Устройство и способ отбора пробы Российский патент 2021 года по МПК G01N1/22 G01N1/38 G01N1/44 H01J49/00 

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам обнаружения и, более конкретно, к способам и устройствам для получения проб пара для детекторов, таких как спектрометрические детекторы, например, спектрометры подвижности ионов и масс-спектрометры.

Описанные в настоящем документе способы и устройства предлагаются для распыления аэрозолей, которые могут содержаться в газообразной текучей среде. Газообразная текучая среда может содержать аэрозоли, пары и частицы. Способы в настоящем документе предлагаются для нагревания газообразной текучей среды для испарения аэрозоля. Эти способы и устройства могут найти свое применение в спектрометрии, например, спектрометрии подвижности ионов и масс-спектрометрии.

Некоторые детекторы работают путем «втягивания» потока газообразной текучей среды, такой как воздух, во впускной узел детектора и отбора проб воздуха с помощью аналитического устройства для обнаружения представляющих интерес веществ. Этот втянутый поток воздуха можно отбирать из впускного узла детектора, используя порт для отбора пробы, такой как булавочное отверстие, капилляр или мембранный порт. Некоторые аналитические приборы и, в частности, некоторые спектрометры подвижности ионов выполнены с возможностью анализа паров и газов. Такое аналитическое устройство может быть выполнено с возможностью обнаружения представляющих интерес веществ, таких как наркотики, взрывчатые вещества и боевые химические вещества. Поэтому чувствительность обнаружения и надежность таких детекторов могут быть существенной проблемой.

Некоторые представляющие интерес вещества могут содержать аэрозоли. В отличие от пара или газа, аэрозоль содержит частицы твердого вещества или жидкости, взвешенные в газе. Если вещество имеет низкое давление паров при температуре окружающей среды, то детекторы, которые полагаются на наличие пара, могут быть неспособны обнаружить аэрозоль, содержащий это вещество.

Аспекты и варианты выполнения настоящего изобретения изложены в формуле изобретения и направлены на решение соответствующих технических проблем.

Варианты выполнения изобретения теперь будут описаны исключительно в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает впускной узел детектора, соединенный с детектором;

Фиг. 2 изображает пример впускного узла детектора, показанного на Фиг. 1;

Фиг. 3 изображает пример впускного узла детектора, показанного на Фиг. 1;

Фиг. 4 изображает иллюстрацию канала для текучей среды, пригодного для использования во впускных узлах детектора, показанных на Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3;

Фиг. 3 изображает схематический вид в разрезе спектрометра подвижности ионов, соединенного с впускным узлом детектора, таким как показано на Фиг. 1, Фиг. 2 или Фиг. 3;

Фиг. 6 изображает вид сверху в разрезе камеры, которая может быть использована во впускных узлах детектора, описанных в настоящем документе;

Фиг. 7 изображает поперечный разрез камеры, показанной на Фиг. 6;

Фиг. 8 иллюстрирует распределение частиц, переносимых потоком газообразной текучей среды через камеру, показанную на Фиг. 6 и Фиг. 7;

Фиг. 9 изображает вид сверху в разрезе другой камеры, которая может быть использована во впускных узлах детектора, описанных в настоящем документе;

Фиг. 10 изображает схематический вид впускного узла детектора, имеющего цилиндрический канал;

Фиг. 11 иллюстрирует пространственное распределение частиц вдоль линии «В», показанной на Фиг. 10;

Фиг. 12 изображает поперечный разрез впускного узла детектора, показанного на Фиг. 10, по линии «В», показанной на Фиг. 10;

Фиг.13 изображает пример детектора с впускным узлом, показанным на Фиг. 6;

Фиг. 14 изображает пример детектора с впускным узлом, показанным на Фиг. 10;

Фиг. 15 изображает еще один пример детектора с впускным узлом, показанным на Фиг. 6; и

Фиг. 16 изображает еще один пример детектора с впускным узлом, показанным на Фиг. 10.

На чертежах одинаковые номера позиций используются для обозначения одинаковых элементов.

Варианты выполнения изобретения относятся к впускным узлам детектора для подачи проб в детектор для обнаружения представляющего интерес вещества. Детекторы, такие как масс-спектрометры и спектрометры подвижности ионов, могут быть выполнены с возможностью ионизации пара, а затем анализа ионов, генерируемых из этого пара, обнаруживая представляющие интерес вещества. Такие детекторы могут быть выполнены с возможностью втягивания потока газообразной текучей среды из тестируемой среды, а затем отбора проб из этого потока. Затем пробы могут быть протестированы для обнаружения наличия представляющих интерес веществ. Газообразная текучая среда может содержать газ, такой как воздух, пар и аэрозоли, например твердые или жидкие частицы, суспендированные в текучей среде.

Варианты выполнения изобретения относятся к нагреву части втягиваемого потока, в большей степени, чем остальной части этого потока, и затем к смешиванию нагретой части втянутого потока с остальной частью потока для испарения аэрозоля, переносимого остальной частью потока. Затем проба пара может быть взята из смешанного нагретого потока газообразной текучей среды и подана в детектор.

На Фиг. 1 показан впускной узел 1 детектора, содержащий заборное устройство, имеющее два порта для получения проб газообразной текучей среды из окружающей среды. Впускной узел детектора также содержит первый канал 2, который соединяет первый порт с областью смешивания во впускном узле детектора. Второй канал 4 соединяет второй порт с областью 6 смешивания. Таким образом, первый канал и второй канал обеспечивают отдельные траектории для потока газообразной текучей среды из окружающей среды в область смешивания во впускном узле детектора. Например, они обеспечивают параллельные (в смысле альтернативных, а не обязательно геометрически параллельных) отдельные траектории потока от портов заборного устройства впускного узла детектора в область смешивания. Соответственно, первая часть потока газообразной текучей среды, которая втягивается в порты заборного устройства впускного узла детектора, может достигать области смешивания, протекая через первый канал, а вторая часть потока может достигать области смешивания, протекая через второй канал. Первая часть и вторая часть этого потока затем могут воссоединяться при достижении области смешивания.

Впускной узел детектора также содержит нагреватель 18. Нагреватель 18 выполнен с возможностью нагрева первой части 14 потока газообразной текучей среды таким образом, что первая часть 14 потока газообразной текучей среды нагревается в большей степени, чем вторая часть 16 потока газообразной текучей среды. Например, нагреватель может быть расположен в первом канале, например, по меньшей мере частично внутри него, например, на выходе из первого канала в область смешивания. В некоторых таких примерах одна или несколько внутренних стенок первого канала могут содержать нагреватель. Нагреватель может включать резистивный нагреватель, такой как проволочный нагреватель, например, мембранный нагреватель. Другие примеры нагревателей включают источники излучения, такие как инфракрасный свет.

Впускной узел детектора, показанный на Фиг. 1, может содержать фильтр, хотя это и необязательно. Если фильтр присутствует, то он предназначен для предотвращения прохождения по меньшей мере некоторых частиц, переносимых первой частью потока газообразной текучей среды. Например, фильтр может быть расположен в первом канале между заборным устройством и нагревателем. Второй канал может быть шире, чем первый канал, например, он может иметь большее поперечное сечение потока. В области 6 смешивания первая часть газообразной текучей среды объединяется с первой частью 14 потока газообразной текучей среды, переносимой вторым каналом 4.

Впускной узел детектора может также содержать выпускной канал 12 и движитель, такой как вентилятор или насос. Когда движитель присутствует, он может быть выполнен так, чтобы обеспечивать поток газообразной текучей среды из заборного устройства через впускной узел детектора в выпускной канал. Во впускном узле детектора для получения проб потока газообразной текучей среды в месте между выпускным каналом и выходом из первого канала, расположен порт 8 для отбора пробы, такой как булавочное отверстие. Например, порт для отбора пробы может быть выполнен с возможностью получения проб из области 6 смешивания. Порт для отбора пробы выполнен с возможностью отбора проб из впускного узла детектора и подачи их в детектор, так что детектор может обнаруживать представляющие интерес вещества, переносимые потоком газообразной текучей среды.

