入檢測器進樣口中，並且沿著流道流至出口。取樣口與流道耦合，以向分析裝置提供流體的樣品。當顆粒存在於環境中時，它們由被吸入的流運載，並且完全在其中空間分布。本發明的實施方式的目的是使用導流器引導流體流，該導流器改變顆粒的該空間分布。這在導流器的下遊提供了流道的容器，其中顆粒的空間分布被佔用。排列取樣口以從該被佔用的取樣容器中獲得樣品，以降低被非預期的顆粒材料汙染檢測器或簡單地堵塞取樣口的風險。

顆粒的分布的這種改進可以例如通過加速、減慢或改變至少部分沿著流道的流體流的方向實現。

圖1顯示的是檢測器1，其包括檢測器進樣口(detector inlet)2和取樣器(sampler)10，檢測器進樣口2通過取樣口(sampling inlet)14(例如針孔、毛細管或膜入口與分析裝置6耦合)，取樣器10被排列以通過取樣口14從圍繞取樣口14的取樣容器(sampling volume)16獲得流體的樣品。

圖1所示的檢測器進樣口2包括流道(flow passage)20，用於運載經過取樣口14的流體流(a flow of fluid)8。如圖所示，圖1的檢測器進樣口2包括流體流供應器(a flow provider)18，其被排列以使流體流入流道，經過取樣口14，並且沿著流道20至出口。檢測器進樣口2還可以包括加熱器(heater)4，其可以被排列以在取樣口14的上遊加熱流體流8。

流道20包括導流器(a flow director)21，在圖1的實施例中，其通過在流道20中的彎曲結構(bend)提供，其被排列以在取樣口14的上遊改變流體流的方向。

取樣口可以與流道20耦合，並且適於從圍繞取樣口14的流道20中的取樣容器16收集流體的樣品。配置取樣器10以通過入口吸取所選體積的流體，該體積小於取樣容器16，以向分析裝置提供樣品。取樣器10可以包括電動機械促動器(例如螺線管驅動的促動器)和/或機械泵，其被排列以將蒸汽從取樣容器16通過取樣口14轉移至分析裝置。

圖1所示的分析裝置6包括質譜儀。質譜儀可以包括電離器、離子加速器、光束集中器、磁鐵和法拉第收集器，其被排列以對蒸汽的樣品進行質譜分析。如圖所示，將控制器12耦合，以控制分析裝置、流體流供應器、加熱器和取樣器。控制器12可以包括處理器和用於儲存檢測器1的操作的用法說明的存儲器。

在圖1中說明的實施方式的操作中，流體流供應器18使流體沿著流道流動，並且在流道20中的彎曲結構改變在取樣口14上遊的流體流的方向。通過採用該方式引導流動，也可以改變穿過流體流的顆粒的空間分布，以提高流經取樣口14而不會進入圍繞取樣口14的容器的顆粒的比例。在圖1所示的實施例中，發生這種情況是因為取樣口被排列在在彎曲結構的內部，並且被流體流運載的顆粒傾向於沿著彎曲結構的外部流動，離開取樣口14。分布的這種改變在圖1的插圖A中說明。插圖A說明的是沿著線A顆粒的空間分布的圖100，水平軸表明穿過流體流方向的位置。在圖1的插圖A中顯示的圖100對應於在導流器21上遊的顆粒的空間分布。插圖B說明的是沿著線B顆粒的空間分布的圖102，在取樣容器16的區域穿過流體流方向。由插圖A和插圖B的比較可見，改變穿過流體流8的顆粒的空間分布，以提高沿著流道20被運載經過取樣口14而不會進入取樣容器16的顆粒的相對比例。

控制器12可以控制取樣器10，以從取樣容器16吸取樣品和為分析裝置6提供樣品。在圖1中說明的分析裝置6可以隨後通過對樣品進行質譜而分析樣品。

將被理解的是，本發明公開的檢測器進樣口2也可以用於其它種類的檢測器，例如，包括離子淌度分光光度計、飛行離子淌度分光光度計的時間、層析裝置的檢測器和其它種類的用於檢測目標物質的分析儀。

圖2顯示的是檢測器1，其中分析裝置包括離子淌度分光光度計6'，其它的與在圖1中顯示的裝置相同。圖2的離子淌度分光光度計通過取樣口14與檢測器進樣口2耦合。取樣器10被排列以通過取樣口14獲得流體的樣品並且將它們提供至離子淌度分光光度計6'。如在圖1的實施例中，控制器12可以包括處理器和儲存檢測器1的操作的用法說明的存儲器。還如在圖1中，取樣器10可以包括電動機械促動器(例如螺線管驅動的促動器)和/或機械泵，其被排列以將蒸汽從取樣容器16通過取樣口14轉移至分析裝置。

