RU2652186C2

RU2652186C2 - Система впускного потока для пробоотборника

Info

Publication number: RU2652186C2
Application number: RU2015109719A
Authority: RU
Inventors: Мэтт ИСТОН; Стивен ТЭЙЛОР
Original assignee: Смитс Детекшн-Уотфорд Лимитед
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-20
Publication date: 2018-04-25
Also published as: RU2018110383A3; CA2885684A1; US20190170616A1; KR20200133025A; EP2898308A1; CN108760868B; WO2014045056A1; MX348645B; CN104685336B; EP2898308B1; CN104685336A; KR102183035B1; US11187629B2; US10168256B2; JP2018081107A; RU2759819C2; RU2018110383A; PL2898308T3; EP3936851A1; CA2885684C

Abstract

Группа изобретений относится к пробоотборникам, используемым в спектрометрических системах. Устройство для создания потока текучей среды к порту приема пробы с использованием порта отбора, содержащее порт приема пробы, порт отбора, впускной узел для приема пробоотборника, шторный порт. Порт приема пробы выполнен с возможностью получения пробы из потока текучей среды, предназначенной для анализа с помощью детектора проб. Порт отбора выполнен с возможностью перемещения потока текучей среды к порту отбора для отбора пробы в порту приема пробы. Причем порт отбора расположен по отношению к порту приема пробы так, что поток текучей среды к порту отбора, по меньшей мере частично, окружает порт приема пробы. Впускной узел для приема пробоотборника выполнен так, что когда пробоотборник вставлен во впускной узел, он подает пробу в поток текучей среды. Шторный порт расположен на расстоянии от порта отбора и, по меньшей мере частично, окружающий порт отбора во впускном узле, с обеспечением подачи текучей среды к порту отбора вокруг пробоотборника. Впускной узел выполнен с возможностью размещения смежно с портом приема пробы. Причем впускной узел ограничивает объем для приема пробы и имеет зазор, ограничивающий порт отбора, выполненный с возможностью извлечения первого потока текучей среды для содействия протеканию второго потока текучей среды к порту приема пробы. Впускной узел дополнительно ограничивает шторный порт в стенке впускного узла, выполненный с возможностью размещения отдельно от порта приема пробы и порта отбора для подачи третьего потока к порту приема пробы. Система для получения и обнаружения проб из потока текучей среды, содержащая устройство и детектор проб, выполненный с возможностью получения проб через порт приема пробы. Обеспечивается повышение эффективности отбора пробы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ

[0001] Спектрометрия подвижности ионов относится к аналитической методике, которая может использоваться для разделения и идентификации ионизированного материала, такого как молекулы и атомы. Ионизированный материал может быть идентифицирован в газовой фазе, основываясь на его подвижности в буферном газе-носителе. Таким образом, спектрометрия подвижности ионов (IMS) может идентифицировать материал из представляющей интерес пробы путем ионизации материала и измерения времени, которое требуется образованным в результате ионам для достижения детектора. Время пролета иона связано с его подвижностью, которая связана с массой и геометрией материала, который был ионизирован. Выходной сигнал детектора IMS может быть визуально представлен в виде спектра зависимости высоты пика от времени дрейфа. В некоторых случаях IMS идентификацию выполняют при повышенной температуре (например, выше ста градусов по Цельсию (100°C)). В других случаях, IMS идентификация может быть выполнена без нагрева. IMS идентификация может быть использована для военных и приложений и приложений безопасности, например, для обнаружения наркотиков, взрывчатых веществ, и тому подобное. IMS идентификация может быть также использована в лабораторных аналитических приложениях, а также с дополняющими методиками идентификации, такими как масс-спектрометрия, жидкостная хроматография и тому подобное.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Далее описаны системы и способы создания потока текучей среды к порту приема пробы с использованием порта отбора. Например, устройство содержит порт приема пробы и впускной узел, выполненный с возможностью размещения рядом с портом приема пробы. Впускной узел ограничивает объем для приема пробы и имеет зазор, который ограничивает порт отбора, выполненный с возможностью размещения рядом с портом приема пробы. Порт отбора выполнен с возможностью извлечения одного потока текучей среды для содействия протеканию другого потока текучей среды к порту приема пробы. Порт отбора может быть выполнен в виде порта с кольцевым потоком вокруг порта приема пробы. В некоторых случаях устройство также содержит шторный порт, расположенный в стороне от порта приема пробы и порта отбора. Шторный порт может использоваться для направления текучей среды от внутренних поверхностей впускного узла и к порту приема пробы и/или для обеспечения среды с контролируемым воздухом и/или для изолирования порта приема пробы от внешних источников загрязнения.

