KR20160146755A - 검출기 유입구 및 샘플링 방법 - Google Patents

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Abstract

관심 물질을 검출하기 위한 분석 장치, 및 검출기 유입구를 포함하는 검출기가 개시된다. 검출기 유입구는 샘플링 용량을 포함하고, 유체의 유동을 운반하기 위한 유동 통로, 및 유체가 샘플링 유입구를 통과하여 유동함에 따라서 샘플링 용량으로부터 유체의 샘플들을 수집하고 분석 장치에 샘플들을 제공하는데 적합한 샘플링 유입구를 포함하며, 유체의 유동은 미립자들을 운반한다. 검출기 유입구는 샘플링 용량에 들어감이 없이 유동 통로를 따라서 샘플링 유입구를 통과하여 운반된 미립자들의 상대적 비율을 증가시키도록 유체에 의해 운반되는 미립자들의 공간적인 분포를 변화시키도록 배열된 유동 디렉터를 또한 포함한다.

Description

검출기 유입구 및 샘플링 방법{DETECTOR INLET AND SAMPLING METHOD}
본 발명은 검출 방법 및 장치에 관한 것이며, 특히 검출기들을 위한 샘플들을 획득하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 여전히 특히 미립자들의 존재 시에 증기의 샘플을 획득하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 이러한 방법과 장치는 분광 분석법, 예를 들어 이온 이동도 분광 분석법 및 질량 분광 분석법에서 특정의 적용을 찾을 수 있다.
일부 검출기들은 검출기 유입구(detector inlet) 내로 공기와 같은 유체의 스트림을 "흡입하고" 관심 물질(substance of interest)을 검출하도록 분석 장치로 이러한 공기를 샘플링하는 것에 의해 작동된다. 이러한 공기의 흡입된 스트림은 핀홀, 모세관 및 멤브레인 유입구와 같은 샘플링 유입구를 사용하여 검출기 유입구로부터 샘플링될 수 있다.
때때로, 손파지, 또는 휴대용 디바이스들은 예를 들어 군인 및 보안 요원이 사용하는데 필요할 수 있다. 이러한 요원은 빈번하게 많은 양의 먼지 및 오물과 다른 입자 물질이 존재하는 적대적 환경에서 작업한다. 이러한 미립자들은 샘플링 유입구를 막거나 또는 그렇지 않으면 검출기를 손상시킬 수 있다. 일부의 경우에, 공기의 스트림에 의해 운반되는 미립자들은 검출기가 민감하게 반응하는 물질들을 포함할 수 있다. 이러한 미립자들이 검출기 또는 그 유입구에 쌓이면, 미립자들은 검출기를 오염시키고, 회복 시간 문제(recovery time issue)를 유발할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 관심 물질들을 검출하기 위한 검출기, 및 검출기들에서 분석하기 위한 샘플들을 획득하도록 배열된 검출기 유입구에 관한 것이다.
샘플을 획득하도록, 유체는 검출기 유입구 내로 흡입되어 유동 통로를 따라서 배출구로 유동될 수 있다. 샘플링 유입구는 분석 장치에 유체의 샘플들을 제공하도록 유동 통로에 결합된다. 미립자들이 그 환경에 존재하는 경우에, 미립자들은 흡입된 공기에 의해 운반되고, 환경 전체에 걸쳐서 공간적으로 분포된다. 본 발명의 실시예들은 이러한 미립자들의 공간적인 분포를 변화시키는 유동 디렉터(flow director)로 유체의 유동을 안내하는 것을 목적으로 한다.
이러한 것은 미립자들의 공간적인 분포가 격감되는 유동 디렉터의 하류에 유동 통로의 일정 용량을 제공한다. 샘플링 유입구는 원치않는 입자 물질로 검출기를 오염시키거나 또는 간단하게 샘플링 유입구를 차단하는 위험을 감소시키도록 이러한 격감된 샘플링 용량(depleted sampling volume)으로부터 샘플들을 획득하도록 배열될 수 있다.
