CN108139303A - 用于采样的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种探测器入口，该探测器入口用于将样品提供给用于探测气溶胶的分析装置，所述探测器入口包括：用于吸入待由所述分析装置采样的气态流体流的进气口；混合区域；第一导管，所述第一导管用于将所述气态流体流的第一部分从所述进气口运送到所述混合区域；第二导管，所述第二导管用于将所述气态流体流的第二部分从所述进气口运送到所述混合区域；以及加热器，所述加热器设置为比所述第二部分更多地加热所述第一部分，并且其中所述探测器入口设置在所述混合区域中将所述第一部分与所述第二部分结合。

Description

用于采样的装置和方法

本发明涉及探测方法和设备，并且更具体地涉及用于获得用于探测器(例如，基于光谱的探测器，如离子迁移率谱仪和质谱仪)的蒸汽样品的方法和装置。

本文提供了用于蒸发可以在气态流体中携带的气溶胶的方法和装置。气态流体可以包括气溶胶、蒸汽和颗粒物。本文提供了用于加热气态流体以蒸发气溶胶的方法。这些方法和装置可以在光谱测定例如离子迁移谱和质谱中获得特定应用。

一些探测器通过将气态流体(例如空气)“吸入”探测器入口并用分析仪器对空气进行采样以探测关注的物质来操作。可以使用采样入口(例如针孔、毛细管或膜入口)从探测器入口采样吸入的空气流。一些分析仪器，特别是一些离子迁移率谱仪适用于分析蒸汽和气体。这样的分析仪器可以被配置为探测关注的物质，例如麻醉剂、爆炸物和化学战剂。这些探测器的探测灵敏度和可靠性可能因此成为一个重要问题。

一些关注的物质可能包含气溶胶。与蒸汽或气体相比，气溶胶包含悬浮在气体中的液体或固体颗粒物。如果物质在环境温度下具有低蒸汽压，则依靠蒸汽存在的探测器可能无法探测到包含该物质的气溶胶。

本发明的各方面和实施方式在权利要求中阐述并旨在解决相关的技术问题。

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施方式，其中：

图1显示了连接至探测器的探测器入口；

图2显示了图1所示探测器入口的实施例；

图3显示了图1所示探测器入口的实施例；

图4显示了适用于图1、图2和图3所示探测器入口的流体导管；

图5显示了连接至诸如图1、图2或图3所示探测器入口的离子迁移率谱仪的示意性截面图；

图6显示了可以在本文描述的探测器入口中使用的集气室的截面的平面图；

图7显示了图6所示集气室的截面；

图8显示了穿过图6和图7所示集气室的气态流体流所携带的颗粒物的分布；

图9显示了可以在本文描述的探测器入口中使用的另一种集气室的截面的平面图；

图10显示了具有圆柱形流动通道的探测器入口的示意图；

图11显示沿着图10中的线'B'的颗粒物的空间分布；

图12显示了图10所示探测器入口在图10中线'B'处的横截面；

图13显示了具有图6所示探测器入口的探测器的实施例；

图14显示了具有图10所示探测器入口的探测器的实施例；

图15显示了具有图6所示探测器入口的探测器的另一实施例；以及

图16显示了具有图10所示探测器入口的探测器的另一实施例。

在附图中，相似的附图标记用于表示相似的元件。

本发明的实施方式涉及用于将样品提供给用于探测关注的物质的探测器的探测器入口。诸如质谱仪和离子迁移率谱仪之类的探测器可以被配置为使蒸汽电离，然后分析由该蒸汽产生的离子以探测关注的物质。这样的探测器可以被配置为从待测环境吸入气态流体流，然后从该流中采样。然后可以测试样品以探测关注的物质的存在。所述气态流体可以包括气体，例如空气、蒸汽和气溶胶，例如悬浮在流体中的固体或液体颗粒物。

本发明的实施方式涉及加热吸入流的一部分而不是该流的其余部分，然后将所述吸入流的加热部分与该流的其余部分混合以蒸发由该流的其余部分所携带的气溶胶。然后可以从混合的、加热的所述气态流体流中取出样品蒸汽并提供给探测器。

图1显示了探测器入口1，其包括具有用于从环境获得气态流体样品的两个端口的入口。所述探测器入口还包括将第一端口连接到所述探测器入口中的混合区域的第一导管2。第二导管4将第二端口连接至混合区域6。第一导管和第二导管因此提供用于气态流体从环境中流入所述探测器入口中的所述混合区域的分离的路径。例如，它们提供了从所述探测器入口的进气口到所述混合区域的平行的(在替代意义上，而不一定是几何平行)分离的流动路径。因此，被吸入到所述探测器入口的所述进气口中的气态流体流的第一部分可以通过流过所述第一导管而到达所述混合区域，并且所述流的第二部分可以通过流过所述第二导管到达混合区域。然后该流的第一部分和第二部分可以在到达所述混合区域时重新结合。

所述探测器入口还包括加热器18。加热器18设置为加热气态流体流的第一部分14，使得气态流体流的第一部分14比气态流体流的第二部分16被加热得更多。例如，所述加热器可以设置在第一导管内，例如至少部分地在其内部，例如在从第一导管到混合区域的出口处。在一些这样的实施例中，第一导管的一个或更多个内壁可以包括加热器。所述加热器可以包括电阻加热器，例如灯丝加热器，例如薄膜加热器。加热器的其他例子包括辐射源，例如红外光。