[0003] Эта сущность изобретения представлена для обеспечения выбора концепций в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Эта сущность изобретения не предназначена для определения ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения, а также не предназначена для использования в качестве помощи в определении объема защиты заявленного объекта изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0004] Подробное описание приводится со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах крайняя левая цифра(ы) номера позиции определяет номер фигуры чертежей, на которой впервые появляется этот номер позиции. Использование одного и того же номера позиции в различных местах в описании и на чертежах может указывать на аналогичные или идентичные элементы.

[0005] Фиг. 1А представляет собой частичный вид в разрезе сбоку, иллюстрирующий впускной узел, включая и порт отбора, расположенный рядом с микроотверстием для отбора проб, и шторный порт, отделенный от порта отбора, где внутри впускного узла расположен пробоотборник, в соответствии с иллюстративными реализациями настоящего изобретения.

[0006] Фиг. 1 В представляет собой частичный вид в разрезе сбоку, иллюстрирующий впускной узел, включая и порт отбора, расположенный рядом с микроотверстием для отбора проб, причем пробоотборник расположен внутри впускного узла, в соответствии с иллюстративными реализациями настоящего изобретения.

[0007] Фиг. 1С представляет собой частичный вид в разрезе сбоку, иллюстрирующий впускной узел, включая и порт отбора, расположенный рядом с микроотверстием для отбора проб, и шторный порт, отделенный от порта отбора, причем впускной узел используется в конфигурации отбора паров, в соответствии с иллюстративными реализациями настоящего изобретения.

[0008] Фиг. 1D представляет собой частичный вид в разрезе сбоку, иллюстрирующий впускной узел, включая и порт отбора, расположенный рядом с микроотверстием для отбора проб, причем впускной узел используется в конфигурации отбора паров, в соответствии с иллюстративными реализациями настоящего изобретения.

[0009] Фиг. 2А представляет собой схематическое изображение системы, содержащей контроллер, функционально соединенный с выпускным модулем детектора проб, причем контроллер может быть использован для управления работой выпускного модуля для содействия работе впускного узла детектора проб в одной или нескольких конфигурации пробоотборника и конфигурации отбора паров, в соответствии с иллюстративными реализациями настоящего изобретения.

[0010] Фиг. 2В представляет собой схематическое изображение системы, содержащей контроллер, функционально соединенный с выпускным модулем детектора проб, причем контроллер может быть использован для управления работой выпускного модуля для управления работой детектора проб в одной или нескольких конфигурации пробоотборника и конфигурации отбора паров, в соответствии с иллюстративными реализациями настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0011] Пробоотборники часто используются в аналитических инструментах, таких как спектрометрические системы, чтобы получить представляющую интерес пробу, а затем чтобы ввести пробу в аналитическое устройство. Например, пробоотборники обычно используются с системами IMS-детектора, чтобы собрать пробы с поверхности. Проба может быть введена в IMS-детектор, используя, например, десорбер для выпаривания части пробы. Путем нагревания пробоотборника перед микроотверстием для отбора проб IMS-детектора, проба может быть десорбирована так, что следовые элементы любых представляющих интерес веществ могут быть обнаружены с помощью IMS приборов. Тем не менее, тепло от пробоотборника в этой конфигурации может привести к нежелательным конвекционным потокам, которые могут транспортировать материал пробы из пробоотборника в сторону от микроотверстия для отбора проб.