미립자들의 분포의 이러한 변경은 예를 들어 유동 통로를 따르는 유체 유동의 적어도 일부의 속도를 높이거나, 낮추거나, 또는 방향을 변화시키는 것에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 단지 예의 방식에 의해 지금 설명될 것이다:
도 1은 검출기 유입구를 갖는 검출기의 한 예를 도시한 도면
도 2는 검출기 유입구를 갖는 검출기의 또 다른 예를 도시한 도면
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 검출기 유입구의 개략도
도 3d 및 도 3e는 검출기 유입구에 있는 유동 통로(flow passage)를 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포를 예시하는 도면
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 검출기 유입구의 개략도
도 4d 및 도 4e는 검출기 유입구에 있는 유동 통로를 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포를 예시하는 도면
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 검출기 유입구의 개략도
도 5d 및 도 5e는 검출기 유입구에 있는 유동 통로를 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포를 예시하는 도면
도 6a는 다른 검출기 유입구의 개략도
도 6b 및 도 6c는 도 6a의 검출기 유입구의 유동 통로를 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포를 예시하는 도면
도 7은 도 1 내지 도 6a, 도 6b 및 도 6c에 도시된 검출기 유입구들의 가능한 변경을 도시한 도면.
도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 요소들을 지시하도록 사용된다.
도 1은 핀홀, 모세관 또는 멤브레인 유입구와 같은 샘플링 유입구(14)에 의해 분석 장치(6)에 결합된 검출기 유입구(2), 및 샘플링 유입구(14) 주위의 샘플링 용량(16)으로부터 샘플링 유입구(14)를 통한 유체의 샘플들을 획득하도록 배열된 샘플 채취기(10)(sampler)를 포함하는 검출기(1)를 도시한다.
도 1에 도시된 검출기 유입구(2)는 샘플링 유입구(14)를 통과한 유체의 유동(8)을 운반하기 위한 유동 통로(20)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 도 1의 검출기 유입구(2)는 유동 통로 내로, 샘플링 유입구(14)를 통과하고 유동 통로(20)를 따라서 배출구로 유체를 유동시키도록 배열된 유동 제공자(18)(flow provider)(18)를 포함한다. 검출기 유입구(2)는 샘플링 유입구(14)의 상류에서 유체의 유동(8)을 가열하도록 배열될 수 있는 히터(4)를 또한 포함할 수 있다.
유동 통로(20)는 도 1의 예에서 샘플링 유입구(14)로부터 상류에서 유체 유동의 방향을 변화시키도록 배열된, 유동 통로(20)에 있는 굽힘부(bend)에 의해 제공되는 유동 디렉터(21)를 포함한다.
샘플링 유입구는 유동 통로(20)에 결합되고, 샘플링 유입구(14) 주위의 유동 통로(20)에 있는 샘플링 용량(16)으로부터 유체의 샘플들을 수집하는데 적합할 수 있다. 샘플 채취기(10)는 분석 장치에 샘플을 제공하도록 유입구를 통하여, 샘플링 용량(16)보다 작은, 유체의 선택된 용량을 흡인하도록 구성된다. 샘플 채취기(10)는 전기 기계 액튜에이터, 예를 들어 솔레노이드 구동 액튜에이터, 및/또는 샘플링 용량(16)으로부터 샘플링 유입구(14)를 통해 분석 장치 내로 증기를 전달하도록 배열된 기계적 펌프를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 분석 장치(6)는 질량 분석계를 포함한다. 질량 분석계는 이온화 장치, 이온 가속기, 빔 포커서(beam focusser), 자석, 및 증기의 샘플들에서 질량 분광 분석법 분석을 수행하도록 배열된 패러데이 수집기(faraday collector)를 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 컨트롤러(12)는 분석 장치, 유동 제공자, 히터, 및 샘플 채취기를 제어하도록 결합된다. 컨트롤러(12)는 프로세서와, 검출기(1)의 동작을 위한 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예의 동작에서, 유동 제공자(18)는 유동 통로를 따라서 유체를 유동시키고, 유동 통로(20)에 있는 굽힘부는 샘플링 유입구(14)로부터 상류에서 유체 유동의 방향을 변화시킨다. 이러한 방식으로 유동을 안내하는 것에 의해, 유체 유동을 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포는 샘플링 유입구(14) 주위에서 용량에 들어감이 없이 샘플링 유입구(14)를 통과한 미립자들의 비율을 증가시키도록 변화될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 이러한 것은 유입구가 굽힘부의 내부에 배열되기 때문에 일어나며, 유동에 의해 운반되는 미립자들은 굽힘부의 외측을 따라서 샘플링 유입구(14)로부터 멀리 유동하려 한다. 분포에서의 이러한 변화는 도 1의 삽도(Inset)(A)에 도시된다. 삽도(A)는 라인(A)을 따르는 미립자들의 공간적인 분포의 플롯(100)을 예시하며, 수평축은 유체의 유동 방향을 가로지르는 위치를 나타낸다. 도 1의 삽도(A)에 도시된 플롯(100)은 유동 디렉터(21)로부터 상류에서 미립자들의 공간적인 분포에 대응한다. 삽도(B)는 샘플링 용량(16)의 영역에서 유체의 유동 방향을 가로지르는, 라인(B)을 따르는 미립자들의 공간적인 분포의 플롯(102)을 도시한다. 삽도(A)와 삽도(B)의 비교로부터, 유체의 유동(8)을 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포가, 샘플링 용량(16)에 들어감이 없이 유동 통로(20)를 따라서 샘플링 유입구(14)를 통과하여 운반된 미립자들의 상대적 비율을 증가시키도록 변화된다는 것을 알 수 있다.
