用於多維氣溶膠表徵的測量系統的製作方法

2023-06-01 16:58:46

專利名稱：用於多維氣溶膠表徵的測量系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種表徵顆粒總體的方法和裝置。更特別是，所述顆粒可以為氣溶膠 顆粒，特別是微米顆粒和/或納米顆粒。本發明還涉及所述裝置在氣溶膠監視中的用途。根 據本發明的方法和裝置可用於例如環境分析、工作場所防護或者過程監視領域。
背景技術：
「氣溶膠」為在下文使用通常是指固體和/或液體懸浮顆粒(在下文通常也稱為 「顆粒」)和氣體介質特別是空氣的混合物。一般地，本發明涉及表徵顆粒的方法和裝置。所 述氣溶膠特別是指顆粒處於微米範圍即處於< 1000 μ m的範圍，和/或甚至優選地處於納 米範圍即處於< IOOOnm的範圍的氣溶膠。氣溶膠的檢驗和表徵在自然科學、技術、醫藥和日常生活的各種領域起到重要作 用。例如，氣溶膠和氣溶膠顆粒的表面表徵在環境分析和醫藥領域起到關鍵作用，這是因為 氣溶膠的表面分布和表面形態對例如納米顆粒的毒性和例如氣溶膠和納米顆粒所引起的 工作場所汙染評價起到決定性的影響。對顆粒結構特別是附聚結構的了解對評價納米顆粒的工作場所汙染、用參數表示 合成氣態納米顆粒時的吸入毒理學可能和過程控制是必要的。即時觀測顆粒形態通常在例 如氣象學和氣候研究或者氣溶膠物理的許多其它領域非常受關注。特別是，氣體攜帶納米顆粒即尺寸例如< IOOOnm的顆粒或者別的微米顆粒即尺 寸例如< 1000 μ m的顆粒常常呈所謂初級顆粒的附聚物或者集合體即燒結附聚物形式。附 聚物的結構在這裡以鏈和/或分岔或者可能甚至球形燒結的方式鬆散連接。為表徵顆粒或者氣溶膠，已經開發了大量的不同裝置和方法，這些裝置和方法能 夠即時或者脫機地重要表示顆粒特徵。在下文，「脫機」測量在這裡為其中與氣流無關地例 如以時間變換和/或在不同設備中進行測量的測量。相反，「即時」測量為直接且沒有任何 大的時間變換地進行的測量，例如實時測量或者至少幾乎實時進行的測量。對這些顆粒的檢測和計數在這裡特別是納米顆粒領域已經起到重要作用。已知 並可市場購買大量的不同類型的顆粒計數器並且這些計數器基於不同的測量原理。例 如，一種測量原理是基於通過光例如雷射的檢測。在WO 91/08459中公開了這種雷射顆 粒計數器的實例。用於超小顆粒的其它顆粒計數器或者顆粒檢測器基於電荷效應，例如 在TO 2007/000710A2中所公開的顆粒計數器。還已知其它即時測量技術例如基於散射 光方法(例如散射雷射)的即時測量技術。其它計數器和檢測器基於靜電原理例如在WO 2007/000710A2中公開的顆粒傳感器。還可能採用所謂的凝結核粒子計數器或者凝結粒子 計數器(CPC)特別是為了能夠檢測甚至非常小的顆粒例如在納米範圍下部的顆粒，其採用 常規的光技術較難實現。在這些計數器或者檢測器中，例如通過沉積包含丁醇的冷凝物膜、 通過在這些顆粒周圍提供冷凝物套人工增加顆粒尺寸。以這種方式增加尺寸的顆粒然後可 較易檢測。US 4，790，650公開了冷凝顆粒計數器的實例。除了純粹檢測和計數顆粒以外，分類連同相應的顆粒檢測也起作用。通常，通過根據遷移率即顆粒速度和對顆粒作用的力的比率將顆粒分類或部分而以電力學方式對顆粒 進行分類。對帶電粒子而言，特別是在這裡使用所謂的電遷移率(常常稱作Z)，即顆粒速度 與作用於顆粒的電場的比率。在液體或者流體(氣體或者液體)中移動的體的遷移率通常用所謂的遷移率直徑 dm表示，其通常也稱為遷移率等效直徑。其為在流體(例如所使用在載體氣體)中具有所 述遷移率的假想球的直徑。開發了大量的裝置和方法用於例如根據其遷移率劃分即意味著分離顆粒。一個實 例為所謂的微分遷移率分析器(DMA)。這些分析器通常為可變的電過濾器，其例如作為可變 或者固定地預先指定的幾何形狀尺寸和/或可變或者固定地預先指定的電壓的函數，僅僅 允許顆粒流的特定電遷移率顆粒通過。在WO 2007/016711A1中公開了這些微分遷移率分 析器的實例。這種分類器通常連至相應的計數器，其可直接計數具體濾出類型中的顆粒數 或者濃度。通過這種方式例如可能通過改變類型而確定顆粒總體的濃度和顆粒尺寸分布。 這樣的儀器例如以小結構差異被稱作「DMPS」儀器(微分遷移率粒徑儀)、SMPS (掃描遷移 率粒徑儀)或者FMPS (快遷移率粒徑儀)，而這些原理之間的差異在下文中是重要的。例如 在 US2006/0284077A1、US 2004/0080321AUGB 2378510A、GB 2347671A、GB 2346700A 或者 WO 99/41585中公開了這樣的直接連至測量儀器或者計數器的分類器系統的實例。因為帶電顆粒或者顆粒流在現有技術已知的許多方法和裝置中起到重要作用，所 以開發了大量的能夠在顆粒上產生限定電荷的大量裝置。也在下文稱為「電荷狀態發生 器」或者「充電器」的這些裝置能夠產生顆粒上例如特定的電荷分布(例如一個顆粒接受一 個、兩個或者多個正和/或負單元電荷的可能性)或者固定地預先指定數量的電荷。在EP 1678802A2、W0 00/787447A1 (與 DMA 和 CPC 相關聯)或者 DE 19846656A1 中公開了這種裝 置的實例。如果產生相同數量的正和負電荷，則這樣的電荷狀態發生器通常也被稱作例如 US 6145391所公開的中和器。如上所述，在即時表徵顆粒中，特別是氣溶膠，通常假定球形等效顆粒尺寸。這是 例如上述DMPS、SMPS和FMPS方法的基礎，這是因為在這裡總是使用遷移率直徑dm。但是， 如果進一步使用確定的特徵值其可能產生明顯誤差。例如，不能區分不同類型的附聚體。此 外，直徑誤差還在顆粒體積的計算中起到三次冪的作用，並因此還例如在顆粒的質量計算 中起到三次冪的作用(如果密度已知)。在確定質量濃度時所產生的誤差是明顯的。已知 方法和裝置的不精確在對顆粒表面面積的計算中也變得非常明顯，其中直徑誤差起到兩次 冪的作用。這是已知方法和裝置特別是在毒理學領域的明顯缺陷，其中顆粒的表面積和表 面分布起到重要作用。此外，採用已知的方法幾乎不能檢測到形狀因素，其中例如棒形、球 形、板形之間的差異或者相似形狀的差異起作用。因此，採用商業可得的測量方法總體幾乎不能即時確定初級顆粒直徑、每個附聚 體顆粒的初級顆粒數和附聚體的形狀因子和其它結構特有參數。為確定這些參數，通常採 用脫機測量方法，其中例如通過取樣器從總體取得一些顆粒以將其用於其它表徵方法。例 如，這些其它表徵方法可為成像表徵方法例如掃描電子顯微鏡方法(SEM)、透射電子顯微鏡 方法(TEM)或者原子力顯微鏡方法(AFM)。