图1中所示的探测器入口可以包括过滤器，但是这是可选的。如果包括过滤器，则该过滤器被设置成用于禁止由所述气态流体流的第一部分携带的至少一些颗粒物的通过。例如，过滤器可以设置在所述进气口和所述加热器之间的所述第一导管中。所述第二导管可以比所述第一导管宽，例如其可以具有更大的流动截面。在混合区域6中，气态流体的第一部分与由第二管道4承载的气态流体流的第一部分14结合。

所述探测器入口还可以包括排气口12和移动件，例如风扇或泵。当包括移动件时，它可以被设置成提供从所述进气口通过所述探测器入口到所述排气口的气态流体流。在所述探测器入口中设置采样入口8，例如针孔孔口，以获得在所述排气口与所述第一导管的出口之间的位置处的气态流体流的样品。例如，所述采样入口可以设置成从混合区域6获得样品。所述采样入口设置成用于从所述探测器入口采集样品并将它们提供到探测器中，从而探测器可以探测由气态流体流携带的关注的物质。

图1所示探测器入口可以操作为制备用于由探测器分析的气溶胶，以探测该气溶胶是否包含关注的物质。因此在操作中，气态流体流被带入所述探测器入口，并被分成两部分。所述流的第一部分可以沿着第一导管行进，并且所述流的第二部分可以沿着第二导管行进。例如，所述流的第一部分可以比所述流的第一部分更多地被加热，使得它比所述流的第二部分更热。所述流的第一部分的温度可以至少足够热以蒸发选定的关注的物质。例如，所述流的第一部分可以被加热到至少约50℃的温度，例如至少200℃，例如至少400℃。然后所述流的第一部分与所述流的第二部分混合以加热所述流的第二部分。所述样品的第一部分可以充分加热，使得所述混合区域中的温度足够热，使得在所述流的第二部分中携带的所选关注的物质的气溶胶至少部分地蒸发。例如，可以操作加热器，使得所述混合区域中的所述流的温度至少为150℃，例如至少200℃。

然后通过采样入口从混合的加热流中取得样品并提供给所述探测器。例如，操作采样入口可以操作为在由于所述流的第一部分与所述流的第二部分的混合而导致所述流的温度升高的区域中从混合(重新组合)的流中取得样品。

虽然图1所示实施方式被解释为具有两个进气口，但应该理解的是，在一些实施方式中，所述探测器入口可以包括由第一导管和第二导管连接到混合区域的单个共用进气口。

图2中显示了一个这样的实施例。如图2所示，所述探测器入口设置成将所述气态流体的第一部分从所述气态流体的第二部分分开，并使第一部分穿过第一导管。然后所述流的第一部分可以与所述混合区域中的所述第二部分重新组合。所述第二部分与所述第一部分的这种混合可以蒸发所述第二部分携带的气溶胶。

可以选择所述流体流的两部分重新组合的方式来促进所述流的两部分的均匀混合。例如，可以使用喷嘴将所述第一部分提供到所述第二部分中。这些喷嘴可以设置成提供加热流体的射流。例如，加热流体流的第一部分可以具有比所述流的第二部分更高的速度。这可以通过提供用于沿着第一导管移动气态流体流的第一部分的附加移动件(例如泵、波纹管或风扇)来实现。

促进混合的另一种方式可以是使所述流的第一部分沿与所述流的第二部分不同的方向移动。例如，它可以设置在横向于所述流的第二部分的方向上。特别是在非直线(例如圆形)截面流动通道的情况下，这可以导致在混合区域中建立循环流或螺旋流。

图3中显示了可以以这种方式操作的探测器入口的一个实施例。在图3所示探测器入口1中，所述探测器入口包括漏斗部5。漏斗部包括底部和顶端，其中漏斗底部比漏斗顶端宽。漏斗底部通过漏斗壁连接到漏斗顶端。第一导管2位于漏斗底部的一侧，而第二导管从漏斗底部沿漏斗的轴线延伸，使得流体从第二导管沿漏斗的轴线流动。混合区域5位于漏斗顶端处，在混合区域5中来自所述第一导管的流体流与来自所述第二导管的流体流混合。

当流体流从第一导管进入漏斗而进入漏斗部时，漏斗壁将来自第一导管的流体引导到围绕漏斗轴线的循环路径中。漏斗中从第一导管接收的流体朝向漏斗顶端朝向混合区域移动，并且当其向漏斗顶端移动时，其围绕漏斗轴线循环。来自所述第一导管的所述循环流体在混合区域6与来自所述第二导管的流体混合。在循环路径中流动的源自所述第一导管的加热流体与来自所述第二导管的流体的混合可以蒸发来自第二管道的流体中携带的气溶胶，并引起混合流体的循环流动。如上面参考图1和图2所述，循环的加热流体然后从所述混合区域朝向所述采样入口行进。

在上述任何实施例中，采样入口8可以设置成从所述混合区域收集蒸汽的样品。也就是说，所述采样入口可以收集来自气态流体流的区域的样品，在该区域中温度通过流的两部分的混合而升高。例如，采样入口8可以设置在所述流的第一部分和流的第二部分混合的点的下游小于50mm处。例如它可以设置为小于30mm，例如小于20mm，例如小于10mm。

如上所述，第一导管和第二导管中的至少一个可以配置为提供围绕所述混合区域的气态流体的循环流。所述循环流可以环绕采样入口8。所述循环流可以使用喷嘴来提供，和/或使用如参照图3所解释的漏斗结构。

