CN105339773B - 可流体紧密地密封的取样装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种流体紧密地密封的取样装置，该取样装置用于分析将要通过该取样装置的流体流中的一种或多种物质，其中，所述取样装置包括：吸附装置(1)，该吸附装置是空心的并适于设置有一个或多个用于吸附流体流中的所述一种或多种物质并与其发生反应的试剂；过滤器保持器(2)，该过滤器保持器是中空的并以流体紧密的方式与所述吸附装置(1)连接；过滤装置(4)，该过滤装置适于设置有一种或多种用于吸附流体流中的所述一种或多种物质并与其发生反应的试剂；垫圈(5)，该垫圈设置有至少一个突起(6)，该突起与过滤器保持器(2)中的至少一个对应的接收槽接合；第一外罩盖(9)，所述第一外罩盖以流体紧密的方式与取样装置的入口端可拆卸地连接；以及第二外罩盖(13)，所述第二外罩盖以流体紧密的方式与取样装置的出口端可拆卸地连接。

Description

可流体紧密地密封的取样装置
技术领域
本发明涉及一种可流体紧密地密封的取样装置，该取样装置用于对将要通过取样装置的流体流中的一种或多种物质进行环境和医学分析。
背景技术
存在对暴露在外的个人可能产生健康影响的空气传播的化合物进行监测的明确需求。具有由多个政府机构设置的职业接触限值的化合物被极为关注，以确保这些化合物的水平低到符合要求。在许多情况下，空气污染物的组成是未知的，出于此原因，感兴趣的是了解关于这些“未知”化合物的性质的更多细节，并且披露最主要化合物的特性。另一感兴趣的领域是研究并检查测量的效果，以降低空气中的这些化合物水平，例如，检查“真实”通风效率或其他測量，以控制空气水平。用于此目的的装置还可用于监测压缩空气和呼吸防护装置中的空气的质量。此类装置的其他应用领域例如是控制存在于食物中的不同挥发性化合物等。此类化合物可用作某些食物成分降解的标志，或者用于监测原材料以确保质量符合要求。此类装置也可用于确保其他化合物尚未污染食物。在医院中，此类装置可用于检查麻醉气体等的空气水平，并且用于确保职员、患者或其他人员不暴露于毒性水平中。化学战剂也是需要检查以披露其存在并且确保个人并未与其接触的化合物。
在环境分析中，需要监测城市、公众场所以及自然中的空气质量。ー个目的是获得用于统计研究的背景数据，并且检查其水平是否在国家和国际机构所设定的水平以下。此类装置也可用于检查工业污染物的排放是否导致其暴露于自然中或居住区中。所获数据可对特定情况的决策和解释产生影响。因此该数据需要具有符合要求的高质量。
存在同时以气相和颗粒相出现的空气污染物的许多实例。特别感兴趣的是能够到达下呼吸道的粒级。有理由相信，具体不仅根据本身的化学性质，而且根据在人体中不同目标器官上的分布，毒物学是不同的。需要更深入地了解对空气中存在的可呼吸粒级的暴露。
存在许多用于监测空气传播的化合物的装置，并且所用的技术多种多样。原则上，这些装置可分组为选择性和非选择性装置。非选择性装置对多种化合物做出响应，并且不区分两种或多种种化合物，并且还可能产生错误的正面结果。此类装置至今仍在使用，原因可能在于其成本低廉。在许多应用中，错误的正面结果可能导致用户需要付出高昂成本，如果由无效数据执行昂贵的测量是这样。
选择性装置对一种所选化合物或一组化合物做出特定响应。存在的其他化合物不会干扰結果。相较于非选择性监测，该监测出现错误的正面结果的频率远远降低。所获数据的质量是非常重要的。描述数据质量的典型因素是：可重复性、可再现性、线性(具有截距和背景的校准图特性)、检测极限以及量化极限。此外，关于其他化合物干扰的知识是必要的。需要提出的是，特定化合物可影响结果，即使该化合物本身并不做出响应亦是如此。
用于检测空气传播的化合物的类似技术涉及使用光电离检测器(PID，赛默飞世尔科技公司(Thermo Scientific),美国马萨诸塞州富兰克林市(Franklin))、火焰电离检测器(FID、赛默飞世尔科技公司，美国马萨诸塞州富兰克林市)、红外检测器(IR)、便携式气相色谱(GC)-PID(PID分析仪，美国马萨诸塞州彭布鲁克市(Pembroke))、便携式GC-质谱仪(MS、英福康公司(Inficon Inc.)，美国纽约)、GC-DMS((差分迁移谱)、森御轩公司(SionexInc.),美国马萨诸塞州贝德福德市(Bedford))。所有技术对特定分析物做出响应，但是为了知道浓度，需要通过使用多少有些复杂的校准曲线的信息来将响应转换成浓度。对于许多上述技术，因检测器的老化、污染(減少信号)以及其他可变因素，响应随时间而变化。
上文提及的GC-DMS技术用于微量分析仪(MicroAnalyser)仪器(森御轩公司(Sionex Inc.)，美国马萨诸塞州贝德福德市(Bedford))。该GC-DMS技术是基于关于化合物挥发性的GC分离与在DMS传感器中关于大小、形状、电荷等其他分子性质的分离相结合。
现有类型的仪器具有若干缺点。对于PID和FID，识别单个的化学物质是不可能的。PID和FID检测器測量VOC(挥发性有机化合物)的总和。红外检测器遭受干扰性问题。当存在其他干扰化合物时，在监测低浓度的VOC时无法使用IR检测器。
特别值得关注的是监测和分析作为空气污染物的聚氨酯(PUR)产品。它们经常产生在工业领域，特别是在制造和处理聚氨酯泡沫、弹性体、粘合剂和油漆的工业领域。聚氨酯通过双官能异氰酸盐与多官能醇的反应来制备。聚氨酯的令人满意的技术质量已经导致其使用和应用领域在过去几十年内大量增加。然而，在聚氨酯的热分解方面，可能会发生异氰酸酯、异氰酸盐、酸酐和胺的形成，并且例如焊接汽车钢板时可能在空气中发现非常高的含量。除了已知类型的异氰酸酯，也相继发现与例如车漆热处理有关的新型脂肪族异氰酸酯。所形成的异氰酸酯的大多数已被发现是所谓的低分子异氰酸酯。在短时间内(峰值曝光)，例如焊接时的情况下，能够出现特别高的异氰酸酯含量。在限值名单上的所有危险物质中，异氰酸酯具有最低的容许含量。暴露至这种新型的异氰酸酯是前所未闻的。气态和颗粒相的异氰酸酯已被发现与喷漆汽车钢板的焊接、打磨和切割有关，并且已检测到含有异氰酸酯的含量较高的可吸入颗粒物。在喷漆汽车钢板的热降解产品中，除其它之外，已检测到异氰酸甲酯(MIC)、异氰酸乙酯(EIC)、异氰酸丙酯(PIC)、苯基异氰酸酯(PhI)、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2,4-和2,6-二异氰酸酯甲苯(TDI)以及4,4-二苯基二亚甲基(MDI)。
在苯酚/甲醛/脲-(FFU)-塑料的热降解中，形成有异氰酸和异氰酸甲酯。除其它之外，FFU塑料用在木材胶中和作为矿棉(和胶木)的粘合剂，其经常用作工业用及家用的烤箱和加热炉的绝缘物。已检测到暴露至异氰酸酯的新的应用领域是电子工业中的印刷电路板的焊接和处理，汽车工业中喷漆钢板的焊接、打磨和切割以及上漆铜管的焊接。异氰酸酯对生物组织具有不同程度的毒性，这取决于生物组织的化学和物理形式。其结果是，所有国家中的卫生限值都设置在极低水平。对于被暴露的个体，暴露至异氰酸酯的程度在工作日期间的不同操作中显著不同，并与中断有关。来自PUR的热降解产物构成一个特殊的问题，因为形成了新的且完全未知的异氰酸酯，其毒性还没有以令人满意的方式进行分析。此外，日益复杂的测量方法揭示了在工业中暴露至异氰酸酯的操作的数量在增加。
综上所述，在许多工作区域里有一些操作是有人每天都暴露至或有风险暴露至不同程度的异氰酸酯。考虑到异氰酸酯引起呼吸系统疾病的恶性倾向以及聚氨酯的热降解产物中存在某些致癌物质——例如2,4-二胺甲苯(TDA)，4,4-亚甲基二胺(MDA)和MOCA——的事实，非常重要的是，在存在这种风险的环境中以可靠、敏感且快速的方式来测量异氰酸酯以及其它对健康有危险的降解产物的任何存在。
还特别关注的是监测和分析这种固体/液体空气污染物如石棉、灰尘、金属、细菌、油雾和真菌。
还需要监测和分析液体如饮用水中存在的特定化学物质和与净化设备有关的流量。在这些情况下，液体流被输送通过取样装置，其中，用于分析的化学品附着在取样装置内固定的特定试剂如过滤器中和/或其内壁上。
