Входной канал детектора и способ взятия проб
Группа изобретений относится к области детектирования, в частности к способам и устройствам для получения проб для детектора. Детектор содержит аналитическое устройство для обнаружения вещества, представляющего интерес, и входной канал детектора, содержащий: проходной канал, предназначенный для переноса потока текучей среды и содержащий пробный объем; впуск для взятия проб, предназначенный для взятия пробы текучей среды из пробного объема, когда поток текучей среды проходит мимо впуска для взятия пробы, и для подачи пробы в аналитическое устройство, при этом поток текучей среды переносит нежелательные частицы; и устройство для направления потока, предназначенное для изменения пространственного распределения частиц, которые переносит текучая среда, в направлении, перпендикулярном потоку, для увеличения относительного соотношения частиц, минующих впуск для взятия пробы при прохождении потока без попадания их в пробный объем. При этом впуск для взятия пробы содержит по меньшей мере одно из следующего: впуск с микроотверстием, мембранный впуск и капиллярный впуск. Также раскрывается способ обнаружения вещества, представляющего интерес. Группа изобретений обеспечивает снижение риска загрязнения детектора нежелательным материалом частиц. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
Настоящее изобретение относится к способам и устройству обнаружения, а более конкретно - к способам и устройству для получения проб для детекторов, а еще конкретнее - к способам и устройству для получения проб паров в присутствии частиц; эти способы и устройство могут найти особое применение в спектрометрии, например в спектрометрия подвижности ионов и масс-спектрометрии.
Некоторые детекторы работают путем «вдыхания» потока текучей среды, такой как воздух, во входной канал детектора и взятия пробы этого воздуха аналитическим устройством, чтобы обнаружить вещество, представляющее интерес. Этот втягиваемый поток воздуха может быть взят из входного канала детектора с использованием такого впуска как микроотверстие, капиллярный или мембранный впуск.
Часто для использования, например, военными или сотрудниками службы безопасности, могут понадобиться ручные или мобильные устройства. Этот персонал часто работает в агрессивной среде в присутствии большого количества пыли, песка и других твердых примесей в атмосфере. Такие частицы могут забивать впуск или как-либо иначе повреждать детектор. В некоторых случаях частицы, которые несет поток воздуха, могут содержать вещества, к которым чувствителен детектор. Если они накапливаются в детекторе или в его впусках, они могут загрязнить детектор и вызвать необходимость очистки, которая требует много времени.
Ниже рассмотрены варианты выполнения настоящего изобретения, данные только для примера, со ссылками на сопровождающие чертежи, где:
на фиг. 1 показан пример детектора с входным каналом;
на фиг. 2 показан другой пример детектора с входным каналом;
на фиг. 3А, 3В и 3С схематично показан входной канал детектора;
на фиг. 3D и фиг. 3Е показано пространственное распределение частиц в проходном канале во входном канале детектора, изображенном на фиг. 3;
на фиг. 4А, 4В и 4C схематично показан еще один входной канал детектора;
на фиг. 4D и фиг. 4Е показано пространственное распределение частиц в проходном канале во входном канале детектора, изображенном на фиг. 4;
на фиг. 5А, 5В и 5С схематично показан еще один входной канал детектора;
на фиг. 5D и фиг. 5Е показано пространственное распределение частиц в проходном канале во входном канале детектора, изображенном на фиг. 5;
на фиг. 6А схематично показан еще один входной канал детектора;
фиг. 6В и фиг. 6С показано пространственное распределение частиц в проходном канале во входном канале детектора, изображенном на фиг. 6А; и
на фиг. 7 показаны возможные модификации входных каналов детектора, показанных на фиг. 1-6.
На чертежах одинаковые позиции используются для обозначения одинаковых элементов.
Варианты выполнения настоящего изобретения относятся к способу обнаружению вещества, представляющего интерес, и к входному каналу детектора, предназначенному для взятия пробы для анализа в детекторах.