컨트롤러(12)는 샘플링 용량(16)으로부터 샘플을 흡인하고 분석 장치(6)에 샘플을 제공하도록 샘플 채취기(10)를 제어할 수 있다. 도 1에 도시된 분석 장치(6)는 그런 다음 샘플 상에서 질량 분광 분석법을 수행하는 것에 의해 샘플을 분석할 수 있다.
예측할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 검출기 유입구(2)는 이온 이동도 분광 분석계, 비행시간 이온 이동도 분광 분석계(time of flight ion mobility spectrometer), 색층 분석 장치(chromatography apparatus) 및 관심 물질들을 검출하기 위한 다른 종류의 분석기들과 같은 다른 종류의 검출기들에서 또한 사용될 수 있다.
도 2는 분석 장치가 이온 이동도 분광 분석계(6')를 포함하지만 그 외에 도 1에 도시된 장치와 동일한 검출기(1)를 도시한다. 도 2의 이온 이동도 분광 분석계는 샘플링 유입구(14)에 의해 검출기 유입구(2)에 결합된다. 샘플 채취기(10)는 샘플링 유입구(14)를 통과하는 유체의 샘플들을 획득하고 샘플들을 이온 이동도 분광 분석계(6')에 제공하도록 배열된다. 도 1의 예에서와 같이, 컨트롤러(12)는 프로세서와, 검출기(1)의 동작을 위한 명령을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 도 1에서와 같이, 샘플 채취기(10)는 전기 기계 액튜에이터, 예를 들어 솔레노이드 구동 액튜에이터, 및/또는 샘플링 용량(16)으로부터 샘플링 유입구(14)를 통해 분석 장치로 증기를 전달하도록 배열된 기계적 펌프를 포함할 수 있다.
도 2에서, 이온 이동도 분광 분석계(6')는 샘플이 이온화 장치(34)에 의해 이온화될 수 있는 반응 영역(36)을 포함할 수 있다. 샘플 채취기(10)는 샘플링 유입구(14)를 통해 샘플링 용량(16)으로부터 샘플을 획득하고 반응 영역(36)에 샘플을 제공하도록 동작될 수 있다. 샘플링 유입구(14)들의 일부 예들은 대략 0.7mm 지름일 수 있는 '핀홀" 유입구들을 포함하며, 예를 들어, 지름은 적어도 0.4mm, 예를 들어 적어도 0.6mm, 적어도 1.0mm 미만, 예를 들어 0.8mm 미만일 수 있다.
게이트 전극(30)은 드리프트 챔버(38)로부터 반응 영역(36)을 분리할 수 있다. 게이트 전극(30)은 적어도 2개의 전극들의 조립체를 포함할 수 있으며, 전극들은 브래드버리-닐슨(Bradbury-Nielsen) 게이트를 제공하도록 배열될 수 있다. 드리프트 챔버(38)는 이온들을 검출하기 위하여 게이트 전극(30)으로부터 드리프트 챔버(38)의 반대편 단부를 향하는 수집기(32)를 포함할 수 있다. 드리프트 챔버는 이온 수집기(32)로부터 게이트(30)를 향하여 드리프트 챔버(38)를 따르는 드리프트 가스의 유동을 제공하도록 배열된, 드리프트 가스 유입구(44) 및 드리프트 가스 배출구(46)를 또한 포함한다. 샘플 채취기(10)는 샘플링 유입구(14)를 통하여 샘플링 용량(16)으로부터 유체를 획득하도록 컨트롤러(12)에 의해 동작될 수 있다. 샘플 채취기(10)는 획득된 샘플을 분광 분석계(6')의 반응 영역(36) 내에 제공하도록 또한 동작될 수 있다. 도 2에 도시된 반응 영역은 샘플을 이온화하기 위한 이온화 장치(34)를 포함한다. 이온화 장치(34)는 코로나 방출 이온화 장치를 포함할 수 있다. 드리프트 챔버(38)는 드리프트 가스의 유동에 거슬러 수집기(32)를 향해 이온들을 움직이도록 드리프트 챔버(38)를 따라서 전기장을 인가하기 위한 드리프트 전극(40, 42)들을 포함할 수 있다. 비록 도 2의 장치가 2개의 드리프트 전극(40, 42)들을 포함하는 것으로서 도시되었을지라도, 일부 실시예들은 2개 이상의 드리프트 전극들을 포함할 수 있다.