例如在WO 2004/009243A1或者JP2007127427A 中公開了可從總體取得樣品的這種取樣器的實例。但是，所描述的脫機方法昂貴且耗時，並 且特別是不能基於對表徵的評價即時表徵和/或控制例如過程參數、製造參數或者工作場所保護領域的安全措施。 其它的解決上述顆粒直徑問題的方法基於在充電理論和關於對附聚體起作用的 牽引力的理論的基礎上確定顆粒直徑的事實而非形態方法。可在A. A. Lall等人的Aerosol Science 37 (2006)260-271 的「On-linemeasurement of ultrafine aggregate surface area and volume distributionsby electrical mobility analysis :I. Theoretical analysis」 和 A. A. Lall 等人的 Aerosol Science 37(2006)272-282 的「On-line measurement of ultrafineaggregate surface area and volume distributions by electrical mobilityanalysis :II. Comparison of measurements and theory，，找至Iji^禾中 理論或者半經驗方法的實例。其中所描述的模型組合了通過DMA或者SMPS進行的遷移率分 析和關於對附聚體作用的牽引力以及附聚體充電效率的計算。採用基於大量同時是限制的 假設的理論方法。例如，假定附聚體包括初級顆粒。後者必須為球形並且具有提前已知的 初級顆粒尺寸。另外，附聚體的表面必須可接觸。這意味著初級顆粒不相互覆蓋，其例如排 除了初級顆粒顯然熔合在一起的聚集體。所述方法因此不能應用於部分燒結的附聚物(附 聚體)。總之，所描述的模型因此包括大量的基於模型的必須滿足以使所述模型提供實際結 果的限制和假設。

發明內容
因此本發明的目的在於限定一種表徵顆粒總體的方法和裝置，其避免了已知方法 和裝置的上述缺陷。特別是，所述方法和裝置應當能夠即時確定取決於精確的顆粒幾何形 狀的特徵對象尺寸和/或這些對象尺寸的分布。通過具有獨立權利要求特徵的方法和裝置實現所述目的。從屬權利要求中描述了 本發明的有利發展。所有權利要求中的措詞在此包括在說明書中以供參考。本發明的基本思想在於組合本身已知的用於表徵顆粒的裝置和方法，從而在處理 中可直接或者至少間接地獲得至少一條形態信息。在下文稱為「形態參數」的所述形態信 息旨在包括關於顆粒附聚狀態的一條形態信息，其更具體地是，顆粒是否以作為部分燒結 集合體或者作為完全燒結集合體或者附聚物的鬆散燒結(例如鏈型或者分叉)附聚物的形 式出現。因此，可例如劃分為形態類型。但是，可選擇地，或者另外，對於一條關於劃分為形 態附聚類型的信息，所述至少一個形態參數可包括其它信息。例如，形態參數可包括每個顆 粒的初級顆粒數和/或具有初級顆粒尺寸a和/或初級顆粒尺寸分布和/或形狀因子，所 述形狀因子區分例如板形、棒形、管形或者類似形態的因子。其還可包括內部孔隙率和/或 附聚物或者集合體孔隙率和/或視在密度和/或附聚物或者集合體密度。下面將更詳細解 釋實例。和已知的半經驗和理論方法例如A.A. Lall等人的上述公開相反，本發明因此提 供了一種方法，其中不需要使用假設或者關於顆粒形態的已知信息，但是其中可以以形態 方式區分鬆散燒結的附聚物、部分燒結的集合體或者完全燒結的即例如幾乎球形的附聚物 是否在這裡出現。因此，提出了一種表徵顆粒總體的方法。總體在這裡為一定量的顆粒，優選固體顆 粒和/或作為懸浮顆粒的液滴，其中所述量包括大量所述顆粒，優選大於100，特別是大於 1000個顆粒。所述顆粒總體可特別為氣溶膠，即總體氣體攜帶顆粒，例如空氣中的顆粒。所述顆粒可特別地為微米顆粒和/或優選地納米顆粒。關於術語「氣溶膠」和「微米顆粒」或 者「納米顆粒」的定義，可參考上述描述。根據本發明提出的方法包括下面描述的方法步驟，其優選以所描述的順序進行。 但是，不同於所描述的順序也是可以的。還可以執行方法中未列出的其它步驟。還可能重 復進行或者進行單獨的方法步驟或者方法步驟組從而其至少部分地在時間上重疊。所述方 法包括下述步驟a)在分類步驟，選擇總體類型，其中所選擇類型的顆粒具有預先指定的遷移率dm。關於術語「遷移率」，可參考上面的描述。「遷移率」以廣義理解並且取決於用於分 類的方法。一般地，術語是用於描述作為顆粒對力作用的反應所進行的運動狀態和力本身 之間的聯繫。其實例為比例常數。遷移率的準確定義可特別取決於所使用的分類方法。其 實例為電遷移率。在擴散分離器中，其例如可為擴散等效直徑，在納米衝擊器中，其可為衝 擊等效直徑。其還可特別地為機械遷移率或者特別優選地為電動力學遷移率。但是，可選 地或者另外，對於實際意義上的專有遷移率，還可採用和遷移率唯一相關的變量。因此，下 文將採用同樣以術語Clm表示的遷移率直徑表示術語「遷移率」而不進一步限制可能的定義。 如上所述，對於所述遷移率直徑的假設為顆粒為具有遷移率直徑dm的球。當選擇所述類型時，可選擇固定地預先指定的遷移率。可選擇或者另外地，實踐中 通常如此地，但是預先指定的遷移率將包括開、半開或者閉間隔遷移率，這是因為即使最精 確的分類方法也總是具有某最小解析度或者因為期望有意選擇遷移率間隔。為進行分類步驟，如在下面對所述裝置的描述中更詳細地解釋，原理上可能採用 所有已知的分類方法和/或分類裝置，例如在序言中所描述的現有技術已知的分類方法。 特別優選採用例如採用DMA的靜電分類方法。「選擇」在這裡優選被理解為從總體分離所選擇類型的剩餘顆粒以分別採用所選 擇類型。例如，顆粒總體可出現於存儲容器和/或線系統中，其中所選擇類型例如輸出至選 擇容器和/或線系統中。b)所提出的方法還包括計數步驟。在該計數步驟中，確定所選擇類型的顆粒數量