Впускной узел детектора, показанный на Фиг. 1, можно использовать для подготовки аэрозоля для анализа детектором для определения того, содержит ли этот аэрозоль представляющее интерес вещество. Поэтому при работе поток газообразной текучей среды вводят во впускной узел детектора и разделяют на две части. Первая часть потока может проходить по первому каналу, а вторая часть потока может проходить по второму каналу. Первая часть потока может нагреваться больше, чем первая часть потока, например, так, что она более горячая, чем вторая часть потока. Температура первой части потока может быть по меньшей мере достаточно высокой, чтобы испарять выбранное представляющее интерес вещество. Например, первая часть потока может быть нагрета до температуры по меньшей мере 150°С, например, по меньшей мере 200°С, например, по меньшей мере 400°С. Например, газообразная текучая среда в области смешивания может иметь температуру в диапазоне от 100°С до 400°С.

Первая часть потока газообразной текучей среды затем смешивается со второй частью потока для нагрева этой второй части потока. Первая часть пробы может быть достаточно нагрета, чтобы температура в области смешивания была достаточно большой, чтобы аэрозоли выбранного представляющего интерес вещества, переносимые во второй части потока, были, по меньшей мере частично, испарены. Например, нагреватель может работать так, чтобы температура потока в области смешивания была по меньшей мере 150°С, например, по меньшей мере 200°С.

Затем пробы отбирают из смешанного нагретого потока через порт для отбора пробы и подают в детектор. Например, порт для отбора пробы может использоваться для отбора проб из смешанного (воссоединенного) потока в области, где температура потока повышается из-за смешивания первой части потока со второй частью потока.

Несмотря на то, что вариант выполнения, показанный на Фиг. 1, объясняется как имеющий два порта заборного устройства, следует понимать, что в некоторых вариантах выполнения впускной узел детектора может содержать единое общее заборное устройство, соединенное первым и вторым каналами с областью смешивания.

Один из таких примеров проиллюстрирован на Фиг. 2. Как показано на Фиг. 2, впускной узел детектора выполнен с возможностью отделения первой части газообразной текучей среды от второй части газообразной текучей среды и пропускания первой части через первый канал. Первая часть потока затем может быть воссоединена со второй частью в области смешивания. Это смешивание второй части с первой частью может испарять аэрозоль, переносимый второй частью.

Способ воссоединения двух частей потока текучей среды может быть выбран для содействия равномерному смешиванию двух частей потока. Например, первая часть может быть введена во вторую часть с использованием сопел. Эти сопла могут быть расположены так, чтобы вводить струи нагретой текучей среды. Например, первая часть потока нагретой текучей среды может иметь более высокую скорость, чем вторая часть потока. Это может быть достигнуто за счет обеспечения дополнительного двигателя (например, насоса, сильфона или вентилятора) для перемещения первой части потока газообразной текучей среды вдоль первого канала.

Другим способом создания смешивания может быть обеспечение перемещения первой части потока в другом направлении по сравнению с направлением второй части потока. Например, первая часть потока может быть направлена в направлении, поперечном ко второй части потока. В частности, в контексте проточных каналов с непрямоугольным поперечным сечением (например, круглым), это может вызвать установление циркуляционного или спирального потока в области смешивания.

Один пример впускного узла детектора, который может работать таким образом, показан на Фиг. 3. Впускной узел 1 детектора, показанный на Фиг. 3, содержит воронку 5. Воронка содержит основание и вершину, причем основание воронки более широкое, чем вершина воронки. Основание воронки соединено с вершиной воронки посредством стенок. Первый канал 2 расположен на одной стороне основания воронки, а второй канал проходит от основания воронки вдоль оси воронки так, что текучая среда протекает из второго канала вдоль оси воронки. Область 5 смешивания, в которой поток текучей среды из первого канала смешивается с потоком текучей среды из второго канала, расположен на вершине воронки.

Когда поток текучей среды поступает в воронку из первого канала, стенки воронки направляют текучую среду из первого канала по циркуляционной траектории вокруг оси воронки. Текучая среда в воронке, полученной из первого канала, перемещается к вершине воронки, к области смешивания и вращается вокруг оси воронки по мере ее перемещения к вершине воронки. Циркуляционная текучая среда из первого канала смешивается с текучей средой из второго канала в области 6 смешивания. Смешивание нагретой текучей среды, протекающей по циркуляционной траектории, начинающейся от первого канала, с текучей средой из второго канала, может испарять аэрозоль, переносимый в текучей среде из второго канала и индуцировать циркуляционный поток смешанной текучей среды. Затем циркуляционная нагретая текучая среда проходит от области смешивания к порту для отбора пробы, как описано выше со ссылкой на Фиг. 1 и Фиг. 2.

В любом из описанных выше вариантов выполнения порт 8 для отбора пробы может быть выполнен с возможностью отбора проб пара из области смешивания. То есть, порт для отбора пробы может отбирать пробы из области потока газообразной текучей среды, в которой температура повышается путем смешивания двух частей потока. Например, порт 8 для отбора пробы может быть расположен на расстоянии менее чем 50 мм ниже по потоку от точки, в которой смешиваются первая часть потока и вторая часть потока. Например, он может быть расположен на расстоянии менее 30 мм, например, менее 20 мм, например, менее 10 мм.

Как было упомянуто выше, по меньшей мере один из первого канала и второго канала может быть выполнен с возможностью обеспечения циркуляционного потока газообразной текучей среды вокруг области смешивания. Циркуляционный поток может окружать порт 8 для отбора пробы. Этот циркуляционный поток может быть введен с использованием сопел и/или с использованием воронкообразной конструкции, как объяснено со ссылкой на Фиг. 3.

Такие варианты выполнения могут быть особенно полезными, когда поток газообразной текучей среды содержит частицы, которые могут закупоривать порт 8 для отбора пробы, или переноситься в детектор через впускной узел, чтобы привести к загрязнению или повреждению детектора.

На Фиг. 6 показан пример впускного узла детектора, в котором область смешивания расположена в камере впускного узла детектора. Порт 8 для отбора пробы выполнен с возможностью отбора проб из объема 52 для отбора проб в этой камере 57. Как показано на Фиг. 6, впускной узел детектора содержит средство 51 для направления потока, такое как криволинейная стенка камеры 57, выполненная с возможностью создания циркуляционного потока газообразной текучей среды вокруг камеры 57 и окружающая порт 8 для отбора пробы. Этот циркуляционный поток может обеспечивать эффект центрифугирования, изменяя, тем самым, пространственное распределение частиц, переносимых текучей средой так, что большее количество частиц переносится ближе к стенке камеры 57, чем переносится в объем 52 для отбора проб. Однако пар может диффундировать в камеру 57 и в объем 52 для отбора проб. Это может увеличивать относительную долю частиц, пронесенных через порт 8 для отбора пробы, без попадания в объем 52 для отбора проб.

На Фиг. 6 показана часть впускного узла детектора, содержащая впускной канал 54 для потока, выпускной канал 56 для потока и камеру 57. Впускной канал 54 для потока, проходящий в камеру 57, может снабжаться оттоком как из первого канала, так и из второго канала, описанного выше, со ссылкой на любой из Фиг. 1, Фиг. 2 и Фиг. 3. Как показано на Фиг. 6, камера 57 содержит криволинейную стенку, имеющую внутреннюю поверхность 59. Как отмечено выше, порт 8 для отбора пробы, такой как булавочное отверстие, выполнен с возможностью получения проб из объема 52 для отбора проб в камере 57.