Для получения пробы текучую среду можно втянуть во входной канал детектора и направить к выходу вдоль проходного канала. Впуск для взятия пробы соединен с проходным каналом, подающим пробы текучей среды в аналитическое устройство. Если в окружающей среде присутствуют частицы, они втягиваются потоком и пространственно распределяются по нему. Варианты выполнения настоящего изобретения стремятся направлять поток текучей среды с помощью устройства направления потока, которое изменяет это пространственное распределение частиц. Это обеспечивает создание такого объема в проходном канале после устройства направления потока, в котором уменьшено количество микрочастиц в пространственном распределении частиц. Впуск для взятия проб может быть выполнен с возможностью получения пробы из этого обедненного пробного объема, чтобы снизить риск загрязнения детектора нежелательным материалом частиц или риск полного блокирования впуска для взятия пробы.
Это изменение распределения частиц может быть достигнуто, например, путем ускорения, замедления или изменения направления по меньшей мере части потока текучей среды вдоль проходного канала.
На фиг. 1 показан детектор 1, содержащий входной канал 2 детектора, соединенный с аналитическим устройством 6 впуском 14 для взятия пробы, таким как микроотверстие, капиллярный или мембранный впуск, и пробоотборник 10, предназначенный для получения пробы текучей среды через впуск 14 для взятия пробы из пробного объема 16 около впуска 14 для взятия пробы.
Входной канал 2 детектора, показанный на фиг. 1, содержит проходной канал 20 для переноса потока текучей среды 8 мимо впуска 14 для взятия пробы. Как показано на чертеже, входной канал 2 на фиг. 1 содержит поставщик 18 потока, заставляющий текучую среду течь в проходной канал мимо впуска 14 для взятия пробы и вдоль проходного канала 20 к выходу. Входной канал 2 детектора может также содержать нагреватель 4, который может нагревать поток текучей среды 8 выше по потоку относительно впуска 14 для взятия пробы.
Проходной канал 20 содержит устройство 21 для направления потока, которое, на примере фиг. 1, выполнено в виде изгиба в проходном канале 20, предназначенного для изменения направления потока текучей среды выше по потоку относительно впуска 14 для взятия пробы.
Впуск для взятия пробы может быть соединен с проходным каналом 20 с возможностью взятия пробы текучей среды из пробного объема 16 в проходном канале 20 около впуска 14 для взятия пробы. Пробоотборник 10 предназначен для передачи выбранного объема текучей среды, меньшего чем пробный объем 16, через впуск для передачи пробы в аналитическое устройство. Пробоотборник 10 может содержать электромеханический исполнительный механизм, например исполнительный механизм на базе соленоида, и/или механический насос, предназначенный для подачи пара из пробного объема 16 через впуск 14 для взятия пробы в аналитическое устройство.
Аналитическое устройство 6, показанное на фиг. 1, содержит масс-спектрометр. Масс-спектрометр может содержать ионизатор, ионный ускоритель, устройство фокусировки луча, магнит и коллектор Фарадея, предназначенный для проведения масс-спектрометрического анализа проб пара. Как показано на чертеже, имеется контроллер 12 для управления аналитическим устройством, поставщиком потока, нагревателем и пробоотборником. Контроллер 12 может содержать процессор и память, в которой хранятся инструкции для работы детектора 1.
При работе устройства, показанного на фиг. 1, поставщик 18 подает текучую среду вдоль проходного канала, а изгиб в проходном канале 20 меняет направление потока текучей среды выше по потоку относительно впуска 14 для взятия пробы. При таком направлении потока пространственное распределение частиц в потоке текучей среды может быть изменено, чтобы увеличить долю частиц, которые текут мимо впуска 14 для взятия пробы, не входя в объем около впуска 14 для взятия пробы. В примере, показанном на фиг. 1, это происходит, потому что впуск выполнен на внутренней части изгиба, и частицы, которые переносит поток, стремятся течь за пределы изгиба и от впуска 14 для взятия проб. Это изменение распределения поясняется на вставке фиг. 1. На вставке А показан график 100 пространственного распределения частиц вдоль линии А, горизонтальная ось указывает положение поперек направления потока текучей среды. График 100, показанный на вставке фиг. 1, соответствует пространственному распределению частиц выше по потоку относительно устройства 21 для направления потока. На вставке В показан график 102 пространственного распределения частиц вдоль линии В поперек направления потока текучей среды в области пробного объема 16. Сравнивая вставку А и вставку В можно заметить, что пространственное распределение частиц поперек потока текучей среды 8 изменилось, при этом увеличена относительная доля частиц, идущих мимо впуска 14 для взятия пробы вдоль проходного канала 20 без попадания в пробный объем 16.