[0012] В некоторых случаях конвекционные потоки могут зависеть от силы тяжести. Таким образом, когда проба десорбируется, эффективность и/или чувствительность IMS-детектора может зависеть от ориентации IMS-детектора и/или ориентации пробоотборника. Поскольку операторы могут использовать IMS-детекторы в различных ориентациях, и, кроме того, поскольку пробоотборники могут собирать представляющие интерес пробы неравномерно (например, основываясь на угле, направлении использования, и т.д.), различные комбинации ориентации IMS-детектора и распределения пробы на пробоотборнике могут создавать различные конвекционные потоки, некоторые из которых могут направлять пробу в сторону от микроотверстия.

[0013] Далее описаны способы направления пробы материала в направлении впускного отверстия для пробы устройства обнаружения. Например, впускной узел для детектора проб может содержать порт отбора и, возможно, шторный порт, для направления пробы материала в направлении микроотверстия для отбора проб. Материал пробы, который переносится вместе с потоком текучей среды, такой как воздух и т.п., может быть направлен к микроотверстию для отбора проб и может переносить пробу материала от, например, значительной части кончика пробоотборника вблизи микроотверстия для отбора проб. Кроме того, поток воздуха через порт отбора может переносить материал от внутренних стенок впускного узла и выпускать воздух из устройства обнаружения через порт отбора. Это может быть особенно полезным, когда внутренние стенки впускного узла оказываются покрытыми парами, которые могут содержать материал от предыдущих проб, которые могли бы, в противном случае, загрязнить последующие пробы. Способы, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут уменьшить зависимость концентрации пробы от ориентации устройства и/или распределения пробы. Это может уменьшить разницу между минимальной и максимальной концентрацией и способствовать достижению разумных пределов обнаружения при различных условиях. Кроме того, когда имеется шторный порт, может быть обеспечена контролируемая среда для отбора проб, изолируя впускное отверстие для проб от возможных загрязнителей снаружи детектора.

[0014] На Фиг. 1А-Фиг. 10 проиллюстрированы впускные узлы 100, которые могут быть использованы, например, с детектором проб, таким как IMS-системы 200, показанные на Фиг. 2. Например, впускной узел 100 может быть использован с IMS-системой 200, чтобы обеспечивать IMS-систему 200 представляющими интерес пробами (например, из пробоотборника 102, как показано на Фиг. 1А и 1В, и/или из окружающей среды, как показано на Фиг. 1С и 1D). В реализациях изобретения проба может быть получена IMS-системами 200 через микроотверстие 104 для отбора проб. Впускные узлы 100 содержат порт 106 отбора, который может быть расположен рядом с микроотверстием 104. Когда пробоотборник 102 вставлен во впускной узел 100, микроотверстие 104 и порт 106 расположены вблизи пробоотборника 102.

[0015] Порт 106 используется для перемещения потока текучей среды (например, потока воздуха) в направлении микроотверстия 104. Например, когда текучая среда перемещается через порт 106 в направлении, например, детектора проб, текучая среда будет также перемещаться и в сторону микроотверстия 104. В некоторых случаях порт 106 выполнен в виде порта с кольцевым потоком, ограниченного впускным узлом 100, примыкающим к микроотверстию 104 и находящимся с ним в одной плоскости. Например, порт 106 может быть расположен по окружности вокруг микроотверстия 104. Поток текучей среды, таким образом, выполнен по существу однородным по всему кольцу порта 106 таким образом, что поток текучей среды к микроотверстию 104, по меньшей мере по существу, не зависит от направленности впускного узла 100 и/или пробоотборника 102. Равномерный поток может быть получен, например, посредством узких пространств воздуха с ограничениями кругового потока, окружающих каждый порт. В реализациях изобретения, в которых предусмотрено два или большее количество микроотверстий 104, может быть предусмотрено два или большее количество портов 106, по одному для каждого микроотверстия.