На Фиг. 7 показан вид в поперечном разрезе впускного узла детектора, показанного на Фиг. 6. На Фиг. 7 показано, что порт 8 для отбора пробы может быть выполнен с возможностью отбора проб газообразной текучей среды из центральной области камеры 57. Например, на Фиг. 6 камера 57 изображена на виде сверху, при этом траектория втянутого потока лежит в плоскости чертежа. На этом виде камера 57 имеет закругленную форму, например, она круглая. Порт 8 для отбора пробы может быть расположен посередине этой камеры 57 закругленной формы, например, оно может находиться на одинаковом расстоянии от стенок камеры 57.

Впускной канал 54 для потока и выпускной канал 56 для потока, показанные на Фиг. 6, проходят в разных направлениях. Впускной канал 54 для потока и выпускной канал 56 для потока соединены с камерой 57, которая в этом примере, таким образом, находится на изгибе траектории текучей среды через впускной узел 1 детектора. В камере 57 поток газообразной текучей среды претерпевает изменения в направлении, когда он вытекает из впускного канала 54 для потока через камеру 57 в выпускной канал 56 для потока.

Впускной узел детектора, показанный на Фиг. 1, Фиг. 2 или Фиг. 3, может содержать фильтр. Этот фильтр выполнен с возможностью предотвращать прохождение по меньшей мере некоторых частиц, переносимых первой частью потока газообразной текучей среды. Например, фильтр может быть расположен в первом канале между заборным устройством и нагревателем. Первая часть потока газообразной текучей среды может быть отфильтрована для удаления по меньшей мере некоторых частиц, переносимых потоком.

Камера 57 имеет внутренний объем, ограниченный внутренней поверхностью 59 стенки. Как проиллюстрировано, поверхность стенки может быть криволинейной, например кривизна внутренней поверхности 59 стенки может быть такой, чтобы обеспечить изгиб на траектории втягиваемого потока из впускного канала 54 для потока в выпускной канал 56 для потока. Как показано на Фиг. 7, поперечное сечение потока камеры 57 может быть больше поперечного сечения потока впускного канала 54. В этом контексте поперечное сечение потока относится к площади, поперечной направлению потока газообразной текучей среды. Например, камера 57 может обеспечивать уширение траектории потока в том месте, где впускной канал 54 для потока входит в камеру 57. Это может замедлять поток газообразной текучей среды по мере ее поступления в камеру 57. На иллюстрации Фиг. 7 показан выпускной канал 56 для потока на виде сверху как имеющий большее поперечное сечение потока, чем впускной канал 54 для потока. Это один из способов обеспечить более медленную скорость потока в газообразной текучей среде, вытекающей из камеры 57 в выпускной канал 56 для потока. Обеспечение более медленной скорости потока в выпускном канале может способствовать созданию циркуляционного потока вокруг камеры 57.

Как было объяснено выше, впускной канал 54 для потока расположен так, чтобы направлять газообразную текучую среду в камеру 57. Камера 57 содержит первую траекторию потока вокруг наружной стороны изгиба, обеспечиваемого камерой 57, мимо одной стороны порта 8 для отбора пробы, и вторую траекторию потока вокруг внутренней стороны изгиба 58, мимо другой стороны порта 8 для отбора пробы. Таким образом, путем размещения порта 8 для отбора пробы в середины камеры 57 или рядом с ней, может быть индуцирован циркуляционный поток текучей среды, который окружает порт 8 для отбора пробы. Этот циркуляционный поток может изменять пространственное распределение частиц, переносимых текучей средой, для увеличения относительной доли частиц, переносимых через порт 8 для отбора пробы, без поступления в объем 52 для отбора проб, из которого порт 8 для отбора пробы получает пробы. Выпускной канал 56 для потока может быть расположен так, что поток газообразной текучей среды выходит из камеры 57 с меньшей скоростью, чем он поступает через впускной канал 54 для потока. Например, выпускной канал 56 для потока может иметь большее поперечное сечение потока, чтобы обеспечивать тот же самый объемный расход газообразной текучей среды через выпускной канал, что и через впускной канал, но с меньшей скоростью (например, с меньшей скоростью, в отличие от более низкого расхода). Это может увеличить тенденцию газообразной текучей среды протекать назад через порт 8 для отбора пробы по внутренней стороне изгиба 58. Например, в таких вариантах выполнения текучая среда может втекать в камеру 57, затем поток изгибается вокруг одной стороны порта 8 для отбора пробы, что препятствует его полному попаданию в выпускной канал 56 для потока за счет медленно текущей текучей средой в выпускном канале 56 для потока и, по меньшей мере частично, возвращается в камеру 57, протекая назад через порт 8 для отбора пробы на другой стороне порта 8 для отбора пробы. Это может обеспечивать циркуляционный поток, который вращается вокруг оси, которая является поперечной к направлению потока через камеру 57.

При работе устройства, показанного на Фиг. 6, поток газообразной текучей среды втягивается и пропускается через первый канал и второй канал. Первая часть потока нагревается больше, чем вторая часть, прежде чем поток, выходящий из этих двух каналов, смешивается, например, путем втекания в камеру 57 (как отмечено выше, первый канал и второй канал могут подавать поток в камеру через впускной канал 54 для потока). Этот смешанный нагретый поток протекает через камеру 57 в выпускной канал 56 для потока. Камера 57 обеспечивает изменение направления этого потока втягиваемой газообразной текучей среды, например изгиб в направлении потока из впускного канал 54 для потока. Наружная сторона этого изгиба обеспечивается стенкой камеры 57, которая искривлена. Это изменяет направление потока втягиваемой текучей среды и изгибает поток текучей среды вокруг порта 8 для отбора пробы, когда он протекает через камеру 57. Когда поток достигает выпускного канала 56 для потока, часть газообразной текучей среды выходит из камеры 57 через выпускной канал 56, однако, некоторая часть протекает миом выпускного канала 56 для потока и остается в камере 57, и, таким образом, направляется назад мимо другой стороны порта 8 для отбора пробы, на внутренней стороне изгиба 58, скорее в виде вихревого потока. Когда поток снова протекает обратно через порт 8 для отбора пробы, чтобы вернуться к впускному каналу 54 для потока, этот обратный поток может затем снова присоединиться к дополнительному потоку, поступающему в камеру 57 через впускной канал 54 для потока. Этот же самый цикл, таким образом, начинается снова, причем некоторая часть из этого присоединенного потока возвращается, тогда как некоторая часть выходит через выпускной канал 4. Соответственно, для по меньшей мере части потока газообразной текучей среды такие варианты выполнения могут увеличивать время пребывания газообразной текучей среды вокруг порта 8 для отбора пробы, по сравнению с тем же самым потоком, протекающим по прямой трубе с постоянным поперечным сечением.

По меньшей мере часть текучей среды может, таким образом, протекать вокруг камеры 57 по искривленной, например, по меньшей мере частично круговой траектории потока, окружающей порт 8 для отбора пробы, прежде чем она выйдет из камеры 57 через выпускной канал 56 для потока. На Фиг. 7 показано, что этот циркуляционный поток вращается вокруг оси вращения, которая является поперечной, например, перпендикулярной направлению объемного потока газообразной текучей среды через впускной канал и выпускной канал.