N0「數」又可被理解為直接指的是若干有限量的所選擇類型的數量。特別是如果例 如可在封閉容器獲得所選擇類型的顆粒或者所選擇類型以另一種方式封閉則其會是如此。 可選地，或者另外地，但是對於所選擇類型的絕對顆粒數的確定，還可是與數直接相關的變 量，例如顆粒流速。如果可連續獲得所選擇類型例如以可連續獲得的所選擇類型的顆粒流 的形式，則這一點特別有利。在這種情況下，顆粒流速即例如每單位時間流經流動線路的顆 粒數、體積流速等可表示為數量N。為進行計數步驟，原理上可使用所有已知的計數方法，例如現有技術已知的上述 計數方法。對於可能的實施例，可參考下面對裝置或者示例性實施例的描述。c)在下一個方法步驟(電荷確定步驟)中，確定所選擇類型顆粒的電荷Q。和顆粒數量N類似，又可確定絕對電荷，例如限定量的選定類型顆粒和/或在線系 統的線路部分或者測量腔中所出現的絕對量顆粒的絕對電荷。如果已知總電荷或者顆粒的 數量，則可在這裡確定平均電荷。可選地或者除了總電荷以外，還可能和顆粒數量N類似地 採用相關的變量，例如電流I或者電流密度。例如，可確定單位時間流過的電荷，即電流I。特別是在其中可連續進行測量即例如可連續獲得所選擇類型的上述實例中這一點特別有 利。這裡，又可原理上採用現有技術已知的用於確定電荷的所有方法，例如上述方法。例如 採用NSAM測量的電流I可直接用作「電荷Q」。對於其它可能的實施例，參考下面提到的對 可能裝置的描述。可採用自然機制例如顆粒之間的摩擦或者顆粒相互之間碰撞的影響以首先對所 選擇類型的顆粒施加電荷。如下面更詳細地解釋，但是特別優選執行分離的電荷產生步驟， 其中建立所選擇類型的限定電荷狀態。d)在下一個方法步驟(評估步驟)中，從電荷Q、數量N和遷移率dm確定所述至 少一個形態參數。如上所述，形態參數包括關於顆粒附聚狀態的形態信息。該形態參數例如可包括 一個或多個數、向量、矩陣或者劃分為形態類型的其它類型。特別優選的是，所述至少一個 形態參數包括至少一個下面的信息項關於劃分為形態附聚類型的信息，特別是鬆散附聚 物、部分集合顆粒和集合體之間的差別；每個顆粒的初級顆粒數；初級顆粒尺寸a ；初級顆 粒尺寸分布；形狀因子。初級顆粒尺寸a在這裡被理解為組成單獨顆粒的初級顆粒的尺寸(其是指例如直 徑和/或半徑)。通常可以常規方法例如通過脫機測量例如成像脫機測量確定這樣的初級 顆粒，因為特別是附聚物通常由例如圓形初級顆粒或者其它類型簡單的容易確定(例如通 過如將圓和/或其它幾何基本元素例如正方形和矩形與二維圖像匹配的圖像評估方法)的 幾何形狀的初級顆粒構成。特別是對附聚物而言，可在第一次近似時假定初級顆粒表面積 的總和形成顆粒總體的表面積和/或初級顆粒的體積總和形成顆粒總體的體積。類似地還 可例如通過考慮平均初級顆粒尺寸或者顆粒中初級顆粒尺寸分布評估初級顆粒尺寸分布。如下面更詳細地解釋，可在變量Q、N和dm以及形態尺寸之間建立至少非常唯一的 關係。例如可通過經驗、半經驗或者分析或者理論考慮獲得該關係。例如，該關係可以以單 變量函數、多變量函數、曲線、數值表、電子表或者類似形式記錄並用於方法步驟d)。該評估步驟還可包括連續確定多個形態參數。例如，可採用變量Q、N和Clm之間的 已知關係得出存在具體的形態類型，例如鬆散附聚的鏈式或者分叉狀態。如下所解釋，例如 當對於預先指定的dm已知具體的形態類型產生每顆粒數具體的顆粒流時可這樣進行，結果 是，如果實際測量了每個顆粒數的所述顆粒流，則一定存在所述類型。然後可從如下獲知推 斷其它形態參數，即一定存在在常規方法中通常假定的但是在本發明方法中獲得的形態類 型。例如如下更詳細地解釋，校準函數可用於此目的。例如可通過對所確定的形態類型有 效的校準函數，從變量Q、N和dm確定初級顆粒尺寸a甚至初級顆粒尺寸分布。可採用所提出的方法極好地利用現有技術已知的方法和裝置的上述問題。例如， 所提出的方法能夠特別地即時表徵顆粒總體，這是因為基於可即時確定的形態參數，可確 定大量的其它特徵變量(下文稱為「目標變量」)，例如表面積、體積、每個附聚物或者集合 體的初級顆粒數、內部孔隙率和/或附聚物或者集合體孔隙率、視在密度、附聚物或者集合 體密度等等。因此可能從所測量的變量確定特別是納米級附聚物的大量其它結構參數，可 優選地不藉助脫機分析實現這一點。因為現在存在從遷移率直徑的簡單小球模型至更實際 的考慮形態方面的模型例如初級顆粒模型的變換，所以可能以比已知方法和裝置高得多的 精度確定目標變量。通過這種方式，可比常規方法好得多地預測或者評估特別是顆粒的毒性、環境兼容性、反應性或者類似的性質。因為可即時進行測量，所以，此外，所提出的方法 可在各種可獲得的例如開環和/或閉環過程控制的測量設備中快捷而節省成本地進行而 不會產生問題。可以以各種方法更有利地發展上面描述的基本形式的所提出方法。可單獨或者聯 合實現下面描述的發展。例如，上面所描述的方法首先描述了確定分別選擇的類型的形態參數。但是，如已 經解釋的，還可重複所述方法步驟。這一點特別是對於所謂的掃描是有用的，即其中一個接 一個地選擇其中遷移率^不同即至少不完全相符的遷移率的不同類型的方法。對於這些不 同的類型，然後根據所描述的方法在每種情形確定所述形態參數，結果獲得可確定作為遷 移率《函數的初級顆粒尺寸分布。為此，可特別重複地執行方法步驟a)至C)。可同樣重 複評估步驟或者可在後續總體評估步驟中評估在方法步驟a)至c)中所確定的所有變量並 將其轉換為形態參數的分布例如作為遷移率dm函數的初級顆粒尺寸分布。如已經在上文 所述，然後可從該分布推斷大量的其它分布，例如表面分布、初級顆粒尺寸分布、體積分布、 質量分布、形狀因子分布或者類似的分布。同樣地如上所述，在評估步驟可採用電荷Q、數量N和遷移率dm以及形態參數之間 的關係。所述已知關係例如可包括至少一個通過經驗、半經驗或者分析裝置確定的評估函 數(在下文也稱為校準函數)。但是評估函數在這裡不一定理解為通常意義上的函數，但 是術語例如還可包括記錄的校準值，例如記錄在一個或多個表格或者矩陣中的校準值，和/ 或校準函數的多變量曲線，例如以形態參數(例如初級顆粒尺寸a)表徵的多變量曲線。下 面列出了確定校準函數的實例。特別可通過例如脫機方法確定在校準函數中使用的已知關係。但是可選地或者另 外地還可通過即時方法確定所述關係。因為通過這種方式確定的已知關係可隨後用在即時 方法中，所以所提出方法的上述成本和時間優勢沒有降低。例如可採用多個測試顆粒確定 已知的關係，其中例如可在脫機方法特別是在成像方法中確定測試顆粒的形態類型和/或 初級顆粒尺寸a。可採用根據其中一個上述權利要求的具有方法步驟a)至c)的方法隨後 確定測試顆粒的變量Q、N和Clm，例如採用所獲得的關於形態類型的獲知通過變量Q、N和《 之間的關係確定初級顆粒直徑。例如採用擬合函數等等確定所述關係。如上所述，還特別優選所提出方法包括至少一個電荷產生步驟。在所述電荷產生 步驟中，可建立所述顆粒和/或所選擇類型的限定電荷狀態。限定電荷狀態在這裡被理解 為是指其中已知顆粒的每個顆粒和/或所選擇類型的每個顆粒的電荷，或者已知顆粒或者 顆粒類型的電荷分布的狀態。可藉助如下事實獲得電荷狀態，即顆粒具有總體上不為零的 電荷，或者根據便捷性，可建立總體的中性，從而正和負電荷總體上相互抵消。