WO 00/75622中公开了一种用于分析空气污染物、更确切地说聚氨酯产物的取样装置，并且还在WO 2011/08981和在WO 2007/129965中公开了进一步发展。在这些出版物中公开的取样设备，也称为取样器，通过两步的过程来收集被探测的化学品。待测量其中化学品的量的流体以受控流量被泵送通过取样装置。流体的气相中存在的感兴趣的化学物质通过使用涂覆在收集管内侧表面上的试剂被收集在吸附管中。流体流从吸附管被进一步泵送到且通过浸渍有相同的试剂的过滤器。固体形式或粘附到流体中的颗粒上的化学物质被收集在过滤器中。在测量已经被执行之后，取样装置被密封并运送到实验室以用于分析在测量过程中收集的化学物质的量。
然而，非常重要的是，取样器的过滤器的密封是流体紧密且对于使测量可靠是安全的。如果在测量过程中发生泄漏以使气体流可以绕开过滤器，测量将是不准确的。目前使用的取样器表现出一定的结构性弊端。例如所述过滤器通过过滤器保持器被保持在适当位置并且与该过滤器保持器的抵接部直接接触。通过旋转过滤器保持器或吸附管中的任一者或两者，在组装取样器部件时，过滤器可由于产生的旋转力而被剪切或破碎，并且可能会发生泄漏。该过滤器还可能在取样器部件转动过程中意外地移动位置，在过滤器周围产生大的间隙，从而使测量不准确。
另一问题是，当储存组装的取样器时，施加重过滤器上的压力可能由于过滤器的老化而改变。由此，密封性能可能受到不利影响。
在执行取样过程的之前和之后，还重要的是，取样装置被保护免受外部环境影响，以防止不期望的物质扩散到取样器内而发生污染。因此，重要的是，当取样器不在使用中、例如在运输过程中时，在取样器的入口和出口端，特别是在入口端使用密封盖。否则，测量可能受到不利影响，以及被不希望的扩散物进入取样器而被破坏。因此，由于在多种环境中取样可能是非常昂贵的并需要高度精确的测量结果，非常重要的是，取样器在组装好时，特别是在测量之前和之后的处理和运输过程中对外部环境流体密封。传统上，已经使用插头类型的内部盖，因为它们简单、气密和坚固。内部罩盖需要抵接吸附管上的内壁表面，以便能够产生流体紧密的密封。然而，吸附在这些内壁表面上的待分析的物质将粘在盖的表面上，然后当盖在分析实验室被取下时将被从分析中排除。
与使用罩盖有关的另一问题是，当所述罩盖在测量期间被拆下并放置在取样器附近时，它们可能在其表面上吸附物质。当罩盖被附接到取样装置时，吸附在入口罩盖的表面上与所述取样装置的内部接触的物质可脱落并改为随后吸附在吸附管上，从而干扰测量结果。相应地，吸附在出口罩盖的表面上与所述取样装置的内部接触的物质可脱落并改为随后吸附在过滤器的底面上，从而也干扰测量结果。在测量过程中取下并放在取样器附近的罩盖也可能丢失，并且在完成测量后可能需要时间来找到它们，使得有时间发生不希望的向吸附装置内的扩散。后者尤其在恶劣的条件下尤其是个问题，例如在使用手套的寒冷的地方，或者在海上，其中波浪可能使操作细节更困难。
关于使用标准聚合物材料或其它非抗静电材料制成的取样装置还有一个问题，其中通过非导电性取样装置对空气取样可在取样装置的表面上发展静电荷。该静电荷将吸引感兴趣的颗粒来聚集到取样装置的(多个)壁上，而不是通过设计成保持感兴趣的颗粒的容纳在空气取样装置中的过滤介质被收集。当从取样装置中取出过滤介质以便分析时，感兴趣的颗粒仍然附着在静电充电的装置上。这造成样品的不完全取回，因为感兴趣的颗粒被留在取样装置中，而这些颗粒不会被分析。这个问题造成所收集的空气样本的不准确的浓度测定。
静电荷产生的速率是高度可变的，变量如下：被取样的空气的相对湿度(如果相对湿度降低，静电荷增加)。颗粒本身的电荷的量会有所不同。电荷能够根据(多个)颗粒如何变成空气传播以及(多个)颗粒已在空气中悬浮多久而产生。颗粒进入取样装置的速度可影响取样装置的表面上聚集的静电荷。
与用于测量流体流中的空气传播化合物的取样装置的使用有关的另一问题是取样装置在其处理过程期间被操作或篡改的风险，所述期间即从供应商或分析实验室运输到用户，处于被用户的取样步骤，和随后从用户运输到分析实验室的期间。当取样装置从供应商或分析实验室被发送到用户时，过滤器位于所述取样装置内，流体紧密地固定至吸附装置和过滤器保持器之间。在取样步骤过程中和随后取样装置被运输到分析实验室的过程中，过滤器必须一直位于所述取样装置内，即吸附装置和过滤器保持器不能彼此分开。然而，已经证明取样装置在运输过程中或被用户在取样步骤之前、过程中或之后有意或无意地操纵或篡改。例如，在取样装置运输到用户和从用户运出过程中或者由用户在取样地点已经发生吸附装置与过滤器保持器分开。在这种情况下，过滤器被暴露在来自其它地点而不是来自取样地点的空气传播的成分，并且这还发生在不确定的时间段。这当然会导致最终的虚假或不准确的分析结果。这样的操纵的原因可能是失误或有意提供与正确分析不同的分析结果。还发生的是，过滤器已经用含有准备好的分析物组成分——即故意造成错误的浓度或具有与其结合的其它化合物的反应产物——的另一过滤器替换。
另一个问题是，当取样装置已被使用过一次时，它在实验室的分析步骤后又被使用一次或多次。例如，当吸附装置已经脱离了过滤器保持器和过滤器已被取出进行分析时，有意或无意地发生一个新的过滤器被放进过滤器保持器和吸附装置随后被连接到过滤器保持器，从而产生一个用于重复使用的取样装置。当这样的取样装置被发送到用户以用于取样时，其内表面通常污染了与先前取样不同的化合物，并且最终在分析实验室获得的分析结果将是错误的或不准确的。这样的操纵可能由失误造成，例如，当取样装置的不同零件看上去未使用过，或者，在故意的情况下，为了通过其重复利用而节省资金。U.S.5,601,711公开了一种用于分离材料的过滤装置，其包括两个或多个内联的管状元件，其中一个或多个是一个容纳过滤介质的模块。该元件可具有补充的连接结构，例如，O形环，压缩连接，卡口连接，卡扣连接等。
US 2010/0010455公开了适于被轴向锁定和旋转解锁的医用输送系统。
US 2009/0242470公开了一种具有连接端和连接头的过滤器封闭系统，其具有带接收槽或接收突起的卡口连接部和匹配的插入突起。
因此，显然需要提供一种改进的取样器，该取样器包括流体紧密地密封且在过滤器的边缘周围没有任何泄漏风险的过滤器。此外，需要一种改进的取样器以避免取样装置在处理和运输过程中被周围环境污染，和需要一种具有在测量过程中不会丢失且不会被周围环境污染取样装置的罩盖的取样器。
因此，还需要一种方法来防止取样设备在从供应商或取样实验室运输到用户的过程中、由用户进行取样步骤的过程中和从用户运输到分析实验室的过程中发生操纵和篡改。还需要防止使用取样装置多于一次。
发明内容
本发明的一个目标是消除上述问题和为环境、实验室和医学分析提供可流体紧密地密封的取样装置，其中，提供了在用于分析感兴趣的一种或多种物质的流体流中具有更高可靠性的改进的取样，并且其中，减小或消除操纵和重复利用取样设备的风险。
根据本发明，这个目的借助于一种可流体紧密地密封的取样装置实现，该取样装置包括：吸附装置1，该吸附装置是空心的并适于设置有一个或多个用于吸附流体流中的所述一种或多种物质并与其发生反应的试剂；过滤器保持器2，该过滤器保持器是中空的并以流体紧密的方式与所述吸附装置1连接；过滤装置4，其适于设置有一种或多种用于吸附流体流中的所述一种或多种物质并与其发生反应的试剂；垫圈5，其设置有至少一个突起6，该突起与过滤器保持器2中的至少一个对应的接收槽接合；第一外罩盖9，其以流体紧密的方式与取样装置的入口端可拆卸地连接；第二外罩盖13，其以流体紧密的方式与取样装置的出口端可拆卸地连接，其中，所述垫圈5的底面抵接所述过滤器装置4的顶面，并且所述垫圈5的顶面抵接所述吸附装置1的下边缘表面，以及其中，吸附装置1通过第一密封连接装置3被锁定到所述过滤器保持器2上，其方式使得在取样装置的组装和处理过程中，仅相对于流体流方向为轴向的力通过垫圈5施加在过滤器装置4上。