Этот циркуляционный поток может обеспечивать эффект центрифугирования вокруг порта 8 для отбора пробы, который имеет тенденцию приводить к тому, что частицы, переносимые потоком, перемещаются к стенкам камеры 57, например, удаляясь от порта 8 для отбора пробы. Это создает область ближе к оси вращения циркуляционного потока, в которой доля частиц в газообразной текучей среде обедняется относительно других областей потока газообразной текучей среды, например, относительно области потока текучей среды, которая находится ближе к стенкам камеры 57. Однако пар, переносимый потоком, остается свободным для диффузии вокруг камеры 57 и в эту обедненную область. Таким образом, способы, выполненные в соответствии с изобретением, включают отбор проб газообразной текучей среды из этой обедненной области для уменьшения количества частиц, которые могут закупоривать порт 8 для отбора пробы или поступать через порт и, таким образом, загрязнять детектор.

Распределение частиц по линии А показано на Фиг. 6, а объем 52 для отбора проб проиллюстрирован на графике на Фиг. 8. Как показано на Фиг. 8, количество частиц (например, число на единицу объема) уменьшается как функция расстояния от поверхности стенки. Например, количество частиц уменьшается при приближении к объему 52 для отбора проб и удалении от внутренней части изгиба 58. Как описано выше, эффект центрифугирования заставляет частицы перемещаться к стенкам камеры 57, и это перемещение приводит к изменению количества частиц с расстоянием от стенки к объему 52 для отбора проб. Распределение частиц, приведенное на Фиг. 8, показывает меньшее количество частиц в области между внутренней частью изгиба 58 и объемом 52 для отбора проб относительно области между поверхностью стенки и объемом 52 для отбора проб. Не желая связывать себя какой-либо конкретной теорией, считается, что часть текучей среды в области между поверхностью стенки и объемом 52 для отбора проб проходит в область между внутренней частью изгиба 58 и объемом 52 для отбора проб. Поэтому текучая среда между внутренней частью изгиба 58 и объемом 52 для отбора проб может подвергаться большему эффекту центрифугирования и, поэтому, может содержать меньше частиц. Однако следует понимать, что такое распределение является просто примером.

Кривизна стенки может быть выбрана для уменьшения соударений частиц с внутренними поверхностями впускного узла 1 детектора. Например, радиус кривизны стенки может различаться в разных частях стенки, чтобы обеспечивать гладкую траекторию для потока текучей среды. Например, первая часть стенки, расположенная рядом с впускным каналом 54 для потока, и вторая часть стенки, расположенная рядом с выпускным каналом 56 для потока, имеют больший радиус кривизны, чем участок стенки, соединяющий первую часть со второй частью. Изменение радиуса кривизны приводит к постепенному изменению направления потока втягиваемой газообразной текучей среды. Это может уменьшить вероятность соударения частиц и аэрозолей, переносимых газообразной текучей средой, со стенкой камеры и отложения на ней.

На Фиг. 9 показан пример впускного узла детектора, такого как был описан выше со ссылкой на Фиг. 6. Однако на Фиг. 9 впускной канал 54 для потока проходит в том же направлении, что и выпускной канал 56 для текучей среды. Однако выпускной канал 56 для потока смещен от впускного канала 54 для потока. В примере, показанном на Фиг. 9, выпускной канал 56 для потока расположен сбоку от впускного канала 54 для потока, например, он отстоит в направлении, поперечном направлению потока текучей среды. В этом примере по меньшей мере часть текучей среды может проходить по окружности вокруг камеры 57, окружающей порт 8 для отбора пробы, перед тем как выйти из камеры 57 через выпускной канал 56 для потока в направлении, параллельном впускному каналу 54 для потока. В примере, показанном на Фиг. 9, выпускной канал 56 для потока расположен на стороне камеры 57, противоположной впускному каналу 54 для потока. Таким образом, газообразная текучая среда может вытекать из камеры 57 через выпускной канал 56 для потока в том же направлении, в котором она втекает в камеру 57 из впускного канала 54 для потока. В других вариантах выполнения, однако, выпускной канал 56 для потока также может быть расположен на той же стороне камеры 57, что и впускной канал 54 для потока. Например, камера 57 может быть расположена на повороте в U-образном изгибе. Эти и другие примеры обеспечивают циркуляционный поток, который вращается вокруг оси, являющейся поперечной направлению потока газообразной текучей среды.

Также могут быть предусмотрены другие конфигурации впускных узлов детектора. Циркуляционный поток текучей среды в камере 57 также может вращаться вокруг оси, ориентированной в направлении потока. Это может быть обеспечено воронкообразной конструкцией, описанной выше со ссылкой на Фиг. 3. Также могут быть использованы и другие конфигурации. Например, камера 57, в которой происходит смешивание первой части потока и второй части потока, может содержать канал или проточный канал, такой как цилиндр, расположенный так, что текучая среда может протекать вдоль него.

В таких конфигурациях ось вращения циркуляционного потока может быть совмещена с продольной осью проточного канала. Один из таких примеров показан на Фиг. 10.

В примере, показанном на Фиг. 10, область смешивания, в которой смешивается нагретая текучая среда из первого канала и второго канала, расположена в проточном канале 72. Проточный канал 72 выполнен с возможностью обеспечения циркуляционного потока, который вращается вокруг оси, параллельной направлению потока газообразной текучей среды. Как объяснялось выше, этот циркуляционный поток может обеспечивать изменение пространственного распределения частиц в потоке, так что относительно большее количество этих частиц переносятся потоком ближе к стенке 70 проточного канала 72. Количество частиц также уменьшается как функция расстояния от стенки 70 проточного канала 72.

На Фиг. 10 более подробно показан впускной узел детектора, имеющее проточный канал 72, впускной канал 64 для потока, первый выпускной канал 66 для потока и второй выпускной канал 68 для потока. Проточный канал 72 содержит стенку 70, средство для направления потока в виде ребер 62, расположенных на внутренней поверхности стенки 70 проточного канала 72, объем 72 для отбора проб и порт 8 для отбора пробы. На Фиг. 12 показан поперечный разрез проточного канала 72, изображенного на Фиг. 10, выполненный по линии, обозначенной буквой В на Фиг. 10.

В примере, показанном на Фиг. 10 и Фиг. 12, проточный канал 72 содержит канал, такой как канал, вырезанный в толще материала и закрытый, или такой как труба или трубка. Проточный канал 72 определяет направление объемного потока. Впускной канал 64 для потока может содержать часть этого проточного канала 72. Первый выпускной канал 66 для потока и второй выпускной канал 68 для потока разделяются вдоль проточного канала 72 от впускного канала 64 для потока и проходят от магистрали в направлении от оси магистрали. Например, выпускные каналы 66, 68 для потока могут выходить из проточного канала 72. Например, они могут быть расположены под углом к проточному каналу 72. Они показаны как расположенные поперечно (например, перпендикулярно) проточному каналу 72, но в некоторых вариантах выполнения они могут быть, по меньшей мере частично, совмещены с направлением проточного канала 72. Например, проточный канал 72 и выпускные каналы для потока могут быть расположены в Y-образной форме. В примере, показанном на Фиг. 10, первый выпускной канал 66 для потока и второй выпускной канал 68 для потока проходят от магистрали в разных направлениях, например, первый выпускной канал 66 для потока может быть выполнен с возможностью переноса потока газообразной текучей среды в направлении, противоположном направлению потока текучей среды, переносимой вторым выпускным каналом 68 для потока.

