CN101324549B - 气体分析器设备及分析气体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体分析器设备及分析气体的方法，尤其涉及气体分析器设备，其包括装置或平台，用于支持能够与预定气体反应以产生试剂性质上的可检测的变化的预定量试剂；适用于保持试剂的储器；分配器，用于分配来自储器的受控量试剂至用于支持所述预定量试剂的装置的预定位置；以及检测器，其在所述预定气体与受控量试剂反应以产生试剂性质上的可被检测器检测的变化时检测预定气体的存在，所述检测器适用于通过预定量试剂检测其性质上的变化来检测受控量试剂的变化。

Description

气体分析器设备及分析气体的方法

技术领域

]本发明一般涉及环境检测，特别是检测气体是否存在的设备和方法。

背景技术

在当今时代，十分强调国家安全以及检测对人群的威胁。特别是，优先考虑检测或感测环境中的气体特别是有毒气体的存在，并且相应研发了多种检测系统和装置。气体的检测在特定的工业环境中，特别是在洁净室环境中是十分严格的，例如在半导体和微处理器生产中。

工业有毒气体监测器，例如用在半导体处理中，需要对气体灵敏度达到十亿分之一(ppb)的水平并对一些气体具有特异性。传统的分析器为了可靠地达到ppb水平的灵敏度而笨拙的具有非常长的分析路径长度。因此，一族基于纸颜色变化反应的分析器被开发并得到了市场的认可。但是，这些分析器需要承载试剂的试纸，这需要更换纸张承载物(paper bearing)或者其上放置试剂以供每一后续测试的物体。此外，纸张，甚至非织造纸张，由于其表面具有在显微镜下不均匀的质地，所以并不是放置试剂的理想表面。

因此，需要提供在环境中检测气体特别是有毒气体存在的分析器，其不需要使用纸张或其他消耗材料作为试剂支持表面。此外，需要提供分析器，其中至少检测设备的一部分可以被放置在试剂支持表面下面并与其分离，因此检测，特别是光学检测，可以透过试剂来实施。通过与附图和本发明的背景相结合，本发明其它合意的特征与特性将通过后面的发明详细描述以及附加的权利要求中变得显而易见。

发明内容

根据本发明，气体分析器设备包括用于支持能够与预定气体反应以产生试剂性质的可测量变化的预定量试剂的装置；适用于保持试剂的储器；分配器，其用于分配来自储器的可控量试剂至用于支持预定量试剂的装置上的预定位置；以及检测器，其在预定气体与可控量试剂反应以产生试剂性质上的可被检测器检测的变化时来检测预定气体的存在，所述检测器适用于通过预定量试剂性质上的变化来检测可控量试剂的变化。

根据本发明优选支持可控量试剂的装置是可重复使用的，去除了频繁更换装置的麻烦与费用，并且优选该可控量试剂被支持在允许检测器的元件置于试剂之上和之下的位置，以便使与预定气体反应时试剂特征的变化，例如颜色变化，能够容易地且准确地测得。用于此处的“支持装置”理解为具有相对均匀厚度的结构，其具有至少一个基本平坦的试剂可以沉积在其上或其中的表面。

在本发明的一个实施方案中，所述支持装置采用旋转盘的形式，其形状可以类似于光盘compact disk)；如录音行业中中公知的CD。盘的材料优选玻璃或透明的、相对不透性(relatively impervious)的聚合物，比如聚氯乙烯、聚乙烯或聚四氟乙烯，后者以

被普遍了解和销售。

在本发明另一实施方案中，支持装置为细长型或盘状结构形式，具有至少一个孔，受控量试剂被分配器分配到该孔中并通过毛细作用力保持在该孔内。该实施方案中的孔的尺寸使得能够使毛细作用力保持住所述量的试剂而不会发生试剂从孔中落下，直到提供力使试剂从孔中通过的力为止。更优选的是，本实施方案中的支持装置具有多个彼此隔开的孔，受控量的试剂能够分配到所述孔中并通过毛细作用力保持于其中。

在另一实施方案中，盘或细长型结构可以采用不与试剂反应的材料，例如金合金或铂。其结构可以是实心的，在此情况下，可以通过观察试剂与预定气体反应时试剂性质变化的反射来完成检测，或者其结构可以包括孔，孔的尺寸使通过毛细作用力保持受控量的试剂，试剂与气体反应时试剂特征的变化通过一定量的试剂来观察或者测量。

已知的与特定气体反应的现有试剂可用于本发明的设备和方法中。例如，用于

纸张或盒中的试剂，(Zellweger Luwa AGCorporation的商标)可以用作本发明的试剂。

产品由Honeywell Analytics，Inc.，405 Barclay Boulevard，Lincolnshire，lllinois60069，USA销售。

试剂储器优选是通常用于打印机墨水或调色剂的盒，该盒在储器注满后设置有密封。如附图中所示，分配器包括用于支持储器和用于刺破密封并引导试剂至分配受控量试剂的分配器部分的设备。