在另一方面中，本发明的目的是借助于一种可流体紧密地密封的取样装置实现，该取样装置包括：中空的过滤器保持器2；过滤装置4，其适于设置有一种或多种用于吸附流体流中的所述一种或多种物质并与其发生反应的试剂；垫圈5，其设置有至少一个突起6，该突起与过滤器保持器2中的至少一个对应的接收槽接合；第一外罩盖9，其经由一距离件以流体紧密的方式与过滤器保持器2可拆卸地连接；第二外罩盖13，其以流体紧密的方式与取样装置的出口端可拆卸地连接，其中，所述垫圈5的底面抵接所述过滤装置4的顶面，并且所述垫圈5的顶面抵接所述距离件的下边缘表面，以及其中，第一外罩盖9通过第一密封连接装置3被锁定到过滤器保持器2，其方式使得在取样装置的组装和处理过程中，仅相对于流体流方向为轴向的力通过垫圈5施加在过滤装置4上。
取样装置的具体实施例在从属权利要求中限定。
在另一方面中，本发明涉及一种改进的流体流的测量以用于分析一种或多种物质的方法，其中
a)在测量点设置根据本发明的可流体紧密地密封的取样装置，
b)将第一外罩盖9和第二外罩盖13从取样装置的端部拆下并以罩盖9和13两者的内表面都以流体紧密的方式密封的方式连接，
c)所述流体流通过这样而被校准：通过取样装置将流体流抽取到校准喷嘴10的上端的校准流入口22中，并在预定时间段内从过滤器保持器2的下端中的流体出口18离开，
d)然后校准喷嘴10被拆下，
e)待分析的流体流被抽取到流体入口17中，通过取样装置，并且在预定时间段内从流体出口18离开，
f)然后第一外罩盖9和第二外罩盖13分别以流体紧密的方式被附接到取样装置的端部，和
g)确定所述一种或多种物质的已经与取样装置中的试剂发生反应的量。
本发明还涉及取样装置在精确的测量结果非常重要的实验室和/或医学分析方法中的用途。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的可流体紧密地密封的取样装置的不同部件的分解图。
图2示意性示出了根据本发明的可流体紧密地密封的取样装置在组装后的剖视图。
图3示意性示出了根据本发明的可流体紧密地密封的取样装置在组装之后的视图。
图4示意性示出了根据本发明的可流体紧密地密封的取样装置的另一实施例的不同部件的分解图。
图5示意性示出了图4的可流体紧密地密封的取样装置在组装之后的视图。
具体实施方式
在整个申请文件中使用的表述“一种或多种物质”是指流体流中的两种或更多种不同的物质，该物质可在取样装置内同时被一种或多种试剂吸附并与之反应。这取决于取样装置中的试剂或试剂混合物的选择。在下文中，有时使用表述“物质”和“(多种)物质”以用于简化，但仍意在表示“一种或多种物质”，除非上下文另有指示或显示。
在整个申请文件中使用的表述“一种或多种试剂”是指，当在流体流中含有多于一种类型的待分析物质时，可以使用多于一种类型的试剂。在下文中，有时使用表述“试剂”或“(多种)试剂”以用于简化，但仍意在表示“一种或多种试剂”，除非上下文另有指示或显示。
在整个申请文件中使用的表述“流体流方向”是指相对于吸附装置(1)和过滤器保持器(2)的横截面的轴向方向。
在整个申请文件中使用的表述“流体流”是指气体或液体的流，其也可含有固体形式的成分，如流化的颗粒和气溶胶。流体的一个实例是含有其表面结合有待分析物质的小颗粒的空气流。流体流的另一实例是含有待分析物质的水流，例如饮用水流，和与净化工厂有关的流。
现在将参照图1更详细地公开本发明，图1示出了可流体紧密地密封的取样装置的一个实施例的分解图。更精确地，图1示出了在组装成最终产品之前的取样装置的不同部件。
根据本发明的可流体紧密地密封的取样装置——下文有时仅称为“根据本发明的取样装置”或“取样装置”——包括中空的吸附装置1，并在图1中示出具体的实施例，该吸附装置是细长的并且基于管状结构。长度与内径的比例大于4，优选约10。这种吸附装置1——也可以被称为“溶蚀管(denuder)”——可以具有1cm至1m的长度和0.1mm至2cm的内径。吸附装置1可以由塑料或任何其它重量轻的材料制成。吸附装置1的内横截面可以具有能提供通过吸附装置1的令人满意的流体流的任何几何形状，例如圆形横截面或其变形，如卵形的横截面。吸附装置1适于设置有用于与待分析物质反应的一种或多种试剂。该试剂可以固定在吸附装置1的内壁上。这样的固定技术的实例在WO 00/75622中详细公开。
可替代地，吸附装置1可以容纳一层或一板例如由玻璃、二氧化硅或塑料制成的填充的珠或颗粒，试剂已被固定在所述珠或颗粒上。这种层的尺寸不是关键的，但优选形成为扁平的圆柱体。在另一实施例中，吸附装置1的内壁可以覆盖有二氧化硅颗粒，以增加用于固定试剂的可用表面，从而也为待分析物质的吸附和反应增加可用表面。
在又一实施例中，试剂未固定在吸附装置1的内壁上。相反，试剂固定在一个或多个细长结构上，例如多片滤纸条，其可以被放置在吸附装置1的孔内。所述细长结构可以折叠、扭曲或起皱以增加吸附表面。在再一实施例中，试剂可以固定在内壁和所述一个或多个细长结构两者上。
在另一实施例中，吸附装置1中含有或已被替换为两个或更多个平行的更小、优选细长的吸附装置。因此，取样装置中的吸附表面进一步增加。在测量期间，流体流则可以被同时抽取通过所有这些更小的吸附装置。较小的吸附装置中的每一个都可容纳一种或多种不同的试剂。因此，流体流中的多种不同物质可以在同一个测量过程中被吸附在装置1中。当较小的吸附装置都被容纳在较大的吸附装置1中时，试剂还可以固定在较小的吸附装置中的每一个的外侧。
在根据本发明的取样装置的一个实施例中，吸附装置1尚未设置有试剂。在另一实施例中，在上述公开的变型中的任一个中，吸附装置已设置有试剂。例如，取样装置可在组装状态下被运输到测量地点，但其中没有任何试剂。因此，该取样装置可以在现场被打开和在使用前提供试剂。或者，所述取样装置以组装且已提供试剂的状态被运输到测量地点。
如图1中的实施例所示，取样装置可包括中空的校准喷嘴10，在其上端设置有为流体流开放的校准流入口22。校准喷嘴10可通过使用第四密封连接装置19——例如卡口连接，卡扣连接，螺纹连接，或任何类似的连接装置——以稳定且可流体紧密地密封的方式与吸附装置1的上端连接。在执行测量步骤之前，必须对通过取样装置的流体流执行校准。在校准步骤过程中，待分析的流体流通过校准喷嘴10的上端的校准流入口22被吸入，通过整个取样装置和通过使用可连接地附接至校准喷嘴10的泵(图1未示出)离开取样装置。当完成校准步骤时，校准喷嘴10从吸附装置1拆下，然后可被丢弃。在随后的测量步骤中，流体流经由流体入口17被引入吸附装置1。在吸附装置1在测量地点在校准步骤之前提供试剂的情况下，校准喷嘴10也可以从吸附装置1拆下。在一个实施例中，取样装置不包括任何校准喷嘴10，并且在这种情况下，校准是通过将流体流经由直径比校准流入口22的直径显著更大的软管直接引入吸附装置1的流体入口17而执行。
当使用取样装置用于含有气相和颗粒相的包含一种或多种待分析物质的空气流时，允许空气流通过所述吸附装置1，其中，所述物质在气相的主要内含物首先被吸附并随后与固定在吸附装置1中的试剂发生反应。然而，所述物质的结合在空气传播颗粒上和/或空气传播颗粒内的部分通过吸附装置1并与一小部分未被吸附的气相物质一起到达过滤器。
因此，根据本发明的取样装置还包括过滤装置4，其尺寸不是关键的，但是在一个实施例中，如图1所示，形成为内径大于吸附装置1的横截面内径的大致扁平的圆柱体。在待分析气流的情况下，该过滤器装置4可以是提供气体流中颗粒相与气相的分离的任何类型，并且由例如孔径为大约0.1-20μm，优选0.3-0.5μm的玻璃、金属或塑料材料制成。例如，过滤装置4以与吸附装置1相同的方式设置有试剂。过滤装置4可用含有试剂的溶液浸渍，然后被固定在过滤结构中。流过的流体流中的颗粒相的物质，即存在于空气传播颗粒上或空气传播颗粒内的物质被过滤装置4中的颗粒溶解并通过与固定试剂相同的方式发生反应。在DBA作为试剂与异氰酸酯发生反应并结合的情况下，结合反应立即发生并且不会受到样本中干扰物质的影响。
在流体流是液体流例如饮用水流的情况下，过滤装置4和吸附装置1的尺寸必须设置成避免压降过大。