当气态流体流包括可以堵塞采样入口8或者通过入口被带入探测器以造成探测器污染或损坏的颗粒物时，这样的实施方式可以是特别有用的。

图6显示了探测器入口的实施例，其中混合区域设置在探测器入口的集气室中。采样入口8被设置成从该集气室57中的采样容积52中取得样品。如图6所示，探测器入口包括流体引导部51，例如集气室57的弯曲壁，其设置为产生围绕集气室57且环绕采样入口8的气态流体的循环流。该循环流可以提供离心作用，从而改变流体携带的颗粒物的空间分布，使得更多的颗粒物被携带到更靠近集气室57的壁而非携带进入采样容积52中。然而，蒸汽可以在集气室57中扩散并进入采样容积52。这可以增加被携带通过采样入口8而不进入采样容积52的颗粒物的相对比例。

图6显示了包括流动入口54、流动出口56和集气室57的探测器入口的一部分。可以通过来自参考图1，图2和图3中的任一个描述的第一导管和第二导管二者的流出物来提供通向集气室57的流动入口54。如图6所示，集气室57包括具有内表面59的弯曲壁。如上所述，设置采样入口8(例如针孔)以从集气室57中的采样容积52获得样品。

图7显示了图6所示探测器入口的截面视图。从图7中可以看出，采样入口8可以设置成从集气室57的中心区域收集气态流体的样品。例如，在图6中，在平面图中观察集气室57，其中吸入流的路径与该图的平面对齐。在该视图中，集气室57具有圆滑形状，例如圆形。采样入口8可以设置在该圆滑形状的集气室57的中间，例如它可以与集气室57的壁均匀间隔。

图6所示的流动入口54和流动出口56沿不同的方向对齐。流动入口54和流动出口56都连接到集气室57，因此在该实施例中集气室57位于通过探测器入口1的流体路径中的弯曲处。在集气室57处，当气态流体流从流动入口54通过集气室57到达流动出口56时，在方向上发生变化。

图1、图2或图3中所示的探测器入口可以包括过滤器。该过滤器设置成用于禁止由气态流体的第一部分携带的至少一些颗粒物的通过。例如，所述过滤器可以设置在所述进气口和所述加热器之间的所述第一导管中。所述气态流体流的第一部分可以被过滤以去除该流中携带的至少一些颗粒物。

集气室57包括由所述壁的内表面59限定的内部体积。如图所示，所述壁的表面可以是弯曲的，例如，壁的内表面59的曲率可以设置成在从流动入口54到流动出口56的吸入流的路径中提供弯曲。如图7所示，集气室57的流动截面可以大于流动入口54的流动截面。在本文中，流动截面是指横向于气态流体的流动方向的区域。例如，集气室57可以提供流动入口54与集气室57汇合处的流动路径的加宽。这可以用来在气态流体进入集气室57时减缓气态流体流。如图7所示，以平面显示的流动出口56被具有比流动入口54更大的流动截面。这是在流动出口56处从集气室57流出的气态流体中提供较慢流速的一种方式。在出口处提供较慢的流速可以促进围绕集气室57的循环流动的产生。

如上所解释的，流动入口54设置成引导气态流体进入集气室57。集气室57包括第一流动路径和第二流动路径，所述第一流动路径围绕由集气室57提供的弯曲的外侧并经过采样入口8的一侧，所述第二流动路径围绕弯曲58的内侧并经过采样入口8的另一侧。因此，通过将采样入口8定位在集气室57的中部或其附近，可以引起环绕采样入口8的流体的循环流。该循环流可以改变流体携带的颗粒物的空间分布，以增加被携带的颗粒物通过采样入口8而不进入采样容积52的相对比例，采样入口8从采样容积52中采样。流动出口56可以设置成使得气态流体流以比通过流动入口54进入的速度更低的速度离开集气室57。例如，流动出口56可以呈现更大的流动截面以使气态流体流动通过出口的体积流速与流动通过入口的体积流速相同，但是速度较低(例如，较低速度而不是较低流速)。这可能增加气态流体通过弯曲58内侧上的采样入口8回流的趋势。例如，在这样的实施例中，流体可以流入集气室57中，然后流体围绕采样入口8的一侧弯曲，通过流动出口56处的缓慢流动的流体被阻止完全进入流动出口56，并且通过在采样入口8另一侧上回流通过采样入口8而至少部分地在集气室57中再循环。这可以提供循环流，该循环流绕横向于通过集气室57的流动方向的轴线循环。

在图6装置的操作中，气态流体流被吸入并通过第一导管和第二导管。在来自两个导管的流出物例如通过流入集气室57而被混合之前(如上所述，第一导管和第二导管可以经由流动入口54将流体提供到集气室中)，所述流的第一部分比第二部分更多地被加热。该混合的加热的流体流过集气室57到达流动出口56。集气室57改变吸入的气态流体流的方向，例如沿流动入口54的流动方向的弯曲。该弯曲的外侧由弯曲的集气室57的壁提供。这改变了吸入流体的流动方向，并且当流体流过集气室57时围绕采样入口8的流体流弯曲。当流体到达流动出口56时，一些气态流体通过流动出口56离开集气室57，然而，一些气态流体流动通过流动出口56并且保持在集气室57中，因此在弯曲58的内侧上被引导回到采样入口8的另一侧，而不是以连续不断的涡流的方式。当流体再次流回经过采样入口8以返回到流动入口54时，该返回流可以重新加入到流动入口54处的到达集气室57中的另外的流。因此这种相同循环再次开始，并且该重新加入流的一部分再次循环，同时一部分通过出口4离开。因此，对于气态流体流的至少一部分，与沿恒定横截面直管的相同流相比，这样的实施方式可以增加采样入口8周围的气态流体的停留时间。