一些混淆的 是，後一種情形常常被稱作「中和」，這是因為總體上是中性的，儘管仍然存在帶電電荷。同樣例如如下面所述，在所提出的方法中在不同為位置可便利地產生電荷。例如， 可特別是在分類步驟之前或者其中和/或電荷確定步驟之前或者其中執行電荷產生步驟。 為執行電荷產生步驟，原理上可採用現有技術已知的所有方法確定限定的電荷狀態，例如 採用上述的現有技術已知的方法和裝置特別是所謂的充電器。因此，例如，電荷產生步驟可 包括採用電離顆粒或者電離顆粒束和/或採用電離輻射例如電離顆粒射線和/或電離電磁 輻射。優選，顆粒的電荷產生步驟包括採用放射性輻射和/或電磁輻射。可以直接或者間接地產生電荷。因此，可例如通過直接使顆粒電離，在顆粒中直接產生電荷和/或將電荷傳輸 至所述顆粒。可選地或者另外地，可間接充電。因此，可在分離的載體內或者上例如在載體 氣體分子(如空氣分子)上產生電荷並隨後通過例如從充電載體向顆粒的擴散將電荷從充 電載體傳送至顆粒。後一原理通常稱為「擴散充電」並且為本發明的優選充電機制。因此， 擴散充電具有充電完全獨立於顆粒材料的優點。通過擴散充電，通常將以和聚合物顆粒或 者由其它類型的絕緣材料組成的顆粒相同的方式對銀顆粒充電。通常，除了包括載體(例 如載體氣體)，擴散充電器還包括一種或多种放射性材料，優選發射例如能夠電離氣體分子 的α-和/或β射線的射線的材料。例如，可指定85Kr和/或21°Ρο。但是，另外地或者可 選擇地，可採用其它類型的電離射線和/或束和/或裝置，例如伽馬輻射和/或紫外輻射和 /或電離顆粒束和/或等離子體。通常，還可在其它裝置例如分類裝置和/或確定電荷的裝 置中全部或者部分地集成充電器。為簡化評估，首先可從電荷Q和數量N形成靈敏度S。如上所述，變量Q和N還可 包括或者為與實際電荷或者數量直接相關的變量。例如，靈敏度可包括除以數量的電流。一 般地，靈敏度S應當為電荷Q和數量N的預先指定的函數，特別是電荷Q和數量N的商。如上所述，例如可在評估步驟中使用電荷Q、數量N和遷移率^以及所述至少一個 形態參數之間的關係。例如還可採用靈敏度S和遷移率《以及形態參數之間的關係而非上 述關係。通過這種方式，甚至當僅僅劃分單一類型即不採用掃描時也可確定形態參數。但 是，可選地或者另外地，可進行掃描並隨後通過擬合函數確定所述形態參數。在所述過程中 確定遷移率dm不同的多個不同類型的電荷Q和數量N (或者靈敏度S)。在確定初級顆粒尺 寸a和/或其它形態尺寸參數的評估步驟中，以至少一個形態參數例如初級顆粒尺寸a參 數化的擬合函數被擬合至電荷Q和數量N或者從電荷Q和數量N形成的靈敏度S以確定形 態參數例如初級顆粒尺寸a。下面更詳細地描述了這種擬合操作的實例。如上所述，形態參數的獲知可用於確定其它表徵顆粒總體並與形態相關的目標變 量或者分布。至少部分表徵所選擇類型顆粒的所述目標變量X可例如包括顆粒的表面積或 者所選擇類型顆粒的表面積、所述顆粒的體積、所述顆粒的質量、所述顆粒的形狀因子、每 個顆粒或者附聚體的初級顆粒數或者類似可能的目標變量。這裡，可確定所述目標變量使 得其對遷移率dm不同的不同類型是確定的，從而可藉此確定目標變量特別是作為遷移率dm 函數的目標變量。如上所述，所提出的方法可特別用作即時方法，即在過程中接近實時而不需要為 此目的明顯中斷所述過程(例如製造或者生產方法)地提供結果的方法。但是，所提出的方 法可可選地通過脫機測量擴展。其例如可有利地進行基準測量、確定評價步驟的關係(如 上所述)或者偶然監視工廠。為此，所提出的方法可有利地包括其中去除一些所選擇類型 顆粒的採樣步驟。例如，可對每種所選擇類型或者也僅對一種或多種特定的所選擇類型去 除顆粒。可以以可選的表徵方法特別是脫機表徵方法調查所去除的顆粒量。該表徵方法可 特別地為成像方法和/或化學分析方法。通過這種方式可採用光學顯微鏡方法、掃描電子 顯微鏡方法、透射電子顯微鏡方法、原子力顯微鏡方法或者其它已知的成像方法或者這些 成像方法的組合確定例如形態參數，如形態類型、初級顆粒尺寸等等。除了所提出的方法以外，還提出用於表徵顆粒總體的裝置。所述裝置可設計為特 別用於執行根據上述的一個或多個實施例的方法。關於可能的實施例和定義，因此可參考上述描述。為執行這樣的方法，所述裝置可包括特別是控制器。所述控制器例如可為集中 或者分散控制器形式，並且例如可包括電子控制器、特別是數據處理設備。所述數據處理設 備可包括例如微型計算機和/或個人計算機，包括一個或多個處理器、存儲器、輸入和輸出 裝置和/或類似的通常出現於數據處理設備中的應用。根據所述方法步驟a)至d)，所述裝置包括分類器、計數器、電荷計和校準儀。這 裡，分類器從總體中選擇一種類型，計數器確定所選擇類型顆粒的數量N，電荷計測量顆粒 的電荷而校準儀確定所述至少一個形態參數，例如形態類型、集合體類型、初級顆粒尺寸a 或者多個形態參數的組合。分類器、計數器、電荷計和校準儀在這裡可為分離但優選直接連 接的元件(例如經過線路系統相互連接)的形式。但是，所述元件還可全部或者部分地相 互集成，從而例如所述分類器和計數器可全部或者部分地以相同元件設計。所述校準儀可 包括特別是數據處理設備，因為校準儀的任務特別在於數據評估領域。校準儀還可包括借 助其例如可進行輸入和輸出操作的界面，其中可詢問例如從中獲得形態參數(例如初級顆 粒尺寸或者初級顆粒尺寸分布)或者目標變量或者目標尺寸分布。如上所解釋，所述裝置可包括特別是線路系統。所述線路系統旨在被設計為引導 顆粒流、特別是顆粒的體積流和/或質量流。為此，如上所解釋，顆粒可為氣體攜帶顆粒特 別是氣溶膠。例如，可採用載體氣體。期望分類器、計數器和電荷計的所述元件連至所述線 路系統。所述線路系統中的分類器可特別是連接在計數器和電荷計的上遊。此外，線路系 統當然可包括另外一個或多個例如用於引入初級顆粒和/或一種或多種載體氣體的氣體 入口。另外，線路系統還可包括測量和/或控制裝置，例如用於確定體積流速的測量裝置、 泵、流量計、流量控制器、閥門等等。計數器和電荷計在這裡可原理上相互串聯連接。但是，特別優選計數器和電荷計 設置在線路系統的並行支路中。這裡，可獲知或者可設置流經計數器連接其上的第一支路 的第一部分流速與流經電荷計連接其上的第二支路的第二部分流速的支路比率。特別優選 第一和第二部分流速相等。為確保第一部分流速和第二部分流速和流經所述線路系統的顆 粒的總流速之間流量相等，所述線路系統可額外包括至少一個旁通線路，其中所述旁通線 路被設計為引導旁路流經過計數器和/或電荷計。因此可能以最佳方式調節單獨的部分流 速。如上在所述方法的框架內所述，除了即時表徵顆粒總體以外，有時可有利地進行 脫機分析。所述裝置因此還可包括至少一個採樣儀特別是連至所述線路系統的採樣儀。所 述採樣儀可設計為特別用於去除一些選擇類型的顆粒並將其引入選擇的表徵方法特別是 成像方法。採樣儀在這裡原理上可採用任何期望的去除顆粒的裝置。例如，在序言中描述 和從現有技術已知的採樣儀可用於將顆粒例如沉積在基底上。其例如可沉積在一個或多個 隨後引入成像方法的一個或多個轉移基底上。其它的優選示例性實施例涉及分類器、計數器和電荷計的優選設計。這些裝置可 例如又包括所有這些裝置並利用現有技術已知的所有那些原理。在分類器中，特別優選其 具有至少其中一個下述裝置靜電分類器，即其中通過藉助電場和可選地一個或多個開口 或者孔進行的分離執行分類的分類器。特別是，所述靜電分類器可包括一個或多個微分遷 移率分析器(DMA)。但是還可選地或者另外地可能採用其它類型的分類器，例如擴散分類器 (例如擴散分離器)、顆粒質譜儀、納米衝擊器或者類似的分類器或者分類器的組合。