根据本发明的取样装置可以与泵送或抽吸装置(在图中未示出)连接，该泵送或抽吸装置可以是提供所要求的流体流穿过取样装置的通道的任何类型，但优选是真空管或容积式泵形式的抽吸装置，例如软管泵、隔膜泵、注射泵或齿轮泵。在一个具体实施例中，该装置被布置在所述取样装置的下端。此外，该泵或抽吸装置不应被结合在取样装置中，而是可用不止一次，这与一次性的取样装置相反。此外，应当提供测量装置用于确定待通过的流体所需的量。这个量由所涉及的物质的容许极限值来控制。泵或抽吸装置也可被校准或调节，以使流体的通过被控制成在取样期间获得恒定的流体流量。这在上面公开的校准步骤中进行，以及在泵送或抽吸装置被连接至位于取样装置上部的校准喷嘴10的步骤期间进行。
根据本发明的取样装置还包括中空的过滤器保持器2，其设计使其能够在其上端接收所述过滤装置4。过滤器保持器2的内横截面可具有为流体流提供令人满意的通道的任何几何形状。在一个具体实施例中，如图1所示，该横截面是圆形的，并且在这种情况下，该横截面的内径大于或等于也具有圆形横截面的过滤装置4的直径。在一个具体实施例中，过滤器装置4的周缘表面尽可能紧密地抵接过滤器保持器2的内壁。
过滤装置4由位于过滤器保持器2内的过滤器支承件16支承。过滤器支承件16可以具有任何形式，只要为流经过滤器保持器2的流体流提供令人满意的通道即可。在图1所示的实施例中，过滤器支承件包括多种径向延伸的突起，每一个都附接到过滤器保持器2的内壁并朝向过滤器保持器2的内横截面的中心延伸，在接近内横截面的中心处结束。这样的过滤器支承件16由足够坚固以稳定地支承过滤装置4的材料制成，而同时在过滤器保持器2内占据横截面积的较小部分，从而提供令人满意的流体流。
如上文公开的，常规取样装置的过滤器受到由过滤器的一部分与吸附装置的通常为圆形的下边缘表面的直接接触引起的离心力。例如，这种过滤器可以被变形、破碎或出现裂纹。当旋转力被施加在过滤器上——例如，当吸附装置与过滤器保持器经由例如包括旋拧力矩的螺纹进行连接——时，过滤器获得进一步损害。这可能会导致过滤器的周缘表面与相应的过滤器保持器的内壁之间的流体流泄漏，其中，某些待分析物质未结合在过滤器中，而是从所述取样装置的出口漏出。此外，如果过滤器被损坏，通过过滤器的待分析物质发生不希望的泄漏。由此获得的不准确或不可靠的测量结果。
因此，根据本发明的取样装置还包括垫圈5或另一填充装置，其目的是防止过滤器装置4受吸附装置1的下端的作用影响。在图1所示的实施例中，示出了取样装置的圆形内横截面，使用了O形环形式的垫圈。
垫圈5的设计可基于具有所需的弹性、缓冲和紧固性能的任何市售垫圈。但是，垫圈5也可以是刚性的并更多地作为支承环来支承吸附装置1的下边缘，并吸收任何旋转力，使得过滤器不经受旋转力。设计应适合过滤装置4的横截面，并分别适合吸附装置1和过滤器保持器2的内横截面。在图1所示的实施例中，垫圈5是基于环形形状的，例如，常规的O形环。然而，为了进一步保护过滤装置4不受与取样装置的组装、处理和运输有关的有害旋转力的影响，垫圈5设置有一个或多个突起6。所述突起6的目的是接合在位于过滤器保持器2的内壁中的接收槽(图1中未示出)中。所述一个或多个突起6从垫圈5的周缘表面突出，并且可以与垫圈5形成一体，也就是说，生产成一件并使用相同的材料。在图1所示的实施例中，垫圈5设置有两个突起6，但也可以使用三个、四个或更多突起，优选绕垫圈5的周缘表面均匀地分布。在组装取样装置的步骤过程中，垫圈5被施加在由过滤器支承件16支承在过滤器保持器2中的过滤装置4上，其方式使得垫圈5的环形下表面抵接过滤装置4的顶表面的周缘部分。当吸附装置1的下周缘表面抵接垫圈5的环形上表面和吸附装置2与过滤器保持器2连接时，所述过滤装置4受到相对于流体流动方向的轴向力。尽管过滤装置4可在组装步骤过程中受到旋转力，但其在运输和处理过程中受到轻微的旋转力，这可引起垫圈5和/或过滤装置4错位，并因此引起潜在损害。突起6阻止或最小化过滤装置4的这种不期望的旋转运动。
过滤器保持器2的上部的内径比吸附装置1的下部的外径大。因此，吸附装置1可被插入在过滤器保持器2中，但是具有特定公差，即只进入过滤器保持器2一定距离。该公差是预先确定的并且由取样装置的建造者决定。该公差应适于吸附装置1经由垫圈5施加到过滤装置4上的轴向力。这个力可能不会高到破坏过滤装置1，并且也没有低到过滤装置4与垫圈5的以及垫圈5与吸附装置1的抵接表面之间发生泄漏。除其他事项外，这通过设置在吸附装置1的下部的圆周表面上的截头圆锥形凸缘7实现。所述截头圆锥形凸缘7装配到设置在过滤器保持器2的内壁表面上的对应的截头圆锥形接收部分8内。在一个实施例中，中空过滤器保持器2的上部整体具有轻微的截头圆锥形状，如图1所示。当吸附装置1在组装步骤过程中以预定公差插入过滤器保持器2内时，截头圆锥形凸缘7以流体紧密的方式装配到截头圆锥形接收部分8内。此流体紧密布置可以借助于常规的管道连接固定装置的原理进一步固定，所述管道连接固定装置包括具有内螺纹的环形装置，所述环形装置用于螺纹连接到设置在吸附装置1与过滤器保持器2两者的外表面上的螺纹上。同时最佳的轴向力被施加在过滤装置4上而没有任何对过滤装置4产生不利影响的风险。
吸附装置1可以经由垫圈5通过使用有能力不施加任何旋转力或扭力到过滤装置4上的第一密封连接装置3锁定到过滤器保持器2上。第一密封连接装置3可以是常规的卡口连接、卡扣连接、螺纹连接或向过滤装置4提供非直接旋转影响的任何其它类似装置。所引起的该旋转力可以忽略并且既不会影响垫圈5的位置也不会由垫圈5在过滤装置4上引起任何旋转力。在卡扣连接的情况下，锁定行为分别通过使用过滤器保持器2和吸附装置1中相互作用的突起和凹部而获得，所述突起和凹部以锁定方式相互接合。在卡口连接的情况下第一密封连接装置3的锁定动作经由卡口连接部轻微旋转直到位于吸附装置1的端部的圆周表面上的接收部3、23到达并由位于过滤器保持器2的圆周内表面上的突出的锁定部3、24锁定而获得。因此，第一密封连接装置3包括布置在吸附装置1上的一个接收部23和布置在过滤器保持器2上的一个锁定部23。在图1所示的卡口连接实施例的情况下，接收部23是弯曲的凹槽，锁定部24是待由凹槽23接收的销。在另一卡口连接实施例中，凹槽23位于过滤器保持器2上和销24位于吸附装置1上。用于卡口连接的原则同样适用于卡扣连接。在螺纹连接的情况下，旋转运动在运动的早期阶段不涉及吸附装置1的与垫圈5的接触，直到过滤器、垫圈5和过滤器保持器的下边缘非常接近。此时的垫圈5将经受旋转力。只有轴向力被转移到过滤器，最小化或避免了损坏过滤器的风险。
这样，获得了吸附装置1与过滤装置2之间的安全且流体紧密的连接，提供更准确和精确的分析结果。因此，没有流体流可以通过垫圈5与过滤装置4之间的抵接表面。流体流仅可经由过滤装置4的中央部分通过该过滤装置。
在本发明的另一实施例中，分别如图4和5所示，取样装置的第一密封连接装置3是密封连接组件，其包括适于至少部分地包封所述吸附装置1且包括至少一个夹持元件58的第一锁定元件56，适于至少部分地包封所述过滤器保持器2的第二锁定元件57，其中，所述第一锁定元件56的所述至少一个夹紧元件58，优选一个或多个爪适于密封地接合所述第二锁定元件57从而将所述吸附装置1和所述过滤器保持器2锁定在一起，并且所述密封连接组件还包括布置在所述第一锁定元件56与所述第二锁定元件57之间的弹性垫片59。
在图4中，过滤器保持器2被示出为两部分。这些在功能上是一个单元，因此可以形成一体以节省制造和装配成本。
第一锁定元件56的夹紧元件58优选地包括两个以上的爪，其每一个都在径向方向上至少稍微弯曲，以便能够在组装取样装置时被压在第二锁定元件57的边缘上。
弹性垫片59将提供第一和第二锁定元件56、57之间的力，使得如果密封连接组件中的材料受温度和压力变化的影响，则密封连接组件也提供取样装置的密封连接。本领域技术人员可认识到，弹性垫片59可以是证明上述的力的任何种类的弹性垫片59，例如弹簧垫片、弹簧、弹性橡胶结构等。弹性垫片优选是环状，并且在一个实施例中适于在密封连接组件的轴向方向上提供压力，所述轴向方向为弹性垫片59的中心轴线。
进一步或代替所述垫圈5和所述至少一个突起6，所述取样装置在所述吸附装置1的外侧包括至少一个突起61，所述至少一个突起61适于被接收在所述过滤器保持器2的所述槽中，从而防止所述吸附装置1和所述过滤器保持器2之间的旋转运动。这将消除在取样装置被组装之后吸附装置1与过滤器保持器2之间的相对转动的风险。