本发明的分配器优选为线-活塞(wire-piston)装置，其通过导管流体连接至储器，使得当线-活塞升起时，受控量试剂就能够进入位于升起的线-活塞之下的导管区域，并且，当线-活塞降低时，受控量试剂则被线-活塞经过导管的开口从导管喷射到支持装置的预定位置上。分配器优选具有密封以容纳试剂。在一个实施方案中，分配器为喷墨打印头，并适用于喷射一滴试剂至支持装置的预定位置上。

在本发明的优选实施方案中，气体分析器包括从可重复使用的在检测器之后的支持装置上移除试剂的设备，并且本发明的方法包括在检测步骤之后从支持装置移除试剂的步骤。移除设备可以为布料(cloth)，并且移除方法包括用布料擦拭表面，其中试剂已经被分配至支持装置的表面上；和/或如果试剂是水溶性的，利用水冲洗该表面，或者如果不是，则利用溶剂冲洗。在试剂已经被分配至支持装置的孔中的情况下，移除设备可以为第二线-活塞装置，其能够在检测操作后从每个孔中喷射试剂。如果需要的话，支持装置能够周期性的执行如上面描述的冲洗。

在试剂与待测气体的反应提供可观测的颜色变化的情况下，检测器包括相干光源以及能检测并优选记录通过受控量试剂或被受控量试剂反射的光束波长变化的光检测器或显微分光计。

附图说明

本发明将结合下列附图标记在下文中详细描述，其中相同的附图标记表示相同要素，并且

图1为根据本发明示例性实施方案的气体分析器装置的示意图；

图2为根据本发明另一示例性实施方案的气体分析器装置的示意图；

图3为图2中用椭圆形虚线示出并在图中指定Fig.3的气体分析器设备的一部分的示意图；和

图4为如图3的指定部分当设备处于另一位置的示意图。

具体实施方式

以下关于本发明的详细描述在本质上仅仅是示意性的，并不意味对本发明或其应用以及用途的限定。此外，并没有意图由出现在前述的背景技术或发明内容或下列的发明详细描述中的任何理论来限制。

现谈及附图，图1是根据本发明示例性实施方案的气体分析器设备10的示意图。设备10包括装置或平台12，其用于支持预定量的试剂，所述试剂可与预设气体反应从而引起该试剂的特征变化，在该实施方案中为试剂颜色的变化。如图1所示，该实施方案中，平台12为透明玻璃圆盘，通过由轴16连接至平台12的马达14使其可逐步旋转。

储器，在本实施方案中是盒18，类似于喷墨打印机的墨水盒，含有一定量的试剂，将其安装至设备10之前使其密封。分配器20包括储器接受支持部分(reservoir receiving support portion)22，该支持部分具有密封刺穿构件24，和密封如O型环26，用于将储器18与支持部分22密封以防止周围空气进入储器和分配器20。分配器20包括和支持部分22一体式并且通向液滴分配器30的导管28，所述液滴分配器也和导管28成一体式。本实施方案中的液滴分配器30包括线分配器(wire dispenser)32。线分配器32具有电磁线圈(solenoid)34，其在激活时引起分配器的线或挺杆36上移，从而使导管28中预设量的试剂进入导管28中通常被通过导管28的线36关闭并密封的空间。当线36下落时，导管28中在线36下端之下的一定量的试剂被分配至平台12上。线36和线36通过的导管28中的开口的尺寸使得接纳和分配试剂滴至平台上，但是线36处于向下的位置时基本(substantially)密封导管的开口。分配的试剂液滴在平台上的位置取决于由马达14引起的平台的转动。

当平台12转动时，分配的试剂液滴处于光束38从相干光源40开始的路径中。光束38穿过试剂液滴，并且穿过透明平台12进入电耦合至电子模块44的光探测器或显微分光计42(如光电二极管)。电子模块44适于生成变色图，通过图1中附图标记46表示。当存在导致与试剂液滴反应的预定气体时，试剂的颜色将发生变化，并将会被光探测器或显微分光计检测到，并且在变色图将是可观察到的。