Контроллер 12 может управлять пробоотборником 10, чтобы переместить пробу из пробного объема 16 и направить пробу в аналитическое устройство 6. Аналитическое устройство 6, показанное на фиг. 1, может затем проанализировать пробу, выполняя ее масс-спектрометрию.
Очевидно, что входной канал 2 детектора согласно настоящему изобретению может также использоваться в других видах детекторов, таких как детекторы, содержащие спектрометры подвижности ионов, спектрометры подвижности ионов с измерением времени пролета, хроматографические устройства и другие виды анализаторов, предназначенных для обнаружения веществ, представляющих интерес.
На фиг. 2 показан детектор 1, в котором аналитическое устройство содержит спектрометр 6' подвижности ионов, но который в остальном идентичен устройству, показанному на фиг. 1. Спектрометр подвижности ионов на фиг. 2 соединен с входным каналом 2 детектора впуском 14 для взятия пробы. Пробоотборник 10 предназначен для направления проб текучей среды через впуск 14 для взятия пробы и подачи их в спектрометр 6' подвижности ионов. Как и в примере на фиг. 1, контроллер 12 может содержать процессор и память, хранящую инструкции для работы детектора 1. Как и на фиг. 1, пробоотборник 10 может содержать электромеханический исполнительный механизм, например исполнительный механизм на базе соленоида, и/или механический насос, предназначенный для передачи пара из пробного объема 16 через впуск 14 для взятия пробы в аналитическое устройство.
На фиг. 2 спектрометр 6'подвижности ионов может содержать область 36 реакции, в которой проба может быть ионизирована ионизатором 34. Пробоотборником 10 можно управлять, чтобы получить пробу из пробного объема 16 через впуск 14 для взятия пробы и подать пробу в область 36 реакции. Некоторые примеры впусков 14 для взятия пробы включают впуски с микроотверстием, которое может быть приблизительно 0,7 мм в диаметре; например, диаметр может быть по меньшей мере 0,4 мм, например по меньшей мере 0,6 мм, например, меньше чем 1,0 мм, например меньше чем 0.8 мм.
Область 36 реакции от дрейфовой камеры 38 может отделять управляющий электрод 30. Управляющий электрод 30 может содержать сборку по меньшей мере из двух электродов, которые могут быть установлены, чтобы обеспечить управляющий электрод Брэдбери-Нильсена. Дрейфовая камера 38 может содержать коллектор 32, установленный на противоположном конце дрейфовой камеры 38 относительно управляющего электрода 30 и предназначенный для обнаружения ионов. Дрейфовая камера содержит также вход 44 для газа и выход 46 дрейфового газа, обеспечивающие поток дрейфового газа вдоль дрейфовой камеры 38 от коллектора 32 ионов к управляющему электроду 30. Пробоотборником 10 может управлять контроллер 12, чтобы получать текучую среду из пробного объема 16 через впуск 14 для взятия пробы. Пробоотборником 10 также можно управлять, чтобы подавать полученную пробу из спектрометра 6' в область 36 реакции. Область реакции, показанная на фиг. 2, содержит ионизатор 34, предназначенный для ионизации пробы. Ионизатор 34 может содержать ионизатор на коронном разряде. Дрейфовая камера 38 может содержать дрейфовые электроды 40, 42, предназначенные для создания электрического поля вдоль дрейфовой камеры 38 с целью перемещения ионов к коллектору 32 навстречу потоку дрейфового газа. Хотя показано, что устройство на фиг. 2 содержит два дрейфовых электрода 40, 42, некоторые варианты выполнения настоящего изобретения могут содержать больше двух дрейфовых электродов.