取样装置还可包括第三锁定元件(未示出)，其适于至少部分地包封所述过滤器保持器2和适于被布置在所述弹性垫片59和上述过滤器保持器2之间。
根据取样装置的另一实施例，所述第一锁定元件56与所述吸附装置1形成一体和/或所述第二锁定元件57与所述过滤器保持器2形成一体，从而减少密封连接组件中的所需的零件的数量并因而降低制造取样装置的零件的成本和可能使组装取样装置更容易。现在将参照图4和5更详细地讨论使用该密封连接组件的实施例。使用图4和图5的密封连接组件56-59作为图4的实施例的补充来完成密封连接。在该实施例中，密封连接通过用于取样装置的密封连接组件来建立。吸附装置1、过滤器保持器2、过滤装置4和过滤器支承件16通过第一锁定元件56流体紧密地压在一起，第一锁定元件56用离合夹爪58以扣入连接方式夹紧第二锁定元件57，其中离合夹爪58夹紧在第二锁定元件57的周围。弹性垫片59在第二锁定元件57和过滤器保持器2之间被压缩，以便在密封连接组件和取样装置的轴向方向上产生力。环形第一锁定元件56具有环形边缘63，其用作用于吸附装置1的环形边缘64的座。过滤器保持器2具有用于接收弹性垫片59和第二锁定元件57的相应环形边缘65。
在图4中示出，在吸附装置1上的突起61适于接合过滤器保持器2的槽，以便消除吸附装置1和过滤器保持器2之间绕轴向方向的相对转动的任何可能性。
在图4中，示出了吸附装置1的过滤器保持器2，其具有邻近其内壁的滤纸。因此密封连接组件被用于取样装置的密封，流体流可以由连接到过滤器保持器2的抽吸泵(未示出)通过该密封连接组件抽取。流体流中的物质和/或颗粒然后可通过由过滤装置4收集或被吸附在吸附装置1中的过滤装置4上而被取样。
在图5中，图4的密封连接组件被组装。可以看到离合夹爪58如何以扣入连接绕第二锁定元件57夹紧。弹性垫片59在第二锁定元件57和过滤器保持器2之间被压缩，在密封连接组件和取样设备的轴向方向上施加密封力。第一锁定元件56的环形边缘63作为吸附装置1的环形边缘64的座。过滤器保持器2的环形边缘65接收弹性垫片59和第二锁定元件57。
根据本发明的取样装置还在其上入口端设置有第一外罩盖9，并在其下出口端设置有第二外罩盖13。在下文中，有时使用较短的表述“罩盖9”和“罩盖13”代替以用于简化。在图1所示的实施例中，第一外罩盖9与校准喷嘴10可拆卸地连接并覆盖其校准流体入口22。第二外罩盖13与过滤器保持器2的下出口端可拆卸地连接并覆盖流体出口18。如上所述，极其重要的是，取样装置的内部不能被不希望的物质污染，该污染可例如由于引起与试剂的不期望的反应而扰乱分析结果。因此，在运输到测量地点和从测量地点运出时，第一外罩盖9和第二外罩盖13被分别附接到取样装置的入口和出口端。在初始校准步骤刚要开始之前，盖9和13从取样装置的端部被拆下，第一外罩盖9从校准喷嘴10的上部拆下且第二外罩盖13从过滤器保持器2的下部拆下。然后，清洁空气作为校准流被抽取通过取样装置，直到校准已经完成。
在整个申请文本中使用的，即表述“第一外罩盖9”和“第二外罩盖13”中的表述“外罩盖”是指所述罩盖附接到取样装置的端部，其方式使得罩盖9和13没有任何一个表面与取样装置的任何内表面接触。特别重要的是，吸附装置1的内壁表面不被污染，但也应避免过滤器保持器2的内壁的污染。取而代之的是，罩盖9和13的内表面分别抵接取样装置的上部和下部的圆周表面，即只在其外部，其方式使得仅取样装置的外表面被罩盖9和13接触。
罩盖9和13通过这样以流体紧密方式与取样装置可拆卸地连接：将取样装置的相应接收部插入所述罩盖9和13的每一个，所述接收部即分别是校准喷嘴10的上部(校准前)或吸附装置1(测量之后)，和过滤器保持器2的下部。这意味着第一外罩盖9的开口端的内径大致等于但不小于校准喷嘴10和吸附装置1两者上的所述接收部的外径，其中，当讨论的所述接收部被插入第一外罩盖9的开口端内时获得流体紧密的密封。第一外罩盖9还可以通过使用第二密封连接装置11——例如卡口连接，卡扣连接，螺纹连接，或任何其它类似的密封装置——安全且稳定地被锁定到校准喷嘴10。此外，在测量步骤后，第一外罩盖9可以通过第四密封连接装置19——例如卡口连接，卡扣连接，螺纹连接，或任何其它类似的密封装置——被锁定到吸附装置1的上部。第二外罩盖13可通过第三密封连接装置14被锁定在过滤器保持器2上。对于所述第二、第三和第四密封连接装置11、14和19，分别具有与上文公开的第一密封连接装置3相同的功能，并且在卡口连接的情况下容纳用于被接收在凹槽内的突出的销。
罩盖9和13可具有任何具体形式，只要它们有能力流体紧密地覆盖吸附装置1的入口和出口，并且其没有表面与吸附装置1的内表面接触即可。因此，根据本发明的取样装置中可以使用满足上述要求的罩盖、盖子以及其他类似的结构。在示于图2的一个实施例中，从第一外罩盖9和第二外罩盖13的底面向上延伸的突起可以设置成分别被流体紧密地插入校准喷嘴10的上端的校准流入口22和插入过滤器保持器2的下端的流体出口18。
虽然外罩盖被包括在根据本发明的取样装置中，希望进一步减小在测量步骤过程中罩盖表面的暴露至不希望的环境物质的污染风险。在一个实施例中，第一外罩盖9和第二外罩盖13在测量步骤期间从取样装置上拆下时可彼此连接从而使所述罩盖9和13的内表面分别对于环境紧密地密封。为此，第一外罩盖9的开口端可被插入第二外罩盖13的开口端，或者反之亦然。这意味着，其中一个罩盖的外径比另一罩盖的内径小。这样，提供了罩盖之间的流体紧密的密封。当测量时间结束时和取样装置要被运输以用于分析时，所述罩盖彼此分离并且流体紧密地附接到取样装置。第一外罩盖9附接到吸附装置1的上部，其方式使得流体入口17被流体紧密地覆盖。第二外罩盖13附接到过滤器保持器2，其方式使得流体出口18被流体紧密地覆盖。罩盖9和13可以以手动或者自动的方式附接到取样装置和从所述取样装置拆下，以及彼此附接和拆下。
在图1所示的本发明的实施例中，第一外罩盖9也经由第一紧固装置12——例如串、绳、索、金属丝或类似的螺纹状装置——与吸附装置1可拆卸地连接，其中，所述第一紧固装置12的一端附接至第一外罩盖9的外表面以及另一端与第一接收装置20——例如第一紧固装置12的所述出口端可拆卸地固定其上的装置，例如环——可拆卸地连接。所述第一接收装置20位于吸附装置1的外表面上。可替代地，第一紧固装置12可在一端附接到吸附装置1的外表面，并在另一端与第一接收装置20可拆卸地连接，在该情况下所述第一接收装置20位于第一外罩盖9的外表面上。在另一实施例中，第一紧固装置12的一端与第一外罩盖9可拆卸地连接，另一端与吸附装置1可拆卸地连接。
此外，第二外罩盖13可以经由第二紧固装置15——例如串、绳、索、金属丝或类似的螺纹状装置——与过滤器保持器2可拆卸地连接，其中，所述第二紧固装置15的一端附接到第二外罩盖13以及另一端与第二接收装置21——例如第二紧固装置15的所述另一端可拆卸地固定其上的装置例如环——可拆卸地连接。所述第二接收装置21位于过滤器保持器2的外表面上。可替代地，第二紧固装置15可以在一端附接至过滤器保持器2的外表面以及在另一端与第二接收装置21可拆卸地连接，在这种情况下，所述第二接收装置21位于第二外罩盖13的外表面上。在另一实施例中，第二紧固装置15的一端与第二外罩盖13可拆卸地连接以及另一端与过滤器保持器2可拆卸地连接。
因此，罩盖9和13在从取样装置上拆下时可以彼此连接，如关于上述实施例所公开的那样，并且同时分别经由紧固装置12和15连接至取样装置。这样，罩盖在测量期间因任何理由丢失或消失的风险都被消除。第一紧固装置12和第二紧固装置15在一个实施例中由耐久的材料制成，防止其在处理和运输过程中破裂。
在为了避免罩盖9和13污染的替代实施例中，这些可制成用于单次使用或一次性的目的。在这种情况下，罩盖9和13在取样步骤之后根本不会附接到取样装置上。当罩盖9和13被除去以取样和其内侧面暴露至空气时，该罩盖将被丢弃。一旦取样完成，将使用密封袋中存在的一对新的罩盖9和13，该罩盖与丢弃的罩盖相同。