在圖2中，離子淌度分光光度計6'可以包括反應區域36，在該反應區域中樣品可以被電離器34電離。操作取樣器10以通過取樣口14從取樣容器16獲得樣品，並且將樣品提供至反應區域36。取樣口14的一些實施例包括「針孔」入口，其直徑可以為約0.7mm，例如直徑可以為至少0.4mm，例如至少0.6mm，例如小於1.0mm，例如小於0.8mm。

門電極(gate electrode)30可以將反應區域36與漂流室(drift chamber)38分離。門電極30可以包括至少兩個電極的組件，其可以被排列以提供Bradbury-Nielsen門。漂流室38可以包括收集器32，從門電極30朝向漂流室38的相對的末端，用於檢測離子。漂流室還包括漂流氣體入口44和漂流氣體出口46，該漂流氣體出口46被排列以提供沿著漂流室38從離子收集器32朝向門30流動的漂流氣體流。取樣器10可以通過控制器12進行操作，以通過取樣口14從取樣容器16獲得流體。取樣器10也可一＝以操作，以在分光光度計6'的反應區域36中提供獲得的樣品。圖2所示的反應區域包括電離器34，用於電離樣品。電離器34可以包括電暈放電電離器(corona discharge ioniser)。漂流室38可以包括漂流電極40和42，用於沿著漂流室38施加電場，以逆著漂流氣體流朝向收集器32移動離子。雖然圖2所示的裝置包括兩個漂流電極40、42，但是一些實施方式可以包括多於兩個漂流電極。

在操作中，可以操作流體流供應器18，以引導流體流8經過流道20中的導流器21，隨後經過取樣口14。當流體流經導流器21時改變方向，相對於在該彎曲結構上遊的所述分布的形狀，這提供改變與流體流的方向橫向的顆粒的分布。這可以提供流道20的橫截面的被佔用的區域，通過該區域相對少數顆粒流動，大多數顆粒被運載通過流道的橫截面的其它部分。該被佔用的區域可以持續沿著流道20某一距離，從而限定取樣容器16，在該取樣容器16中顆粒的數量(例如，每單位體積的計數)相對低於在流道的其它區域。

取樣器10可以被操作以通過取樣口14從該取樣容器16獲得流體的樣品。可以隨後將獲得的流體的樣品提供至分析裝置。在圖2的實施例中，分析裝置包括離子淌度分光光度計6'。

如以上解釋的，發現本發明公開的檢測器進樣口特別適用於可攜式裝置，可攜式裝置可以用於灰塵和汙染物盛行的敵對環境。這些檢測器進樣口可以與多種分析裝置一起使用，例如圖1的質譜儀和圖2的離子淌度分光光度計、其它種類的分析儀、分光光度計和/或層析裝置。此外，檢測器進樣口2可以具有不同的結構。

如圖3、圖4和圖5所示，檢測器進樣口2可以包括具有不同的結構形式的導流器。這些導流器中的每一個均可以改變在流體流8中顆粒的分布，以提供具有相對較低濃度的顆粒(例如，每單位體積較低的質量，或每單位體積的顆粒計數)的取樣容器16。在一些實施方式中，導流器21可以提供取樣容器16，其中與沿著流道經過取樣容器16的流體流8相比，流體流動緩慢。這可以通過提供緩慢流動的區域和/或通過加速部分流動而實現。

加速可以包括改變至少部分流體流8的方向或提高其速度，或二者。提供緩慢流動的區域可以包括提供涵管或凹口或其它保護區域，如圖5所示。

圖3顯示的是檢測器進樣口2的一個實施例，其包括導流器、取樣口14和流道。圖3包括檢測器進樣口2的三個視圖，圖3A、3B和3C。圖3A顯示的是從在圖3C中被表示為X-X的線所示的檢測器進樣口2的剖面圖。圖3B顯示的是從在圖3A中被表示為Y-Y的線所示檢測器進樣口2的剖面圖。圖3C顯示的是從在圖3B中被表示為Z-Z的線所示檢測器進樣口2的剖面圖。