計數器可特別包括冷凝顆粒計數器和/或冷凝核計數器，即其中首先例如通過冷 凝人工增加顆粒尺寸以簡化隨後對其的計數的計數器。可選地或者另外，計數器還可包括 雷射計數器和/或另一種光學計數器。可選地或者另外，計數器還可包括至少一個靜電計 數器，其設計為從帶電顆粒所引起的電流推斷顆粒數和/或顆粒流速。當然還可使用其它 類型的計數器或者所提到的計數器的組合和/或其它計數器。關於電荷計，特別優選其包括用於測量帶電顆粒所引起的電流的電流測量裝置。 但是，可選地或者另外地，其還可包括靜電計，特別是法拉第杯靜電計。特別優選其可選 地或者除了所提到的裝置以外還包括顆粒表面積計量器特別是納米顆粒表面積監視器 (NSAM)。例如在序言中提到的US 2006/0284077A1中描述了這樣的納米顆粒表面積監視 器，並且其原理上包括測量電流。可從市場購買這樣的納米顆粒表面積監視器。如上所述，所述裝置還可包括至少一個電荷狀態發生器，其被設計為對顆粒和/ 或所選擇類型的顆粒施加限定的電荷狀態。所述電荷狀態發生器可特別連至分類器的上遊 或者包括在分類器中和/或可連至分類器的下遊。電荷狀態發生器例如可為雙極充電器、 中和器、基於放射性輻射源的電荷狀態發生器；基於電場的電荷狀態發生器；基於光束特 別是UV光束的電荷狀態發生器；基於電暈放電的電荷狀態發生器或者所提到的電荷狀態 發生器的組合和/或其它電荷狀態發生器。在每種情形在一個或多個所描述的實施例中，所描述的方法和裝置可有利地以多 種方法使用。特別優選在環境分析和/或工作場所保護或者毒理學領域使用用於氣溶膠監 視的裝置。所述裝置還可可選地或者另外地用於過程控制領域的氣溶膠監視，其中使用基 於採用至少一種氣溶膠的方法，其中所述裝置用於監視氣溶膠。一般地，本發明可優選地用於過程監視領域和過程特別是氣相過程控制領域。所 提到的實例為碳納米管(CNT)的生產、火焰(flame)和等離子體合成(例如金屬氧化物和 /或混合氧化物)、凝結作用、熱壁反應器、分散和乾燥方法、氣相分離過程(化學氣相沉積 (CVD)和/或化學氣相合成(CVS))或類似過程。在這些過程中可基於所期望的微粒結構 (例如CNT的長度和直徑、每個附聚物的初級顆粒尺寸和初級顆粒比、燒結狀態、附聚物表 面積、附聚物體積等等)將所述方法和裝置用於執行過程控制。另外不可能或者僅僅可困難地以常規方法按重量確定納米顆粒的質量濃度。上面 提出的方法和所提出的裝置可用於確定納米氣體攜帶顆粒的質量濃度，特別是關於微細塵 埃未來發射和注入限值的質量濃度。另外，納米顆粒的結構參數特別是上面提到的目標變 量可與例如工作場所保護領域的毒性潛力相關。這為特別是管理、院所和專家部分以及吸 入毒理學領域的優點。


通過下面結合所附權利要求對優選示例性實施例的描述獲得其它細節和特徵。這 裡，可獨立或者聯合其它應用相應的特徵。本發明不限於示例性實施例。在附圖中示意性 示出了示例性實施例。這裡，單獨附圖中相同的附圖標記表示相同元件或者具有相同或者 近似功能的元件。具體地圖1示意性示出了根據本發明的裝置；
圖2A和2B示出了根據本發明的方法的示例性實施例的流程圖；圖3A示例性示出了初級顆粒尺寸對電荷計中電流的影響；圖3B示出了校準曲線的實例；圖4A示出了脫機測量初級顆粒直徑的實例；圖4B示出了採用根據本發明的擬合方法確定初級顆粒直徑的實例；圖5示出了對根據常規方法確定的表面分布與根據本發明確定的氣溶膠表面分 布的比較；以及圖6示出了對根據常規方法確定的氣溶膠的體積分布與根據本發明的方法確定 的氣溶膠的體積分布的比較。
具體實施例方式圖1示意性示出了根據本發明的用於表徵顆粒總體的裝置110的示例性實施例。 在不是限制其它實施例的可能的下文中假定顆粒總體意味著氣溶膠顆粒。作為模型系統， 下面考慮銀納米顆粒的燒結附聚物。但是，當然，其它顆粒或者氣溶膠也是可能的。在圖1所示出的示例性實施例中，裝置110具有氣溶膠經氣溶膠入口 114供應至 其中的共用線路系統112。所述氣溶膠入口 114可具有各種設計從而例如可提供載體氣體、 顆粒、氣溶膠等的不同連接。採用例如以恆定體積流速調節的泵116抽吸顆粒或者氣溶膠 經過線路系統112。例如可採用質量流量控制器(MFC) 118進行調節。例如可通過裝置110 的控制器120調節流速，例如可將圖1所示的單獨或者所有元件的測量信號傳送至控制器 120，並且控制器120可向圖1所示的裝置110的單獨或者所有元件輸出控制和/或調節信 號。所述控制器120例如可包括微型計算機和/或個人計算機。在線路系統112中，首先設置電荷狀態發生器122，其經過所述線路系統112連至 氣溶膠入口 114。所述電荷狀態發生器122例如可為雙極充電源的形式，並且例如可配置放 射源例如85Kr源。但是其它實施例也是可能的。電荷狀態發生器122經過所述線路系統112連至分類器124。在圖1中又象徵性 地示出了所述分類器124。在本示例性實施例中，所述分類器可特別地為微分遷移率分析器 (DMA)，即可例如通過設置特定的孔形狀和/或電壓和/或電場從氣溶膠選擇具有預先指定 的遷移率dm的類型的分類器124。例如又可由控制器120控制類型的選擇從而可通過控制 器120預先指定所選擇的遷移率dm。通過相似的方式可進行遷移率掃描，即其中可一個接 一個地選擇不同類型的掃描。例如可在分類器124自身中控制這樣的掃描和/或可通過控 制器120同樣地預先指定控制。分類器124可經線路系統112再連至第二電荷狀態發生器122，現在優選僅僅所選 擇類型的氣溶膠可進入線路系統112。所述第二電荷狀態發生器可同樣為雙極充電器。分 類器124連至其下遊的第二電荷狀態發生器122常常用作所謂的「中和器」，這是因為這裡 在所選擇類型內發生電荷平衡以總體建立所選擇類型的中性。