[0016] В реализациях изобретения скорость потока текучей среды через порт 106 может быть выбрана достаточно высокой, чтобы справиться с конвекционными потоками, создаваемыми, например, десорбером. Таким образом, поток текучей среды к микроотверстию 104 может, по меньшей мере по существу, не зависеть от направленности впускного узла 100 и/или пробоотборника 102. В других случаях порт 106 может быть использован, когда детектор проб работает в конфигурации отбора проб пара (с обонятельным сенсором). В этой конфигурации пробоотборник 102 не обязательно используется для обеспечения представляющей интерес пробы. Скорее, воздух снаружи детектора (например, окружающий воздух) может быть всосан через впускной узел 100. Этот воздушный поток могут быть создан и/или усилен потоком текучей среды через порт 106.

[0017] Несмотря на то что в настоящем описании описан и на сопровождающих чертежах показан кольцевой порт 106 отбора, выполненный с возможностью обеспечения по существу равномерного потока воздуха по окружности вокруг микроотверстия 104, следует отметить, что эта конкретная конфигурация приведена исключительно в виде примера и не предназначена ограничивать настоящее изобретение. Таким образом, в других реализациях могут быть предусмотрены имеющие другую форму порты 106, в том числе имеющие отверстия квадратной формы, прямоугольной формы, эллиптической формы, ромбической формы и тому подобное. Кроме того, может быть предусмотрено более чем одно отверстие, в том числе два отверстия, три отверстия, четыре отверстия, и тому подобное. Эти дополнительные отверстия могут иметь разную форму (например, как описано ранее). Кроме того, следует отметить, что поток, генерируемый этими другими конфигурациями отверстий, может быть по существу однородным.

[0018] В некоторых случаях может быть предусмотрено два или большее количество отдельных портов потока. Например, шторный порт 108 могут быть выполнен вместе с впускным узлом 100. Шторный порт 108 может быть расположен так, чтобы по существу окружать кончик пробоотборника 102, когда пробоотборник 102 расположен во впускном узле 100. Шторный порт 108 используется для перемещения потока текучей среды (например, потока воздуха) вовнутрь впускного узла 100. В некоторых случаях шторный порт 108 выполнен в виде порта с кольцевым потоком, ограниченного впускным узлом 100, примыкающим к кончику пробоотборника 102, когда пробоотборник 102 вставлен во впускной узел 100. Например, шторный порт 108 может быть расположен по окружности вокруг кончика пробоотборника 102. Поток текучей среды, таким образом, является по существу однородным по всему кольцу шторного порта 108 таким образом, что поток текучей среды к микроотверстию 104, по меньшей мере по существу, не зависит от направленности впускного узла 100 и/или пробоотборника 102. В реализациях изобретения, в которых имеется два или большее количество микроотверстий 104, может быть предусмотрено два или большее количество портов 106 и два или большее количество шторных портов 108, по одному порту 106 и одному шторному порту 108 для каждого микроотверстия.

[0019] В конфигурациях, в которых используется пробоотборник 102, для проталкивания потока текучей среды через кончик пробоотборника 102 в направлении микроотверстия 104, а также для обеспечения дополнительного потока текучей среды, которая может выходить из впускного узла 100 и предотвращать попадание посторонних частиц во впускной узел 100, может быть использован шторный порт 108 (например, как показано на Фиг. 1А). В этой конфигурации скорость потока текучей среды в шторный порт 108 больше, чем скорость потока текучей среды из порта 106. Например, в одной конкретной конфигурации скорость потока через порт 106 может быть приблизительно равна двумстам миллилитрам в минуту (200 мл/мин), тогда как скорость потока через шторный порт 108 может быть приблизительно равна тремстам миллилитрам в минуту (300 мл/мин). В этой конфигурации скорость потока в направлении микроотверстия 104 может быть приблизительно равна двадцати миллилитрам в минуту (20 мл/мин). В этой конфигурации избыточный поток в восемьдесят миллилитров в минуту (80 мл/мин) выходит из впускного узла 100 (например, как показано на Фиг. 1А), предотвращая влияние загрязнений на пробу или сводя к минимуму загрязнение пробы. Тем не менее, эти скорости потока приведены исключительно в качестве примера и не предназначены быть ограничивающими настоящее изобретение. Таким образом, с впускным узлом 100 могут быть использованы другие скорости потока.

