CN101128728A - 用于化学分析的大气样品移动收集设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用来收集大气样品的便携取样器。在一个实施例中，该便携取样器包括具有内部部分的便携机壳；在机壳外的区域与机壳的内部部分之间连通的样品入口；与样品入口流体连通并适于存储大气样品的样品盒，该样品盒可拆除地固定在机壳内；设置在机壳内并且与样品入口流体连通的泵，泵设置为经样品入口从机壳外的区域抽取大气样品到样品盒中；以及在机壳外区域与样品盒之间连通的载气入口，载气入口构造为与载气源连接，用来在样品盒固定在机壳内时从样品盒中扫除大气样品进入到分析器中。

Description

用于化学分析的大气样品移动收集设备和方法

本申请要求名为APPARATTUS AND METHOD FOR MOBILECOLLECTION OF ATMOSPHERIC SAMPLE FOR CHEMICAL ANALYSIS，由Dennis Barket、Garth Patterson和Mark Gregory于2004年12月7日提交的美国临时申请No.60/633,725的优先权，其公开内容在此作为参考特意引入。

技术领域

本发明的领域包括用来收集和储存用于后续化学分析的大气样品的手持或便携装置。

背景技术

美国专利No.6,477,906(Peterson)提出公开一种用于捕获大气中示踪元素样品的采样系统，该系统包括连接于多个吸附管的多口阀。多口阀按照预定的顺序操作并构造，从而建立通过多口阀的流体通道，由此在给定时候并在给定的时间间隔上引导空气样品到一个吸附管。

美国专利No.5,124,274(Carroll等人)提出公开一种用于收集从诸如爆炸物的混合物中散发的蒸气的取样枪，该蒸气在涂有在挡住氧化氮的同时捕获爆炸物蒸气的气体色谱材料的表面上进行收集。在高速色谱分开蒸气前，所获得的蒸气在一个或多个冷点凝结器中凝结。

美国专利No.5,500,369(Kiplinger)提出公开一种手持便携取样器，其使用真空将空气流引入气室中和导流板周围。导流板基本横贯气流模式安装并构造为扰动气流从而使空气中的微粒碰撞容纳在培养箱中的培养基材料。

美国专利No.6,321,609(Mengel等人)提出公开一种气体采样系统，其包括用来固定样品管的旋转传送带。每个样品管在每一端通过帽来密封，并且容纳有俘获经样品管抽取的气体样品中的化学和生物污染物的固体收集材料，帽具有通过其注入气体样品的可针刺隔膜。通过逐步旋转传送带，将各个样品管移入或移出采样位置。

美国专利No.5,142,143(Fite等人)提出公开一种用来分析气体中示踪成分的预浓缩器，其中将样品气体引入到受压吸附剂中。其后，通过真空泵排出吸附剂并且低压载气通过吸附剂同时其释放出来，其中释放的示踪成分由载气载至在低压下工作的检测器，诸如质谱仪。

发明内容

符合本发明一个实施例的设备提供一种用来收集大气样品的便携取样器。该便携取样器包括具有内部部分的便携机壳；在机壳外的区域与机壳的内部部分之间连通的样品入口；与样品入口流体连通并适于存储大气样品的样品盒，该样品盒活动固定在机壳内；设置在机壳内并且与样品入口流体连通的泵，泵设置为经样品入口从机壳外的区域抽取大气样品到样品盒中；以及在机壳外区域与样品盒之间连通的载气入口，载气入口构造为与载气源连接，用来从样品盒中扫除大气样品到分析器中同时样品盒固定在机壳内。

符合本发明另一个实施例的设备提供一种用来收集和分析大气样品的系统。该系统包括构造用来收集大气样品的手持取样器。该手持取样器包括样品入口，与样品入口流体连通的泵，与样品入口和泵流体连通的样品盒，样品盒设置在其间，以及与样品盒流体连通的载气入口，样品盒设置在载气入口与样品入口之间。该系统还包括构造为与手持取样器连接从而从手持取样器的样品盒接收和分析大气样品的样品分析器，该样品分析器包括：构造位于样品入口流体连接的分析物入口；与载气入口流体连接的载气源；以及分析物入口流体连通的分析模块。

符合本发明另一个实施例的设备提供一种用来收集和分析大气样品的系统。该系统包括构造用来收集大气样品的手持取样器，该手持取样器包括：样品入口；与样品入口流体连通的泵；与样品入口和泵流体连通的样品盒，样品盒设置在其间；以及与样品盒流体连通的载气入口，样品盒设置在载气入口与样品入口之间。该系统还包括构造为与手持取样器连接从而从手持取样器的样品盒接收和分析大气样品的样品分析器，该样品分析器包括：构造为与手持取样器连接从而从手持取样器的样品盒接收大气样品的杆，其包括构造与样品入口流体连接的分析物入口，以及与载气入口流体连接的载气源；以及与分析物入口流体连通的接口。该样品分析器还包括与分析物入口流体连通的分析模块。