当感兴趣的待分析物质被吸附在吸附装置1和/或过滤装置4中时，该物质通常与固定其中的试剂发生反应，其中形成反应产物，仍然被吸附。在分析过程中，被分析的是反应产物并且该产物的量与感兴趣的物质的量直接相关。替代地，感兴趣的待分析物质未与试剂发生反应。相反，该物质可以经由离子对或仅物理绑定接合到自身，但为简单起见，这种物质在此也称为反应产物。
关于取样装置中结合的感兴趣的反应产物的含量的分析，当试剂初始地未固定在吸附装置1的内壁上时，取样装置的不同的部件在实施例中被拆下。初始具有结合其上的固定的试剂的过滤装置4和细长结构例如滤纸、或珠或颗粒被取出并放置在特定的流体紧密容器中，用于运输到分析实验室。关于所述分析，结合在取样装置中的反应产物通过使用适当的洗脱剂从过滤装置4和细长结构或珠或颗粒洗脱。
在试剂初始结合到吸附装置1的内壁的情况下，结合在取样装置中、即吸附装置1的内壁上和过滤装置4中的物质或反应产物通过向流体入口17添加适当洗脱剂被从取样装置洗脱，并在其排放之后通过流体出口18收集洗脱反应产物。感兴趣的反应产物的分析可以通过任何常规的方式来进行。
图2示出根据本发明的可流体紧密地密封的取样装置的组装后的一个实施例的分解图。在所示实施例中，如图1中，第一紧固装置12未附接到第一接收装置20，和第二紧固装置15未附接到第二接收装置21。图2中所示的取样装置可设置有试剂或不在其内部。如上所述，当罩盖9和13分别设置有从底面向上延伸的突起的实施例示于图2。
图3示出与图2相同的实施例，但不是分解图。
在另一实施例中，根据本发明的取样装置还设置有与第二过滤器保持器(图中未示出)连接的第二吸附装置。在该实施例中，第二吸附装置在其入口端与过滤器保持器2的出口端流体紧密地连接。第二过滤器保持器在其入口端与第二吸附装置的出口端流体紧密地连接。第二过滤器保持器的出口端与第二外罩盖13以流体紧密的方式可拆卸地连接。第二过滤器保持器容纳第二过滤器，其与图1中过滤装置4相似地布置，即包括具有突起的垫圈、过滤器支承件和密封连接装置。该实施例对于油雾和挥发性有机化合物(VOC)的分析是有用的。该实施例中的吸附装置1和过滤装置4设置有至少一种试剂，但也可以不设置试剂。与吸附装置1和过滤器保持器2中的所述至少一个试剂相比，第二吸附装置和第二过滤装置可设置有零种、一种或多种不同的试剂。
收集在过滤装置4上的颗粒可含有挥发性成分。挥发性成分可以挥发并从过滤器释放，然后被收集到第二吸附装置上。
当结合到上述过滤器和吸附装置的化合物要被分析时，取样装置的该实施例的不同组件被拆下并被保持和运输到分析实验室，其方式与图1所示的仅有一个吸附装置和仅一个过滤器的取样装置相似。除了存在第二吸附装置和第二过滤器保持器，取样装置的该实施例设置有相同的部件并以与图1所示取样装置相似的方式使用。
在根据本发明的取样装置的又一实施例中，吸附装置1已被消除。相反，感兴趣的待分析物质被反应并直接结合到过滤装置4上。该实施例未在附图中示出。原则上，该实施例可含有与图1所示的取样装置相同的组件，除了吸附装置1和校准流喷嘴22。第一外罩盖9经由距离件与容纳过滤装置4的过滤器保持器2连接，该距离件与第一外罩盖9和过滤器保持器2两者都流体紧密地连接。取样装置的这个实施例有助于分析空气传播的固体污染物例如石棉、灰尘、金属、细菌、真菌、胺、链烷醇胺、醛、酮、酸、碱化合物、无机化合物、战剂和过敏原。在该实施例中，不需要吸附装置2，因为这些成分不是挥发性的。除了没有吸附装置1和校准流喷嘴22，以及存在距离件，根据该实施例的取样装置可以设置有相同的部件，并且可以以与图1所示的取样装置相似的方式使用。
借助于本发明，所讨论的物质在空气流中的总量因此可以通过比以前更精确、可靠和安全的方式定量地确定。这样做的原因是，所述取样装置整体——即在不同部件之间的连接处，特别是在过滤装置周围，在所述流体入口端，和在流体出口端——更加流体紧密。在取样装置的组装过程中，不利的旋转力的影响在原则上已经完全消除。此外，污染物进入取样装置的风险——这可能会引起不希望的反应而损害分析结果——与常规的取样装置相比被降低。
在另一实施例中，可流体紧密地密封的取样装置由防静电或导电塑料制成，使其可以避免在某些环境中有害的静电荷。例如，取样装置由聚丙烯制成并在模制过程中加入炭黑以使取样装置导电。导电添加剂会减少或消除能在取样装置上产生的静电荷。这将减少或消除在取样时进入取样装置的颗粒的静电吸引力。感兴趣的颗粒然后将行进并由容纳在取样装置中的过滤装置4收集。由于取样装置的(多个)壁不发生颗粒损失，全部颗粒都由容纳在取样装置中的过滤装置保留。当过滤装置4从取样装置移除以用于分析时，它包含在空气取样事件期间收集的全部颗粒。这导致所收集的空气样品的精确浓度测定。
根据本发明的一个实施例，操纵和重复使用取样装置的问题已经通过向取样装置提供密封机构而解决。密封机构可以选自多种已知的密封实施例，但将特别适于根据本发明的取样装置的不同实施例。密封机构的主要目的是，如果取样装置已经被操纵或篡改，即如果在取样装置到达实验室以用于分析之前，吸附装置1已经与过滤器保持器2分开，则密封机构会使其在视觉上明显或可检测。
密封机构将在过滤装置4被引入取样装置后被附接至取样装置或在取样装置中激活。过滤装置4的引入可以由生产者、供应商或分析实验室在取样装置被发送至用户以取样之前进行。优选地，所述密封机构由分析实验室附接或激活，例如先前已经在取样装置中插入的预先称重的过滤器。
有两种主要类型的有用的密封机构。第一类是基于在权利要求中限定的取样设备，但具有附接在取样装置的外表面上的互补密封机构。第二类是基于权利要求1中公开的第一密封连接装置3的变型，包括接收部23和锁定部24，即当第一密封连接装置3是卡口连接、卡扣连接或螺纹连接时。
第一类密封机构包括环的实施例，其中，一个环被附接在吸附装置1的外表面上和一个环被附接在过滤器保持器2的外表面上，其中，螺纹或线的端部附接到所述环，其方式使得如果螺纹或线被破坏，其不可能修复。这样，分析实验室将知道取样装置是否已被打开过，并在该情况下或许还被篡改过。
第一类密封机构可替代地是夹紧机构，该夹紧机构例如通过使用夹紧工具附接至取样装置。夹紧机构将重叠第一密封连接装置3，进一步确保该密封不破，但也可以制成使所述夹紧机构是不破坏该夹紧机构就不可能打开的。夹紧机构可以由具有锁定机构的塑料制成，该锁定机构一旦被锁定则不可能打开，除非破坏所述夹紧机构。
第一类密封机构的另一实施例可以是从外部电子读取装置电子读取的密封件。密封机构可以是小的电子连接件，可以只连接一次，与夹紧装置类似。电子连接件可以例如帮助包括简单RFID标签的能从小距离读取的导电结构。电子连接件优选位于所述取样装置内，以使其不被损坏或篡改。如果取样装置被打开，电子连接件被损坏。
第一类密封机构的再一实施例可以是由覆盖第一密封连接装置3的带制成的密封件。如果取样装置被打开，则带被损坏。
第一类密封机构的又一实施例可以是由胶或粘合剂构成的密封件，将密封连接装置粘接在一起，使其不可能拆开。为了便于坚固的结合，密封连接装置3的两个部分可以各具有双组分胶的一个组分，例如环氧树脂。具有预先连接的胶的部分优选被可移除的塑料条覆盖，可移除的塑料条用于在组装取样装置时移除。塑料条将保存胶或粘合剂并防止其干燥。
第二类密封机构基于所述第一密封连接装置3的变型，并包括一个机械密封件，该密封件是不破坏零件就不可能打开密封的零件形式。可使用卡扣连接，例如夹持边缘周围的倒钩。在倒钩或边缘中可加入弱化部分，以使密封机构可被打开，同时被破坏，这使得是否有人在取样设备被送回分析实验室之前篡改取样设备变得明显。该密封机构可结合在图1的第一密封连接装置3中，其中，销24由倒钩代替，在接收部23的端部引入具有锋利边缘的凹部。然后倒钩卡入凹部，并将留在那里。在倒钩中的弱化部分——使得如果取样装置被强制打开则弱化部分被损坏——将确保取样装置可以不被重复利用两次或更多次，并且装置是否已被打开将是显而易见的。
为了进一步保证该取样装置在从用户到分析实验室的运输期间未被操纵或篡改，在一个实施例中，还可以在吸附装置1和第一外罩盖9之间的连接部以及在过滤器保持器2和第二外罩盖13之间的连接部设置密封机构。密封机构也可以是第三密封连接装置14和/或第四密封连接装置19的变型。在该实施例中，用户安装或激活密封机构，例如当取样后、取样装置被送至分析实验室之前附接罩盖9和13时。在该实施例中，两个上述类型的密封机制都是有用的。
