CN113945431B - 一种痕量物质取样装置、分析系统及取样方法 - Google Patents

Abstract

本文提供一种痕量物质取样装置、分析系统及取样方法。所述痕量物质取样装置包括取样头，所述取样头上设有供气通道和取样通道，所述供气通道设置成能向待取样的物质吹气，所述取样通道设置成用于流经所述待取样的物质后的气流通过，以完成对被测痕量物质的快速取样操作。

Description

一种痕量物质取样装置、分析系统及取样方法

技术领域

本文涉及但不限于检测技术领域，尤其涉及一种痕量物质取样装置、分析系统及取样方法。

背景技术

目前，主流的痕量化学物质采样方法主要有两种，吸气法和擦拭法。吸气法主要应用于化学试剂和工业有毒有害气体的检测方面。擦拭法主要针对的是对痕量毒品和爆炸物等粒子的检测。

对于化学试剂和工业有毒有害气体的检测，只需要检测时将设备的进样口靠近被测样品，挥发出来的样品就会被气流带入到探测器内。

对于爆炸物、毒品等痕量粒子的检测，检测时，通常使用试纸采集残留在人员、行李表面等处的痕量样品。其中，可以采用手持试纸的方式直接在人员、行李表面擦取痕量样品，也可以采用将试纸固定在取样器上，手持取样器采集样品的方式。擦拭法所用的试纸一般使用一次后由于被污染就要丢弃。有些商用检测设备，也设置为在仪器不报警的情况下，一张试纸可反复使用多次。

目前，使用擦拭法采样的化学物质检测仪，在每一次测试中均需要通过人工操作来更换试纸，虽然这类检测仪分析单个样品以及仪器清洁的时间一般控制在一分钟左右，但是，人工操作取样器更换试纸的时间却存在很大的不确定性，也增加了两次检测的时间间隔，也就增加了单次检测的平均时间。如此不仅浪费检测时间，导致检测效率降低，而且需要额外对操作人员进行培训，也增加了检测维护投入成本。另外，用试纸擦拭的过程中难免会引入其它物质，导致被检测样品受到污染，以致检测准确度下降。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容

本申请一实施例提供一种痕量物质取样装置，包括取样头，所述取样头上设有供气通道和取样通道，所述供气通道设置成能向待取样的物质吹气，所述取样通道设置成用于流经所述待取样的物质后的气流通过；取样操作时所述取样头与待取样的表面接触；

所述取样头上开设有凹槽以形成富集区，所述供气通道的出气口和所述取样通道的进气口均与所述凹槽连通；所述痕量物质取样装置还包括气体驱动组件，所述气体驱动组件设置成能驱动气流依次流经所述供气通道、所述凹槽和所述取样通道；

所述痕量物质取样装置还包括第一加热组件；所述第一加热组件设于所述供气通道内，或者集成于气体驱动组件上；所述第一加热组件设置成对流向或流经所述供气通道的气流进行加热；

所述痕量物质取样装置还包括压力检测模块，所述压力检测模块设于所述取样头上；提前预设压力阈值，所述取样头接触待取样的表面且所述压力检测模块检测的压力值超过压力阈值时，所述痕量物质取样装置自动开启取样检测工作。

本申请另一实施例提供一种痕量物质分析系统，包括探测器，以及所述痕量物质取样装置，所述探测器具有样品入口，所述样品入口与所述痕量物质取样装置的取样通道的出气口连接。

本申请另一实施例提供一种痕量物质取样方法，包括：向待取样的物质吹气；和对流经所述待取样的物质的气流进行取样。

采用上述技术方案后，本申请实施例具有如下有益效果：

设置两个气体通道，即供气通道和取样通道，通过供气通道向被取样的物质吹气，通过取样通道以实现对被测物质的取样，以完成对被测痕量物质的快速取样操作。

在阅读并理解附图和详细描述后，可以明白其他方面。

附图说明

附图用来提供对本文技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本文的技术方案，并不构成对本文技术方案的限制。