符合本发明另一个实施例的方法提供一种使用具有分析物入口和载气源的样品分析器利用手持取样器收集和分析大气样品的方法，该手持取样器包括与样品入口、泵、以及载气入口可拆卸地固定的样品盒，该大气样品包括至少基质和分析物的混合物。该方法包括将手持取样器定位在待测试位置；起动泵从而经样品入口通过样品盒抽取大气样品；从样品盒内的大气样品吸收分析物，同时使基质通过样品盒；连接手持取样器到样品分析器，连接步骤包括流体连接样品入口到分析器分析物入口并且流体连接载气入口到载气源；以及通过使载气经载气入口流经样品盒经样品入口从样品盒中扫除分析物到分析物入口，在扫除步骤其间样品盒保持固定在采样器中。

符合本发明另一个实施例的方法提供一种用于利用手持取样器收集大气样品的方法，该手持取样器包括多个可拆卸地固定的样品盒、样品入口、以及泵，该大气样品包括至少基质和分析物的混合物。该方法包括将手持取样器定位在待测试位置；流体连接样品入口与多个样品盒中的每个对应一个；起动泵从而经样品入口同时通过多个样品盒中的每个对应一个抽取大气样品；从多个样品盒中的每个对应一个内的大气样品吸收分析物部分；以及在吸收步骤后取出多个样品盒中的一个用于存档目的。

符合本发明另一个实施例的方法提供一种用于利用手持取样器收集大气样品的方法，该手持取样器包括样品盒、样品入口、泵、存储单元、以及全球定位装置，该大气样品包括至少基质和分析物的混合物。该方法包括将手持取样器定位在待测试位置；起动泵从而经样品入口通过样品盒抽取大气样品；利用全球定位装置确定大气样品的位置，该全球定位装置产生GPS输出；以及存储GPS输出在手持取样器的存储单元中。

本发明的其它目的和优点将部分地在以下说明中展示，并且部分地由介绍而明了，或者可以通过实施本发明来掌握。本发明的目标和优点可以通过所附权利要求中特别指出的元件和组合的方法来实现和获得。

可以理解，前面的一般性介绍和以下详细介绍都仅是示范性和说明性的，并不如权利要求那样对本发明构成限制。

结合在说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的几个实施例，并且与说明书一同用于说明本发明的原理。

附图说明

图1A示出了根据本发明一个实施例的固定在手持取样器的设备机壳内的部件的前透视图；

图1B示出了根据本发明一个实施例的固定在手持取样器的设备机壳内的部件的后透视图；

图2A示出了根据本发明一个实施例的手持取样器的设备机壳的第一透视图；

图2B示出了根据本发明一个实施例的手持取样器的设备机壳的第二透视图；

图2C示出了根据本发明一个实施例的手持取样器的设备机壳的第三透视图；

图3示出了根据本发明一个实施例的手持取样器的扩展坞的透视图；以及

图4示出了根据本发明一个实施例的手持取样器的透视图。

具体实施方式

以下将详细说明本发明的示范性实施例。

本发明的一个实施例带来一种用来收集和存储用于诸如例如化学分析的后续分析的气体、蒸气、颗粒、或液体的大气样品的手持或便携取样器。此实施例可以包括容纳取样器部件的机壳，机壳的尺寸和容纳于其中的部件的重量使得取样器可以用手持。或者或另外，手持取样器可以构造的易于携带，例如，在用户的背部，或者在用户的肩膀上。

图1A至1B示出了根据本发明一个实施例的固定在手持取样器的设备机壳内的部件的两个透视图。图2A至2C示出了根据本发明一个实施例的手持取样器的设备机壳的三个透视图。

如图1A至1B所示，在此实施例中，手持取样器100包括样品吸入系统，样品盒103、电源115、样品排出系统、以及控制单元116。此实施例仅作为示范，并且也可以使用其它实施例。

如图1A所示，在一个实施例中，手持取样器100的样品吸入系统包括样品入口101、样品阀108、流量计111、样品泵114、样品管106、109、113、以及连接器107、110和112。在此实施例中，样品入口101和样品泵114通过样品管106、109、113、以及连接器107、110和112连接。流量计111、以及样品阀108设置在其间的样品管上。此实施例仅作为示范，并且也可以使用其它实施例。

在此实施例中，样品入口101包括与机壳外的大气连通的开口。样品入口101可以是一直打开的固定开口，或者可选地，可以包括在例如采集样品时选择性地打开的入口阀。样品吸入系统按照在采样泵114启动且采样阀108打开时，泵在样品管路106、109和113内产生足以使一定体积的气体从机壳外的大气并经过样品入口101流动的负压的方式设置。流量计111测量经过样品吸入系统的气体量。样品吸入系统中的各个部件为本领与所熟知。另外，本领域技术人员将能够容易地构想用来实现样品吸入系统目的，即通过设备抽取一定体积气体的其他设置。