[0020] В других случаях, шторный порт 108 может быть использован, когда детектор проб работает в конфигурации отбора проб пара. В этой конфигурации для получения представляющей интерес пробы пробоотборник 102 не обязательно используется. Скорее, воздух снаружи детектора (например, окружающий воздух) может всасываться через впускной узел 100. Этот воздушный поток может быть получен и/или усилен потоком текучей среды через порт 106. Например, скорость потока текучей среды через порт 106 может быть существенно больше, чем скорость потока текучей среды через шторный порт 108, чтобы всасывать воздух к впускному узлу 100. Поток текучей среды через шторный порт 108 может быть использован для направления текучей среды в сторону от внутренних поверхностей впускного узла 100 и к микроотверстию 104, что может уменьшить эффекты загрязнения.

[0021] Тогда как настоящее описание и сопровождающие его чертежи описывают кольцевой шторный порт 108, выполненный с возможностью получения по существу равномерного потока воздуха по периферии пробоотборника 102, следует отметить, что эта конкретная конфигурация приведена исключительно в качестве примера и не предназначена быть ограничивающей настоящее изобретение. Таким образом, в других вариантах выполнения могут быть предусмотрены другие шторные порты разнообразной формы, в том числе отверстия квадратной формы, отверстия прямоугольной формы, отверстия эллиптической формы, отверстия ромбической формы, и тому подобное. Кроме того, может быть предусмотрено более чем одно отверстие, в том числе два отверстия, три отверстия, четыре отверстия, и тому подобное. Эти дополнительные отверстия могут иметь разнообразную форму (например, как описано ранее). Кроме того, следует отметить, что поток, генерируемый этим отверстиями других конфигураций, может быть по существу однородным.

[0022] При реализации изобретения поток текучей среды через шторный порт 108 может быть очищен и/или осушен для удаления возможных загрязнений. Например, атмосферный воздух, втянутый снаружи корпуса из IMS-детектора с помощью вентилятора и т.п., может быть очищен с использованием угольного фильтра и подан в шторный порт 108. В других реализациях изобретения воздух может подаваться с помощью насоса и/или источника сжатого воздуха, такого как контейнер со сжатым воздухом. Кроме того, в некоторых случаях для включения вентилятора можно использовать триггер, такой как датчик, когда, например, пробоотборник вставляется и/или удаляется из впускного узла 100. Датчики могут включать, но не обязательно ограничиваться: оптическими датчиками, механическими датчиками, датчиками положения, и тому подобное. В других случаях к шторному порту 108 по существу непрерывно может подаваться чистый и/или сухой воздух.

[0023] Фиг. 2 представляет собой иллюстрацию спектрометрической системы, такой как система 200 спектрометра подвижности ионов (IMS). Несмотря на то что в настоящем документе описаны методы IMS-обнаружения, следует отметить, что множество различных спектрометров могут извлечь выгоду из конструкций, методов и подходов настоящего изобретения. Намерение настоящего описания охватить и включить такие изменения. IMS-системы 200 могут содержать спектрометрическое оборудование, которое использует не подогреваемые (например, при окружающей или комнатной температуре) методы обнаружения. Например, IMS-система 200 может быть выполнена в виде легковесного детектора взрывчатых веществ. Тем не менее, следует отметить, что детектор взрывчатых веществ приведен исключительно в качестве примера, и не предназначен быть ограничивающим настоящее изобретение. Таким образом, способы, в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы с другими спектрометрическими конфигурациями. Например, IMS-система 200 может быть выполнена в виде химического датчика. Кроме того, в других вариантах выполнения IMS-система 200 может использовать методы обнаружения с подогревом. Например, IMS-система 200 может быть выполнена в виде слегка подогреваемого детектора, полностью подогреваемого детектора, и тому подобное. IMS-система 200 может содержать детектор, такой как детектор 202, имеющий порт приема проб для введения материала из представляющей интерес пробы в область/камеру ионизации. Например, детектор 202 проб может иметь впускное отверстие 204, через которое воздух для отбора проб поступает в детектор 202 проб. В иллюстративных примерах реализации изобретения впускное отверстие 204 может быть выполнено в виде впускного узла 100, описанного выше. В некоторых реализациях изобретения детектор 202 проб может иметь другое устройство, например, газовый хроматограф (не показан), подсоединенный параллельно IMS впускному отверстию 204.