图1为本申请一实施例的痕量物质取样装置的剖视示意图；

图2为本申请一些示例性实施例的痕量物质取样装置的仰视示意图；

图3为本申请一些示例性实施例的痕量物质取样装置的侧视示意图；

图4为本申请一实施例的痕量物质分析系统的剖视示意图一；

图5为本申请一些示例性实施例的痕量物质分析系统的结构示意图一。

附图标记：

100-痕量物质取样装置；

1-取样头，11-进气口，12-出气口；

2-气体驱动组件；

3-样品采集组件；

4-第二加热组件；

5-压力传感器；

200-探测器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本文的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本文的技术方案，而非对本文技术方案的限定。

痕量，在应用科学领域，指某种物质的含量在百万分之一以下。痕量也可运用于化学、材料科学、生物医学等领域。

本申请一实施例中，如图1所示，提供一种痕量物质取样装置100，可用于对痕量粒子的取样操作，痕量粒子例如毒品、易燃物质、麻醉药品或易爆物质等。根据被取样物质的性质，该痕量物质取样装置100也可用于对痕量气体的采样操作。痕量物质取样装置100包括取样头1，取样头1上设有供气通道(如图中实线箭头所示的通道)和取样通道(如图中虚线箭头所示的通道)，供气通道设置成能向待取样的物质吹气，取样通道设置成用于流经待取样的物质后的气流通过。通过设置上述的两个气体通道，即供气通道和取样通道，通过供气通道向被取样的物质吹气，可将被取样的粒子在一定范围内被吹起，再通过取样通道以实现对被测物质的取样，可设置为抽气操作，以完成对被测痕量物质的快速取样操作。

其中，上述供气通道内流经的气体可设置为单纯的空气，也可设置为单一的气体，例如二氧化碳、氮气等，也可是自行设置的多种气体的混合气体。当然也包括被添加的化学添加剂，以增强痕量物质取样装置100的检测性能。

一些示例性实施例中，如图1所示，取样头1上开设有凹槽以形成富集区，供气通道的出气口12和取样通道的进气口11均与凹槽连通。其中，上述的凹槽可设置为取样头1上的内凹区域，所述内凹区域可设置成圆弧状等其它形状。

一些示例性实施例中，如图1、图2、图3所示，供气通道的出气口12设置有多个，并环绕取样通道的进气口11设置。其中，取样通道的进气口11设于凹槽，也就是内凹区域的中心位置，两个以上供气通道的出气口12围绕取样通道的进气口11周向均匀设置。以图2所示设置两个供气通道的出气口12为例，根据实际被取样物质的性质、内凹区域的容积、或者痕量物质取样装置100的功率，可将供气通道的出气口12围绕取样通道的进气口11设置三个或更多。另外，也不局限将出气口12设置成基于进气口11的一个圆周上，可设置在两个或更多个圆周上。通过吹气通道以及抽吸通道，也就是供气通道和取样通道以形成夹带着被取样粒子或气体的气流流路。

其中，进气口11和出气口12可以是设置在内凹区域的凹型面上的通孔，通孔可设置一定的倾斜角度，如图1所示，以形成气流的涡流通路。另外，进气口11和出气口12也可是安装在凹槽的内凹面上的通气口总成(图中未示出)，通气口总成嵌装在内凹面的安装孔内。其中通气口总成包括喷嘴和气管接头等。上述的流体通道形式有利于取样粒子随气体流动，可提高检测的精准性。在一些示例性实施例中，可将取样头1设置为球面形，使得外形线条更富有美感。其中，上述的球面形取样头1并非是严格意义上的球形，是说取样头1主体形状是球形，在此基础上，可如图1所示在下方设置有凹槽，在上方设置安装平面，当然，根据痕量物质取样装置100被安装的连接件的接口的形式，上方也可保留球状。

一些示例性实施例中，如图1所示，痕量物质取样装置100还包括气体驱动组件2，气体驱动组件2设置成能驱动气流依次流经供气通道、凹槽和取样通道。其中，气体驱动组件2可设置成一个总供气装置，也可以是几个供气装置的组合。气体驱动组件2可以是空气泵、风扇、真空发生器等中的任一种，或者是几种部件的组合。