На Фиг. 10 средство для направления потока содержит ребро или ребра 62, которые проходят от внутренней стенки 70 проточного канала 72. Ребро или ребра 62 могут быть совмещены с винтовой траекторией в виде винтовой резьбы вокруг и вдоль проточного канала 72. Чтобы работать как средство для направления потока, это ребро (или ребра) 62 расположено на траектории по меньшей мере части текучей среды, протекающей через проточный канал 72. В показанном примере средство для направления потока имеет форму двух ребер 62, которые соединены со стенкой 70 проточного канала 72. Также может быть использовано одно ребро или большее количество ребер 62. Ребро 62 не обязательно должны быть непрерывными, при условии, что они содержат тонкие удлиненные конструкции, которые совмещены с по меньшей мере частью спиральной (например, в форме штопора) траектории вдоль проточного канала 72. Ребро (или ребра) 62 может поддерживаться посредством внутренней стенки 70 проточного канала 72 по спиральной траектории, с осью спирали, совмещенной с проточным каналом 72, например, спиральная траектория может быть соосной с проточным каналом 72. Ребра 62 могут быть прикреплены к стенке 70 проточного канала 72, например, проточный канал 72 может быть выполнен за одно целое с ребрами 62. Ребра 62 могут выступать из стенки 70 проточного канала 72 по меньшей мере на 10 микрон.

Проточный канал 72 выполнен с возможностью приема пробы из впускного канала 64 для потока. Ребра 62 на внутренней поверхности стенки 70 проточного канала 72 выполнены с возможностью изменения направления потока текучей среды, так что текучая среда течет с циркуляционным потоком 63, имеющим ось вращения, которая совмещена с направлением объемного потока в проточном канале 72. Порт 8 для отбора пробы выполнен с возможностью получения проб из объема 74 для отбора проб, например, как показано на Фиг. 10, порт 8 для отбора пробы может быть расположен в центре объема 74 для отбора проб.

На Фиг. 12 показан вид в поперечном разрезе проточного канала 72, изображенного на Фиг. 10. На Фиг. 12 показан объем для отбора проб, соосный с проточным каналом 72 и окруженный потоком текучей среды 20. Траектория 63 потока показана на Фиг. 10 и Фиг. 12 в виде циркуляционного потока текучей среды, следующего по внутренней поверхности стенки 70 и направленной против часовой стрелки посредством ребер 62.

При работе газообразная текучая среда втягивается через впускной канал 64 для потока через проточный канал 72 и выпускается из первого выпускного канала 66 для текучей среды и второго выпускного канала 68 для текучей среды. Средство для направления потока, которое проходит от внутренней стенки 70 проточного канала 72, изменяет направление потока газообразной текучей среды через проточный канал. По мере перемещения текучей среды вдоль проточного канала, изменение направления обеспечивает вращение текучей среды, так что поток текучей среды обходит ось проточного канала, например, таким же образом, как и нарезка ружейного ствола придает пуле, проходящей по стволу, циркуляционное движение. Газообразная текучая среда продолжает вращаться вокруг оси проточного канала во время движения к первому выпускному каналу 66 для текучей среды и ко второму выпускному каналу 68 для текучей среды. Затем газообразная текучая среда выходит из проточного канала через первый выпускной канал 66 для текучей среды и второй выпускной канал 68 для текучей среды.

Циркуляционная траектория 63 текучей среды, показанная на Фиг. 10 и Фиг. 12, представляет собой спиральную траекторию потока, имеющую ось, соответствующую направлению потока вдоль проточного канала. Траектория потока может быть обеспечена за счет расположения ребер 62. Кроме того, или в качестве альтернативы, поток газообразной текучей среды по меньшей мере из одного из первого канала (ссылка на Фиг. 1) и второго канала может быть направлен вдоль такой траектории 63 в проточном канале 72, например с использованием струи или сопла. В конструкции, показанной на Фиг. 10 и 12, ребра 62 расположены на поверхности проточного канала так, что ребра ориентированы с образованием спирального рисунка, имеющего ось, коаксиальную оси проточного канала. Таким образом, текучая среда направляется по спиральной траектории, следуя за ориентацией ребер 62 вдоль проточного канала 72. В примере, показанном на Фиг. 10 и Фиг. 12, ребра расположены по спирали против часовой стрелки относительно потока текучей среды и, поэтому, по мере протекания текучей среды вдоль проточного канала, ребра вращают текучую среду в направлении против часовой стрелки.

Циркуляционный поток текучей среды в проточном канале может изменять пространственное распределение частиц, переносимых текучей средой. Как описано выше, циркуляционный поток может увеличивать относительную долю частиц, переносимых мимо порта 8 для отбора пробы, не поступающих в объем 74 для отбора проб, с эффектом центрифугирования циркуляционного потока, заставляя частицы перемещаться к стенкам проточного канала 72. Перемещение частиц в сторону стенок приводит к уменьшению доли частиц и, следовательно, большей доли пара в объеме для отбора проб.

В примере, показанном на Фиг. 10, характер циркуляционного потока текучей среды определяется расположением ребер 62. Например, количество раз, которое текучая среда обходит ось проточного канала 72 для заданной длины проточного канала 72, определяется положением ребер 62 на стенке 70 проточного канала 72. Расположение ребер, имеющих большее число оборотов по длине проточного канала 62, например, ребер, расположенных по спирали с меньшим шагом, может привести к большему количеству оборотов текучей среды вокруг оси проточного канала по мере того, как газообразная текучая среда перемещается вдоль длины проточного канала.

Распределение частиц по линии В и объему 24 для отбора проб показано на графике на Фиг. 11. Как показано на Фиг. 11, количество частиц уменьшается от стенки 70 проточного канала до порта для отбора пробы. Как описано выше, эффект центрифугирования заставляет частицы перемещаться к стенкам 70 и это уменьшает количество частиц в объеме 74 для отбора проб, который расположен в направлении оси проточного канала 72.

Порт 8 для отбора пробы может быть соединен с впускным узлом 1 детектора и выполнен с возможностью отбора проб текучей среды из объема 74, 52 для отбора проб вокруг порта 8 для отбора пробы. Пробоотборник (не показан) выполнен с возможностью втягивания выбранного объема текучей среды, меньшего чем объем 74, 52 для отбора проб, через порт 8 для отбора пробы для подачи пробы в аналитическое устройство. Пробоотборник может содержать электромеханический привод, например соленоидальный привод и/или механический насос, предназначенный для переноса пара из объема 74, 52 для отбора проб через порт 8 для отбора пробы и в аналитическое устройство.

Как показано на Фиг. 4, в некоторых примерах первый канал может содержать как фильтр 50, так и нагреватель 18. Текучая среда протекает в канал от порта через фильтр 50 к нагревателю 18. Затем текучая среда проходит через нагреватель во впускной узел детектора. Фильтр может содержать сетку, такую как решетка или спутанный клубок нитей. Такие фильтры могут быть выполнены так, чтобы препятствовать прохождению частиц, имеющих размер частиц не менее 0,5 микрон.

Нагретая первая часть потока газообразной текучей среды протекает в область 6 смешивания и смешивается со второй частью потока газообразной текучей среды для повышения температуры смешанной текучей среды относительно температуры второй части потока газообразной текучей среды. Это смешивание может происходить в проточном канале 72, изображенном на Фиг. 10. В дополнение к, или в качестве альтернативы, ребрам 62, либо первая часть потока, либо вторая часть потока, либо обе сразу могут быть поданы в проточный канал 72 в направлении, выбранном для обеспечения циркуляционного потока вокруг стенок 70 проточного канала 72. Например, одна или обе части потока могут быть поданы по диагонали (например, под углом к оси проточного канала 72) и вдоль внутренней стенки 70 проточного канала 72, которая может быть цилиндрической. Соответственно, поток может перемещаться по спиральной траектории вдоль канала, вращаясь вокруг оси, которая совмещена с направлением объемного потока вдоль канала.