[0024] Во впускном отверстии 204 могут использоваться различные подходы для ввода пробы. В некоторых случаях может быть использован поток воздуха. В других случаях для перемещения материала во впускное отверстие 204 IMS-системы 200 могут использовать различные текучие среды и/или газы. Подходы для перемещения материала через впускное отверстие 204 включают использование вентиляторов, сжатых газов, разряжения, созданного дрейфовым газом, протекающим через область/камеру дрейфа, и тому подобное. Например, детектор 202 проб может быть подключен к линии отбора проб, где воздух из окружающей среды (например, воздух в помещении) втягивается в линию отбора проб с помощью вентилятора. IMS-системы 200 могут работать по существу при давлении окружающей среды, хотя для введения пробы материала в области ионизации может быть использован поток воздуха или другой текучей среды. В других случаях IMS-системы 200 могут работать при более низком давлении (например, давлении, меньшем, чем давление окружающей среды). Кроме того, IMS-системы 200 могут содержать другие компоненты, чтобы обеспечить введение материала из источника пробы. Например, в IMS-систему 200 может быть включен десорбер, такой как нагреватель, чтобы вызвать испарение по меньшей мере части пробы (например, перевести ее в газовую фазу), так что часть пробы может быть втянута во впускное отверстие 204. Например, пробоотборник, тампон, салфетка, или тому подобное, могут быть использованы для получения представляющей интерес пробы с поверхности. Пробоотборник может быть использован для доставки пробы к впускному отверстию 204 IMS-системы 200. IMS-системы 200 также могут содержать предварительный концентратор, чтобы сконцентрировать или заставить болюс материала войти в область ионизации.

[0025] Часть пробы может быть перемещена через небольшое впускное отверстие (например, микроотверстие 104) в детектор 202 проб с помощью, например, диафрагмы, находящейся в проточном сообщении с объемом детектора 202 проб. Например, когда внутреннее давление в объеме уменьшается за счет перемещения диафрагмы, часть пробы передается от входного отверстия 204 в детектор 202 проб через микроотверстие 104. После прохождения через микроотверстие 104, часть пробы входит в модуль 206 обнаружения. Модуль 206 обнаружения может содержать область ионизации, где пробу ионизируют, используя источник ионизации, например, коронный разряд ионизатора (например, имеющего острие коронного разряда). Тем не менее, коронный разряд ионизатора приведен в настоящем документе исключительно посредством примера, и не предназначен быть ограничивающими настоящее изобретение. Другие иллюстративные источники ионизации включают, но не обязательно ограничиваются ими: радиоактивные и электрические источники ионизации, такие как: источник фотоионизации, источник электрораспыления, матрично активированная лазерная десорбция при содействии ионизации (MALDI), источник никеля 63 (Ni⁶³), и тому подобное. В некоторых случаях источник ионизации может ионизировать материал из представляющей интерес пробы в несколько этапов. Например, источник ионизации может генерировать коронный разряд, который ионизирует газы в области ионизации, которые впоследствии используется для ионизации представляющего интерес материала. Иллюстративные газы включают, но не обязательно ограничиваются этим: азот, водяной пар, газы, содержащиеся в воздухе, и тому подобное.

[0026] В вариантах выполнения модуль 206 обнаружения может работать в положительном режиме, отрицательном режиме, переключаться между положительным и отрицательным режимом, и тому подобное. Например, в положительном режиме источник ионизации может генерировать положительные ионы из представляющей интерес пробы, тогда как в отрицательном режиме источник ионизации может генерировать отрицательные ионы. Работа модуля 206 обнаружения в положительном режиме, отрицательном режиме или переключаясь между положительным и отрицательным режимами может зависеть от предпочтений реализации, прогнозируемого типа пробы (например, взрывчатые вещества, наркотические, токсические промышленные химикаты), и тому подобного. Кроме того, источник ионизации может быть импульсным периодическим (например, основываясь на вводе пробы, открытия затвора, наступления события, и тому подобное).