在包括第二吸附装置和第二过滤器保持器的实施例中，以及在缺少第一吸附装置1的实施例中，密封机构也用于所述实施例中的取样装置的各部分之间的相应连接部的附接。
因此，在本发明的一个实施例中，取样装置还设置有密封机构以防止在运输期间和关于取样操作期间对取样装置的操纵和篡改，还用于防止取样装置的多次使用，其中，所述密封机构设置在吸附装置1与过滤器保持器2之间，其方式使得如果在组装取样装置的步骤与分析步骤之间吸附装置1已经与过滤器保持器2分开则视觉可见或可检测。
更确切地说，所述密封机构任选自以下两种：a)附接在取样装置的外表面上的密封机构或b)是第一密封连接装置3的变型，其中，第一密封连接装置3将永久锁定取样装置，第一密封连接装置3具有结构弱点，以使得能通过破坏该结构弱点且因而也破坏第一密封连接装置3来打开取样装置。
此外，所述密封机构还可以设置在吸附装置1与第一外罩盖9之间的连接部，和/或在过滤器保持器2与第二外罩盖13之间的连接部，或者是第三密封连接装置14和/或第四密封连接装置19的变型。
在本发明的附接有第二吸附装置和第二过滤器保持器的实施例中，所述密封机构还设置在吸附装置1与第一外罩盖9之间的连接部，吸附装置1与过滤器保持器2之间的连接部，过滤器保持器2与第二吸附装置之间的连接部，第二吸附装置与第二过滤器保持器之间的连接部，第二过滤器保持器与第二外罩盖23之间的连接部。
在本发明取样装置不具有吸附装置1的又一实施例中，为了防止在运输过程中和有关取样的操纵和篡改取样装置以及为了防止多次使用取样装置，密封装置设置在过滤器保持器2与第一外罩盖9之间和/或过滤器保持器2与第二外罩盖13之间的连接部。
密封机构可以任选自以下两种：a)附接在取样装置的外表面上的密封机构或b)是第一密封连接装置3的变型，其中，第一密封连接装置3将永久锁定取样装置，第一密封连接装置3具有结构弱点，以使得能通过破坏该结构弱点且因而也破坏第一密封连接装置3来打开取样装置。
根据本发明的取样装置还可以用于直接判定所讨论的物质，在这种情况下，例如颜色指示器被引入与取样装置中或邻近取样装置的反应后的物质接触。
根据本发明的取样装置在实验室和医学分析方法中特别有用。
虽然本发明已经参照多个实施例进行描述，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种变化和用等价物代替其元件而不脱离本发明的范围。此外，可以根据本发明的教导作出许多修改来适应特定的情况或材料而不脱离本发明的实质范围。因此，本发明并不限于这些用于执行本发明而设想的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的全部实施例。

Claims (37)

1.一种可流体紧密地密封的取样装置，用于分析将要穿过该取样装置的流体流中的一种或多种物质，其中，该取样装置包括：吸附装置(1)，该吸附装置是空心的并适于设置有一个或多个用于吸附流体流中的所述一种或多种物质并与其发生反应的试剂；过滤器保持器(2)，该过滤器保持器是中空的并以流体紧密的方式与所述吸附装置(1)连接；过滤装置(4)，该过滤装置(4)适于设置有一种或多种用于吸附流体流中的所述一种或多种物质并与其发生反应的试剂；垫圈(5)，该垫圈(5)设置有至少一个突起(6)，该突起(6)与过滤器保持器(2)中的至少一个对应的接收槽接合；第一外罩盖(9)，所述第一外罩盖(9)以流体紧密的方式与取样装置的入口端可拆卸地连接；第二外罩盖(13)，所述第二外罩盖(13)以流体紧密的方式与取样装置的出口端可拆卸地连接，其中，所述垫圈(5)的底面抵接所述过滤装置(4)的顶面，并且所述垫圈(5)的顶面抵接所述吸附装置(1)的下边缘表面，以及其中，所述吸附装置(1)通过第一密封连接装置(3)被锁定到所述过滤器保持器(2)上，使得在取样装置的组装和处理过程中，仅相对于流体流方向为轴向的力通过垫圈(5)施加在过滤装置(4)上,其中：
所述第一密封连接装置(3)是一种密封连接组件，包括
第一锁定元件(56)，所述第一锁定元件(56)适于至少部分地包封所述吸附装置(1)并包括至少一个夹紧元件(58)，
第二锁定元件(57)，所述第二锁定元件(57)适于至少部分地包封所述过滤器保持器(2),
其中
所述第一锁定元件(56)的所述至少一个夹紧元件(58)适于密封地接合所述第二锁定元件(57)，从而将所述吸附装置(1)和所述过滤器保持器(2)锁定在一起，
且
所述密封连接组件还包括弹性垫片(59)，所述弹性垫片(59)布置在所述第一锁定元件(56)与所述第二锁定元件(57)之间。
2.根据权利要求1所述的取样装置，其中，所述第一密封连接装置(3)包括位于吸附装置(1)上的接收部和位于过滤器保持器(2)上的锁定部，或者反之亦然，并且是卡口连接或卡扣连接或螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的取样装置，代替所述垫圈(5)和所述至少一个突起(6)或除此之外还包括：所述吸附装置(1)的外侧上的至少一个凸起，所述至少一个凸起适于被接收在所述过滤器保持器(2)的所述槽中，从而防止所述吸附装置(1)与所述过滤器保持器(2)之间的旋转运动。
4.根据权利要求1或3所述的取样装置，还包括第三锁定元件(60)，所述第三锁定元件(60)适于至少部分地包封所述过滤器保持器(2)并适于被布置在所述弹性垫片(59)与所述过滤器保持器(2)之间。
5.根据权利要求1或3所述的取样装置，其中，所述第一锁定元件(56)与所述吸附装置(1)形成为一体和/或所述第二锁定元件(57)与所述过滤器保持器(2)形成为一体。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述吸附装置(1)设置有截头圆锥形的凸缘(7)，该凸缘以流体紧密的方式被插入过滤器保持器(2)的截头圆锥形的接收部(8)中。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述垫圈(5)的周缘表面以流体紧密的方式抵接过滤器保持器(2)的内壁。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述吸附装置(1)是细长的，所述吸附装置(1)和过滤器保持器(2)的内截面是圆形的，垫圈(5)是环形的，并且所述过滤装置(4)形成为扁平的圆柱体。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述垫圈(5)的内径比所述过滤装置(4)的外径小，并且所述垫圈是支承环。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述垫圈(5)设置有位于其周缘表面上的两个突起(6)。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述取样装置包括校准喷嘴(10)，该校准喷嘴(10)经由第四密封连接装置(19)以流体紧密的方式连接到吸附装置(1)的入口端。
12.根据权利要求11中任一项所述的取样装置，其中，所述第一外罩盖(9)与校准喷嘴(10)经由第二密封连接装置(11)可拆卸地相连，并且其中，所述第二外罩盖(13)经由第三密封连接装置(14)与过滤器保持器(2)可拆卸地相连。
13.根据权利要求12所述的取样装置，其中，所述第二密封连接装置(11)、第三密封连接装置(14)和第四密封连接装置(19)是卡口连接或卡扣连接或螺纹连接或通过密封连接组件实现。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述第一外罩盖(9)经由一端附接至第一外罩盖(9)且另一端与位于吸附装置(1)的外表面上的第一接收装置(20)可拆卸地相连的第一紧固装置(12)可拆卸地连接至吸附装置(1)，或反之亦然，并且其中，所述第二外罩盖(13)与过滤器保持器(2)经由一端附接至第二外罩盖(13)且另一端与位于过滤器保持器(2)的外表面上的第二接收装置(21)可拆卸地相连的第二紧固装置(15)可拆卸地相连，或者反之亦然。
