DE19844605A1

DE19844605A1 - Solid particle detection modular unit for clinical medicine and environmental protection has a nozzle and chamber arranged in a single modular unit

Info

Publication number: DE19844605A1
Application number: DE1998144605
Authority: DE
Inventors: Bernhard Spengler; Klaus-Peter Hinz
Original assignee: HINZ KLAUS PETER
Current assignee: HINZ KLAUS PETER
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2000-03-30

Abstract

The nozzle (5) and chamber (11, 15) are arranged together as a single modular unit (2) for insertion and removal to a test instrument. The nozzle (5) and chamber (11, 15) are contained within a flange-fitted sliding housing. An apparatus for feeding gases containing solid particles into an analysis chamber comprises a nozzle extending into a chamber from which an expanding mixture of the particles and gases is exhausted. The nozzle (5) and chamber (11, 15) are arranged together as a single modular unit (2) for insertion and removal to a test instrument. The nozzle (5) and chamber (11, 15) are contained within a flange-fitted sliding housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einleiten von Aerosolen in eine Analysenkammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for introducing aerosols into a Analysis chamber according to the preamble of claim 1.

Die Analyse von in Gasen befindlichen Partikeln ist von Interesse bei der Beurtei lung von Effekten in Reinräumen, beispielsweise in der Medizin und im Umwelt schutzbereich. Die entscheidenden und damit interessierenden Meßgrößen sind die Größe und die chemische Zusammensetzung der Partikel. Das Ziel solcher Untersu chungen ist die Bestimmung der individuellen Eigenschaften der einzelnen Partikel und deren anschließende Zusammenfassung in Partikelgruppen zum Bestimmen der Wirkung auf Mensch und Umwelt.The analysis of particles in gases is of interest to the assessor effects in cleanrooms, for example in medicine and the environment protected area. The decisive and therefore interesting parameters are Size and chemical composition of the particles. The goal of such investigation is the determination of the individual properties of the individual particles and their subsequent combination in particle groups to determine the Impact on people and the environment.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden in den letzten Jahren eine Reihe von Geräten entwickelt, die eine impaktfreie direkte Einleitung bzw. online Einleitung eines Partikel-Gas-Gemisches in eine Analyseapparatur unter Vakuumbedingungen gestat ten. Die Optimierung des Einlaßsystems für die Partikel spielt bei derartigen Untersuchungen eine zentrale Rolle, da die Partikel möglichst verlustfrei in Anzahl, Form und Zusammensetzung an den Ort der eigentlichen Untersuchung, beispiels weise zur Bestimmung ihrer Größe oder chemischen Zusammensetzung, gebracht werden sollen.To achieve this goal, a number of devices have been used in recent years developed an impact-free direct introduction or online introduction of a Particle-gas mixture allowed in an analysis apparatus under vacuum conditions The optimization of the inlet system for the particles plays with such Investigations play a central role because the number of particles is as lossless as possible, Shape and composition at the place of the actual examination, for example wise to determine their size or chemical composition should be.