동작 시에, 유동 제공자(18)는 유동 통로(20)에 있는 유동 디렉터(21)를 통과하고, 그런 다음 샘플링 유입구(14)를 통과한 유체의 유동(8)을 안내하도록 동작될 수 있다. 유체가 유동 디렉터(21)를 통과하여 유동함에 따라서, 유체가 제공하는 방향에서의 변화는 그 굽힘부의 상류의 상기 분포의 형상에 대해 유체의 유동 방향을 가로지는 미립자들의 분포를 변화시킨다. 이러한 것은 비교적 적은 미립자들이 유동하는 유동 통로(20)의 단면의 감소된 영역을 제공할 수 있으며, 미립자의 대부분은 유동 통로의 단면의 다른 부분들을 통해 운반된다. 이러한 감소된 영역은 유동 통로(20)를 따라서 일정 거리 동안 지속될 수 있고, 이에 의해 미립자들의 수(예를 들어, 단위 용량당 총수)가 유동 통로의 다른 영역에서보다 비교적 적은 샘플링 용량(16)을 한정한다.
샘플 채취기(10)는 샘플링 유입구(14)를 통하여 이러한 샘플링 용량(16)으로부터 유체의 샘플을 획득하도록 동작될 수 있다. 유체의 획득된 샘플은 그런 다음 분석 장치에 제공될 수 있다. 도 2의 예에서, 분석 장치는 이온 이동도 분광 분석계(6')를 포함한다.
상기된 바와 같이, 본 발명의 검출기 유입구들은 먼지와 오염물이 일반적인 적대적 환경에서 사용될 수 있는 휴대용 디바이스들에서의 특정 적용을 발견한다. 이러한 검출기 유입구들은 도 1의 질량 분석계, 도 2의 이온 이동도 분광 분석계, 다른 종류의 분석기, 분광 분석계 및/또는 색층 분석 장치와 같은 다양한 분석 장치와 함께 사용될 수 있다. 아울러, 검출기 유입구(2)는 상이한 구성을 가질 수 있다.
도 3 및 도 4, 및 도 5에 도시된 바와 같이, 검출기 유입구(2)는 상이한 구조적 형태를 가지는 유동 디렉터들을 포함한다. 이러한 유동 디렉터들의 각각은 비교적 낮은 농도의 미립자(예를 들어, 단위 용량당 낮은 질량, 또는 단위 용량당 낮은 미립자 총수)를 가지는 샘플링 용량(16)을 제공하도록 유체의 유동(8)에서 미립자들의 분포를 변화시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 유동 디렉터(21)는 유체 유동이 유동 통로를 따라서 샘플링 용량(16)을 통과하는 유체의 유동(8)과 비교하여 느린 샘플링 용량(16)을 제공할 수 있다. 이러한 것은 느린 속도의 영역을 제공하는 것에 의해 및/또는 유동의 부분을 가속하는 것에 의해 달성될 수 있다.
가속은 유체의 유동(8)의 적어도 일부의 방향을 변경하는 것 또는 그 속도를 증가시키는 것, 또는 양자를 포함할 수 있다. 느린 유동의 영역을 제공하는 것은 도 5에서와 같은 배수거(culvert) 또는 오목부 또는 다른 격리된 영역(sheltered region)을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
도 3은 유동 디렉터, 샘플링 유입구(14), 및 유동 통로를 포함하는 검출기 유입구(2)의 예를 도시한다. 도 3은 도 3a, 도 3b 및 도 3c의 검출기 유입구(2)의 3개의 도면을 포함한다. 도 3a는 도 3c에서 X-X로 지시된 선으로부터 검출기 유입구(2)의 단면도를 도시한다. 도 3b는 도 3a에서 Y-Y로 지시된 선으로부터 검출기 유입구(2)의 단면도를 도시한다. 도 3c는 도 3b에서 Z-Z로서 지시된 선으로부터의 검출기 유입구(2)의 단면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 도 3에 도시된 실시예에서, 유동 디렉터(21)는 유동 통로의 벽으로부터 유동 통로(20) 내로 돌출한다. 유동 디렉터(21)는 유동 디렉터의 단지 하나의 측부로 유체의 유동을 안내할 수 있다. 유동 디렉터(21)는 그 상류측 단부를 향하는 것보다 유동 디렉터의 하류측 단부를 향하여 유동 통로(20) 내로 더욱 돌출할 수 있다. 예를 들어, 유동 디렉터(21)는 경사면을 가질 수 있으며, 경사면은 경사로(ramp)를 제공하도록 직선, 곡선 또는 서서히 변화될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 샘플링 유입구(14)는 격리된 샘플링 용량(16)으로부터 샘플들을 획득하도록 유동 디렉터(21)의 하류에 배치될 수 있다. 샘플링 용량(16)에서 유체 유동의 속도는 샘플링 용량(16)을 통과한 유체 유동의 속도보다 낮을 수 있다. 샘플링 용량(16)을 통과한 유체 유동의 속도는 유동 디렉터로부터 상류의 유체 유동의 속도보다 높을 수 있다.