图2-4示意性地描述了本发明的另一实施方案，其中与图1所示的第一实施方案中相同的元件具有相同的附图标记，为了简要不再详述。在该通常以附图标记50表示的实施方案中，平台52是细长型条，代替图1所示的实施方案中的平台12的圆盘。平台52具有一系列的孔54，试剂液滴通过与图1所示的实施方案中相同的装置分配至所述孔中，并如前所述通过毛细作用力保持在孔中。在该实施方案中，平台52可以是不透明的或者是透明的，如果是不透明的，可以是例如类似金合金或铂的、不与试剂反应的材料。如果平台52是透明的，它可以由与第一个实施方案中所述相同的材料制成。但是在本文第一实施方案中平台12是通过马达14旋转，而在这个实施方案中平台52通过手动或马达和齿轮(未显示)以本领域公知的逐步往复方式(in stepwise reciprocal fashion)，按箭头56所示往复移动。平台52和分配器20的低端部分由具有密封60的壁或隔膜58(图3和4)封住，从而形成具有气体样品入口64和气体样品出口66的封闭的、低死体积的(low-dead-volume)样品台62。如在之前所述的实施方案中所述，在试剂液滴分配至平台中或平台上之后，平台上的或孔中的液滴被移至检测位置，在该位置光束38穿过液滴，并且如果与预定气体发生反应则液滴的颜色将发生变化，并将被光探测器或显微分光计42和电子模块44检测到，电子模块44耦合至光探测器或显微分光计42。如果颜色已经发生变化，则将会生成变色图(未显示)。

图2进一步描述了本发明的实施方案，其中试剂从平台50中的孔54移除。执行移除的设备包括第二线-活塞68，其可与线活塞32相同，通过线70通过孔中以促使试剂从孔中出来并落于一次性垫72上，其随后被从分析仪上作为废料移除，并被替换。

图3和4所显示的实施方案中，分配试剂液滴至孔54中和从孔54中移除液滴均由同一液滴分配器30实现，其顺序作用在不同的孔上。在图3中，试剂液滴正在被分配至孔54中。在图4中，孔54中的液滴正在被经由开口或窗口74和76穿过的光束38检测其与通过入口64进入隔膜58的气体样品反应。

在另一个实施方案中，如果平台12或52是不透明而是反射性的，并没有孔，那么可以如下检测试剂液滴的颜色变化：将光探测器或显微分光计42置于平台上与液滴相同的侧，(未显示)，但与光束38具有一定角度，和使所述光探测器或显微分光计在液滴颜色从平台表面反射时读出液滴中的颜色变化。

已经描述了气体分析仪的具体实施方案，用于举例说明制备和使用本发明的可行的替换方式。应理解的是，本发明的实施方案及其各个方面的其它变化和修改的实施对本领域技术人员而言都是显而易见的，并且本发明的各种替换性实施方案不受所描述的特定实施方案的限制。因此，预期覆盖了本发明所有可能的替换性实施方案，并且任何和所有修改、变化或等价物均落入了在此公开和要求保护的基本根本原理的实质精神和范围内。

Claims (14)

1.气体分析器设备，包括：

a.可重复使用的、基本不透性的平台；

b.试剂的储器，所述试剂能够与预定气体反应以引起试剂性质的可测得的变化；

c.分配器，用于直接分配来自于储器的受控量的液滴形式的试剂至平台的预定位置之上和之中；以及

d.化学信号检测器，用于在所述预定气体与平台上的所述受控量的试剂反应引起试剂性质发生可由所述检测器测得的变化时，检测所述液滴中所述预定气体的存在。

2.如权利要求1所述的气体分析器设备，其中，所述可重复使用的平台是透明的。

3.如权利要求1所述的气体分析器设备，其中，所述平台包括透明材料的可旋转的盘。

4.如权利要求2所述的气体分析器设备，其中，透明的、可重复使用的平台选自玻璃或透明的、基本不透性的聚合物。

5.如权利要求4所述的气体分析器设备，其中，所述聚合物选自聚氯乙烯、聚乙烯和聚四氟乙烯。

6.如权利要求1所述的气体分析器设备，其中，所述分配器能够从储器分配液滴尺寸的受控量的试剂至平台的预定位置。

7.如权利要求6所述的气体分析器设备，其中，所述分配器为线-活塞分配器，其能够从储器中分配液滴尺寸的受控量的试剂至平台一个表面的预定位置上。

8.如权利要求6所述的气体分析器设备，其中，所述平台为透明盘，且所述分配器能够从储器分配液滴尺寸的受控量的试剂至平台的一个表面上。

9.如权利要求6所述的气体分析器设备，其中，所述平台具有多个孔，所述孔的尺寸使得通过毛细作用保持液滴于孔中。

10.如权利要求9所述的气体分析器设备，其中，所述分配器能够从储器分配液滴尺寸的受控量的试剂至平台的孔中。

11.如权利要求1所述的气体分析器设备，进一步包括从平台上移除试剂液滴的设备。

12.如权利要求3所述的气体分析器设备，进一步包括从平台的所述一个表面上移除试剂液滴的设备。

13.如权利要求9所述的气体分析器设备，进一步包括从平台的所述多个孔中移除试剂液滴的设备。

14.检测气体的方法，包括：

a.分配受控量的、能够与预定气体反应以引起试剂性质上可测得的变化的试剂至可重复使用的平台的预定位置上；并且

b.检测分配至所述平台的所述预定位置上的所述受控量的试剂与预定气体之间的反应；

其中，液滴尺寸量的试剂被从所述储器分配至所述平台的一个表面上的预定位置。

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