Как отмечалось выше, первый канал и второй канал могут подавать поток газообразной текучей среды в проточный канал 72. Поскольку первая часть потока нагревается, увеличение температуры второй части потока может привести к распылению аэрозоля, переносимого второй частью потока газообразной текучей среды. Циркуляционный поток вокруг проточного канала 72 (или камеры 57 в конкретном случае) служит двум целям. С одной стороны, он может служить для по меньшей мере незначительного увеличения времени пребывания газообразной текучей среды в области объема 74 для отбора проб, а с другой стороны, эффект центрифугирования, который он обеспечивает, когда окружает порт 8 для отбора пробы, служит для предотвращения загрязнения и засорения порта 8 для отбора пробы.

В примере, показанном на Фиг. 1, нагреватель 18 представляет собой проволочный нагреватель, выполненный с возможностью нагревания потока газообразной текучей среды, проходящей через проволочный нагреватель в первом канале 2. Могут быть использованы и другие виды нагревателей. Температура испарения газообразной текучей среды зависит от состава газообразной текучей среды. Например, для текучей среды, содержащей химические вещества, которые испаряются при более низкой температуре, может потребоваться, чтобы температура в области 6 смешивания была ниже, чтобы образовывать пар из аэрозоля в газообразной текучей среде. Температуру в области смешивания можно регулировать путем изменения скорости потока первой части потока газообразной текучей среды и/или температуры первой части потока газообразной текучей среды.

В одном примере контроллер соединен с нагревателем 18 для управления мощностью нагрева нагревателя, чтобы изменять температуру первой части потока газообразной текучей среды. Контроллер также может быть выполнен с возможностью управления скоростью потока текучей среды через первый канал. Изменение скорости потока изменяет время, в течение которого текучая среда контактирует с нагревателем, изменяя температуру газообразной текучей среды и изменяя объем текучей среды, поступающей в область смешивания из первого канала. Увеличение объема текучей среды, поступающей в область смешивания из первого канала, увеличивает долю текучей среды из первого канала относительно текучей среды из второго канала и увеличивает температуру текучей среды в области смешивания.

На Фиг. 5 показано устройство 22, содержащее спектрометр 28. Спектрометр 28 соединен с впускным узлом 1 детектора, изображенным на Фиг.1.

На Фиг. 3 спектрометр 28 содержит спектрометр подвижности ионов, который соединен с впускным узлом 1 детектора с помощью порта 8 для отбора пробы, и содержит область 46 реакции, в которой проба может быть ионизирована. Порт 8 для отбора пробы можно использовать для получения пробы из впускного узла в спектрометр 28.

Как и на Фиг. 3, узел 42 управляющего электрода может отделять область 46 реакции от дрейфовой камеры 36. Дрейфовая камера 36 содержит детектор 30, расположенный вблизи конца дрейфовой камеры 36, противоположного узлу 42 управляющего электрода. Дрейфовая камера 36 также содержит впускное отверстие 32 для дрейфового газа и выпускное отверстие 40 для дрейфового газа, выполненные с возможностью обеспечения потока дрейфового газа вдоль дрейфовой камеры 36 от детектора 30 к управляющему электроду 42.

Порт 8 для отбора пробы может работать, отбирая пробы воздуха из впускного узла 1 в область 46 реакции спектрометра 28. Область 46 реакции содержит ионизатор 44 для ионизации пробы. В примере, показанном на Фиг. 3, ионизатор 44 содержит ионизатор коронного разряда, содержащий электроды.

Дрейфовая камера 36 также содержит дрейфовые электроды 38, 34 для приложения электрического поля вдоль дрейфовой камеры 36 для перемещения ионов к детектору 30 в направлении, противоположном направлению потока дрейфового газа.

В одном варианте выполнения контроллер 24 выполнен с возможностью управления портом 8 для отбора пробы для получения по меньшей мере одной исходной пробы из впускного узла в течение выбранного периода времени и для анализа исходной пробы для проверки наличия следов вещества. На основании этого теста контроллер 24 может продлить или сократить выбранный период времени.

На Фиг. 13 показан детектор 86, соединенный с впускным узлом 51 детектора через порт 8 для отбора пробы, а на Фиг. 14 показан детектор 86, соединенный с впускным узлом 60 детектора через порт 8 для отбора пробы. Детектор 86 содержит пробоотборник 82, выполненный с возможностью получения проб текучей среды через порт 8 для отбора пробы и аналитическое устройство 84.

Аналитическое устройство 84 выполнено с возможностью анализа пробы, полученной из порта 8 для отбора пробы, например, для определения в пробе одного или нескольких представляющих интерес химических веществ. Аналитическое устройство 84, показанное на Фиг. 13 и 14, содержит масс-спектрометр. Масс-спектрометр может содержать ионизатор, ионный ускоритель, фокусировщик пучка, магнит и фарадеевскую ячейку, предназначенные для проведения масс-спектрометрического анализа с пробами пара.

Как показано на Фиг. 13 и Фиг. 14, контроллер 80 присоединен для управления аналитическим устройством, источником потока и пробоотборником 82. Контроллер 80 может содержать процессор и хранящиеся в памяти инструкции для работы детектора 86.

На Фиг. 15 и Фиг. 16 показан детектор 86, в котором аналитическое устройство содержит спектрометр 90 подвижности ионов, но который в остальном идентичен устройству, показанному на Фиг. 13 и Фиг. 14. Спектрометр 90 подвижности ионов, изображенный на Фиг. 15, соединен с впускным узлом 51 детектора с помощью порта 8 для отбора пробы. Пробоотборник 82 выполнен с возможностью получения проб текучей среды через порт 8 для отбора пробы и для передачи их спектрометру 90 подвижности ионов. Как и в примере, показанном на Фиг. 13 и Фиг. 14, контроллер 80 может содержать процессор и хранящиеся в памяти инструкции для работы детектора 86. Также, как и на Фиг. 13 и Фиг. 14, пробоотборник 82 может содержать электромеханический привод, например, привод с электромагнитным управлением и/или механический насос, предназначенный для переноса пара из объема 52, 74 для отбора проб (как показано на Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 8, Фиг. 9, Фиг. 10, Фиг. 11 и Фиг. 12) через порт 8 для отбора пробы в аналитическое устройство.

Узел 96 управляющего электрода может отделять область 58 реакции от дрейфовой камеры 104. Узел 96 управляющего электрода может содержать узел, состоящий из по меньшей мере двух электродов, который может быть выполнен так, чтобы обеспечить затвор Брэдбери-Нильсена (Bradbury-Nielsen) или Тиндэла-Пауэла (Tyndall-Powell). Дрейфовая камера 104 может содержать коллектор 98, расположенный ближе к концу дрейфовой камеры 104, противоположному узлу 96 управляющего электрода, для обнаружения ионов. Дрейфовая камера также содержит впускное отверстие 106 для дрейфового газа и выпускное отверстие 108 для дрейфового газа, выполненные с возможностью обеспечения потока дрейфового газа вдоль дрейфовой камеры 38 от ионного коллектора 32 к затвору 96. Пробоотборник 82 может управляться контроллером 80 для получения текучей среды из объема 52, 74 для отбора проб (как показано на Фиг. 6, Фиг. 7, Фиг. 8, Фиг. 9, Фиг. 10, Фиг. 11 и Фиг. 12) через порт 8 для отбора пробы. Пробоотборник 82 также может работать для передачи полученной пробы в область 102 реакции спектрометра 68. Зона реакции, показанная на Фиг. 15 и 16, содержит ионизатор 100 для ионизации пробы. Ионизатор 100 может содержать ионизатор коронного разряда. Дрейфовая камера 104 может содержать дрейфовые электроды 92, 94 для приложения электрического поля вдоль дрейфовой камеры 104 для перемещения ионов к коллектору 98 навстречу потоку дрейфового газа. Несмотря на то, что устройство, показанное на Фиг. 15 и 16, показано как содержащее два дрейфовых электрода 92, 94, некоторые варианты выполнения могут содержать более двух дрейфовых электродов.