도 3d는 유동 디렉터로부터 상류에 있는 유동 통로(20)을 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포의 하나의 예를 도시한다. 도 3d에서 알 수 있는 바와 같이, 유동 디렉터로부터 상류에서, 유체 유동에 의해 운반되는 미립자들은 유동의 폭을 가로질러 비교적 고르게 분포될 수 있다. 본 발명의 맥락에서 예측될 수 있는 바와 같이, 도 3d에 도시된 분포는 단지 예시적이며, 상이한 조건에서 다를 수 있으며, 중력은 디바이스의 배향에 의존하여 하나의 방향으로 또는 다른 방향으로의 분포를 왜곡할 수 있다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 유동 디렉터로부터 하류에서, 유체의 유동의 유동 방향을 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포는 유동 디렉터에 의해 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 3e에 도시된 바와 같이, 미립자들의 공간적인 분포는 유동 디렉터로부터 상류보다 유동 디렉터(21)로부터 하류에서 더욱 고르지 않을 수 있다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 유동 디렉터로부터 하류에서, 미립자들은 샘플링 용량 안에서보다 샘플링 용량 밖에서 더욱 집중된다. 분포에서 이러한 불균질의 결과로서, 미립자들은 샘플링 용량(16)에 들어감이 없이 유입구를 통과하여 유동할 가능성이 더욱 많다.
도 4는 유동 디렉터의 다른 예를 도시한다. 도 4는 도 4a, 도 4b, 및 도 4c의 검출기 유입구(2)의 3개의 도면을 포함한다. 도 4a는 도 4c에서 X-X로서 지시된 선으로부터 검출기 유입구의 단면도를 도시한다. 도 4b는 도 4a에서 Y-Y로서 지시된 선으로부터 검출기 유입구(2)의 단면도를 도시한다. 도 4c는 도 4b에서 Z-Z로서 지시된 선으로부터 검출기 유입구(2)의 단면도를 도시한다.
도 4a 및 도 4b로부터 알 수 있는 바와 같이, 유동 디렉터(21)는 유동 디렉터에 의해 분리된 적어도 2개의 유동 경로들로 유체 유동을 분리하도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 3b의 유동 디렉터(21)는 유동 통로를 가로질러 유동 중간에 배열되고 유동 통로의 2개의 벽들에 결합될 수 있다. 도 4b에 도시된 유동 디렉터(21)는 그 하류를 향하는 것보다 그 상류를 향하여 좁아지도록 테이퍼질 수 있다. 도 4a 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 유동 디렉터(21)는 그 하류 단부에서 격리된 샘플링 용량(16)을 제공하고, 샘플링 유입구(14)는 유동 디렉터의 하류 단부에 배열될 수 있다. 이러한 유동 디렉터(21)의 양측부에서 유체 유동의 통로는 입자들이 샘플링 유입구(14) 주위에서 쌓이는 경향을 감소시킬 수 있다.
도 4d는 유동 디렉터로부터 상류에서 유동 통로(20)를 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포의 하나의 예를 도시한다. 상기의 도 3d의 설명은 또한 도 4d에 적용한다. 도 4e는 샘플링 용량(16)의 영역에서 유체 유동의 유동 방향을 가로지르는 미립자들의 분포의 형상을 도시한다. 미립자들이 샘플링 용량을 통해 유동하는 것보다는 오히려 샘플링 용량(16) 주위에서 유동할 개연성을 유동 디렉터(21)가 증가시킬 수 있다는 것이 도 4e로부터 알 수 있다.
도 5는 검출기 유입구의 다른 예를 도시한다. 도 5는 도 5a, 도 5b 및 도 5c의 검출기 유입구의 3개의 도면을 포함한다. 도 5a는 도 5c에서 X-X로서 지시된 선으로부터 검출기 유입구(2)의 단면도를 도시한다. 도 5b는 도 5a에서 Y-Y로서 지시된 선으로부터 검출기 유입구(2)의 단면도를 도시한다. 도 5c는 도 5b에서 Z-Z로서 지시된 선으로부터 검출기 유입구(2)의 단면도를 도시한다.