通过手持装置100收集的大气样品可以包括基质，例如包括氧气和氮气的大气，其包括有待分析的材料，有待分析的材料包括具有潜在危害的化学沾染物或污染物，生物材料，诸如例如炭疽热孢子，以及有待后续分析的放射性同位素。以下，有手持采样器100收集用于后面分析的材料将称作分析物。在本发明的另一方面中，样品吸入系统可以轻易地适用于抽取一定体积的气体状态以外的物质。吸入系统可以适用于抽取，例如，具有固体或液体颗粒的气体、液体、或胶状悬浮体。

如图1A至1B所示，在此实施例中，样品盒103沿着样品管路设置，与样品管路101连通。设置样品盒103从而在一定体积的大气气体通过样品吸入系统的同时捕获由其承载的分析物样品。由样品盒103捕获的分析物接着可以在化学分析器中测试，化学分析器可以是例如质谱仪(MS)或火焰电离检测器(FID)。可选地，由样品盒103捕获的分析物可以输送至化学分离装置，诸如例如气相色谱仪(GC)。在另一实施例中，捕获的分析物可以输送至GC/MS、GC/电子捕获检测器(ECD)、或GC/FID的组合。在第一实施例中，样品盒103可以包括一个或多个吸附剂管。或者，样品盒103可以包括盘式过滤器，SPME纤维，真空柱，和/或任何其他本领域已知的阱。本发明还可以进一步包括附加的过滤器，设置在样品盒103的样品吸入管路上游以根据希望过滤碎屑和其他固体或液体粒子。该过滤器亦为本领域所熟知。

在一个实施例中，用户期望能够接近样品盒103。通常，手持取样器100包括机壳120，如图2A至2C所示。因此，在此实施例中，机壳可以包括允许由其进入一般而言的机壳内部，以及特别是样品盒103的舱口。样品盒103可以是模块设计，其易于整合在样品吸入系统内。利用这样的构造，本发明允许用户方便地替换样品盒103。用户随后可以选择最适合期望分析物检测的样品盒103的类型。

在另一实施例中(未示出)，可以在样品吸入管路上设置一对阀，而样品盒103设置在其间。可以打开这些阀从而允许大气样品流经样品盒103。可以随后关闭阀从而隔离样品盒103中的样品。此实施例仅作为示范，也可以使用其它的实施例。

在又一实施例中(未示出)，可以在机壳内的盒架上加载多个样品盒103。盒架可以设置为使得载于其上的第一样品盒开始处于样品吸入管路的第一位置。一旦在第一样品盒内已经收集了样品，盒架则可以将第一样品盒移动到没有与样品吸入管路流体连通的第二位置。如此，盒架也可以把载于其上的第二样品盒转移到样品吸入管路的第一位置用来随后收集第二样品。盒架可以包括，例如，旋转传送带，它的选择性的旋转可以使其上每个样品盒的位置处于存储吸入管路的第一位置。可选地，盒架可以包括线性平移盒架。同样地，该盒架的线性平移将存于其上的每个样品顺序定位在用于样品收集的存储吸取管路的第一位置。盒架的步进移动可以通过例如步进电机来驱动。可选地，盒架可以由用户手工在位置间移动。这些实施例仅作为示范，并且也可以使用其它实施例。

在本发明的另一实施例中，可以构造一阀或阀的组合从而随着大气样品抽入手持取样器中沿着经过多个样品盒中之一的不同样品通路引导大气样品。例如，可以打开诸如设置在样品入口下游的多口阀的阀从而引导第一大气样品通过第一样品盒。第二阀可以与第一阀配合从而流体连通第一样品盒与泵以完成样品通路。为在第二样品盒中收集第二大气样品，可以打开阀从而引导大气样品经过第二样品盒。

根据本发明另一实施例，样品吸入管路可以在样品入口与样品盒上游之间的点分为至少两个样品管路。样品管路则可以在样品盒下游合并为单个管路。样品盒则可以插入样品吸入管路的每个分支中。这些并列的样品盒允许用户从单个测试位置收集并存储多个大气样品。一旦收集了样品，至少一个样品盒可以从设备上取下并且为存档目的存储或用于后面的分析从而确定和/或检验现场分析的精度。

如图1A至2C所示，在一个实施例中，手持取样器100还包括用来自动控制设备工作的控制单元116。控制单元116可以包括CPU(未示出)、存储单元(未示出)、以及用户界面121。用户可以与用户界面121交互操作从而选择存储在存储单元一部分中的工作模式。一旦选择了特定的工作模式，CPU运行与选定的工作模式相对应的存储在存储单元中的指令。可以选择根据不同参数操作设备的不同工作模式。例如，可以选择操作模式，使样品泵工作预定的时间长度。可以选择另一工作模式，使样品泵工作直至预定量的气体通过流量计。用户可以将各种工作模式编程到存储器中，由于开发了独特的工作模式。可选的，设备可以手工操作。