При работе поставщиком 18 потока можно управлять так, чтобы направлять поток текучей среды 8 мимо устройства 21 для направления потока в проходной канал 20, а затем мимо впуска 14 для взятия пробы. Когда поток течет в устройстве 21 для направления потока, изменение направления, вызванное этим устройством, меняет распределение микрочастиц в направлении поперек потока текучей среды относительно формы указанного распределения до указанного изгиба. Это обеспечивает создание обедненной области в сечении проходного канала 20, через которую течет относительно малый поток частиц, а большая часть частиц проходит через другие части поперечного сечения проходного канала. Эта обедненная область может продолжаться на некоторое расстояние вдоль проходного канала 20, определяя, таким образом, пробный объем 16, в котором количество (например, рассчитанное на единицу объема) частиц относительно ниже, чем в других областях проходного канала.
Пробоотборником 10 можно управлять, чтобы получить пробу текучей среды из этого пробного объема 16 через впуск 14 для взятия пробы. Полученная проба текучей среды может затем быть подана в аналитическое устройство. В примере, показанном на фиг. 2, аналитическое устройство содержит спектрометр 6' подвижности ионов.
Как сказано выше, входные каналы детектора согласно настоящему изобретению находят особое применение в мобильных устройствах, которые могут использоваться в агрессивной среде, где имеется пыль и загрязняющие вещества. Эти входные каналы детектора могут использоваться с множеством аналитических устройств, таких как масс-спектрометр, показанный на фиг. 1, спектрометр подвижности ионов, показанный на фиг. 2, и с другими видами анализаторов, спектрометров и/или хроматографических устройств. Кроме того, входной канал 2 детектора может иметь различные конфигурации.
Как показано на фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5, входной канал 2 детектора может содержать устройства для направления потока, имеющие различные конструктивные формы. Каждое из этих устройств для направления потока может менять распределение частиц в потоке текучей среды 8, обеспечивая создание пробного объема 16 с относительно более низкой концентрацией частиц (например, с меньшей массой на единицу объема или меньшим количеством частиц на единицу объема). В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения устройство 21 для направления потока может создавать пробный объем 16, в котором поток текучей среды течет медленнее по сравнению с потоком текучей среды 8, идущим мимо пробного объема 16 вдоль проходного канала. Этого можно достигнуть, создавая область медленного потока и/или ускоряя часть потока.
Ускорение может включать изменение направления по меньшей мере части потока текучей среды 8 или увеличение его скорости, или и то и другое. Создание области медленного потока может включать создание кульверта, или углубления, или другой защищенной области, как на фиг. 5.
На фиг. 3 показан пример входного канала 2 детектора, содержащего устройство для направления потока, впуск 14 для взятия пробы и проходной канал. На фиг. 3 показано три вида входного канала 2 детектора: фиг. 3А, 3В и 3С. На фиг. 3А показано сечение входного канала 2 детектора по линии Х-Х, показанной на фиг. 3С. На фиг. 3В показано сечение входного канала 2 детектора по линии Y-Y, показанной на фиг. 3А. На фиг. 3С показано сечение входного канала 2 детектора по линии Z-Z, показанной на фиг. 3В.
Как видно на фиг. 3А и фиг. 3В, в варианте выполнения настоящего изобретения, показанном на фиг. 3, устройство 21 для направления потока выступает в проходной канал 20 от стенки проходного канала. Устройство 21 для направления потока может направить поток текучей среды, чтобы он тек только к одной стороне устройства для направления потока. Устройство 21 для направления потока может выступать дальше в проходной канал 20 в направлении нижнего конца устройства для направления потока, чем верхнего конца устройства для направления потока. Например, устройство 21 для направления потока может иметь наклонную поверхность, которая может быть прямой, искривленной или ступенчатой, обеспечивая скат. Как показано на фиг. 3А, впуск 14 для взятия пробы, может быть расположен ниже по потоку относительно устройства 21 для направления потока, чтобы брать пробы из защищенного пробного объема 16. Скорость потока текучей среды в пробном объеме 16 может быть ниже скорости потока текучей среды, минующей пробный объем 16. Скорость потока текучей среды, минующей пробный объем 16, может быть более высокой, чем скорость потока текучей среды выше по потоку относительно устройства для направления потока.