도 5에서, 유동 디렉터(21)는 유동 통로의 단면에서의 변화에 의해 제공된다. 이 실시예에서, 유동 디렉터(21)는 유동 통로의 벽에 있는 오목부를 포함하고, 샘플링 유입구(14)는 이 오목부에 배열된다. 예를 들어, 샘플링 유입구(14)가 오목부의 상류 벽에 배열될 수 있어서, 유동은 샘플링 유입구(14)로부터 멀리 안내될 수 있다. 따라서, 유체 유동은 오목부(및 샘플링 용량)를 통과하여 안내될 수 있고, 이에 의해 유체의 유동에 의해 운반되는 미립자들이 샘플링 용량(16)에 들어갈 개연성을 감소시킨다.
도 5d는 유동 디렉터로부터 상류에서 유동 통로(20)를 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포의 하나의 예를 도시한다. 상기의 도 3d의 설명은 또한 도 5d에 적용한다. 도 5e는 유동이 오목부를 통과하는 경우에 유동 디렉터(21)의 하류의 유동의 방향을 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포를 도시한다. 도 5e는 유체 유동이 오목부를 통과한 것보다 오목부에서 더욱 낮은 수의 미립자들을 도시하며, 이에 의해 미립자들의 공간적인 분포의 형상이 유동 디렉터에 의해 변화될 수 있는 하나의 방식을 도시한다. 유동 디렉터(21)가 오목부를 포함하는 경우에, 일부 다른 실시예들에서, 유동 디렉터(21)의 전체 폭 및/또는 형상이 유동 디렉터에 의해 변화될 수 있어서, 미립자들의 분포의 부분이 비교적 변화되지 않을지라도, 분포의 형상이 유동 디렉터의 상류에서의 그 형상과 여전히 다르다는 것을 도 5e에서 알 수 있다.
도 6a는 유동 디렉터의 또 다른 예를 도시한다. 도 6a의 예에서, 유동 디렉터(21)는 일련의 포일(50, 52, 54, 56, 58, 60, 62)들을 도시한다. 포일(50-62)들은 링 형상일 수 있고, 공통의 축 상에 배열될 수 있다. 각 포일(50-62)은, 에어로포일(aerofoil)형의 프로파일을 가질 수 있거나, 또는, 유체에 우선해서 상기 포일들 내에서 미립자들을 깔때기 모양으로 통과시키기 위해, 예컨대, 형상화(shaped), 프로파일화(profiled) 및/또는 앵글화(angled) 됨에 의해, 다르게 구성될 수 있다. 실시예에서, 포일(50-62)들은 예를 들어 포일들의 외측의 유체 유동을 우선적으로 안내하도록 형상화, 프로파일화 및/또는 앵글화되는 것에 의해 구성될 수 있다.
포일(50-62)들은 유체의 유동 방향으로 이격될 수 있다. 이러한 유동 디렉터(21)의 상류에서, 포일들 중 하나(50)는 유동 통로의 폭의 대부분 또는 전부를 가로지를 수 있다. 하류 포일(52, 54, 56, 58, 60, 62)의 폭은 테이퍼 구조를 제공하도록 연속적으로 더욱 작게 될 수 있다. 포일들의 각각은 유동 통로(20)를 따르는 유체의 유동 방향에 대해 기울어질 수 있다(pitched)(예를 들어, 예각으로). 포일들은 모두 동일한 피치를 가질 수 있거나, 또는 피치는 변화할 수 있다. 유동 디렉터의 하류 단부에 있는 포일(62)은 다른 포일들보다 작을 수 있다. 도 6a에 도시된 샘플링 유입구(14)는 일련의 포일들에서 이러한 최종의 가장 하류의 포일로부터 하류의 샘플링 용량(16)으로부터 유체의 샘플들을 획득하도록 배열된다. 포일들은 포일들 상에 물질의 축적을 막도록 및/또는 검출기 유입구를 따르는 공기의 유동에 의해 운반되는 에어로졸을 기화시키도록 가열될 수 있다.