因此，在通过流动出口56离开集气室57之前，流体的至少一部分因此可以围绕集气室57以弯曲的(例如围绕采样入口8的至少部分圆形的)流动路径流动。可以看出，在图7中，该循环流围绕旋转轴线循环，所述旋转轴线横向于例如垂直于通过入口和出口的气态流体的主体流动方向。

该循环流可以提供围绕采样入口8的离心作用，该离心作用倾向于使得由流携带的颗粒物朝向集气室57的壁移动，例如，远离采样入口8。这提供了朝向循环流的旋转轴线的区域，在该区域中气态流体中的颗粒物比例相对于气态流体流的其他区域(例如，流体流的更靠近集气室57的壁的区域)被耗尽。然而，流所携带的蒸汽自由地扩散到集气室57周围并进入该耗尽区域。因此，本发明的方法包括从该耗尽区域收集气态流体的样品，以减少可以阻塞采样入口8或通过入口进入并由此污染探测器的颗粒物的数量。

图6所示颗粒物沿着线A的分布，采样容积52在图8的曲线图中显示。如图8所示，颗粒物的数量(例如，每单位体积的数量)随着离壁表面的距离而减小。例如，朝向采样容积52并离开弯曲58的内侧的颗粒物的数量较少。如上所述，离心作用导致颗粒物向集气室57的壁移动，并且这种移动导致颗粒物的数量随着从壁朝向采样容积52的距离而改变。图8所示颗粒物分布显示，相对于壁表面和采样容积52之间的区域，弯曲58的内侧和采样容积52之间的区域内的颗粒物数目较少。不希望受任何特定理论的束缚，可以相信的是，壁表面和采样容积52之间的区域中的流体的一部分进入弯曲58的内侧与采样容积52之间的区域，因此弯曲58的内侧和采样容积52之间的流体可能已经经历了更大的离心作用，并且因此可以包括更少的颗粒物。然而，应该理解的是，这样的分布仅仅是一个例子。

可以选择壁的曲率以减小在探测器入口1的内表面上的颗粒物的撞击。例如，壁的曲率半径可以在壁的不同部分中而不同，从而为流体的流动提供平滑的路径。例如，邻近流动入口54的壁的第一部分和邻近流动出口56的壁的第二部分都具有比连接所述第一部分与所述第二部分的壁的部分更大的曲率半径。曲率半径的变化导致吸入的气态流体的流动方向逐渐改变。这可以减少由气态流体携带的颗粒物和气溶胶撞击并积聚在集气室壁上的趋势。

图9显示了如上参照图6所述探测器入口的示例。然而，在图9中，流动入口54与流动出口56沿着相同的方向对齐。然而，流动出口56偏离流动入口54。在图9所示的实施例中，流动出口56与流动入口54横向隔开，例如，其沿横向于流体流动方向的方向间隔开。在该实施例中，在平行于流动入口54的方向上经由流动出口56离开集气室57之前，流体的至少一部分可以围绕采样入口8围绕集气室57环绕(in circles)流动。在图9所示的例子中，流动出口56位于集气室57的与流动入口54相反的一侧。因此，气态流体可以沿着与从流动入口54流入集气室57相同的方向通过流动出口56流出集气室57。然而，在其他实施例中，流动出口56也可以如同流动入口54位于集气室57的同一侧上。例如，集气室57可以位于U形弯曲处。这些和其它示例提供了围绕横向于气态流体流动方向的轴线旋转的循环流。

也可以提供探测器入口的其他构造。集气室57中的流体的循环流也可围绕与流动方向对齐的轴线循环。这可以通过上面参考图3描述的漏斗结构来提供。也可以使用其他结构。例如，流的第一部分和流的第二部分发生混合的集气室57可以包括设置成使流体可以沿其流动的导管或流动通道，例如圆筒。

在这样的构造中，所述循环流的旋转轴线可以与所述流动通道的纵向轴线对齐。图10说明了一个这样的实施例。

在图10所示的实施例中，来自所述第一导管和所述第二导管的加热流体被混合的所述混合区域设置在流动通道72中。流动通道72设置成提供围绕与气态流体流的方向平行的轴线旋转的循环流动。如上所述，该循环流动可以提供流体中的颗粒物的空间分布的变化，使得它们中的相对更多者由流动通道72的壁70附近的流承载。颗粒物的数量还根据与流动通道72的壁70之间的距离而减少。

更详细地，图10显示了具有流动通道72、流动入口64、第一流动出口66和第二流动出口68的探测器入口。流动通道72包括壁70、以翅片形式设置在流动通道72的壁70的内表面上的流体引导部62、采样容积74和采样入口8。图12显示了图10所示流动通道72在图10中标记为B的线处截取的截面。

在图10和图12所示的实施例中，流动通道72包括导管，例如切成片状材料并封装的通道，或例如为管道或管。流动通道72限定了主体流动方向。流动入口64可以包括该流动通道72的一部分。第一流动出口66和第二流动出口68沿着来自流动入口64的流动通道72分离并且从主干沿着远离所述主干的轴线的方向延伸。例如，流动出口66、68可以从流动通道72分支出来。例如，流动出口66、68可以与流动通道72成角度设置。流动出口66、68显示为横向于(例如垂直于)流动通道72设置，但是在一些实施例中，它们可以至少部分地与流动通道72的方向对齐。例如，流动通道72和所述流动出口可以设置成Y形。在图10所示的实施例中，第一流动出口66和第二流动出口68沿不同方向从主干延伸，例如，第一流动出口66可以设置为沿着与第二流动出口68承载的流体流相反的方向承载气态流体流。