連至採樣器128的部分線路126從分類器124和電荷狀態發生器122之間的線路 系統112分岔。所述採樣器例如可為納米顆粒氣溶膠樣品並且可例如包括其中一個上述採 樣器。所述採樣器128應當設計為特別用於能夠對所選擇類型或者多個選擇類型氣溶膠的 脫機表徵採樣。為此，採樣器128例如可包括一個或多個樣品載體，一種或多種氣溶膠的一個或多個顆粒可施加在樣品載體上以隨後例如被引入成像方法。所述部分線路126可正如 例如所述線路系統112的一個或多個剩餘部分一樣配備一個或多個用於控制採樣操作的 閥門。又可經控制器120操作所述閥門，例如造成還可通過控制器120控制採樣的結果。連接在分類器124下遊的第二電荷狀態發生器122經線路系統112又連至計數器 130和電荷計132。在這裡並聯連接所述計數器130和電荷計132。為此，線路系統112分 岔為連至計數器130的第一分支134和連至電荷計132的第二分支136。優選已知或者可 設置經所述兩個分支134、136的部分流速比。這例如可通過合適的例如藉助控制器120調 節的孔和/或閥門完成。特別優選經兩個分支134、136的部分流速可被調節為使其相等。圖1所示的示例性實施例提供了旁通線路138，其引導旁路流經計數器130和電荷 計132流至泵116。在圖1中所示的示例性實施例中，計數器130在其下遊側又連至旁通線 路138，從而藉助泵116將部分流經第一分支134的部分流量抽吸通過計數器130。如上所述，計數器130例如可包括附聚顆粒計數器(CPC)。電荷計132例如可包括 納米顆粒表面積監視器(NSAM)，例如來自德國亞琛TSIGmbH的NSAM，其測量顆粒的電荷輸 出作為電流。但是，其它實施例在每種情形也是可能的。並非限制其它可能的實施例，分類 器124在下文也指DMA，計數器130也指CPC，而電荷計132也指NSAM。採用調節至恆定體積流速的泵116抽吸顆粒首先經過第一電荷狀態發生器122， 所述第一電荷狀態發生器連至分類器124的上遊並使得顆粒處於電限定的電荷狀態。如上 所述，其例如可為採用放射源的雙極充電。隨後，採用例如以靜電方式運行的分類器122將顆粒劃分為相同尺寸即相同遷移 率的單分散組份。例如可通過改變電壓或者電場更改所述組份，如上所述造成可在掃描框 架內測量整個尺寸取向或者組份範圍的結果。因此所選擇的類型或者單分散顆粒組份隨後優選再次成為第二電荷狀態發生器 122中的電限定電荷狀態，第二電荷狀態發生器122連至分類器124的下遊並且可例如和第 一電荷狀態發生器的設計相同。隨後氣流被分離並經第二支路136引導至電荷計。在電荷 計中檢測位於顆粒上的電荷。因為顆粒上的電荷與顆粒表面積相關，所以也直接或間接地 檢測單分散組份或者類型的顆粒表面積。第二氣流經第一支路134引導至計數器130。如上所述，附聚核計數器或者靜電計 等等適合於納米顆粒。所描述的裝置因此可用於預先指定或者設置遷移率dm以及測量因此通過電荷計 132和計數器130選擇的組份或者類型的電荷Q和顆粒數量N。應當注意，計數器130和電 荷計132還在圖1中示出為分離的元件，但是其還可全部或者部分地以相同的元件設計。除了可因此即時確定的變量以外，還可能採用選擇採樣器128進行脫機分析，採 樣器128可同時運行但是也可集成在線路系統112中。根據其尺寸分離的這些顆粒例如可 用於化學分析、脫機REM/TEM分析或者類似類型的分析。下面將參考附圖2A和2B中描述根據本發明的方法的可能的示例性實施例。這 裡，參考根據圖1中示例性實施例的裝置110。但是，原理上還可在根據本發明的方法的框 架中採用其它類型的裝置110。附圖標記210在附圖2A中象徵性地表示分類步驟。在所述分類步驟210中，如上 所述，例如通過分類器124的DMA預先指定例如在這裡通過遷移率直徑dm表示的遷移率。
另外，附圖標記212在圖2A中象徵性地表示計數步驟。例如採用計數器130或者 CPC進行的該計數步驟212確定所分類顆粒的數量N。如上所述，所述數量N還可為類似的 變量例如顆粒流速，即單位時間內流經第一支路134的多個顆粒，並且直接給出關於所分 類顆粒總體的信息，即例如顆粒組份的附聚顆粒的信息。附圖標記214在圖2A中示意性示出了電荷確定步驟。在所述電荷確定步驟中， 例如採用電荷計132或者NSAM確定分類顆粒的電荷。但是，實踐中，特別是如果例如採用 NSAM而非電荷計，則確定和電荷直接相關的變量，一般地為電流I。如上所述，術語「電荷」 應當包括此。因此，電流I部分地等於下面的電荷Q。在圖2A中由附圖標記216示意性表示的另一個方法步驟中，從兩個測量變量N和 1(或者Q)獲得靈敏度S，其中靈敏度S為所述兩個測量變量的函數。電流I和數量N的商 即I被N除在這裡證明特別有用。原理上，靈敏度216的確定為可選方法步驟，但是有利於 隨後的評估和校準。例如採用一個或多個電子元件，例如採用除法器，或者例如以完全或者 部分計算機支持的方式，例如再次在控制器120中，例如由一個或多個電腦程式程序控 制，來確定靈敏度。然後，原理上，可從現在已知的遷移率直徑或者附聚顆粒的遷移率dm、從電流I或 者電荷Q和從數量N通過合適的所述信號或者變量的組合確定一個或多個目標變量X。例 如可從鬆散而燒結的附聚物獲得數量分布、表面分布或者體積分布和形狀因子。另外，例如 可計算初級顆粒尺寸和每個附聚物的初級顆粒數和/或質量和/或質量分布。在評估步驟中根據圖2A的本發明的方法中採用遷移率預先指定的變量dm和測量 變量N和Q或者I進行進一步的評估。在附圖2A中由附圖標記218象徵性表示所述評估 步驟。所述評估步驟218的目標在於確定至少一個形態參數，例如初級顆粒尺寸a。可再 次以完全或者部分計算機支持的方式例如再次採用圖1中裝置110的控制器120執行評估 步驟218。為此，所述控制器例如可包括數據處理設備，其可合適地在程序技術方面進行配 置。為解釋執行評估步驟218的可能的實施例，參考附圖3A和3B。例如，圖3A示出存在信號Q或者I和附聚顆粒的形態之間的關係，所述信號Q或 I採用電荷計132 (例如NSAM信號)測量。在圖中，NSAM信號以電流I (例如以每個顆粒的 fA表示)的形式繪製，其作為已知顆粒數的燒結溫度(以。C計量)即顆粒燒結的溫度的函 數。不同的符號以已經使用的介於ISOnm和SOnm之間的值表示不同總體尺寸即不同遷移 率直徑的顆粒。部分圖像310至314示出了在三個被選為實例的不同燒結溫度下的顆粒或者附聚 物的脫機圖像。採用成像方法獲得這些圖像，其中在此情形中使用了透射電子顯微鏡方法。 