在本发明的另一实施例中，存储单元也可以存储对应于特定样品的样品识别标识。此样品识别标识可以由用户在用户界面上手工输入，或者其可以自动感应和存储。例如，样品盒103可以携带作为对于特定样品盒的唯一识别标识的微芯片、条形码、或磁条的形式加载编码识别标识。控制单元116可以包括自动读取和存储该编码识别标识的读取器。同样地，手持取样器100其本身可以加入存储在手持取样器存储单元中的识别标识。控制单元116可以包括各种传感器从而测量与收集的样品相关的特定参数。这些传感器可以包括，例如，压强传感器和温度传感器。可以构造这些传感器从而测量，例如，大气样品的温度或压强，吸附材料的温度，或者已流经手持取样器的气体体积。这些传感器的输出可以周期性的或连续性的采样或存储在与样品识别标识相对应的存储器单元的一部分中。流量计111的输出也可以采样并存储在存储单元中。可选或者额外地，大气样品的体积可以通过在给定的流速下收集样品给定的时间长度间接测得。或者是手动地或者是自动地通过控制单元，流速和收集时间可以用于确定大气样品的体积。控制单元还可以包括GPS装置，用来精确的确定样品的位置，其也可以存储在存储单元中。收集的样品的日期和时间也可以存储在存储单元中。可选地，这些和其它数据可以通过用户监控并经用户界面手工地输入到存储单元中。

在本发明的另一个实施例中，如图1A至1B所示，手持取样器100还可以包括用来传输存储的样品到现场分析器的样品输出系统，其可以是现场化学分析器(例如，便携MS)。样品输出系统可以包括在一点上与样品吸入管路交叉的载气入口105，使得样品盒103设置在载气入口105与样品入口101之间。载气入口105可以与机壳外的大气连通。载气入口105可以构造从而连接于载气源，诸如加压氦罐。连接可以是本领域熟知用于气体管路的任何传统连接。载气源可以由分析器承载或者与其集成在一起。可选地，载气源可以独立设置，或者通过手持取样器100承载或与其集成在一起。载气入口103还可以包括常闭载气入口阀，其可以在传输样品到化学分析器时打开。此实施例仅作为示范，并且还可以使用其它实施例。

在一个实施例中，手持取样器100可以接驳于扩展坞从而分析分析物。图3示出根据本发明一个实施例的用于手持取样器的扩展坞的透视图。如图3所示，在一个实施例中，样品入口101可以构造从而连接于与分析器300的测试腔连通的分析器300的入口阀，其可以例如为化学分析器。可选地，连接可以是本领域熟知用于气体管路的任何传统连接。可选地，连接可以是刚性的，“公母连接”。在用户期望传输收集的样品到化学分析器300时，手持取样器100可以是“接驳”于化学分析器300，由此样品入口101可以连接于分析器入口阀，并且载气入口105连接于载气源。通过“接驳”，分析器还可以支撑手持取样器。此实施例仅作为示范，并且也可以使用其它实施例。

为将所收集的样品传输到分析器300，控制单元116可以操作手持取样器100内的阀从而限定经样品盒103连接载气源与化学分析器300的清洗通路。清洗通路还可以是经流量计111的路线。例如，控制单元116可以关闭样品阀108，由此从清洗通路隔开样品泵114，同时打开载气入口105，样品入口101，以及隔开样品盒的任何阀。可选地，用户可以手动操作阀。

一旦建立了清洗通路，载气源与化学分析器测试腔之间的压强差推动载气经过清洗通路并由此通过样品盒，并进入到分析器测试腔中。压强差可选或者额外地可以在测试腔内通过真空，或者是次大气压来实现。经过样品盒的载气流从样品盒103中扫除了陷于其中的分析物，并进入到分析物测试腔中。

控制单元116可以根据存储在存储单元中的工作模式使载气经清洗通路流动。例如，控制单元116可以打开阀，建立清洗通路预定的时间长度，或者可选地，直至预定体积的载气已经流经清洗通路。可选地，用户可以经用户界面手动控制清洗通路的工作。

在另一实施例中(未示出)，扩展坞可以从分析器分开。在此实施例中，手持取样器100可以如上所述地接驳于扩展坞。扩展坞和手持取样器100随后可以接驳于分析器从而测试分析物。可选地，扩展坞本身可以从手持取样器100中使用上述清洗通路方法排出分析物。手持取样器100随后可以从扩展坞移开用于其它使用。扩展坞随后可以接驳于分析器，用于分析物的分析。