由圖3A和圖3B可見，在圖3中說明的實施方式中，導流器21從流道的壁在流道20中突出。導流器21可以引導流體流僅流動至導流器的一側。導流器21可以在流道20中進一步突出以朝嚮導流器的下遊端而不是朝向其上遊端。例如，導流器21可以具有傾斜的表面，其可以為直的、彎曲的或梯度的，以提供斜面。如圖3A所示，取樣口14可以被配置在導流器21的下遊，以從帶有保護的取樣容器16獲得樣品。在取樣容器16中流體流的速度可以低於經過取樣容器16流體流的速度。經過取樣容器16流體流的速度可以高於在導流器的上遊流體流的速度。

圖3D說明的是在導流器的上遊穿過流道20的顆粒的空間分布的一個實施例。由圖3D可見，在導流器的上遊，被流體流運載的顆粒可以穿過流體流的寬度相對均勻地分布。如在本發明公開的上下文中可以理解的是，在圖3D中顯示的分布僅為示例性的，並且在不同的條件下可已不同，例如，重力可以在一個方向或另一個方向傾斜分布，這取決於裝置的取向。如圖3E所示，在導流器的下遊，穿過流體流的方向，顆粒的空間分布可衣通過導流器改變。例如，如圖3E所示，與上遊相比，在導流器21的下遊，顆粒的空間分布可能更加不均勻。如圖3E所示，在導流器的下遊，顆粒在取樣容器的外部比在內部更加聚集。該不均勻分布的結果是，顆粒可能更加可能流經入口，而不會進入取樣容器16。

圖4顯示的是導流器的另一個實施例。圖4包括檢測器進樣口2的三個視圖，圖4A、4B和4C。圖4A顯示的是從在圖4C中被表示為X-X的線所示的檢測器進樣口的剖面圖。圖4B顯示的是從圖4A中被表示為Y-Y的線所示的檢測器進樣口2的剖面圖。圖4C顯示的是從在圖4B中被表示為Z-Z的線所示的檢測器進樣口2的剖面圖。

由圖4A和圖4B可見，導流器21可以被排列以將流體流分離成為至少兩個單獨的流動路徑，其通過導流器分隔。例如，圖3B的導流器21可以被排列成中間流動，橫跨流道，並且與流道的兩個壁耦合。圖4B所示的導流器21可以為錐形的，使得其朝向其上遊端比朝向其下遊端更窄。如圖4A和圖4C所示，導流器21在其下遊端提供被保護的取樣容器16，並且取樣口14可以在導流器的下遊端排列。在該導流器21的兩側通過流體流可以減少顆粒圍繞取樣口14累積的趨勢。

圖4D說明的是在導流器的上遊穿過流道20的顆粒的空間分布的一個實施例。以上圖3D的描述也適用於圖4D。圖4E說明的是在取樣容器16的區域中穿過流體流的方向的顆粒的分布的形狀。由圖4E可見，導流器21可以提高顆粒將圍繞取樣容器16流動而不是通過取樣容器流動的可能性。

圖5說明的是檢測器進樣口的另一個實施例。圖5包括檢測器進樣口的三個視圖，圖5A、5B和5C。圖5A顯示的是從圖5C中被表示為X-X的線所示檢測器進樣口2的剖面圖。圖5B顯示的是從圖5A中被表示為Y-Y的線所示的檢測器進樣口2的剖面圖。圖5C顯示的是從圖5B中被表示為Z-Z的線所示的檢測器進樣口2的剖面圖。

在圖5中，通過改變流道的橫截面，提供導流器21。在該實施方式中，導流器21包括在流道的壁中的凹口，並且在凹口中排列取樣口14。例如，取樣口14可以在凹口的上遊壁中排列，從而可以引導流體流離開取樣口14。因此，流體流可以被引導經過凹口(和取樣容器)，從而降低被流體流運載的顆粒將進入取樣容器16的可能性。

圖5D說明的是在導流器的上遊穿過流道20顆粒的空間分布的一個實施例。以上圖3D的描述也適用於圖5D。圖5E說明當流體流經過凹口時，在導流器的下遊穿過流動的方向的顆粒的空間分布。圖5E說明與流經凹口的流體相比，在凹口中的顆粒的數量較少，從而說明顆粒的空間分布的形狀可通過導流器改變的一種方式。在圖5E中可見，當導流器21包括凹口時，和在一些其它實施例中，流道20的總寬度和/或形狀可以通過導流器改變，因此，雖然部分顆粒的分布可能相對不變，但是分布的形狀仍不同於其導流器上遊的形狀。