但是，也可採用其它成像方法。例如，根據圖1的裝置110中的這些顆粒可採用採樣器128 從線路系統112去除並引入成像方法中。如在部分圖像310至314中所看到的，燒結溫度對附聚物的形狀起到重要作用。在 僅僅20°C的燒結溫度下，在預先指定的模型系統中，附聚物僅僅為近似球形的部分顆粒的 鬆散連接形式，這些顆粒在下文中也被稱為初級顆粒316。根據所採用的顆粒系統類型，初 級顆粒316還可具有不同的幾何形狀，例如正方形、板形、棒形等等。然而對於作為初級顆 粒316的球形而言，直徑可用作初級顆粒尺寸a，對於初級顆粒316的其它幾何形狀，必須採用表徵初級顆粒316尺寸的其它變量，例如邊緣長度。藉助手動評估或者採用成像方法的 評估(例如通過將圓擬合為圖像310中的初級顆粒316)，可脫機確定初級顆粒尺寸a及其 平均值或者中間值。在下文中，假定為球形的初級顆粒半徑被認為是初級顆粒尺寸。從圖像314和316 (燒結溫度分別為200°C和600°C )與第一圖像310 (燒結溫度 20°C)的比較可清楚，顆粒的形態改變，並且初級顆粒尺寸a隨著燒結溫度上升而增加。可 再次例如手動或者通過計算機支持圖像評估方法確定初級顆粒316的尺寸。在非常高的溫 度下，初級顆粒尺寸a接近於恆定值，這是因為初級顆粒316的形狀接近於單球的形狀。部分圖像310至314示出了不同的形態類型。因此，部分圖像310中的顆粒318 通常被稱為「附聚物」。附聚物通常包括主要被範德瓦爾斯力相互連接的初級顆粒316的附 聚。和部分圖像310中所示出的附聚物相反，部分圖像314中的顆粒318代表形態「相對 極」，示出近似球形的形狀。其中，在部分圖像312中示出的顆粒通常被稱為「集合體」。其 中，已經非常難以溶解的初級顆粒316主要通過材料橋接相互連接。可採用一個或多個形態參數例如初級顆粒136的初級顆粒尺寸a和/或其它形態 參數數值表徵部分圖像310至314所示出的三個形態類型。因此，其中，可採用形態參數k， 其在下文將被稱作「形狀因子」，即使其可能不必嚴格地描述幾何或者形態形狀。可選地或 者另外，可採用其它形態參數。形狀因子k描述了燒結程度、附聚類型和/或微米或納米顆 粒的類型。因此，k描述了 「顆粒類別」或者「顆粒類型」例如「附聚物」、「集合體」或者「球 形」。k不一定和顆粒形狀有關，這是因為例如集合體可具有和附聚物類似的形狀。也可進 行不同的分類例如以部分圖像310至314所示出的多於三個形態類型的更多類型進行的分 類。對部分圖像310至314中所示出的附聚物或者顆粒318的形狀的比較示出顆粒318的 形狀對電荷計132的信號具有明確的影響，所述形狀在20°C (部分圖像310)、經200°C (部 分圖像312)直到600°C (部分圖像314)的燒結溫度下，從鬆散連接(例如形態類型1，部 分圖像310)經部分燒結(例如形態類型2，部分圖像312)變為幾乎球形形狀(例如形態類 型3，部分圖像314)。這一點與如下事實相關，即表面積(如可從圖像310至314看出)隨 著燒結溫度上升而下降並最終接近單個球的值。如上所述，顆粒318可承擔的電荷與顆粒 318的表面積非常相關，這是因為隨著表面積增大可接受更多電荷。可利用所述聯繫形成校準曲線，例如藉助所述校準曲線可從遷移率《、電荷Q或者 電流I以及顆粒數量N獲得初級顆粒尺寸a和/或其它形態參數。在圖3B中描述了這種 校準曲線的實例。那裡，通過電荷計132(例如NSAM)測量的靈敏度S，在這種情形為電流， 除以計數器130 (例如CPC)所測量的顆粒數並以單位S(fA cm3)繪製為以nm計的遷移率 直徑dm的函數。靈敏度的單位為通常以每個顆粒的以A或者fA測量的電流結果，而顆粒 數例如可為每cm3的顆粒數。這裡，繪製了三個不同燒結顆粒的測量值，產生三條不同的校準曲線320、322和 324。這些校準曲線對應根據圖3A中的部分圖像310至314的顆粒318的燒結溫度20°C、 200°C和600°C。這裡，理論測量曲線被相對於測量值擬合，其還能夠讀取其間的值並可形成 例如實際的校準函數320至324。原理上，近似任意的理論的、半經驗或者經驗曲線可被採用並可用於測量值的擬 合，只要所述擬合可推出所期望的一個或多個形態參數，例如初級顆粒尺寸和/或形狀因 子。作為不限制本發明範圍的實例，可採用將詳細描述的下面的理論或者半經驗曲線。本發明不約束於下面所概述的理論的正確性，並且可採用其它曲線和/或模型。試驗結果產生靈敏度S和球直徑d之間的關係，對於簡單小球的情形其對應圖3B 中的遷移率dm:
權利要求
一種表徵顆粒(318)特別是微米顆粒和/或納米顆粒的總體特別是氣溶膠的方法，包括如下步驟a)在分類步驟，選擇一種類型的所述總體，其中所選擇類型的所述顆粒(318)具有預先指定的遷移率dm；b)在計數步驟，確定所選擇類型的顆粒(318)的數量N；c)在電荷確定步驟，確定所選擇類型的顆粒(318)的電荷Q；以及d)在評估步驟，從所述電荷Q、數量N和遷移率dm確定至少一個形態參數，其中所述形態參數包括至少一項關於所述顆粒(318)的附聚狀態的信息。
2.根據前述權利要求的方法，其中所述至少一個形態參數包括至少一個下面的信息 項關於向形態附聚類型的分類的信息，特別是鬆散附聚物、部分集合顆粒和集合體之間差 別；內部孔隙率和/或附聚物或者集合體孔隙率；視在密度，附聚物或者集合體密度；每個 顆粒(318)的初級顆粒(316)的數量；初級顆粒尺寸a;初級顆粒尺寸分布；形狀因子。
3.根據前述權利要求中一項的方法，其中在掃描步驟中，單獨重複地執行部分或全部 所述方法步驟，特別是步驟a)至c)，其中在每次重複中選擇不同類型的總體。
4.根據前述權利要求中一項的方法，其中在評估步驟，採用所述電荷Q、所述數量N和 所述遷移率dm以及所述形態參數之間的已知關係。
5.根據前述權利要求的方法，其中所述已知關係包括至少一個通過經驗、半經驗或者 分析裝置確定的校準函數和/或校準曲線(320、322、324)。
6.根據前述兩項權利要求任一項的方法，其中採用多個測試顆粒(318)確定已知的關 系，其中通過成像方法確定測試顆粒(318)的形態參數，並且其中通過具有根據前述權利 要求中一項的方法步驟a)至c)的方法確定所述測試顆粒(318)的變量Q、N和dm。
7.根據前述權利要求中一項的方法，其中從所述電荷Q和數量N形成靈敏度S，其中所 述靈敏度S為電荷Q和數量N的函數。
8.根據前述權利要求的方法，其中所述靈敏度S包括電荷Q和數量N的商。