在又一实施例中，手持取样器100可以接驳于与分析器连接的手柄。图4示出了根据本发明一个实施例的手柄的透视图。在此实施例中，样品入口101可以构造为与手柄400的入口阀连接。该连接可以是任何类型的本领域熟知的用于气体管路的传统连接。或者，连接可以是相对刚性的，诸如“公母”连接。在用户期望将收集的样品输送到分析器时，手持取样器100可以接驳于手柄400。使用上述方法，分析物则可以输送到手柄400。如图4所示，手柄400还可以包括用户界面410，从而操作手柄400。另外，手柄400还包括连接分析器的接口420。接口420可以包括电连接和样品通路。电连接将用于操作手柄400。样品通路将用于从手柄400向分析器输送分析物。这些实施例仅作为示范，并且还可以使用其它实施例。

如图1A所示，在本发明的另一实施例中，样品输出系统还可以包括加热模块130，用来选择性地在输送过程前和/或期间向样品盒103提供热量。加热模块130可以包括用于产生热量的任何传统加热设备，诸如电阻型加热器。向样品盒103提供热量使其中捕获的分析物挥发。在这种情况下，分析物更容易和有效地从样品盒103中去除。除了手持取样器100中的样品管路外，分析器300或手柄400也可以受到加热从而更容易和有效地输送分析物。

根据本发明的另一方面，控制单元116还可以包括与分析器300的控制系统连接的通信接口，化学分析器300的控制系统还包括数据存储单元。在手持取样器100接驳到化学分析器300时，通信接口可以与化学分析器300的控制系统连接。该连接可以包括任何传统的用于在电子装置之间通过数字数据的装置。该连接可以是硬件连接，诸如USB线和接口，例如。可选地，可以是无线数据传输装置。该通信接口可以是“活动”接口，即通过简单地将装置“接驳”在一起自动启动。可选地，通信接口可以由用户通过用户界面手动启动。通过使控制单元116与化学分析器控制系统连接，控制单元从存储单元下载了与收集样品相关的数据到数据存储单元中。该数据可以包括例如样品识别、关于采样日期和时间的信息、GPS单元产生的位置数据、以及与温度、压强和气体流量相关的板载传感器测量的物理量中的一种或多种。可选地，或者额外地，控制系统可以向手持取样器100的控制单元上传数据。此数据可以包括，例如，额外或更新的操作模式。

如图1B所示，在本发明的一个实施例中，手持取样器100还可以包括电源115，诸如电池。更加具体而言，电源115可以包括可充电NiMH电池。电源115为手持取样器100的部件供电，包括控制单元114、泵114、GPS单元、传感器、以及阀。取样器还可以包括电源接口，即在取样器“接驳”于分析器300时连接电池与外部电压源从而为电池充电。

本发明的另一方面包括用来收集用于后续通过诸如现场化学分析器300的分析器分析的大气样品的方法，该方法使用上述手持取样器设备的实施例。该方法可以包括移动分析器到测试位置。现场化学分析器300可以是例如质谱仪(MS)，其尺寸相对便于携带或在现场使用。可选地，化学分析器300可以是气体色谱仪(GC/FID)，或者组合GC/MS。作为另一示例，化学分析器300可以是任何适于测试大气样品中的化学战剂、炸药、有毒工业化学品、或其它污染物的化学分析器，诸如表面声波(SAW)和离子迁移率谱仪(IMS)系统。作为另一示例，分析器300可以是任何种类的生物学分析器。开始，手持取样器100可以接驳于化学分析器300。接驳的同时，化学分析器300可以经通信链接上传诸如工作模式的信息到手持取样器100的控制单元116。一旦处于测试位置附近，手持取样器100可以从化学分析器300上脱开。

用户可以根据期望的分析物选择适合的样品盒103，并且将样品盒103插入到样品吸入管路中。例如，若待测试位置包括工业事故，诸如化学品泄露，用户可以选择特别适用于捕获其中可能包括的化学品的特定样品盒。作为另一示例，若待测试位置包括可能的恐怖袭击，诸如飞机坠毁现场，用户可以选择特别适用于捕获残留炸药化学品的特定样品盒。控制单元116可以自动地在存储装置安装在样品吸入管路中后检测和存储样品盒识别标识。可选地，用户可以经用户界面手工输入识别信息。

本发明的方法，还可以包括直接将移动手持取样器100到待测试位置。一旦处以该位置，用户可以选择存储在控制单元中的多种工作模式种之一，由此启动手持取样器100。由此启动以后，控制单元116可以运行包括在选定工作模式中的指令。例如，控制单元可以启动采样泵114，打开样品阀和样品入口101，并关闭载气入口105。泵114的动作经样品吸入管路抽取大气样品。随着样品经过样品盒103，在诸如氧气和氮气的大气自由通过样品盒103的同时，捕获分析物。根据选定工作模式设置的参数，采样可以进行预定的时间长度，或直至特定体积通过流量计111。在进行采样的同时，控制单元116可以在存储单元中采样和记录各个传感器的输出，包括温度和/或压强传感器。另外，控制单元116可以在存储单元中记录由GPS单元产生的采样位置，以及采样的日期和时间。可选地，用户可以手动地操作手持取样器100。