在图10中，所述流体引导部包括从流动通道72的内壁70延伸的一个或多个翅片62。一个或多个翅片62可以围绕并沿着(around and along)流动通道72以螺纹的方式与螺旋路径对齐。为了起到流体引导部的作用，该翅片(或多个翅片)62位于流过流动通道72的流体的至少一部分的路径中。在所示的实施例中，流体引导部为连接到流动通道72的壁70上的两个翅片62的形式。也可以使用单个翅片62或更多数量的翅片62。翅片62不必是连续的，只要它们包括与沿着流动通道72的螺旋(例如，螺丝锥)路径的至少一部分对齐的薄的细长结构。翅片(或多个翅片)62可以沿着螺旋路径由流动通道72的内壁70承载，其中螺旋的轴线与流动通道72对齐，例如，所述螺旋路径可以与流动通道72同轴。翅片62可以固定到流动通道72的壁70上，例如流动通道72可以与翅片62一体地形成。翅片62可以从流动通道72的壁70延伸至少10微米。

流动通道72设置成从流动入口64接收样品。流动通道72的壁70的内表面上的翅片62设置成改变流体的流动方向，使得所述流体与循环流63一起流动，该循环流63具有与流动通道72中的主体流动方向对齐的旋转轴线。采样入口8设置为从采样容积74获得样品，例如如图10所示，采样入口8可以位于采样容积74的中心。

图12显示了图10的流动通道72的截面图。图12显示了与流动通道72共轴并被流体20的流动环绕的样品体积。在图10和图12中显示了流动路径63，其中所述流体的循环流沿着壁70的内表面并且由翅片62沿逆时针方向引导。

在操作中，气态流体通过流动入口64吸入并通过流动通道72，并且从第一流体出口66和第二流体出口68流出。从流动通道72的内壁70延伸的流体引导部改变通过所述流动通道的气态流体的方向。当流体沿所述流动通道移动时，方向的改变为流体提供旋转，从而所述流体流环绕流动通道的轴线，例如以枪管膛线诱导沿着枪管行进的子弹的循环运动的方式。气态流体在朝向第一流体出口66和第二流体出口68行进的同时围绕流动通道的轴线继续旋转。所述气态流体然后经由第一流体出口66和第二流体出口68离开流动通道。

图10和图12中所示的循环流体流动路径63是具有对应于沿着流动通道的流动方向的轴线的螺旋流动路径。所述流动路径可以由翅片62的结构来提供。另外，或者作为替代，来自第一导管(参考图1)和第二导管中的至少一个的气态流体流可以沿着流动通道72中这样的路径63引导，例如，使用喷嘴(jet)或喷口(nozzle)。在图10和图12所示的结构中，翅片62设置在所述流动通道的表面上，所述翅片定向为形成具有与流动通道的轴线共轴的轴线的螺旋样式。因此，流体沿着流动通道72沿着翅片62的方向沿螺旋路径引导。在图10和图12所示的实施例中，所述翅片相对于流体流以逆时针方向设置，并且因此当流体沿着所述流动通道流动时，流体翅片以逆时针方向旋转流体。

所述流体通道中流体的循环流可以改变流体携带的颗粒物的空间分布。如上所述，循环流可以增加被携带的颗粒物通过采样入口8而不进入采样容积74的相对比例，同时循环流的离心作用导致颗粒物朝向流动通道72的壁移动。颗粒物朝向壁的移动导致颗粒物比例较低，因此导致采样容积中蒸汽的较大比例。

在图10所示的例子中，流体的循环流的性质由翅片62的结构来确定。例如，对于流动通道72的给定长度，流体环绕流动通道72的轴线的次数由流动通道72的壁70上的散热片62的位置确定。沿着流动通道62的长度具有较大旋转数量的翅片的结构(例如，翅片以较小的螺距设置成螺旋形)可以导致气态流体沿着流动通道的长度行进时围绕流动通道的轴线的流体具有更多数量的循环。

沿着线B的颗粒物分布和采样容积24在图11中的曲线图中显示。如图11所示，颗粒物的数量从流动通道的壁70到所述采样入口减少。如上所述，离心作用导致颗粒物朝向壁70移动，并且这减少了朝向流动通道72的轴线定位的采样容积74中颗粒物的数量。

采样入口8可以连接到探测器入口1并且适于收集来自采样入口8周围的采样容积74、52的流体样品。采样器(未显示)构造成通过采样入口8抽取小于采样容积74、52的选定体积的流体以向分析装置提供样品。采样器可以包括设置为将蒸汽从采样容积74、52通过采样入口8传送到所述分析装置中的电子机械致动器(electromechanical actuator)(例如螺线管驱动致动器)和/或机械泵。

如图4所示，在一些实施例中，第一导管可以包括过滤器50和加热器18。流体从端口通过过滤器50朝向加热器18流入所述导管。然后，流体经过所述加热器进入所述探测器入口。过滤器可以包括网(mesh)，例如网格(grid)或复杂的细丝编织物。这样的过滤器可以被构造成禁止具有至少0.5微米的粒度的颗粒物通过。

被加热的气态流体流的第一部分流入混合区域6并与气态流体流的第二部分混合，以相对于气态流体流的第二部分的温度升高混合流体的温度。这种混合可以发生在图10所示的流动通道72中。除了翅片62之外，或作为翅片62的替代，流的第一部分和流的第二部分中的一者或两者可以沿着选择为围绕流动通道72的壁70提供循环流的方向提供到流动通道72中。例如，流的一个或两个部分可以设置在对角线上(例如，与流动通道72的轴线成一定角度)并且沿着流动通道72的可以是圆柱形的内壁70。因此，所述流可以沿着围绕轴线环绕的所述通道螺旋，所述轴线与沿着所述通道的主体流动方向对齐。