На фиг. 3D показан пример пространственного распределения частиц поперек проходного канала 20 выше по потоку относительно устройства для направления потока. Как видно на фиг. 3D выше по потоку относительно устройства для направления потока частицы, которые переносит поток текучей среды, могут быть распределены поперек потока относительно равномерно. В контексте настоящего изобретения очевидно, что распределение, показанное на фиг. 3D, дано просто в качестве примера и может отличаться в других условиях, например, сила тяжести может смещать распределение в одном или другом направлении в зависимости от ориентации устройства. Как показано на фиг. 3Е, ниже по потоку относительно устройства для направления потока пространственное распределение частиц поперек направления потока текучей среды может модифицироваться устройством для направления потока. Например, как показано на фиг. 3Е, пространственное распределение частиц может быть более неравномерным ниже устройства 21 для направления потока, чем выше него. Как показано на фиг. 3Е, ниже устройства для направления потока частицы более сконцентрированы вне пробного объема, чем в его пределах. В результате этой неравномерности распределения частицы с большей вероятностью будут течь мимо впуска, не попадая в пробный объем 16.
На фиг. 4 показан другой пример устройства для направления потока. Фиг. 4 содержит три вида входного канала 2 детектора: фиг. 4А, 4В и 4С. На фиг. 4А показано сечение входного канала детектора по линии, обозначенной Х-Х на фиг. 4С. На фиг. 4В показано сечение входного канала 2 детектора по линии, обозначенной Y-Y на фиг. 4А. На фиг. 4С показано сечение входного канала 2 детектора по линии, обозначенной Z-Z на фиг. 4В.
Как видно на фиг. 4А и фиг. 4В, устройство 21 для направления потока может разделять поток текучей среды по меньшей мере на два отдельных потока, отделяемых устройством для направления потока. Например, устройство 21 для направления потока на фиг. 3В может быть установлено в середине потока, перекрывая сечение потока, и соединено с двумя стенками проходного канала. Устройство 21 для направления потока, показанное на фиг. 4В, может иметь конусообразную форму, сужаясь к концу, расположенному выше относительно направления потока и расширяясь к концу, расположенному ниже относительно направления потока. Как показано на фиг. 4А и фиг. 4С, устройство 21 для направления потока обеспечивает защищенный пробный объем 16 на своем конце, расположенном ниже относительно потока, а впуск 14 для взятия пробы может быть установлен ниже по потоку относительно устройства для направления потока. Прохождение потока текучей среды с обеих сторон от этого устройства 21 для направления потока может уменьшить стремление частиц скапливаться около впуска 14 для взятия пробы.
На фиг. 4D показан еще один пример пространственного распределения частиц поперек проходного канала 20 выше по потоку относительно устройства для направления потока. Предыдущее описание фиг. 3D применимо также к фиг. 4D. На фиг. 4Е иллюстрируется форма распределения частиц поперек направления потока текучей среды в области пробного объема 16. На фиг. 4Е видно, что устройство 21 для направления потока может увеличить вероятность того, что частицы будут течь мимо пробного объема 16, вместо того, чтобы течь через него.
На фиг. 5 показан еще один пример входного канала детектора. Фиг. 5 содержит три вида входного канала детектора: фиг. 5A, 5B и 5C. На фиг. 5A показано сечение входного канала 2 детектора по линии, обозначенной Х-Х на фиг. 5С. На фиг. 5В показано сечение входного канала 2 детектора по линии, обозначенной Y-Y на фиг. 5А. На фиг. 5С показано сечение входного канала 2 детектора по линии, обозначенной Z-Z на фиг. 5В.