一些示例性实施例中，如图1所示，气体驱动组件2设置在靠近取样通道的一侧，且气体驱动组件2设置成还能驱动气流依次流经取样通道和凹槽。

或者，气体驱动组件2包括第一气体驱动组件和第二气体驱动组件，第一气体驱动组件设置成驱动气流依次流经供气通道、凹槽和取样通道，第二气体驱动组件设置成驱动气流依次流经取样通道和凹槽。也就是说，取样通道设有两种工作模式，一种是在取样操作时，气体从供气通道吹出，将凹槽空间内的被取样物质吹起，连同被取样物质的气流被吸入取样通道。另一种，在取样操作结束后，取样通道作为向凹槽空间内吹入气体的通道而使用。此时是否设置供气通道向凹槽内吹入气体可自行选择。例如，将供气通道设置为持续向凹槽区域内吹气，取样通道也同样地向凹槽内吹气，将取样通道内残留的被取样物质吹出的同时，也避免了被取样物质通过出气口12误入供气通道，以免影响了下次取样操作结果的准确性。借助气体对通道空间进行清扫操作，也有效地提高了装置整体的清洁便利性。

一些示例性实施例中，痕量物质取样装置100还包括第一加热组件(图中未示出)，第一加热组件设置成对流向或流经供气通道的气流进行加热。

针对一些化学粒子，因自身结构特性导致其具有较低的饱和蒸汽压，因此在取样时，需要借助一定的温度，使得被测物质的饱和蒸汽压适当的升高。适当的高温就会增加附近化学物质的饱和蒸汽压，迅速将不容易挥发的化学物质带出，挥发后的化学物质能够在凹槽即富集区域内汇集，有效地保证了进气口11吸入的样品的浓度，确保了后期检测的灵敏度。因此，在一些示例性实施例中，痕量物质取样装置100还包括第一加热组件，第一加热组件可设于供气通道内，或者集成于气体驱动组件2上。其中，借助第一加热组件将被吹入内凹区域内的气体的温度加热到40℃～70℃中的任一值。

一些示例性实施例中，如图1所示，痕量物质取样装置100还包括第二加热组件4，第二加热组件4设置成对凹槽的侧壁进行加热。

其中，可将第二加热组件4设置为加热片或者加热丝，可嵌装在内凹区域的内凹面上以实现接触，或者是紧贴内凹面以实现接触，另外将取样头1的内凹区域的相应位置的材质设置为金属，或者是整个内凹区域的材质设置为金属，借助第二加热组件4，通过与内凹区域的接触配合，以向内凹区域传递热量，实现对富集区域内被取样粒子的加热处理，以增加该化学物质的饱和蒸汽压，提高检测精准度。另外，取样头1的内凹区域，即凹槽内具有一定的温度，可降低被取样物质的粘附性，有利于痕量物质取样装置100整体的清洁性。其中，通过金属的热传导使得取样头1的被加热区域的温度设置在35℃～45℃中的任一值。

一些示例性实施例中，如图4所示，痕量物质取样装置100还包括压力检测模块，压力检测模块设于取样头1上。其中，压力检测模块可设置为压力传感器5，将压力传感器5设置于取样头1上，如图所示，设置在凹槽周圈的取样头1的壳体上，可沿周圈均匀设置多个压力传感器5。取样检测操作时，当取样头1接触被取样的表面时，可提前预设一定的压力阈值，当压力传感器5检测到的压力值超过压力阈值时，痕量物质取样装置100自动开启取样、检测等工作。

一些示例性实施例中，如图1所示，痕量物质取样装置100还包括样品采集组件3，样品采集组件3设于靠近取样通道的出气口的一侧，用以收集被取样物质。

其中，样品采集组件3可设置于取样通道上且远离进气口11的端点上，也可设置于距离进气口11的端点具有一定距离的位置，即靠近取样通道出气口的一侧上，如图1所示，以将样品采集组件3设置于取样通道的出气口的端点处，将气体驱动组件2设置在样品采集组件3的上方为例进行方案的介绍。