收集了样品并记录了相关数据以后，本发明的方法还可以包括在返回分析器300前进行后续的采样。若手持取样器包括盒架，第二样品盒可以通过控制单元116或经用户界面121手工地移动到样品吸入管路中。随着第二样品盒定位在样品吸入管路中，密封第一样品盒从而隔离样品盒中的内容物。随着第二样品盒定位在样品吸入管路中，用户可以进行基本如上所述的第二次采样。可以根据样品盒盒架的容量收集类似的其它采样。

一旦已经收集了期望数量的样品，本发明的方法还可以包括利用独立的扩展坞或手柄400接驳手持取样器100与分析器300。由此，用户可以连接样品入口101到分析器入口，载气入口105到载气源。用户还可以连接通信接口到分析器300的控制系统，以及电源接口到电压源。一旦手持取样器100接驳于分析器，控制单元116可以根据存储在存储单元中的工作模式自动启动输送存储的样品到分析器300的过程。可选地，分析器控制系统可以启动并控制输送过程。可选地，用户可以通过经用户界面121选择工作模式来启动过程。传输过程包括通过打开载气入口105和样品入口101打开经手持取样器100的清洗管路，并使加压的载气经过清洗管路，由此经过样品盒103。随着载气通过样品盒103，载气扫除在样品盒103中捕获的分析物到分析器300中。控制单元根据选定的工作模式运行样品输送过程。例如，样品输送可以运行预定时间长度，或直至预定体积的载气经过清洗管路。或者，用户可以选择手工中止输送过程。

在输送过程前和/或期间，本发明的方法还可以包括启动加热模块，诸如集成于取样器的加热模块130。在启动加热模块时，样品盒中捕获的分析物挥发，由此获得的条件，分析物更加易于和有效地从样品盒去除。

若手持取样器100包括具有多个样品盒的盒架，输送过程可以基本如上所述的进行，除去其中在每个样品盒选择性地定位在清洗管路中时暂时中止。

在手持取样器100接驳于化学分析器300的同时，本发明的方法还可包括经通信接口从手持取样器的存储单元向分析器的控制系统下载与每次收集的样品相关的数据。下载可以在通信接口连接于化学分析器时自动地发生。可选地，用户可以经用户界面手工启动下载。本发明的方法还可包括连接手持取样器的电源接口到电压源，由此为向手持取样器供电的电池充电。

本发明的另一方面可以涉及基本根据该方法并使用具有此处所述样品盒和分析器的手持取样器进行现场大气样品分析。该方法可以包括提供从大气样品吹出分析物样品到分析器300。分析器可以是例如此处所述的任何现场化学分析器，包括现场MS、GC、GC-MS、SAW、以及IMS系统。一旦提供了分析物，化学分析器分析分析物的化学成分并产生相应输出。这可以在现场完成，无需将收集的样品移动到实验室。

通过考虑说明书和此处公开的本发明的实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。说明书和示例应仅视为示范，本发明的实际范围和实质由所附权利要求指出。

Claims (37)

1.一种用来收集大气样品的便携取样器，该便携取样器包括：

具有内部部分的便携机壳；

在机壳外的区域与机壳的内部部分之间连通的样品入口；

与样品入口流体连通并适于存储大气样品的样品盒，该样品盒可拆除地固定在机壳内；

设置在机壳内并且与样品入口流体连通的泵，泵设置为经样品入口从机壳外的区域抽取大气样品到样品盒中；以及

在机壳外区域与样品盒之间连通的载气入口，载气入口构造为与载气源连接，用来从样品盒中扫除大气样品到分析器中同时样品盒固定在机壳内。

2.如权利要求1所述的取样器，其中机壳构造为手持。

3.如权利要求1所述的取样器，还包括控制单元，其中该控制单元包括：

用于存储样品数据数组的存储单元；

至少一个有输出的传感器，该至少一个传感器构造为测量大气样品温度、大气样品体积、样品盒温度、经过时间、以及样品压强中的至少一个；以及

CPU，构造为随着收集大气样品采样该至少一个传感器的输出，并作为样品数据数组的一部分存储输出到存储单元中。

4.如权利要求3的取样器，其中控制单元还包括全球定位装置，用来确定采样点的位置，该全球定位装置产生GPS输出，其中CPU还构造为随着收集大气样品采样GPS输出，并作为样品数据数组的一部分存储GPS输出到存储单元中。

5.如权利要求3的取样器，其中该CPU还包括用来产生时间标记的时钟，其中该CPU还构造为随着收集大气样品采样时间标记，并作为样品数据数组的一部分存储时间标记到存储单元中。