На фиг. 5 устройство 21 для направления потока сформировано путем варьирования поперечного сечения проходного канала. В этом варианте выполнения настоящего изобретения в устройстве 21 для направления потока имеется углубление в стенке проходного канала, а впуск 14 для взятия пробы установлен в этом углублении. Например, впуск 14 для взятия пробы может быть установлен на стенке углубления, расположенной выше относительно потока; таким образом, поток может идти мимо впуска 14 для взятия пробы. Соответственно, поток текучей среды может быть направлен мимо углубления (и пробного объема), что снижает вероятность ситуации, что частицы, которые несет поток текучей среды, попадут в пробный объем 16.
На фиг. 5D показан еще один пример пространственного распределения частиц поперек проходного канала 20 выше по потоку относительно устройства для направления потока. Предыдущее описание фиг. 3D применимо также к фиг. 5D. На фиг. 5Е иллюстрируется пространственное распределение частиц в направлении поперек направления потока ниже по потоку относительно устройства 21 для направления потока - там, где поток проходит около углубления. На фиг. 5Е показано, что количество частиц в углублении меньше, чем в потоке текучей среды, идущем мимо, то есть иллюстрируется один способ, согласно которому форму пространственного распределения частиц можно изменить с помощью устройства для направления потока. На фиг. 5Е видно, что, если устройство 21 для направления потока содержит углубление и, в некоторых других примерах, полная ширина и/или форма проходного канала 20 могут быть изменены устройством для направления потока, то, хотя часть распределения частиц может остаться относительно неизменной, форма распределения все же отличается от его формы выше по потоку относительно устройства для направления потока.
На фиг. 6А показан еще один пример устройства для направления потока. В примере на фиг. 6А устройство 21 для направления потока содержит ряд лепестков 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62. Лепестки 50-62 могут иметь форму кольца и могут иметь общую ось. Каждый лепесток 50-62 может иметь аэродинамический профиль или же иметь другую форму, например фасонную, профилированную и/или углообразную, чтобы сильнее направлять внутрь от лепестков частицы, чем текучую среду. В еще одном варианте выполнения настоящего изобретения лепестки 50-62 могут иметь фасонную, профилированную и/или углообразную форму, чтобы предпочтительно направлять поток текучей среды наружу от лепестков.
Лепестки 50-62 могут быть пространственно разделены в направлении потока текучей среды. На верхнем относительно направления потока конце этого устройства 21 для направления потока один из лепестков 50 может перекрывать большую часть или всю ширину проходного канала. Промежуток между лепестками 52, 54, 56, 58, 60, 62, расположенными ниже относительно потока, может последовательно уменьшаться, обеспечивая коническую структуру. Каждый лепесток может быть наклонен (например, под острым углом) относительно направления потока текучей среды вдоль проходного канала 20. Лепестки могут иметь одинаковый наклон, или же наклон может быть разным. Лепесток 62, установленный на нижнем относительно направления потока конце устройства для направления потока, может быть меньше, чем другие лепестки. Впуск 14 для взятия пробы, показанный на фиг. 6, рассчитан на получение пробы текучей среды из пробного объема 16 ниже последнего, самого нижнего относительно направления потока лепестка из ряда лепестков. Лепестки можно нагревать, препятствуя скоплению вещества на лепестке, и/или обдуваться аэрозолями, которые переносятся потоком воздуха вдоль входного канала детектора.
Хотя лепестки показаны в виде колец, они, конечно же, не обязаны быть круглыми кольцами, а могут быть некруглыми, например овальными, конусообразными, прямоугольными, квадратными или иметь любую другую форму. Лепестки могут располагаться симметрично относительно общей оси, например оси, совпадающей с направлением потока текучей среды в проходной канале. Например, один или большее количество лепестков может быть спиральным, или же все круглые лепестки могут быть заменены одним спиральным лепестком. Например, спиральный лепесток может закручиваться вдоль проходного канала внутрь, так чтобы он имел больший диаметр на своем верхнем относительно потока конце, чем на нижнем конце.