其中，样品采集组件3可设置成具有纳米级表面的夹芯结构，两层以上的纳米级材质叠层设置，在沿着气体流动的方向设置细小的孔隙，将夹芯结构的材质设置成允许空气流通但是不允许粒子穿过的工程材料。当然，样品采集组件3也可设置成滤网、过滤器、具有涂覆化学试剂可实现对取样粒子吸附的表面的部件或者集气袋等，只要实现利用样品采集组件3对被取样物质进行收集操作即可，具体实现形式可根据实际情况自行设定。

本申请另一实施例中，如图4、图5所示，提供一种痕量物质分析系统，包括探测器200，以及上述的痕量物质取样装置100，探测器200具有样品入口，该样品入口与痕量物质取样装置100的取样通道的出气口连接。

其中，探测器200可内设有离子迁移谱模块。探测器200可直接与痕量物质取样装置100的取样通道的出气口连接，探测器200也可设为使其离化区与样品采集组件3的出口连接。

其中，离子迁移谱的基本原理是：当离子源将样品转化为离子后，在电场的驱使下，这些离子通过周期性开启的离子门(Ion gate)进入弱电场漂移区(Drift region)。在与逆流的中性漂移气体分子(Drift gas)不断碰撞的过程中，由于这些离子在电场中各自迁移速率不同，使得不同的离子得到分离，先后达到探测器被检测。根据离子所用的漂移时间可以计算出离子的迁移率，迁移率的定义是指在单位电场强度作用下离子的漂移速度。由于在一定的条件下，各种物质离子的迁移率互不相同，因而也就导致不同的离子通过电场的漂移时间各不相同。因此，可根据漂移时间的测量对样品进行分离和定性，记录离子探测器检测到的离子数量即可用于定量。

一些示例性实施例中，痕量物质分析系统还包括控制模块(图中未示出)，探测器200、痕量物质取样装置100的第一加热组件、第二加热组件4、气体驱动组件2以及压力传感器5均与控制模块电连接，控制模块设置成根据压力检测模块的检测结果控制探测器200、第一加热组件、第二加热组件4和气体驱动组件2的工作，以提高痕量物质分析系统的自动化程度，提高测量及分析的效率。

在一些示例性实施例中，可借助探测器200对被取样物质进行判读。其中，可将探测器200设置为对被取样分析物质的漂移时间进行判读，即在探测器200内设置所要检测的物质在相同环境条件下的漂移时间的数据库，根据实际被检测物质的特性，获得的漂移时间和数据库内的基准值进行比较，以实现对待测痕量化学粒子的判读。

在一些示例性实施例中，在探测器200获得被取样物质的漂移时间后，对其进行比对，即当分析获得的漂移时间与预存数据库中的某一检测基准值相吻合时，探测器200控制设置在其内部的报警模块发出报警提醒，也可设置语音提醒和图像显示两种方式，以方便对检测物质的种类进行快速识别。

本申请的另一实施例中，还提供一种痕量物质取样方法，该方法包括：向待取样的物质吹气；和对流经待取样的物质的气流进行取样。

一些示例性实施例中，在向待取样的物质吹气之前，还包括：在待取样的物质的表面形成富集区，可通过借助取样装置的内凹型面和被取样的表面以形成上述富集区。向待取样的物质吹气，包括：向所述富集区内吹气，所述的被吹入的气体可是空气，或者是其它单一元素的气体。

一些示例性实施例中，在向富集区内吹气之前，还包括：将富集区的内壁加热至第一预设温度范围，以降低粘附性。可通过设置电加热组件，将取样装置的凹槽区域设置为金属材质，以实现将富集区的内壁进行一定温度的加热。其中，所述第一预设温度范围为35℃～45℃。

一些示例性实施例中，吹向待取样的物质的气体为室温气体或者加热至第二温度范围的气体，所述第二温度范围设置为40℃～70℃。

在本文的描述中，术语“上”、“下”、“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”、“边”、“相对”、“四角”、“周边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的结构具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“直接连接”、“间接连接”、“固定连接”、“安装”、“装配”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；术语“安装”、“连接”、“固定连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