비록, 포일들이 링으로서 설명되었을지라도, 물론 포일들은 원형 링일 필요는 없으며, 비원형, 예를 들어, 타원형, 테이퍼진 직사각형, 정사각형 또는 임의의 다른 형상일 수 있다. 포일들은 공통의 축, 예를 들어 유동 통로를 따르는 유체의 유동 방향과 정렬되는 축을 중심으로 대칭으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 포일들 중 하나 이상은 나선형일 수 있거나, 또는 원형 포일들의 전부는 단일 나선형 포일로 대체될 수 있다. 예를 들어, 나선형 포일은 유동 통로를 따라서 안쪽을 향한 나선일 수 있어서, 나선형 포일은 그 하류 단부에서보다 그 상류 단부에서 큰 지름을 가진다.
도 6b는 도 6a의 유동 디렉터 포일(50-62)들로부터 상류의 유동 통로(20)를 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포의 하나의 예를 도시한다. 상기의 도 3d의 설명은 도 6b에 또한 적용한다. 도 6c는 유동이 유입구(14)를 통과하는 경우에 유동 디렉터 포일(50-62)들의 하류에서 유동의 유동 방향을 가로지르는 미립자들의 공간적인 분포를 도시한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 이러한 영역에서, 포일(50-62)들로부터 하류에서, 미립자들은 유동 통로의 좁은 영역으로 집중된다.
일부 유동 디렉터들(예를 들어, 도 3, 도 4, 및 도 6a에 도시된 것들)은 유체가 유동할 수 있는 유동 통로(20)의 단면에서의 감소를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 유동 디렉터는 유동 통로의 영역에서 미립자들의 불필요한 집중 및/또는 퇴적을 유발할 수 있는 유체 유동의 방향에서의 변화를 유발할 수 있다.
도 7은 유동 통로(20)가 유동 디렉터(21)에 의해 유발된 변화를 수용하도록 그 단면의 형상 및/또는 면적에서 변화(60)들을 포함하는 검출기 유입구들의 일부 실시예들을 도시한다. 단면에서의 이러한 변화(60)들은 유동 디렉터(21)의 하류에 적어도 부분적으로 배열될 수 있으며, 예를 들어 단면에서의 변화(60)들의 적어도 부분은 유동 디렉터(21)의 상류 단부로부터 하류에 배열될 수 있다. 예를 들어, 단면에서의 이러한 변화들은 유동 디렉터를 통과한 유체의 층류 유동을 촉진하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 변화들은 유동 통로의 적어도 하나의 벽에 있는 볼록부(bulge)를 포함한다. 볼록부는 유동 디렉터에 의해 유발되는 유체 유동에서의 변화를 수용하도록 배열된 곡선의 경사 또는 서서히 변하는 부분들을 포함할 수 있다.
상기의 본 발명은 특정 형태의 장치를 참조하여 만들어졌지만, 설명된 실시예의 특징들은 기능적으로 동등한 요소들로 대체될 수 있다. 예를 들어, 장치의 컨트롤러(12)는 FPGA, ASIC, 범용 프로세서, 또는 논리 게이트의 적절한 배치와 같은 임의의 적절한 처리 수단에 의해 제공될 수 있다. 아울러, 유동 제공자(18)는 펌프 또는 팬 또는 유동 통로를 따르는 액체의 유동을 흡입할 수 있는 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 도 1을 참조하여 설명된 히터(4)는 샘플링 유입구(14)로부터 상류에서 유체의 유동을 가열하도록 상기된 다른 검출기 유입구들 중 임의의 것에 배열될 수 있다. 이러한 히터(4)들은 테이프 또는 멤브레인 히터와 같은 저항 히터를 포함할 수 있거나, 또는 적외선 소스, 예를 들어 레이저와 같은 복사열 소스에 의해 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 히터는 가열 된 공기의 제트(jet)를 포함할 수 있다. 질량 분석계들 및 이온 이동도 분광 분석계와 같은 분석 장치의 특정 예들이 설명되었지만, 다른 종류의 분석 장치가 또한 사용될 수 있다. 다른 예들 및 변형이 본 발명의 맥락에서 당업에게 자명할 것이다. 도면들의 각각을 참조하여 설명된 실시예들의 각각의 특징들이 개별적으로 또는 달리 다른 실시예들의 일부 또는 전부 또는 임의의 것의 특징들과 조합될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 방법의 특징들은 적절하게 구성된 장치에 의해 구현 될 수 있고, 특정 형태의 장치를 참조하여 설명된 동작의 방법은 방법들 자체의 독립적인 개시로서 의도된다.