9.根據前述權利要求中一項的方法，其中對於具有不同遷移率^的多個不同類型確定 所述電荷Q和數量N，其中在確定所述形態參數的評估步驟中，以所述形態參數參數化的擬 合函數(410)被擬合至所述電荷Q和數量N和/或從所述電荷Q和數量N形成的靈敏度S， 其中所述靈敏度S為所述電荷Q和數量N的函數。
10.根據前述權利要求中一項的方法，其中在採用所述形態參數的評估步驟中，確定至 少一個和變量《、Q和N不同的目標變量X，其中所述目標變量X至少部分表徵所選擇類型 的顆粒(318)。
11.根據前述權利要求的方法，其中所述目標變量X包括至少一個下面的目標變量所 述顆粒(318)的數量；所述顆粒(318)的表面積；所述顆粒(318)的體積；所述顆粒(318) 的質量；所述顆粒(318)的形狀因子；每個附聚物的初級顆粒(316)的數量；表面分布；體 積分布；質量分布；形狀因子分布；數量分布；內部孔隙率和/或附聚物或者集合體孔隙 率；視在密度；附聚物或者集合體密度。
12.根據前述權利要求的方法，其中以具有不同遷移率dm的不同類型重複至少所述方 法步驟a)至c)，其中在每種情形確定所述目標變量X，其中確定目標變量分布，特別是作為 所述遷移率dm的函數的目標變量分布。
13.根據前述權利要求中一項的方法，其中在所述至少一個電荷產生步驟中，建立所述 顆粒(318)和/或所選擇類型的限定電荷狀態。
14.根據前述權利要求的方法，其中在方法步驟a)之前或者期間和/或在方法步驟c) 之前或者期間進行電荷產生步驟。
15.根據前述權利要求中一項的方法，其中在採樣步驟中，去除所選擇類型的顆粒 (318)的量，其中被去除的所述顆粒(318)的量被引入可選的表徵方法中，所述表徵方法特 別是成像方法。
16.一種表徵顆粒(318)特別是微米顆粒和/或納米顆粒的總體特別是氣溶膠的裝置 (110)，其中所述裝置(110)包括如下元件a)分類器(124)，其被設計為選擇一種類型的總體，其中所選擇類型的顆粒(318)具有 預先指定的遷移率dm ；b)計數器(130)，其被設計為確定所選擇類型的顆粒(318)的數量N;c)電荷計(132)，其被設計為確定所選擇類型的顆粒(318)的電荷Q；以及d)校準器(120)，其被設計為從所述電荷Q、數量N和遷移率^確定至少一個形態參數， 其中所述形態參數包括至少一項關於所述顆粒(318)的附聚狀態的信息。
17.根據前述權利要求的裝置(110)，其中所述裝置(110)被設計為執行根據前述方法 權利要求中的一項的方法。
18.根據前述權利要求的裝置(110)，包括控制器(120)，其中所述控制器(120)包括至 少一個數據處理設備。
19.根據前述裝置權利要求中一項的裝置(110)，包括線路系統(112)，所述線路系統 (112)用於引導所述顆粒(318)的流、特別是體積流和/或質量流，其中所述分類器(124)、 計數器(130)和電荷計(132)被連至所述線路系統(112)。
20.根據前述權利要求的裝置(110)，其中所述計數器(130)和所述電荷計(132)被設 置在所述引導系統(112)的並聯支路(134，136)中。
21.根據前述權利要求的裝置(110)，其中已知或者可設置連接所述計數器(130)的第 一支路(134)中的第一部分流速與連接所述電荷計(132)的第二支路(136)中的第二部分 流速之間的支路比值，其中優選所述第一和第二部分流速相等。
22.根據前述三項權利要求中一項的裝置(110)，還包括至少一個旁通線路(138)，其 中所述旁通線路被設計為引導流經所述計數器(130)和/或電荷計(132)的旁通流。
23.根據前述裝置權利要求中一項的裝置(110)，還包括至少一個採樣器(128)，特別 是連至所述線路系統(112)的採樣器(128)，其中所述採樣器(128)被設計為去除所選擇類 型的顆粒(318)的量並將其引入可選的表徵方法中，所述表徵方法優選為脫機表徵方法， 特別是成像方法和/或化學分析。
24.根據前述裝置權利要求中一項的裝置(110)，其中所述分類器(124)具有至少一個 下述裝置靜電分類器，特別是微分遷移率分析器、擴散分類器、衝擊分類器、顆粒質譜儀。
25.根據前述裝置權利要求中一項的裝置(110)，其中所述計數器(130)具有至少一個 下述裝置冷凝顆粒計數器和/或冷凝核計數器；雷射計數器；靜電計數器，其被設計為從 由帶電顆粒(318)所產生的電流獲得顆粒數和/或顆粒流速。
26.根據前述裝置權利要求中一項的裝置(110)，其中所述電荷計(132)包括至少一個下述裝置電流測量裝置，其用於測量由帶電顆粒(318)所產生電流；法拉第杯靜電計；顆 粒表面積計量器，特別是納米顆粒表面積監視器。
27.根據前述裝置權利要求中一項的裝置(110)，還包括至少一個電荷狀態發生器 (122)，其中所述電荷狀態發生器(122)被設計為對所述顆粒(318)和/或所選擇類型的顆 粒(318)施加限定電荷狀態，特別是至少一個連至所述分類器(124)的上遊的電荷狀態發 生器(122)和/或一個連至所述分類器(124)的下遊的電荷狀態發生器(122)。
28.根據前述權利要求的裝置(110)，其中所述電荷狀態發生器(122)包括至少一個下 述裝置雙極充電器；中和器；基於放射性輻射源的電荷狀態發生器；基於電場的電荷狀態 發生器；基於光束特別是UV光束的電荷狀態發生器；基於電暈放電的電荷狀態發生器。
29.一種根據前述裝置權利要求中一項的裝置(110)的用途，所述用途為在環境分析 領域和/或職業安全或者毒理學領域監視氣溶膠。
30.一種根據前述裝置權利要求中一項的裝置(110)的用途，所述用途為在過程控制 領域監視氣溶膠，其中採用基於使用至少一種氣溶膠的方法，其中通過所述裝置(110)監 視所述氣溶膠。
全文摘要
提出了一種表徵顆粒(318)總體的方法。所述方法可特別地用於表徵微米顆粒或者納米顆粒氣溶膠。所述方法包括下述步驟a)在分類步驟，選擇一種總體，其中所選擇類型的顆粒(318)具有預先指定的遷移率dm；b)在計數步驟，確定所選擇類型的顆粒(318)的數量N；c)在電荷確定步驟，確定所選擇類型的顆粒(318)的電荷Q；和d)在評估步驟，從電荷Q、數量N和遷移率dm確定至少一個形態參數，其中所述形態參數包括至少一條關於顆粒(318)的附聚狀態的信息。
文檔編號G01N15/02GK101981429SQ200980111306
公開日2011年2月23日 申請日期2009年2月4日 優先權日2008年2月6日
發明者B·薩克微, D·Y·H·裴, H·費斯安, M·林森布勒, M·沙弗爾, M·莫特勒, W·G·申, 王靜 申請人:巴斯夫歐洲公司;明尼蘇達大學董事會