虽然本文所揭露的实施方式如上，但所述内容仅为便于理解本文而采用的实施方式，并非用以限定本文。任何本文所属领域内技术人员，在不脱离本文所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本文的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定为准。

Claims (12)

1.一种痕量物质取样装置，其特征在于，包括取样头，所述取样头上设有供气通道和取样通道，所述供气通道设置成能向待取样的物质吹气，所述取样通道设置成用于流经所述待取样的物质后的气流通过；取样操作时所述取样头与待取样的表面接触；

所述取样头上开设有凹槽以形成富集区，所述供气通道的出气口和所述取样通道的进气口均与所述凹槽连通；所述痕量物质取样装置还包括气体驱动组件，所述气体驱动组件设置成能驱动气流依次流经所述供气通道、所述凹槽和所述取样通道；

所述痕量物质取样装置还包括第一加热组件；所述第一加热组件设于所述供气通道内，或者集成于气体驱动组件上；所述第一加热组件设置成对流向或流经所述供气通道的气流进行加热；所述加热范围为40℃～70℃；

所述痕量物质取样装置还包括第二加热组件，所述第二加热组件设置成对所述凹槽的侧壁进行加热；所述加热范围为35℃～45℃；

所述痕量物质取样装置还包括压力检测模块，所述压力检测模块设于设置在凹槽周圈的取样头的壳体上；提前预设压力阈值，所述取样头接触待取样的表面且所述压力检测模块检测的压力值超过压力阈值时，所述痕量物质取样装置自动开启取样检测工作。

2.如权利要求1所述的痕量物质取样装置，其特征在于，所述供气通道的出气口设置有多个，并环绕所述取样通道的进气口设置。

3.如权利要求2所述的痕量物质取样装置，其特征在于，所述气体驱动组件设置在靠近所述取样通道的一侧，且所述气体驱动组件设置成还能驱动气流依次流经所述取样通道和所述凹槽；

或者，所述气体驱动组件包括第一气体驱动组件和第二气体驱动组件，所述第一气体驱动组件设置成驱动气流依次流经所述供气通道、所述凹槽和所述取样通道，所述第二气体驱动组件设置成驱动气流依次流经所述取样通道和所述凹槽。

4.如权利要求1至2任一所述的痕量物质取样装置，其特征在于，所述取样头设置为球形。

5.如权利要求1至2任一所述的痕量物质取样装置，其特征在于，还包括样品采集组件，所述样品采集组件设于靠近所述取样通道的出气口的一侧，用以收集被取样物质。

6.一种痕量物质分析系统，包括探测器，其特征在于，还包括上述权利要求1至4任一所述的痕量物质取样装置，所述探测器具有样品入口，所述样品入口与所述痕量物质取样装置的取样通道的出气口连接。

7.如权利要求6所述的痕量物质分析系统，其特征在于，还包括控制模块，所述探测器、所述痕量物质取样装置的第一加热组件、第二加热组件、气体驱动组件以及压力检测模块均与所述控制模块电连接，所述控制模块设置成根据所述压力检测模块的检测结果控制所述探测器、所述第一加热组件、所述第二加热组件和所述气体驱动组件的工作。

8. 一种采用权利要求1至2任一所述的痕量物质取样装置的痕量物质取样方法，其特征在于，包括：

向待取样的物质吹气；和

对流经所述待取样的物质的气流进行取样。

9.如权利要求8所述的痕量物质取样方法，其特征在于，在所述向待取样的物质吹气之前，还包括：在待取样的物质的表面形成富集区；

所述向待取样的物质吹气，包括：向所述富集区内吹气。

10.如权利要求9所述的痕量物质取样方法，其特征在于，在所述向所述富集区内吹气之前，还包括：将所述富集区的内壁加热至第一预设温度范围，以降低粘附性。

11.如权利要求10所述的痕量物质取样方法，其特征在于，所述第一预设温度范围为35℃~45℃。

12.如权利要求8至11任一所述的痕量物质取样方法，其特征在于，吹向所述待取样的物质的气体为室温气体或者加热至第二温度范围的气体，所述第二温度范围设置为40℃~70℃。