6.如权利要求3的取样器，还包括用于产生样品识别的盒识别标识，且其中CPU还构造为存储样品识别，其作为样品数据数组的一部分存储到存储单元中。

7.如权利要求1所述的取样器，还包括电源，其中电源包括可充电电池和构造用来连接可充电电池到电压源的外部电源接口，由此可以为可充电电池充电。

8.如权利要求1所述的取样器，还包括机壳内的传送带，传送带适于承载多个样品盒，传送带选择性地移动以便顺序地从与样品入口流体连通用来捕获第一大气样品的第一位置移动第一样品盒到从样品入口脱开用来存储第一大气样品的的第二位置。

9.如权利要求1所述的取样器，包括多个样品盒，并且还包括设置在样品入口与多个样品盒之间的多口阀，多口阀构造为逐渐结合，从流体连接样品入口到第一样品盒用来捕获第一大气样品的第一位置，到流体连通样品入口到第二样品盒用来捕获第二大气样品的第二位置。

10.如权利要求1所述的手持取样器，还包括适于加热样品盒内大气样品的热源。

11.如权利要求1所述的手持取样器，其中样品入口还包括多个样品入口通路，每个样品入口通路与多个样品盒中分别的一个流体连通，设置该多个样品入口通路从而将大气样品在多个样品盒之间分开。

12.如权利要求11所述的手持取样器，其中第一样品盒存储用来通过分析器分析的大气样品的第一部分，而第二样品盒存储用于存档目的的大气样品的第二部分。

13.如权利要求1所述的取样器，其中样品盒包括吸附管、盘式过滤器、SPME纤维和PDMF过滤器中的至少一个。

14.一种用来收集和分析大气样品的系统，该系统包括：

构造用来收集大气样品的手持取样器，该手持取样器包括：

样品入口；

与样品入口流体连通的泵；

与样品入口和泵流体连通的样品盒，样品盒设置在其间；以及

与样品盒流体连通的载气入口，样品盒设置在载气入口与样品入口之间；以及

构造为与手持取样器连接从而从手持取样器的样品盒接收和分析大气样品的样品分析器，该样品分析器包括：

构造位于样品入口流体连接的分析物入口；

与载气入口流体连接的载气源；以及

与分析物入口流体连通的分析模块。

15.如权利要求14所述的系统，其中该手持取样器还包括：

包括用来收集和存储与大气样品相关的样品数据数组的取样器存储单元的装置，该样品数据数组包括大气样品体积、大气样品温度、经过时间、以及大气样品压强中的至少一个；以及

其中该系统还包括：

用来在手持取样器连接于样品分析器时从手持取样器存储单元传输样品数据数组到分析器存储单元的通信装置。

16.如权利要求15所述的系统，其中手持取样器还包括：

用来产生GPS输出的全球定位装置，样品数据数组还包括GPS输出。

17.如权利要求14所述的系统，其中手持取样器还包括：

用来进行样品识别的样品识别装置，样品数据数组还包括盒识别标识。

18.如权利要求14所述的系统，其中手持取样器包括可充电电池，且其中分析器包括电源，该系统还包括：

用来电性互联电池与电源用于在手持取样器连接于样品分析器时为电池充电的装置。

19.如权利要求14所述的系统，其中样品分析器构造为在手持取样器连接于样品分析器时物理支撑手持取样器。

20.如权利要求14所述的系统，其中样品分析器包括质谱仪、火焰离子化检测器、气体色谱仪-质谱仪、以及气体色谱仪-火焰离子化检测器中之一。

21.如权利要求14所述的系统，其中样品分析器包括表面声波系统、以及离子迁移率谱仪系统中之一。

22.如权利要求14所述的系统，其中样品分析器为生物学分析器。

23.如权利要求14所述的系统，其中样品分析器包括用来在大气样品中检测多种空气中的化学品的化学分析器，该多种空气中的化学品包括化学战剂、炸药、有毒工业化学品、以及污染物。

24.如权利要求14所述的系统，其中化学分析器为可以现场使用的。

25.一种用来收集和分析大气样品的系统，该系统包括：

构造用来收集大气样品的手持取样器，该手持取样器包括：

样品入口；

与样品入口流体连通的泵；

与样品入口和泵流体连通的样品盒，样品盒设置在其间；以及

与样品盒流体连通的载气入口，样品盒设置在载气入口与样品入口之间；以及

构造为与手持取样器连接从而从手持取样器的样品盒接收和分析大气样品的样品分析器，该样品分析器包括：

构造为与手持取样器连接从而从手持取样器的样品盒接收大气样

品的手柄，其包括，

构造与样品入口流体连接的分析物入口；以及

与载气入口流体连接的载气源；以及

与分析物入口流体连通的接口；以及

与分析物入口流体连通的分析模块。

26.一种用于使用具有分析物入口和载气源的样品分析器以手持取样器收集和分析大气样品的方法，该手持取样器包括与样品入口、泵、以及载气入口可拆卸地固定的样品盒，该大气样品包括至少基质和分析物的混合物，该方法包括：