如上所述，第一导管和第二导管可以提供流入流动通道72的气态流体。因为流的第一部分被加热，所以流的第二部分的温度升高可以导致由气态流体流的第二部分携带的气溶胶的蒸发。围绕流动通道72(或者集气室57，视情况而定)的循环流有两个目的。一方面它可以起到至少稍微增加采样容积74区域中的气态流体的停留时间的作用，另一方面，它在环绕采样入口8时提供的离心作用用于防止采样入口8的污染和堵塞。

在图1所示的例子中，加热器18是灯丝加热器，其构造成加热通过第一导管2中的灯丝加热器的气态流体流。可以使用其他种类的加热器。气态流体的蒸发温度取决于气态流体的组成。例如，包含在较低温度下蒸发的化学品的流体可能需要混合区域6中的温度较低，以便从气态流体中的气溶胶产生蒸汽。混合区域中的温度可以通过改变气态流体流的第一部分的流速和/或气态流体流的第一部分的温度来控制。

在一个实施例中，控制器连接至加热器18以控制加热器的加热功率，以改变气态流体流的第一部分的温度。该控制器还可以被配置成控制通过第一导管的流体的流速。改变流速将改变流体与加热器接触的时间量，改变气态流体的温度，并且改变从第一导管进入混合区域的流体的体积。增加从第一导管进入混合区域的流体的体积将增加来自第一导管的流体相对于来自第二导管的流体的比例，并且增加混合区域中的流体的温度。

图5显示了包括光谱仪28的装置22。光谱仪28连接至图1所示探测器入口1。

在图5中，光谱仪28包括离子迁移率谱仪，该离子迁移率谱仪通过采样端口8与探测器入口1连接，并且包括反应区46，样品可以在该反应区内电离。采样端口8可以操作以从所述入口获得进入光谱仪28的样品。

如图5所示，门(gate)电极组件42可以将反应区域46与漂移室36分开。漂移室36包括朝向漂移室36的与门电极组件42相反的一端的探测器30。漂移室36还包括漂移气体入口32和漂移气体出口40，该漂移气体出口40被设置为沿着漂移室36从探测器30朝向门42提供漂移气体流。

采样端口8可以操作以从入口1采样空气并送入光谱仪28的反应区域46。反应区域46包括用于电离样品的离子发生器44。在图5所示的例子中，电离器44包括具有电极的电晕放电电离器。

漂移室36还包括漂移电极38、34，以用于沿着漂移室36施加电场以克服漂移气体流而朝着探测器30移动离子。

在一个实施例中，控制器24被配置为控制采样端口8以在所选时间段期间从所述入口获得至少一个初始样品，并分析初始样品以测试残余物的存在。基于该测试，控制器24可以延长或缩短所选时间段。

图13显示了经由采样入口8连接至探测器入口51的探测器86，并且图14显示了经由采样入口8连接至探测器入口60的探测器86。探测器86包括设置成经由采样入口8获得流体样品的采样器82和分析装置84。

分析装置84配置为分析从采样入口8接收的样品，例如以确定样品中的一种或多种关注的化学物质。图13和图14所示的分析装置84包括质谱仪。质谱仪可以包括设置为对蒸汽样品进行质谱分析的离子发生器、离子加速器、光束聚焦器、磁体和法拉第收集器。

如图13和图14所示，控制器80被连接以控制分析装置、流量提供器和采样器82。控制器80可以包括处理器和存储用于探测器86的操作的指令的存储器。

图15和图16显示了探测器86，其中分析装置包括离子迁移率谱仪90，但其与图13和图14中所示的装置相同。图15所示离子迁移率谱仪90通过采样入口8连接到探测器入口。采样器82被设置成通过采样入口8获得流体样品并将其提供给离子迁移率谱仪90。如在图13和图14的实施例中那样，控制器80可以包括处理器和存储用于探测器86的操作的指令的存储器。也如图13和图14中所示，采样器82可以包括设置为将蒸汽从采样容积52、74(如图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示)通过采样入口8传送到所述分析装置的电子机械致动器(例如螺线管驱动的致动器)和/或机械泵。

门电极组件96可以将反应区域58与漂移室104分离。门电极组件96可以包括至少两个电极的组件，其可以设置成提供Bradbury-Nielsen或Tyndall-Powell门。漂移室104可以包括朝向漂移室104的与门电极组件96相反的一端的收集器98，收集器98用于探测离子。所述漂移室还包括漂移气体入口106和漂移气体出口108，漂移气体出口108设置为从离子收集器32朝向门96沿着漂移室38提供漂移气体流。采样器82可以由控制器80操作以通过采样入口8从采样容积52、74获得流体(如图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示)。采样器82也可以操作以将获得的样品提供到光谱仪68的反应区域102中。图15和图16中所示的反应区域包括用于电离样品的离子发生器100。离子发生器100可以包括电晕放电离子发生器。漂移室104可以包括用于沿着漂移室104施加电场的漂移电极92、94，以克服漂移气体流而朝着收集器98移动离子。

尽管图15和图16的装置显示为包括两个漂移电极92、94，但是一些实施实施方式可以包括多于两个的漂移电极。

如上所述，在可以在灰尘和污染物盛行的恶劣环境中使用的便携式装置中，本发明的探测器入口可以获得特别的应用。这些探测器入口可以与各种分析装置一起使用，例如图13和图14的质谱仪和图15和图16的离子迁移谱仪90、其他类型的分析器、质谱仪和/或色谱分析装置。另外，探测器入口51、60可以具有不同的构造。