Zu diesem Zweck verfügbare und daher bekannte Einlaßsysteme sind meist mehr stufige Düsensysteme, die wegen der geringen Abmessungen der Düsenöffnungen schnell verstopfen und dementsprechend häufig gereinigt werden müssen. Die zum Reinigen notwendige Demontage und anschließende Reinigung und Neujustage sol cher Systeme ist aufgrund ihres komplizierten Aufbaus sehr zeitaufwendig. Deshalb sind kontinuierliche Messungen nur schwer realisierbar. For this purpose, known and therefore known intake systems are usually more stage nozzle systems, because of the small dimensions of the nozzle openings clog quickly and therefore have to be cleaned frequently. The for Clean necessary disassembly and subsequent cleaning and readjustment sol Systems are very time consuming due to their complicated structure. Therefore continuous measurements are difficult to implement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einleiten von Aerosolen in eine Analysenkammer wie eine Vakuumkammer zu schaffen, welche eine möglichst verlustfreie Einleitung der in den Aerosolen enthaltenen Partikel in die Analysenkammer gestattet und die zudem unter möglichst geringem Zeitauf wand auswechselbar ist.The invention has for its object a device for initiating Creating aerosols in an analysis chamber like a vacuum chamber which a loss-free introduction of the particles contained in the aerosols into the analysis chamber permits and also takes up as little time as possible wall is interchangeable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist.This object is achieved with a device which the Features of claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements and developments of the invention are the subject of subclaims.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zum gerichteten Einlaß frei fliegender Partikel in eine Analysenapparatur geschaffen, wobei expandierendes Trägergas vor dem Eintritt der in einem Gasgemisch oder Aerosol enthaltenen Partikel in eine Analysenkammer abgepumpt wird, beispielsweise mittels eines differentiell arbei tenden pumpenden Düsensystems, das aus einer Düse, einem Skimmer und einer Blende oder aber einer aerodynamischen Linse zur gezielten Formgebung des die Partikel enthaltenden Gasstrahles oder Aerosolstrahles dient.The invention makes a device for directional inlet free-flying Particles created in an analytical apparatus, with expanding carrier gas in front the entry of the particles contained in a gas mixture or aerosol into a Analysis chamber is pumped out, for example by means of a differential work tendency pumping nozzle system, consisting of a nozzle, a skimmer and one Aperture or an aerodynamic lens for targeted shaping of the Particle-containing gas jet or aerosol jet is used.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist außerdem als modulares System ausgebildet, um einen schnellen Wechsel oder Austausch des Düsensystems zu ermöglichen. Dieses modulare Partikeleinlaßsystem gestattet den Austausch oder Wechsel der Düsenkonfiguration innerhalb weniger Minuten, was von erheblichem Wert in der Einzelpartikelanalytik ist, da kontinuierliche Messungen nur kurzfristig unter brochen werden müssen.The device according to the invention is also designed as a modular system, to enable a quick change or exchange of the nozzle system. This modular particle inlet system allows the exchange or exchange of the Nozzle configuration within a few minutes, which is of considerable value in the Single particle analysis is under, since continuous measurements are only brief have to be broken.

Zur weiteren Erläuterung von Merkmalen und Vorteilen der Erfindung ist in der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch in einem senkrechten Schnitt in gegenüber der praktischen Ausführung stark vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird nachstehend erläutert.To further explain features and advantages of the invention is in the Drawing an embodiment of the device according to the invention schematically in a vertical cut compared to the practical version strong shown on an enlarged scale. The operation of this device will explained below.

Ein Partikel-Gas-Gemisch in Form eines Aerosols wird in eine Analysenkammer 1 durch einen Kanal 8 zugeführt, der sich in einem Einschub 2 befindet, welcher in einem äußeren Gehäuse 9 und einem in diesem untergebrachten inneren Gehäuse 10 steckt.A particle-gas mixture in the form of an aerosol is fed into an analysis chamber 1 through a channel 8 which is located in an insert 2 which is inserted in an outer housing 9 and an inner housing 10 accommodated therein.

Innerhalb des Einschubes 2 sind auswechselbare Komponenten, hier eine Düse 5, ein Skimmer 6 und eine Blende 7 angeordnet, durch die das Partikel-Gas-Gemisch zur Analysenkammer 1 und in dieselbe strömt.Exchangeable components, here a nozzle 5 , a skimmer 6 and an orifice 7, are arranged inside the insert 2 , through which the particle-gas mixture flows to and into the analysis chamber 1 .

Der Raum 11 zwischen der Düse 5 und dem Skimmer 6 ist durch eine Öffnung 12 im Einschub 2 mit einem am inneren Gehäuse 10 vorgesehenen Stutzen 13 verbun den, dessen Bohrung 14 mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe verbunden ist. Das Ganze bildet eine erste Pumpstufe 3.The space 11 between the nozzle 5 and the skimmer 6 is verbun through an opening 12 in the slot 2 with a provided on the inner housing 10 nozzle 13 , the bore 14 is connected to a vacuum pump, not shown. The whole forms a first pump stage 3 .

Der Raum 15 zwischen dem Skimmer 6 und der Blende 7 ist durch eine Öffnung 16 im Einschub 2 mit einem Stutzen 17 des äußeren Gehäuses 9 verbunden, wobei die Bohrung 18 dieses Stutzens 17 mit einer weiteren Vakuumpumpe verbunden ist, so daß hier eine zweite Pumpstufe 4 vorliegt.The space 15 between the skimmer 6 and the panel 7 is connected through an opening 16 in the insert 2 with a connector 17 of the outer housing 9 , the bore 18 of this connector 17 being connected to a further vacuum pump, so that here a second pump stage 4th is present.