На фиг. 6В показан еще один пример пространственного распределения частиц поперек проходного канала 20 выше по потоку относительно лепестков 50-62 устройства для направления потока, показанного на фиг. 6А. Предыдущее описание фиг. 3D применимо также к 6В. На фиг. 6С показано пространственное распределение частиц в направлении поперек направления потока ниже по потоку относительно лепестков 50-62 устройства для направления потока, - там, где поток проходит мимо впуска 14. Как показано на фиг. 6С, в этой области ниже по потоку относительно лепестков 50-62 частицы сконцентрированы в узкой области проходного канала.
Некоторые устройства для направления потока (например, показанные на фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 6А) могут иметь сужение в поперечном сечении проходного канала 20, через которое может течь текучая среда. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения устройство для направления потока может вызывать изменение направления потока текучей среды, которое могло бы вызвать нежелательную концентрацию и/или осаждение частиц в области проходного канала.
На фиг. 7 иллюстрируются некоторые варианты выполнения входных каналов детектора, в которых в проходном канале 20 имеются вариации 60 формы и/или площади поперечного сечения, чтобы скомпенсировать изменения потока, вызванные устройством 21 для направления потока. Эти вариации 60 поперечного сечения могут быть выполнены по меньшей мере частично ниже по потоку относительно устройства 21 для направления потока, например по меньшей мере часть вариаций 60 поперечного сечения может быть выполнена ниже по потоку относительно верхнего конца устройства 21 для направления потока. Например, эти вариации поперечного сечения могут быть выполнены так, чтобы обеспечить ламинарное течение текучей среды после устройства для направления потока. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения указанные вариации включают выступ по меньшей мере в одной стенке проходного канала. Этот выступ может содержать искривленную, наклонную или ступенчатую части, призванные компенсировать вариации в потоке текучей среды, обусловленные устройством для направления потока.
Выше были описаны конкретные виды устройства, но элементы в описанных вариантах выполнения настоящего изобретения можно заменить на функционально эквивалентные элементы. Например, контроллер 12 в устройстве может быть любыми подходящими средствами обработки, такими как программируемая вентильная матрица (FPGA), специализированная интегральная схема (ASIC), процессор общего назначения или подходящая совокупность логических вентилей. Кроме того, поставщик 18 потока может содержать насос, вентилятор, или любое другое устройство, способное обеспечить движение потока текучей среды вдоль проходного канала. В другом примере для нагревания потока текучей среды выше по потоку относительно впуска 14 для взятия пробы может быть установлен нагреватель 4, описанный в отношении фиг. 1, в любом из других входных каналов детектора, описанных выше. Такие нагреватели 4 могут содержать резистивный нагреватель, например ленточный или мембранный нагреватель, или источник теплового излучения, такой как источник инфракрасного света, например лазер. В некоторых примерах нагреватель может предусматривать использование струи горячего воздуха. Были описаны конкретные примеры аналитических устройства, такие как масс-спектрометры и спектрометры подвижности ионов, но могут также использоваться другие виды аналитических устройств. В контексте настоящего описания специалистам в данной области техники будут очевидны и другие примеры и вариации. Кроме того, очевидно, что функции любого из вариантов выполнения настоящего изобретения, описанных со ссылками на сопровождающие чертежи, могут сочетаться, по отдельности или иначе, с некоторыми или всеми признаками любого из других вариантов выполнения настоящего изобретения. Признаки способа могут быть реализованы в соответствующим образом выполненном устройстве, и способы работы, описанные на примере конкретных типов устройств, представляют независимое от этих устройств описание самих способов.
1. Детектор, содержащий:
аналитическое устройство для обнаружения вещества, представляющего интерес, и
входной канал детектора, содержащий:
проходной канал, предназначенный для переноса потока текучей среды и содержащий пробный объем;
впуск для взятия проб, предназначенный для взятия пробы текучей среды из пробного объема, когда поток текучей среды проходит мимо впуска для взятия пробы, и для подачи пробы в аналитическое устройство, при этом поток текучей среды переносит нежелательные частицы; и
устройство для направления потока, предназначенное для изменения пространственного распределения частиц, которые переносит текучая среда, в направлении, перпендикулярном потоку, для увеличения относительного соотношения частиц, минующих впуск для взятия пробы при прохождении потока без попадания их в пробный объем, при этом впуск для взятия пробы содержит по меньшей мере одно из следующего: впуск с микроотверстием, мембранный впуск и капиллярный впуск.