在上面描述的一些实施例中，所述流体引导部包括单个流动入口和单个流动出口。在其他实施例中，所述流体引导部可以包括多于一个的流动入口和多于一个的流动出口。在一个实施例中，流体引导部包括比流动入口更多的流动出口。这些入口和出口的流动截面可以选择为使得流动出口的总流动截面大于流动入口(或多个入口)的总流动截面面积。

在上述实施例中，流体引导部的表面引导流体流以在流体中引起循环流。流体引导部还可以包括附加流体路径，该附加流体路径被构造成将附加气态流体引导到流中以产生循环流。附加流体路径可以包括一个或多个流体喷嘴，该喷嘴设置成将流体引入到流体引导部中，从而改变流体的流动路径以产生气态流体的循环流。

在图10和图12所示的例子中，翅片62以螺旋结构设置在流动通道72的壁70上，从而流体流沿着流动通道72处于螺旋路径中。翅片62可以以不同于螺旋样式的样式设置在表面上，以引起流体沿着流动通道72在非螺旋的路径中的循环运动，例如翅片62可以至少部分地变细，例如变成锥形螺旋(spiral)。翅片62设置成沿逆时针螺旋路径引导流体，翅片62也可以以顺时针螺旋样式设置，从而流体沿顺时针螺旋路径流动。

在图10和图12所示的例子中，翅片62设置在流动通道72的壁70上。螺旋结构可以具有沿着螺旋长度的均匀螺距。螺旋可以沿着流动通道72的至少一部分延伸，例如整个流动通道72。螺旋翅片62的螺距也可以沿流动通道72的长度变化，例如翅片的螺距62可在流动通道72的一部分中减小，因此循环流使得流体在流动通道72的给定长度上围绕流动通道72的轴线经历更多的旋转。

在图10和图12所示的实施例中，流体引导部包括从流动通道72的壁70延伸的翅片62。流体引导部还可以在流动通道72的壁70中包括槽以引导流体进入循环路径，例如所述槽可以是流动通道72的壁70上的凹入区域，例如以螺母中的螺纹的形式。

在图10和图12所示的实施例中，翅片从流动通道72的壁70延伸。翅片也可以从流动通道的另一部分延伸，例如翅片可以从流动入口和/或流动出口延伸到流动通道中。

在图10和图12所示的实施例中，第一流体出口66和第二流体出口68横向于流动通道72定位。第一流体出口66和/或第二流体出口68也可以至少部分地与流动方向对齐，例如第一流体出口66和/或第二流体出口68可以定向为相对于流动通道72成45度。

在图10和图12所示的实施例中，流动通道72的宽度可以小于20mm。例如，其宽度可以小于10mm，例如小于5mm，例如小于2mm，例如小于1.5mm，例如小于1mm，例如小于0.75mm，例如小于0.5mm，例如小于0.4mm，例如小于0.3mm，例如小于0.2mm，例如小于0.1mm。

在图10和图12所示的示例中，流动通道72可以是至少10微米宽，例如至少0.1mm宽。例如，其可以为至少0.2mm，例如至少0.3mm，例如至少0.4mm，例如至少0.5mm，例如至少0.75mm，例如至少1mm，例如至少1mm，例如至少2mm，例如至少5mm宽。

探测器入口可以进一步包括移动件，该移动件围绕循环流移动气态流体。移动件可以设置为围绕流动通道72的壁70的内表面或集气室57吹送额外的气态流体流，例如射流。

探测器入口可进一步包括加热器以加热集气室57中的气态流体。加热器可构造成加热流体流，例如加热气态流体以蒸发由所述流携带的气溶胶。在一个实施例中，加热器位于流动入口、流动通道72和/或集气室57中。加热器可以包括电阻加热器，例如灯丝加热器，例如膜加热器。加热器的例子还包括红外光源。

在图6和图9所示的示例中，流动入口54具有比流动出口56更小的流动截面面积。流动入口54也可以具有与流动出口56相同的流动截面。在一些示例中，其可具有比流动出口56更大的流动截面。

在图6和图9所示的示例中，循环流围绕横向于所述主体流动方向的旋转轴线循环。循环流也可围绕不是横向于所述主体流动方向(例如，与主体流动方向对齐)的旋转轴线循环。

本文描述的探测器入口被图示为导管(例如，软管或管道)的结构。然而，如上所述，它们也可以由切成片状材料并封装的通道和集气室57提供。在这样的实施例中，这里描述的流动通道72和入口可以不具有圆形截面。

还应该认识到，可以独立地实现和/或提供和/或使用本发明的任何方面中描述和限定的各种特征的特定组合。在本发明的上下文中，其他示例和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。

在以上所示的实施例中，来自第一导管和第二导管的气态流体的流动引起沿着探测器入口经过采样入口8到达排气口12的流体。沿着探测器的气态流体流也可以由鼓风机引起，例如泵、风扇或任何适合于通过入口吸入空气流的装置，例如波纹管。第一导管2和第二导管4分别可以由切割成材料块并封闭的通道提供，例如以提供管状流动路径，导管也可以由管道或管提供，例如软管。

Claims (28)