Как объяснено выше, впускные узлы детектора, выполненного в соответствии с настоящим изобретением, находят свое применение в переносных устройствах, которые могут использоваться в агрессивных средах, в которых преобладают пыль и загрязняющие вещества. Эти впускные узлы детектора могут использоваться с различными аналитическими устройствами, такими как масс-спектрометр, показанный на Фиг. 13 и Фиг. 14, и спектрометр 90 подвижности ионов, показанный на Фиг. 15 и 16, другими видами анализаторов, спектрометров и/или хроматографических устройств. Кроме того, впускной узел 51, 60 детектора может иметь разные конфигурации.

В некоторых примерах, описанных выше, средство для направления потока содержит один впускной канал для потока и один выпускной канал для потока. В других примерах средство для направления потока может содержать более одного впускного канала для потока и более одного выпускного канала для потока. В примере средство для направления потока содержит больше выпускных каналов для потока, чем впускных каналов для потока. Сечение потока этих впускных каналов и выпускных каналов может быть выбрано таким, чтобы общая площадь поперечного сечения потока выпускных каналов для потока было больше, чем общая площадь поперечного сечения потока впускного канала (или впускных каналов) для потока.

В примерах, проиллюстрированных выше, поверхность средства для направления потока направляет поток текучей среды, чтобы вызвать циркуляционный поток в текучей среде. Средство для направления потока может также содержать дополнительную траекторию для текучей среды, выполненную с возможностью направления дополнительной газообразной текучей среды в поток для создания циркуляционного потока. Дополнительная траектория для текучей среды может содержать одну или несколько струй текучей среды, которые расположены так, чтобы вводить текучую среду в средство для направления потока, изменяя траекторию потока текучей среды для создания циркуляционного потока газообразной текучей среды.

В примере, показанном на Фиг. 10 и 12, ребра 62 расположены на стенке 70 проточного канала 72 в спиральном расположении так, что поток текучей среды проходит по спиральной траектории вдоль проточного канала 72. Ребра 62 могут быть размещены на поверхности в конфигурации, отличной от спиральной конфигурации, для создания циркуляционного движения текучей среды вдоль проточного канала 72 по траектории, которая не является спиральной, например, ребра 62 могут быть, по меньшей мере частично, сужеными, например, в виде конусообразной спирали. Ребра 62 расположены так, чтобы направлять текучую среду по спиральной траектории против часовой стрелки, причем ребра 62 также могут быть расположены по часовой стрелке, так что текучая среда протекает по спиральной траектории по часовой стрелке.

В примере, показанном на Фиг. 10 и 12, ребра 62 расположены на стенке 70 проточного канала 72. Спиральная конфигурация может иметь равномерный шаг вдоль длины спирали. Спираль может проходить вдоль, по меньшей мере части, проточного канала 72, например, всего проточного канала 72. Шаг спиральных ребер 62 также может изменяться вдоль длины проточного канала 72, например, шаг ребер 62 может уменьшаться в части проточного канала 72 так, что циркуляционный поток таков, что текучая среда подвергается большему количеству оборотов вокруг оси проточного канала 72 для заданной длины проточного канала 72.

В примере, показанном на Фиг. 10 и Фиг. 12, средство для направления потока содержит ребра 62, которые проходят от стенки 70 проточного канала 72. Средство для направления потока может также содержать канавку в стенке 70 проточного канала 72 для направления текучей среды по циркуляционной траектории, например, канавка может быть углублением в стенке 70 проточного канала 72, например, в виде винтовой резьбы в гайке.

В примере, показанном на Фиг. 10 и Фиг. 12, ребра проходят от стенки 70 проточного канала 72. Ребра могут также проходить из другой части проточного канала, например, ребра могут проходить от впускного отверстия для потока и/или выпускного отверстия для потока в проточный канал.

В примере, показанном на Фиг. 10 и Фиг. 12, первый выпускной канал 66 для текучей среды и второй выпускной канал 68 для текучей среды расположены поперечно проточному каналу 72. Первый выпускной канал 66 для текучей среды и/или второй выпускной канал 68 для текучей среды также могут быть, по меньшей мере частично, совмещены с направлением потока, например, первый выпускной канал 66 для текучей среды и/или второй выпускной канал 68 для текучей среды могут быть ориентированы под 45 градусов относительно проточного канала 72.

В примере, показанном на Фиг. 10 и Фиг. 12, проточный канал 72 может иметь ширину менее 20 мм. Например, ширина может быть менее 10 мм, например, менее 5 мм, например, менее 2 мм, например, менее 1,5 мм, например, менее 1 мм, например, менее 0,75 мм, например, менее 0,5 мм, например, менее 0,4 мм, например, менее 0,3 мм, например, менее 0,2 мм, например, менее 0,1 мм.

В примере, показанном на Фиг. 10 и Фиг. 12, проточный канал 72 может иметь ширину не менее 10 микрон, например, ширину не менее 0,1 мм.

Например, он может иметь ширину по меньшей мере, 0,2 мм, например, по меньшей мере 0,3 мм, например, по меньшей мере 0,4 мм, например, по меньшей мере 0,5 мм, например, по меньшей мере 0,75 мм, например, по меньшей мере 1 мм, например, по меньшей мере 1.5 мм, например, по меньшей мере 2 мм, например, по меньшей мере 5 мм.

Впускной узел детектора может дополнительно содержать движитель, который перемещает газообразную текучую среду вокруг циркуляционного потока. Движитель может быть выполнен с возможностью продувки дополнительного потока газообразной текучей среды, такой как струя, вокруг внутренней поверхности стенки 70 проточного канала 72 или камеры 57.

Впускной узел детектора может дополнительно содержать нагреватель для нагрева газообразной текучей среды в камере 57. Нагреватель может быть выполнен с возможностью нагрева потока текучей среды, например, нагрева газообразной текучей среды для испарения аэрозоля, переносимого потоком. В одном примере нагреватель расположен во впускном отверстии для потока, в проточном канале 72 и/или в камере 57. Нагреватель может содержать резистивный нагреватель, такой как проволочный нагреватель, например мембранный нагреватель. Примеры нагревателей также включают инфракрасные источники света.

В примерах, показанных на Фиг. 6 и Фиг. 9, впускной канал 54 для потока имеет меньшую площадь поперечного сечения потока, чем выпускной канал 56 для потока. Впускной канал 54 для потока также может иметь такое же поперечное сечение потока, что и выпускной канал 56 для потока. В некоторых примерах он может иметь большее поперечное сечение потока, чем выпускной канал 56 для потока.

В примере, показанном на Фиг. 6 и Фиг. 9, циркуляционный поток вращается вокруг оси вращения, которая является поперечной направлению объемного потока. Циркуляционный поток также может вращаться вокруг оси вращения, которая находится в направлении, отличном от поперечного направления объемного потока, например, совмещенного с направлением объемного потока.

Впускные узлы детекторов, описанные в настоящем документе, проиллюстрированы как конструкции каналов, таких как шланги или трубы.

Как отмечено выше, однако, они также могут представлять собой проходы и камеры 57, которые вырезаются в толще материала, а затем закрываются. В таких вариантах выполнения проточные каналы 72 и впускные каналы, описанные в настоящем документе, могут и не иметь круглого поперечного сечения.

Следует также понимать, что конкретные комбинации различных признаков, описанных и определенных в любых аспектах изобретения, могут быть реализованы и/или предусмотрены и/или использованы независимо. Другие примеры и варианты будут очевидны для специалиста в контексте настоящего изобретения.