Sämtliche Teile dieser Vorrichtung sind lösbar miteinander verbunden und bilden insgesamt ein modulares Einlaßsystem, das als Ganzes ein- und ausgebaut werden kann, ebenso wie die einzelnen Teile der Vorrichtung voneinander gelöst und gegen andere Teile ausgetauscht werden können.All parts of this device are releasably connected to one another and form overall, a modular inlet system that can be installed and removed as a whole can, as well as the individual parts of the device detached from each other and against other parts can be replaced.

Bei der praktischen Ausführungsform dieser Vorrichtung hat die Auslaßöffnung 28 der Düse 5 beispielsweise einen Durchmesser von 500 µm und die Einlaßöffnung 19 des Skimmers 6 einen Durchmesser von 400 µm. Die Öffnung 20 der Blende 7 hat bei dieser Ausführungsform beispielsweise einen Durchmesser von 300 µm. In the practical embodiment of this device, the outlet opening 28 of the nozzle 5 has, for example, a diameter of 500 μm and the inlet opening 19 of the skimmer 6 has a diameter of 400 μm. In this embodiment, the opening 20 of the diaphragm 7 has a diameter of 300 μm, for example.

In diesem Zusammenhang wird auf den aus der US-PS 4,383,171 und der US-PS 5,382,794 bekannten Stand der Technik verwiesen.In this connection, reference is made to US Pat. No. 4,383,171 and US Pat 5,382,794 known prior art.

Der Abstand zwischen der Düse 5 und dem Skimmer 6 kann bei einer praktischen Ausführungsform 4 mm und der Abstand zwischen dem Skimmer 6 und der Blende 7 - ebenfalls bei dieser Ausführungsform - 12 mm betragen.The distance between the nozzle 5 and the skimmer 6 can be 4 mm in a practical embodiment and the distance between the skimmer 6 and the screen 7 - also in this embodiment - 12 mm.

Bei dieser Ausführungsform wird das expandierende Trägergas des Aerosols in der ersten Pumpstufe 3 und danach in der zweiten Pumpstufe 4 mit nicht dargestellten Vakuumpumpen abgepumpt, während die im Aerosol enthaltenen Partikel infolge ihrer hohen Trägheit nahezu gradlinig Skimmer 6 und Blende 7 durchfliegen.In this embodiment, the expanding carrier gas of the aerosol is pumped out in the first pump stage 3 and then in the second pump stage 4 with vacuum pumps (not shown), while the particles contained in the aerosol fly through the skimmer 6 and orifice plate 7 almost linearly due to their high inertia.

Der gesamte analytische Volumenfluß durch das Einlaßsystem ist von der Größe der Öffnungen der Düse 5, des Skimmers 6 und der Blende 7 abhängig. Er beträgt bei der dargestellten Ausführungsform etwa 1,6 l/min.The total analytical volume flow through the inlet system depends on the size of the openings of the nozzle 5 , the skimmer 6 and the orifice 7 . In the embodiment shown, it is approximately 1.6 l / min.

Durch Einstellung und Anpassung der Abstände zwischen Düse 5, Skimmer 6 und Blende 7 kann die Transmissionseffizienz optimiert werden.The transmission efficiency can be optimized by adjusting and adapting the distances between nozzle 5 , skimmer 6 and orifice 7 .

Der Einschub 2 bildet mit der darin untergebrachten Düse 5, dem darin ebenfalls untergebrachten Skimmer 6 und schließlich der Blende 7 eine Einheit, welche im ganzen in die Vorrichtung eingesetzt und aus dieser auch herausgenommen werden kann. Deshalb ist ein schnelles Auswechseln und Austauschen dieser Einheit möglich.The insert 2 forms a unit with the nozzle 5 accommodated therein, the skimmer 6 also accommodated therein and finally the screen 7 , which can be inserted into and removed from the device as a whole. Therefore, this unit can be exchanged and exchanged quickly.

Am oberen Ende des Einschubes 2 ist ein Flansch 21 angeordnet, der als Positio nierhilfe dient und sich in der in der Zeichnung gezeugten Einbauposition auf das obere Ende des Gehäuse 9, 10 anschlagförmig auflegt.At the upper end of the insert 2 , a flange 21 is arranged, which serves as a positioning aid and lies in the installation position shown in the drawing on the upper end of the housing 9 , 10 in a stop shape.