[0027] Ионы пробы затем могут быть направлены на сетку затвора с помощью электрического поля. Сетка затвора может быть открыта на мгновение, чтобы обеспечить возможность поступления небольших кластеров ионов пробы в область дрейфа. Например, модуль 206 обнаружения может содержать электронный затвор или вентиль на впускном конце области дрейфа. При реализациях затвор контролирует поступление ионов в область дрейфа. Например, затвор может содержать сетку из проволоки, к которой прикладывают или снимают электрическую разность потенциалов. Область дрейфа имеет электроды (например, фокусирующие кольца), размещенные вдоль ее длины для приложения электрического поля, чтобы направлять ионы вдоль области дрейфа и/или направлять ионы в направлении детектора, расположенного в области дрейфа в целом напротив затвора. Например, область дрейфа, включая электроды, может прикладывать по существу однородное поле в области дрейфа. Ионы пробы могут быть собраны на коллекторном электроде, который может быть соединен с анализирующим прибором для анализа времен пролета различных ионов пробы. Например, коллекторная пластина на дальнем конце области дрейфа может собирать ионы, которые проходят вдоль области дрейфа.

[0028] Область дрейфа может быть использована для отделения ионов, допущенных к области дрейфа на основе ионной подвижности отдельных ионов. Ионная подвижность определяется посредством заряда иона, массы иона, геометрии иона и тому подобного. Таким образом, IMS-системы 200 могут отделять ионы, основываясь на времени полета. Область дрейфа может иметь по существу равномерное электрическое поле, которое направлено от затвора к коллектору. Коллектор может представлять собой коллекторную пластину (например, пластину Фарадея), которая обнаруживает ионы, основываясь на их заряде, когда они контактируют с коллекторной пластиной. При реализации дрейфовый газ может подаваться через область дрейфа в направлении, в целом противоположном траектории движения ионов к коллекторной пластине. Например, дрейфовый газ может протекать из мест, прилегающих к коллекторной пластине, по направлению к затвору. Иллюстративные дрейфовые газы включают, но не обязательно ограничиваются этим: азот, гелий, воздух, рециркулированный воздух (например, воздух, который очищен и/или осушен) и тому подобное. Например, насос может быть использован для циркуляции воздуха вдоль области дрейфа в направлении, противоположном направлению потока ионов. Воздух может быть высушен и очищен с использованием, например, набора молекулярных сит.

[0029] В вариантах выполнения детектор 202 проб может содержать разнообразные компоненты для содействия идентификации представляющего интерес материала. Например, детектор 202 проб может содержать одну или несколько ячеек, содержащих калибрующий и/или легирующий компонент. Калибрующий компонент может быть использован для калибровки измерения ионной подвижности. Легирующий компонент может быть использован, чтобы запретить ионизацию мешающих ионов. Легирующий компонент также может быть объединен с материалом пробы и ионизирован с образованием иона, который может быть более эффективно обнаружен, чем ион, который соответствует материалу пробы в одиночку. Легирующий компонент может быть введен в одно или несколько из: впускного отверстия 204, области ионизации и/или области дрейфа. Детектор 202 проб может быть выполнен с возможностью подачи легирующего компонента в разные места, возможно, в разное время во время работы детектора 202 проб. Детектор 202 проб может быть выполнен с возможностью координации доставки легирующего компонента с работой других компонентов IMS-системы 200.

[0030] Контроллер 250 может обнаруживать изменение заряда на коллекторной пластине, когда ионы достигают ее. Таким образом, контроллер 250 может определять материалы из их соответствующих ионов. При применении контроллер 250 может также использоваться для управления открытием затвора для получения спектра времени пролета различных ионов вдоль области дрейфа. Например, контроллер 250 может быть использован для управления напряжениями, подаваемым на затвор. Работой затвора можно управлять периодически, при наступлении какого-либо события, и тому подобное. Например, контроллер 250 может регулировать, как долго затвор открыт и/или закрыт на основе наступления события (например, коронного разряда) периодически, и тому подобное. Кроме того, контроллер 250 может переключать электрический потенциал, приложенный к затвору, основываясь на режиме источника ионизации (например, находится модуль 206 обнаружения в положительном или в отрицательном режиме). В некоторых случаях контроллер 250 может быть выполнен с возможностью обнаружения присутствия взрывчатых веществ и/или химических агентов и обеспечения предупреждения или указания таких агентов на индикаторе 258.