1.一种探测器入口，该探测器入口用于将样品提供给用于探测气溶胶的分析装置，所述探测器入口包括：

进气口，该进气口用于吸入待由所述分析装置采样的气态流体流；

混合区域；

第一导管，该第一导管用于将所述气态流体流的第一部分从所述进气口运送到所述混合区域；

第二导管，该第二导管用于将所述气态流体流的第二部分从所述进气口运送到所述混合区域；和

加热器，该加热器设置为比所述第二部分更多地加热所述第一部分，

并且其中，所述探测器入口设置为在所述混合区域中将所述第一部分与所述第二部分结合。

2.根据权利要求1所述的探测器入口，所述探测器入口包括过滤器，所述过滤器设置为从所述气态流体流的第一部分去除至少一些颗粒物。

3.根据权利要求1或2所述的探测器入口，其中，所述加热器设置为将所述气态流体流的第一部分加热到选定的温度以蒸发所述混合区域中的所述气态流体流的第二部分中携带的气溶胶。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的探测器入口，其中，所述加热器设置为使得所述混合区域中的所述气态流体的温度在100℃至400℃的范围内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的探测器入口，其中，设置采样入口以从所述混合区域收集蒸汽的样品。

6.根据权利要求5所述的探测器入口，其中，所述第一导管和所述第二导管中的至少一个设置为提供围绕所述混合区域的气态流体的循环流。

7.根据权利要求5或6所述的探测器入口，其中，所述第一导管和所述第二导管中的所述至少一个设置为使得所述循环流环绕所述采样入口。

8.根据前述权利要求中任一项所述的探测器入口，其中，所述加热器设置在所述第一导管中，例如其中所述第一导管的表面承载所述加热器，例如其中所述加热器包括薄膜加热器。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的探测器入口，其中，所述过滤器包括设置为禁止尺寸大于0.5微米的颗粒物通过的网。

10.根据前述权利要求中任一项所述的探测器入口，所述探测器入口包括控制器，所述控制器配置为基于探测到的吸入的所述气态流体流的温度来控制所述加热器。

11.根据前述权利要求中任一项所述的探测器入口，所述探测器入口还包括采样入口，所述采样入口设置为从所述混合区域中的采样容积收集所述气态流体的样品并将所述样品提供给所述分析装置，其中所述采样容积中的所述气态流体包括颗粒物。

12.根据权利要求11所述的探测器入口，其中，所述混合区域设置在集气室中，所述集气室包括所述采样容积和所述采样入口；并且所述探测器入口包括流体引导部，所述流体引导部设置为产生围绕着环绕所述采样入口的所述集气室所述气态流体的循环流，从而改变由所述流体携带的所述颗粒物的空间分布，以增加携带的所述颗粒物的通过所述采样入口而不进入所述采样容积的相对比例。

13.根据权利要求12所述的探测器入口，其中，所述流体引导部包括所述集气室的弯曲壁，所述弯曲壁设置为使得所述循环流跟随所述集气室的所述弯曲壁的内表面。

14.根据权利要求13所述的探测器入口，其中，改变由所述流携带的颗粒物的空间分布包括根据离所述集气室的弯曲壁的距离而减小所述颗粒物的相对比例。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的探测器入口，其中，所述集气室设置为沿流动方向引导所述气态流体流，并且所述集气室设置为使得所述循环流围绕与所述流动方向对齐的旋转轴线循环。

16.根据权利要求15所述的探测器入口，其中，所述集气室包括圆筒，并且所述旋转轴线与所述圆筒的纵向轴线对齐。

17.根据权利要求14或15所述的探测器入口，其中，所述流体引导部包括通向所述集气室的流动入口和来自所述集气室的流动出口，并且所述流动入口和所述流动出口在所述圆筒的纵向轴线的方向上间隔开。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的探测器入口，其中，所述流体引导部包括与所述集气室中的螺旋路径对齐的结构，例如其中所述结构包括翅片或位于所述集气室的壁中的槽。

19.根据权利要求11所述的探测器入口，其中，所述集气室设置为沿流动方向引导所述流体流，并且使得所述循环流围绕横向于所述流动方向的旋转轴线循环。

20.根据权利要求19所述的探测器入口，其中，所述流体引导部包括通向所述集气室的流动入口和来自所述集气室的流动出口，其中所述流动出口排列为沿着横向于从所述入口进入所述集气室的流动方向的方向承载流动。

21.根据权利要求20所述的探测器入口，其中，所述流动出口设置为使得通过所述流动出口的流动比通过所述流动入口的流动慢，例如其中所述流动入口具有比所述流动出口小的截面。

22.根据权利要求12至21中任一项所述的探测器入口，其中，所述流体引导部包括设置为提供所述循环流的移动件，例如其中所述移动件设置为围绕所述集气室的壁的内表面吹送气态流体的射流。

23.一种探测器，所述探测器包括用于探测关注的物质的分析装置和根据权利要求12至22中任一项所述的探测器入口，所述探测器入口设置为向所述分析装置提供气态流体的样品。

24.一种制备气态流体流以使得能够探测关注的物质的方法，所述方法包括：

获得气态流体流并加热所述流的第一部分；

将所述流的第一部分与所述流的第二部分混合以加热所述流的第二部分。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述方法包括使所述流的第一部分通过第一导管，并且使所述流的第二部分通过与所述第一导管分离的第二导管，其中样品的第一部分在所述第一导管中加热。

26.根据权利要求25所述的方法，所述方法包括将气态流体吸入到探测器入口的进气口中，将所述气态流体的第一部分与所述气态流体的第二部分分离，并且使所述第一部分通过所述第一导管并使所述第二部分通过所述第二导管，以将所述气态流体提供到混合区域，在所述混合区域中所述第一部分和所述第二部分结合。

27.根据权利要求25或26所述的方法，所述方法还包括过滤所述气态流体的第一部分以去除至少一些颗粒物。

28.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，所述方法包括通过混合所述第二部分与所述第一部分来蒸发由所述第二部分携带的气溶胶。