2. Детектор по п.1, в котором устройство для направления потока предназначено для изменения указанного распределения путем ускорения части потока текучей среды.
3. Детектор по п.2, в котором указанное ускорение включает изменение направления потока.
4. Детектор по любому из пп.1-3, в котором устройство для направления потока выполнено так, чтобы скорость части потока текучей среды, идущей мимо пробного объема вдоль проходного канала, была больше, чем скорость потока текучей среды выше по потоку относительно пробного объема.
5. Детектор по любому из пп.1-3, в котором устройство для направления потока реализовано путем изменения направления проходного канала.
6. Детектор по любому из пп.1-3, в котором устройство для направления потока содержит область вариации поперечного сечения в проходном канале.
7. Детектор по п.6, в котором устройство для направления потока содержит область уменьшения поперечного сечения в проходном канале.
8. Детектор по п.6, в котором устройство для направления потока содержит область увеличения поперечного сечения в проходном канале с формированием углубления, а впуск для взятия пробы установлен в этом углублении.
9. Детектор по любому из пп.1-3, содержащий пробоотборник, который соединен с впуском для взятия пробы и предназначен для взятия выбранного объема текучей среды из пробного объема через впуск для взятия пробы, при этом выбранный объем текучей среды меньше пробного объема.
10. Детектор по любому из пп.1-3, содержащий нагреватель, который предназначен для нагревания потока текучей среды.
11. Детектор по п.10, в котором нагреватель нагревает поток текучей среды выше по потоку относительно впуска для взятия пробы.
12. Детектор по любому из пп.1-3, в котором форма и/или площадь поперечного сечения проходного канала изменена ниже по потоку относительно устройства для направления потока, чтобы скомпенсировать изменение потока текучей среды, обусловленное устройством для направления потока.
13. Детектор по любому из пп.1-3, в котором аналитическое устройство содержит по меньшей мере одно из следующего: спектрометр и хроматографическое устройство.
14. Способ обнаружения вещества, представляющего интерес, в пробе, полученной из потока текучей среды, содержащей частицы, включающий:
направление потока текучей среды мимо впуска для взятия пробы, при этом впуск для взятия пробы содержит по меньшей мере одно из следующего: впуск с микроотверстием, мембранный впуск и капиллярный впуск;
изменение формы пространственного распределения частиц в направлении, перпендикулярном потоку, по сравнению с формой указанного распределения выше по потоку относительно впуска для взятия пробы, для увеличения относительного соотношения частиц, минующих впуск для взятия пробы без попадания их в пробный объем около впуска для взятия пробы;
получение по меньшей мере одной пробы из пробного объема через впуск для взятия пробы; и
подачу пробы в аналитическое устройство, предназначенное для обнаружения вещества, представляющего интерес.
15. Способ по п.14, включающий изменение направления потока выше по потоку относительно впуска для взятия пробы для уменьшения вероятности того, что частицы, переносимые потоком мимо впуска для взятия пробы, попадут в пробный объем.
16. Способ по п.14 или 15, в котором объем взятой пробы меньше, чем пробный объем.
17. Способ по п.16, включающий взятие множества указанных проб, при этом скорость взятия проб выбирают на основе объема указанной пробы и скорости, с которой проба проходит в пробный объем из потока текучей среды.
18. Способ по п.14 или 15, включающий нагревание потока текучей среды выше по потоку относительно впуска для взятия пробы для испарения по меньшей мере некоторых из частиц.
19. Способ по п.14 или 15, в котором аналитическое устройство содержит по меньшей мере одно из следующего: спектрометр и хроматографическое устройство.