Claims (20)

  1. 검출기로서,
    관심 물질을 검출하기 위한 분석 장치, 및
    검출기 유입구를 포함하며, 상기 검출기 유입구는,
    샘플링 용량을 포함하며, 유체의 유동을 운반하기 위한 유동 통로;
    미립자들을 운반하는 유체 유동이 샘플링 유입구를 통과함에 따라서 상기 샘플링 용량으로부터 유체의 샘플을 수집하고, 상기 분석 장치에 샘플들을 제공하는데 적합한 상기 샘플링 유입구; 및
    상기 샘플링 용량에 들어감이 없이 상기 유동 통로를 따라서 상기 샘플링 유입구를 통과하여 운반된 미립자들의 상대적 비율을 증가시키도록 유체에 의해 운반된 미립자들의 공간적인 분포를 변화시키도록 배열된 유동 디렉터를 포함하는 검출기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동 디렉터는 유체의 유동의 부분을 가속하는 것에 의해 상기 분포를 변화시키도록 배열되는 검출기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 유체의 유동의 부분을 가속하는 것은 유동의 방향을 변화시키는 것을 포함하는 검출기.
  4. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 상기 유동 디렉터는 상기 유동 통로를 따라서 상기 샘플링 용량을 통과한 유체의 유동의 부분의 속도가 상기 샘플링 용량으로부터 상류의 유체의 유동 속도보다 크도록 배열되는 검출기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 항에 있어서, 상기 유동 디렉터는 상기 유동 통로의 방향에서의 변화에 의해 제공되는 검출기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 항에 있어서, 상기 유동 디렉터는 상기 유동 통로의 단면에서의 변화를 포함하는 검출기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 유동 디렉터는 상기 유동 통로의 단면에서의 감소를 포함하는 검출기.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 유동 디렉터는 오목부를 제공하도록 상기 유동 통로의 단면에서의 증가를 포함하며, 상기 샘플링 유입구는 상기 오목부에 배열되는 검출기.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 항에 있어서, 상기 샘플링 유입구에 결합되고 상기 샘플링 유입구를 통한 샘플링 용량으로부터 밖으로 유체의 선택된 용량을 흡인하도록 구성된 샘플 채취기를 포함하며, 상기 유체의 선택된 용량은 상기 샘플링 용량보다 작은 검출기.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 항에 있어서, 상기 유체의 유동을 가열하기 위한 히터를 포함하는 검출기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 히터는 상기 샘플링 유입구로부터 상류의 유체의 유동을 가열하도록 배열되는 검출기.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 항에 있어서, 상기 유동 통로의 단면의 형상 또는 면적의 적어도 하나는 상기 유동 디렉터에 의해 유발된 유체의 유동에서의 변화를 수용하도록 상기 유동 디렉터의 하류에서 변경되는 검출기.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 항에 있어서, 상기 분석 장치는 분광 분석계, 및 색층 분석 장치 중 적어도 하나를 포함하는 검출기.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 항에 있어서, 상기 샘플링 유입구는 핀홀 유입구, 멤브레인 유입구, 및 모세관 유입구를 포함하는 검출기.
  15. 미립자들을 운반하는 유체의 유동으로부터 획득된 증기의 샘플에서 관심 물질을 검출하는 방법으로서,
    샘플링 유입구를 통과한 유체의 유동을 안내하는 단계;
    상기 유동에 의해 운반된 미립자들이 상기 샘플링 유입구 주위의 샘플링 용량을 통하여 유동하는 것이 방지되도록 상기 샘플링 유입구의 상류에서 분포의 형상에 대해 상기 유동의 방향을 가로지르는 상기 미립자들의 상기 분포의 형상을 변화시키는 단계;
    상기 샘플링 유입구를 통하여 상기 샘플링 용량으로부터 적어도 하나의 샘플을 획득하는 단계; 및
    상기 관심 물질을 검출하도록 구성된 분석 장치에 상기 샘플을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 유동에 의해 상기 샘플링 유입구를 통과하여 운반된 미립자들이 상기 샘플링 용량에 들어갈 개연성을 감소시키도록 상기 샘플링 유입구의 상류의 유동의 방향을 변화시키는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 획득된 샘플의 용량은 상기 샘플링 용량보다 작도록 선택되는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 다수의 상기 샘플들을 획득하는 단계를 포함하며, 샘플들이 획득되는 속도는 상기 샘플의 용량, 및 증기가 상기 유체의 유동으로부터 상기 샘플링 용량 내로 보내지는 속도에 기초하여 선택되는 방법.
  19. 제15항 내지 제18항의 어느 항에 있어서, 미립자들의 적어도 일부를 기화시키도록 상기 샘플링 유입구로부터 상류의 유체의 유동을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제15항 내지 제19항의 어느 항에 있어서, 상기 분석 장치는 분광 분석계, 및 색층 분석 장치 중 적도 하나를 포함하는 방법.
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