圖6A顯示的是導流器的另一個實施例。在圖6A的實施例中，導流器21包括一系列箔50、52、54、56、58、60、62。箔50-62可以為環形，並且可以在共同的軸上排列。每一個箔50-62可以具有機翼類型的輪廓，或者被配置成其它形式，例如，通過成型、輪廓化和/或成角，以在箔的內部優先於流體而灌入顆粒。在一種實施方式中，箔50-62可以，例如通過成型、輪廓化和/或成角而進行配置，以優先在箔的外部引導流體流。

箔50-62可以在流體流的方向空間分隔。在該導流器21的上遊端，一個箔50可以橫跨流道的大部分或所有寬度。下遊箔52、54、56、58、60、62的跨度可以逐漸變小，以提供錐形結構。相對於沿著流道20的流體流的方向，每一個箔可以具有斜度(例如，成銳角)。箔可以均具有相同的節距，或者節距可以變化。在導流器下遊端的箔62可以比其它箔小。圖6所示取樣口14被排列，以從在系列箔中的該最後的最下遊的箔的下遊，從取樣容器16獲得流體的樣品。箔可以被加熱，以抑制物質在箔上的累積，和/或以蒸發沿著檢測器進樣口被空氣流運載的氣溶膠。

雖然將箔被描述為環，當然箔不需要是圓形環，並且可以為非圓形的，例如，橢圓、錐形、矩形、正方形或任何其它形狀。箔可以被排列成關於共同的軸對稱，例如，與沿著流道的流體流的方向對準的軸。例如，一個或多個箔可以為螺旋狀的，或者所有的圓形箔可以被單一的螺旋狀箔代替。例如，螺旋狀箔可以沿著流道向內螺旋，使得在其上遊端比在其下遊端的直徑更大。

圖6B說明是的在圖6A的導流器箔50-62的上遊穿過流道20顆粒的空間分布的一個實施例。以上圖3D的描述也適用於圖6B。圖6C說明的是當流體流經過入口14時，在導流器箔50-62的下遊穿過流動的方向的顆粒的空間分布。如圖6C所示，在箔50-62的下遊的該區域中，顆粒在流道的一個狹窄的區域內聚集。

一些導流器(例如，如圖3、圖4和圖6A所示的那些實施例)可以提供降低流道20的橫截面，通過該橫截面的流體可以流動。在一些實施方式中，導流器可以引起流體流的方向改變，這可以引起顆粒在流道的區域中非期望的聚集和/或沉積。

圖7的是說明檢測器進樣口的一些實施方式，其中流道20包括其橫截面的形狀和/或面積的變構體(variation)60，以適應由導流器21引起的流體流的改變。這些橫截面的變構體60可以至少部分在導流器21的下遊排列，例如，至少部分橫截面的變構體60可以在導流器21的上遊端的下遊排列。例如，這些橫截面的變構體可被配置以促進層狀流體流經過導流器。在一些實施方式中，變構體包括流道的至少一個壁中凸起。凸起可以包括曲線、傾斜或梯度部分，其被排列以適應由導流器引起的流體流的變化。

以上本發明公開的內容已經參考特定類型的裝置，但是所描述的實施方式的特徵可已被在功能上等同的元件所代替。例如，裝置的控制器12可已通過任何合適的處理手段提供，例如，FPGA、ASIC、通用目的處理器或邏輯門的任何合適的排列。此外，流體流供應器18可以包括泵或風扇或能沿著流道吸入流體流的任何其它裝置。作為另一個實施例，參考圖1描述的加熱器4可以在上述任何其它檢測器進樣口中排列，以在取樣口14上遊加熱流體流。這樣的加熱器4可以包括電阻加熱器，例如，帶或膜加熱器，或者其可以通過輻射熱源提供，例如，紅外光源，如雷射。在一些實施例中，加熱器可以包括熱空氣的噴射器。已經描述了分析裝置的具體實施例，例如質譜儀和離子淌度分光光度計，但是也可以使用其它種類的分析裝置。在本發明公開的上下文中，其它實施例和變量對於專業收件人是顯而易見的。還顯然的是，參考每一個附圖描述的每一個實施方式的特徵可以單個或另外與任何其它實施方式的一些或全部的特徵組合。方法特徵可以通過配置合適的裝置來執行，並且參考具體類型的裝置所描述的操作方法旨在作為獨立於方法本身而公開。