15.根据权利要求14所述的取样装置，其中，所述第一紧固装置(12)和第二紧固装置(15)分别是串、绳、链、金属丝或线，并且其中，第一接收装置(20)和第二接收装置(21)分别是环。
16.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述第一外罩盖(9)和第二外罩盖(13)当从取样装置拆下时能够相互连接，其方式为所述第一外罩盖(9)和第二外罩盖(13)的内表面分别与周围流体紧密地密封，使得第一外罩盖(9)的开口端被插入第二外罩盖(13)的开口端中，或反之亦然。
17.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述取样装置由抗静电或导电塑料制成。
18.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，泵能够与过滤器保持器(2)相连。
19.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，还包括位于过滤器保持器(2)中的过滤器支承件(16)。
20.根据权利要求19所述的取样装置，其中，所述过滤器支承件(16)包括径向延伸的突起，所述径向延伸的突起从该过滤器保持器(2)的内壁朝向过滤器保持器(2)的内横截面的中心行进并在接近内横截面的所述中心处结束。
21.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述吸附装置(1)容纳一个或多个细长的平行的较小的吸附管，该吸附管能够与同一个流体流连接，其中，每一个都任选地设置有固定在其内壁或外壁表面上的一种或多种试剂。
22.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，所述吸附装置(1)设置有一种或多种试剂，该试剂固定在所述吸附装置的内壁表面上、固定在吸附装置(1)内填充的珠或颗粒上，和/或放置在吸附装置(1)内的一个或多个细长结构上，和/或其中所述一种或多种试剂被固定在过滤装置(4)中。
23.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，还设置有密封机构，以防止取样装置在运输过程中与取样有关的操纵和篡改，并且防止超过一次使用取样装置，其中，所述密封机构设置在吸附装置(1)和过滤器保持器(2)之间的连接部，使得在取样装置的组装步骤和分析步骤之间如果吸附装置(1)已经从过滤器保持器(2)分离则能够肉眼可见或检测。
24.根据权利要求23所述的取样装置，其中，所述密封机构任选自以下两种：a)附接在取样装置的外表面上作为权利要求3-6中任一项所述的密封连接组件的密封机构，或b)是第一密封连接装置(3)的变型，其中，第一密封连接装置(3)将永久锁定取样装置，第一密封连接装置(3)具有结构弱点，以使得能通过破坏该结构弱点且因而也破坏第一密封连接装置(3)来打开取样装置。
25.根据权利要求24所述的取样装置，其中，所述密封机构还设置在吸附装置(1)与第一外罩盖(9)之间的连接部，和/或在过滤器保持器(2)与第二外罩盖(13)之间的连接部，或者是第三密封连接装置(14)和/或第四密封连接装置(19)的变型。
26.根据权利要求1-3中任一项所述的取样装置，其中，还包括第二吸附装置和第二过滤器保持器，其中，所述第二吸附装置的入口端与过滤器保持器(2)的出口端流体紧密地连接，第二过滤器保持器(2)的入口端与第二吸附装置的出口端流体紧密地连接，并且第二过滤器保持器的出口端与第二外罩盖(13)以流体紧密的方式可拆卸地连接，其中，位于第二过滤器保持器内的第二过滤装置可借助于第二垫圈固定，该第二垫圈以与权利要求1中的所述垫圈(5)相同的方式设置有一个或多个突起，并且其中，所述第二吸附装置和所述第二过滤器保持器可以适于设置有与可设置在吸附装置(1)和过滤器保持器(2)中的那些不同的一种或多种试剂。
27.根据权利要求23所述的取样装置，其中，所述密封机构被设置在所述吸附装置(1)与第一外罩盖(9)之间的连接部，吸附装置(1)与过滤器保持器(2)之间的连接部，过滤器保持器(2)与第二吸附装置之间的连接部，第二吸附装置与第二过滤器保持器之间的连接部，和/或第二过滤器保持器与第二外罩盖(23)之间的连接部。
28.根据权利要求1所述的取样装置，其中，所述至少一个夹紧元件(58)是一个或多个离合夹爪。
29.根据权利要求9所述的取样装置，其中，所述垫圈是O形环。
30.根据权利要求17所述的取样装置，其中，所述导电塑料是聚丙烯。
31.一种可流体紧密地密封的取样装置，用于分析将要穿过该取样装置的流体流中的一种或多种物质，其中，该取样装置包括：中空的过滤器保持器(2)；过滤装置(4)，该过滤装置(4)适于设置有一种或多种用于吸附流体流中的所述一种或多种物质并与其发生反应的试剂；垫圈(5)，该垫圈(5)设置有至少一个突起(6)，该突起与过滤器保持器(2)中的至少一个对应的接收槽接合；第一外罩盖(9)，该第一外罩盖(9)经由距离件以流体紧密的方式与过滤器保持器(2)可拆卸地连接；第二外罩盖(13)，该第二外罩盖(13)能以流体紧密的方式与取样装置的出口端可拆卸地连接，其中，所述垫圈(5)的底面抵接所述过滤装置(4)的顶面，并且所述垫圈(5)的顶面抵接所述距离件的下边缘表面，以及其中，第一外罩盖(9)通过第一密封连接装置(3)被锁定到过滤器保持器(2)，其方式使得在取样装置的组装和处理过程中，仅相对于流体流方向为轴向的力通过垫圈(5)施加在过滤装置(4)上,
其中，在过滤器保持器(2)与第一外罩盖(9)之间和/或过滤器保持器(2)与第二外罩盖(13)之间的连接部设置有密封机构，用于防止取样装置在运输过程中与取样有关的操纵和篡改，并且防止超过一次使用取样装置。
32.根据权利要求31所述的取样装置，其中，所述密封机构任选自以下两种：a)附接在取样装置的外表面上的密封机构，或b)是第一密封连接装置(3)的变型，其中，第一密封连接装置(3)将永久锁定取样装置，第一密封连接装置(3)具有结构弱点，以使得能通过破坏该结构弱点且因而也破坏第一密封连接装置(3)来打开取样装置。
33.根据权利要求31-32中任一项所述的取样装置，其中，待分析的一种或多种物质选自聚氨酯产品、油雾、挥发性有机化合物、石棉、灰尘、金属、细菌、真菌、胺、链烷醇胺、醛、酮、酸、碱性化合物、无机化合物、战剂和过敏原。
34.根据权利要求31-32中任一项所述的取样装置，其中，所述一种或多种物质是气体或液体。
35.根据权利要求34所述的取样装置，其中，所述气体是含有气态形式和/或结合到颗粒相的颗粒的待分析的物质的空气。
36.根据权利要求34所述的取样装置，其中，所述液体是水溶液。
37.一种改进的测量流体流以用于分析一种或多种物质的方法，其中
a)在测量点设置根据前述权利要求中任一项所述的可流体紧密地密封的取样装置，
b)将第一外罩盖(9)和第二外罩盖(13)从取样装置的端部拆下并以第一外罩盖(9)和第二外罩盖(13)两者的内表面都以流体紧密的方式密封的方式连接，
c)所述流体流通过这样被校准：通过取样装置将流体流抽取到校准喷嘴(10)的上端的校准流入口(22)中，并在预定时间段内从过滤器保持器(2)的下端中的流体出口(18)离开，
d)然后校准喷嘴(10)被拆下，
e)待分析的流体流被抽取到流体入口(17)中，通过取样装置，并且在预定时间段内从流体出口(18)离开，其中，所述一种或多种物质与固定在取样装置中的一种或多种试剂发生反应，
f)然后第一外罩盖(9)和第二外罩盖(13)以流体紧密的方式被附接到取样装置的端部，和
g)确定所述一种或多种物质的已经与取样装置中的所述一种或多种试剂发生反应的量。
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