将手持取样器定位在待测试位置；

起动泵从而经样品入口通过样品盒抽取大气样品；

在基质通过样品盒时，从样品盒内的大气样品吸收分析物；

连接手持取样器到样品分析器，连接步骤包括流体连接样品入口到分析器分析物入口并且流体连接载气入口到载气源；以及

通过使载气经载气入口流经样品盒经样品入口从样品盒中扫除分析物进入到分析物入口，在扫除步骤其间样品盒保持固定在采样器中。

27.如权利要求26所述的方法，还包括：

在手持采样器上设置第一控制单元，第一控制单元包括用于存储样品数据数组的存储单元和CPU；

设置至少一个产生输出的传感器，该至少一个传感器构造为测量以下中的至少一个：大气样品温度、样品盒温度、大气样品体积、大气样品压强、以及经过时间；

利用CPU采样该至少一个传感器的输出；

存储输出到存储单元中作为样品数据数组的一部分；

其中连接步骤还进一步包括在手持取样器上的第一控制与样品分析器上的第二控制单元之间设置通信链接；以及

经通信链接传输样品数据数组到样品分析器。

28.如权利要求27所述的方法，还包括：

在手持取样器上设置全球定位装置；

利用全球定位装置确定采样点的位置，全球定位装置产生GPS输出；

利用CPU采样GPS输出；以及

在存储单元中存储GPS输出作为样品数据数组的一部分。

29.如权利要求27所述的方法，还包括：

设置用来产生时间标记的时钟；

利用CPU采样时间标记；以及

在存储单元中存储时间标记作为样品数据数组的一部分。

30.如权利要求27所述的方法，该样品盒包括盒识别标识，该方法还包括：

在存储单元中存储盒识别标识作为样品数据数组的一部分。

31.如权利要求26所述的方法，还包括：

在手持采样器中设置可充电电池用于为手持取样器供电；

设置与手持取样器分开的外部电压源；

设置与可充电电池连接的电源接口；以及

在取样器连接于样品分析器时经电源接口连接可充电电池到外部电压源，由此为可充电电池充电。

32.如权利要求26所述的方法，还包括：

在样品入口与多个样品盒之间在手持取样器中设置多口阀；以及

其中扫除步骤包括逐渐起动多口阀从而连接流体样品入口到多个样品盒中分别的一个。

33.如权利要求26所述的方法，还包括：

在手持取样器中设置热源；以及

其中扫除步骤包括加热样品盒内的分析物。

34.如权利要求26所述的方法，其中样品入口还包括多个样品入口通路，手持取样器包括多个样品盒，多个样品盒的每一个与多个样品入口通路中分别的一个流体连通；以及

其中该方法还包括在收集大气样品后但在扫除步骤前取出样品盒，用于存档目的。

35.一种用于利用手持取样器收集和分析大气样品的方法，该手持取样器包括多个可拆卸地固定的样品盒、样品入口、以及泵，该大气样品包括至少基质和分析物的混合物，该方法包括：

将手持取样器定位在待测试位置；

流体连接样品入口与多个样品盒中的分别的每一个；

起动泵从而经样品入口同时通过多个样品盒中的分别的每一个抽取大气样品；

从多个样品盒中的分别的每一个内的大气样品吸收部分分析物；以及

在吸收步骤后取出多个样品盒中的一个用于存档目的。

36.一种用于利用手持取样器收集和分析大气样品的方法，该手持取样器包括样品盒、样品入口、泵、存储单元、以及全球定位装置，该大气样品包括至少基质和分析物的混合物，该方法包括：

将手持取样器定位在待测试位置；

起动泵从而经样品入口通过样品盒抽取大气样品；

利用全球定位装置确定大气样品的位置，该全球定位装置产生GPS输出；以及

存储GPS输出在手持取样器的存储单元中。

37.一种用来收集和分析大气样品的系统，该系统包括：

构造用来收集大气样品的手持取样器，该手持取样器包括：

样品入口；

与样品入口流体连通的泵；

与样品入口和泵流体连通的样品盒，样品盒设置在其间；以及

与样品盒流体连通的载气入口，样品盒设置在载气入口与样品入口之间；以及

构造为与手持取样器连接从而从手持取样器的样品盒接收大气样品的扩展坞，该扩展坞包括：

构造为与样品入口流体连接的分析物入口；以及

与载气入口流体连接的载气源；以及

该扩展坞构造为独立地与样品分析器连接从而将大气样品发送给样品分析器，该样品分析器物理地与扩展坞分开并包括：

构造为与扩展坞流体连接的分析物入口；以及

与分析物入口流体连通的分析模块。

Images