В проиллюстрированных выше примерах поток газообразной текучей среды из первого канала и второго канала индуцирует поток текучей среды вдоль впускного узла детектора мимо порта 8 для отбора пробы в выпускной канал 12. Поток газообразной текучей среды вдоль детектора также может быть создан воздуходувкой, например насосом, вентилятором или любым устройством, подходящим для втягивания потока воздуха через впускной узел, таким как сильфон. Первый канал 2 и второй канал 4 могут быть образованы каналом, вырезанным в толще материала и закрытым, например, с получением трубчатой траектории потока, причем каналы также могут быть образованы трубой или трубкой, например шлангом.

Изобретение относится к способам и устройствам обнаружения, а именно к способам и устройствам для получения проб пара для детекторов, таких как спектрометрические детекторы, например спектрометры подвижности ионов и масс-спектрометры. Впускной узел детектора, предназначенный для подачи пробы в аналитическое устройство для обнаружения аэрозоля, содержит заборное устройство для втягивания потока газообразной текучей среды, подлежащей отбору аналитическим устройством, область смешивания, первый канал для переноса первой части потока газообразной текучей среды из заборного устройства в область смешивания, второй канал для переноса второй части потока газообразной текучей среды из заборного устройства в область смешивания и нагреватель, выполненный с возможностью нагрева первой части больше, чем второй части, причем впускной узел детектора выполнен с возможностью объединения первой части со второй частью в области смешивания. Технический результат - повышение чувствительности обнаружения аэрозолей. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 16 ил.

1. Впускной узел детектора, предназначенный для подачи пробы в аналитическое устройство для обнаружения аэрозоля, содержащий: заборное устройство для втягивания потока газообразной текучей среды, подлежащей отбору аналитическим устройством, область смешивания, первый канал для переноса первой части потока газообразной текучей среды из заборного устройства в область смешивания, второй канал для переноса второй части потока газообразной текучей среды из заборного устройства в область смешивания и нагреватель, выполненный с возможностью нагрева указанной первой части больше, чем указанной второй части, причем нагреватель выполнен с возможностью нагрева первой части потока газообразной текучей среды до температуры, выбранной для испарения аэрозоля, переносимого во второй части потока газообразной текучей среды в области смешивания, причем впускной узел детектора выполнен с возможностью объединения первой части со второй частью в области смешивания.

2. Впускной узел по п.1, содержащий фильтр, выполненный с возможностью удаления частиц из первой части потока газообразной текучей среды.

3. Впускной узел по любому из предшествующих пунктов, в котором имеется порт для отбора пробы, выполненный с возможностью отбора проб пара из области смешивания.

4. Впускной узел по п.3, в котором по меньшей мере один из первого канала и второго канала выполнен с возможностью обеспечения циркуляционного потока газообразной текучей среды вокруг области смешивания.

5. Впускной узел по п.3 или 4, в котором указанный по меньшей мере один из первого канала и второго канала выполнен так, что циркуляционный поток окружает порт для отбора пробы.

6. Впускной узел по любому из предшествующих пунктов, в котором нагреватель расположен в первом канале, причем, например, поверхность первого канала содержит указанный нагреватель, причем, например, нагреватель содержит мембранный нагреватель.

7. Впускной узел по любому из пп.2-6, в котором фильтр содержит сетку, выполненную с возможностью препятствования прохождению частиц, имеющих размер более 0,5 мкм.

8. Впускной узел по любому из предшествующих пунктов, содержащий контроллер, выполненный с возможностью управления нагревателем на основе измеренной температуры втянутого потока газообразной текучей среды.

9. Впускной узел по любому из предшествующих пунктов, дополнительно содержащий порт для отбора пробы, выполненный с возможностью отбора проб газообразной текучей среды из объема для отбора проб в области смешивания и для подачи проб в аналитическое устройство, причем газообразная текучая среда в объеме для отбора проб содержит частицы.

10. Впускной узел по п.9, в котором область смешивания расположена в камере, содержащей указанный объем для отбора проб и указанный порт для отбора пробы, причем впускной узел детектора содержит средство для направления потока, выполненное с возможностью создания циркуляционного потока газообразной текучей среды вокруг указанной камеры, окружая порт для отбора пробы, изменяя тем самым пространственное распределение частиц, переносимых текучей средой, для увеличения относительной доли частиц, переносимых мимо порта для отбора пробы без поступления в объем для отбора проб.

11. Впускной узел по п.10, в котором средство для направления потока содержит криволинейную стенку камеры, расположенную так, что циркуляционный поток следует по внутренней поверхности криволинейной стенки камеры.

12. Впускной узел по п.11, в котором изменение пространственного распределения частиц, переносимых потоком, включает уменьшение относительной доли частиц с расстоянием от криволинейной стенки камеры.

13. Впускной узел по любому из пп.10-12, в котором камера выполнена с возможностью направления потока газообразной текучей среды в направлении потока и выполнена так, что циркуляционный поток циркулирует вокруг оси вращения, которая совмещена с направлением потока.

14. Впускной узел по п.13, в котором камера содержит цилиндр, а ось вращения совмещена с продольной осью цилиндра.

15. Впускной узел по п.12 или 13, в котором средство для направления потока содержит впускной канал для потока в камеру и выпускной канал для потока из камеры, причем впускной канал для потока и выпускной канал для потока расположены на расстоянии друг от друга в направлении продольной оси цилиндра.

16. Впускной узел по любому из пп.10-15, в котором средство для направления потока содержит конструкцию, совмещенную со спиральной траекторией в камере, например, конструкция содержит ребро или канавку в стенке камеры.

17. Впускной узел по п.9, в котором указанная камера выполнена с возможностью направления потока текучей среды в направлении потока и так, что циркуляционный поток циркулирует вокруг оси вращения, поперечной направлению потока.

18. Впускной узел по п.17, в котором средство для направления потока содержит впускной канал для потока в камеру и выпускной канал для потока из камеры, причем выпускной канал для потока расположен с возможностью переноса потока в направлении, поперечном направлению потока в камеру из впускного канала.

19. Впускной узел по п.18, в котором выпускной канал для потока выполнен так, что скорость потока через этот канал меньше, чем скорость потока через впускной канал для потока, причем, например, поперечное сечение впускного канала для потока меньше поперечного сечения выпускного канала для потока.

20. Впускной узел по любому из пп.10-19, в котором средство для направления потока содержит движитель, выполненный с возможностью создания циркуляционного потока, причем, например, движитель выполнен с возможностью нагнетания струи газообразной текучей среды вокруг внутренней поверхности стенки камеры.

21. Детектор, содержащий аналитическое устройство для обнаружения представляющего интерес вещества и впускной узел по любому из пп.10-20, выполненный с возможностью подачи проб газообразной текучей среды в аналитическое устройство.

22. Способ создания потока газообразной текучей среды путем испарения аэрозоля, переносимого потоком, для обеспечения тем самым возможности обнаружения представляющего интерес вещества, причем способ включает: получение потока газообразной текучей среды и нагревание первой части потока; смешивание первой части потока со второй частью потока для нагревания второй части потока для испарения аэрозоля, переносимого второй частью потока.

23. Способ по п.22, в котором пропускают первую часть потока через первый канал и пропускают вторую часть потока через второй канал, отделенный от первого канала, при этом первую часть пробы нагревают в первом канале.

24. Способ по п.23, в котором втягивают газообразную текучую среду в заборное устройство впускного узла детектора, отделяют первую часть газообразной текучей среды от второй части газообразной текучей среды и пропускают первую часть через первый канал и пропускают вторую часть через второй канал для подачи газообразной текучей среды в область смешивания, в которой объединяют первую часть и вторую часть.

25. Способ по пп.23 или 24, в котором фильтруют первую часть газообразной текучей среды для удаления частиц.

26. Способ по любому из пп.22-25, в котором испаряют аэрозоль, переносимый второй частью, путем смешивания второй части с первой частью.