Der Einschub 2 ist mit einer in der Zeichnung nicht näher gezeigten Passung sozusagen mit Schiebesitz in das Gehäuse 9, 10 einsteckbar. Es ist aber auch möglich, den Einschub über eine Schraubverbindung mit dem Gehäuse auswechsel bar zu verbinden.The insert 2 can be inserted into the housing 9 , 10 with a fit, as it were, with a sliding seat, as it were. However, it is also possible to connect the plug-in bar to the housing via a screw connection.

Ist ein Wechsel des Einlaßsystems bzw. der hier beschriebenen Vorrichtung notwendig, beispielsweise weil die Düse verstopft ist, kann die Vorrichtung nach Belüftung der Analysenapparatur mit wenigen Handgriffen innerhalb von weniger als 5 Minuten durch ein System gleicher Bauart ersetzt werden. Daher kann kurz fristig nach Belüftung und Austausch, beispielsweise nach etwa 20 Minuten, der Meßbetrieb fortgesetzt werden.Is a change of the intake system or the device described here necessary, for example because the nozzle is blocked, the device can Ventilation of the analytical equipment in just a few simple steps than 5 minutes can be replaced by a system of the same design. Therefore, can be short in time after ventilation and replacement, for example after about 20 minutes Measurement operation to be continued.

Alternativ zu der Ausführungsform mit Düse 5, Skimmer 6 und Blende 7 kann in dem Einschub 2 auch ein aerodynamisches Linsensystem angeordnet werden, wie es beispielsweise in der US-PS 5,270,542 oder in der US-PS 5,565,677 offenbart ist. Mit aerodynamischen Linsen kann die Divergenz des Partikelstrahles beim Eintritt in ein Volumen mit geringerem Druck vermindert und der Partikelstrahl gezielt geformt werden.As an alternative to the embodiment with nozzle 5 , skimmer 6 and screen 7 , an aerodynamic lens system can also be arranged in the insert 2 , as is disclosed, for example, in US Pat. No. 5,270,542 or US Pat. No. 5,565,677. With aerodynamic lenses, the divergence of the particle beam when entering a volume with lower pressure can be reduced and the particle beam can be specifically shaped.

Durch eine gute Ausrichtung der Partikel auf die Achse des Einlaßsystems werden Verluste infolge einer Deposition bzw. Ablagerung an Wänden minimiert. Die Nachweiseffizienz für einen weiten Bereich der Partikelgröße in der Analysen kammer 1 wird dadurch erhöht.By properly aligning the particles with the axis of the intake system, losses due to deposition or deposition on walls are minimized. This increases the detection efficiency for a wide range of particle size in the analysis chamber 1 .

Claims

1. Device for introducing gases containing solid particles into an analysis chamber, with a nozzle arranged in front of the analysis chamber for supplying the particle-gas mixture, the nozzle opening into a chamber from which expanding gas of the particle-gas mixture is suctioned can be characterized in that the nozzle ( 5 ) and the chamber ( 11 , 15 ) are arranged in an insert ( 2 ) which can be installed and removed as a unit.

2. Device according to claim 1, characterized in that the insert ( 2 ) is arranged with a sliding seat in the device.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the insert ( 2 ) is provided with a flange ( 21 ) which can be fitted as a stop on a housing ( 9 , 10 ).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nozzle ( 5 ) is interchangeably arranged in the insert ( 2 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that a skimmer ( 6 ) and / or a diaphragm ( 7 ) is or are interchangeably arranged in the insert ( 2 ).

6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that an aerodynamic lens is interchangeably arranged in the insert ( 2 ).

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the mutual distance of the nozzle ( 5 ) arranged in the insert ( 2 ) to the skimmer ( 6 ) arranged therein and the aperture ( 7 ) also arranged therein is individually adjustable.

8. The device according to claim 7, characterized in that the distance between the outlet opening ( 28 ) of the nozzle ( 5 ) and the inlet opening ( 19 ) of the skimmer ( 6 ) 4 mm and the distance between the skimmer ( 6 ) and the opening ( 20 ) the panel ( 7 ) is 12 mm.