[0031] При использовании IMS-система 200, включая все или некоторые из ее компонентов, может работать под управлением компьютера. Например, процессор может быть включен в IMS-систему 200 или с IMS-системой, чтобы управлять компонентами и функциями IMS-систем 200, описанных в настоящем документе, с использованием программного обеспечения, встроенного программного обеспечения, аппаратных средств (например, фиксированной логической схемы), ручной обработки или их комбинации. Термины «контроллер», «функциональность», «сервис» и «логический», используемые в настоящем документе, как правило, представляют собой программное обеспечение, программируемые аппаратные средства, аппаратные средства или комбинации программного обеспечения, программируемые аппаратные средства или аппаратные средства в сочетании с управлением IMS-системы 200. В случае программной реализации, модуль, функциональность или логика представляют собой программный код, который выполняет поставленные задачи при выполнении на процессоре (например, на ЦПУ или на нескольких ЦПУ). Программный код может храниться в одном или нескольких устройствах машиночитаемой памяти (например, во внутренней памяти и/или на одном или нескольких материальных носителях), и тому подобное. Конструкции, функции, подходы и методы, описанные в настоящем документе, могут быть реализованы на различных коммерческих вычислительных платформах, имеющих разнообразные процессоры.

[0032] Например, как показано на Фиг. 2В, детектор 202 проб может быть соединен с контроллером 250 для управления извлечением текучей среды из порта 106 и/или шторного порта 108. Например, контроллер 250 может быть соединен с выпускным модулем 208, который может содержать один или несколько вентиляторов (например, запитанный от аккумуляторной батареи вентилятор), клапаны, вентили, жалюзи и тому подобное, для управления извлечением текучей среды из впускного отверстия 204 детектора 202 проб, например, путем управления скоростью потока текучей среды, извлеченной из порта 106 впускного отверстия 204 и/или путем управления скоростью потока текучей среды, извлеченной из шторного порта 108 впускного отверстия 204. Таким образом, в конфигурации с использованием как порта 106, так и шторного порта 108, скорости потока текучей среды могут управляться независимо друг от друга для порта 106 и шторного порта 108, например, для того, чтобы переключаться между конфигурациями с использованием пробоотборника и конфигурацией с использованием отбора проб паров.

[0033] Контроллер 250 может содержать модуль 252 обработки данных, модуль 254 обмена данными и модуль 256 памяти. Модуль 252 обработки данных обеспечивает функции обработки данных для контроллера 250 и может содержать любое количество процессоров, микроконтроллеров, или других процессорных систем, и встроенную или внешнюю память для хранения данных и другой информации, к которой имеется доступ или генерируется контроллером 250. Модуль 252 обработки данных может выполнять одну или несколько компьютерных программ, которые реализуют способы, описанные в настоящем документе. Модуль 252 обработки данных не ограничивается материалами, из которых он образован, или механизмами обработки, используемыми в нем, и, таким образом, может быть реализован с помощью полупроводника(ов) и/или транзисторов (например, с использованием компонентов электронных интегральных схем (ИС)), и тому подобное.

[0034] Модуль 254 обмена данными функционально выполнен с возможностью обмена данными с компонентами детектора 202 проб. Модуль 254 обмена данными также с возможностью обмена данными соединен с модулем 252 обработки данных (например, для передачи входных сигналов от детектора 202 проб в модуль 252 обработки данных). Модуль 254 обмена данными и/или модуль 252 обработки данных также может быть выполнен с возможностью сообщения с большим количеством различных сетей, в том числе, но не обязательно, ограниченных: интернетом, сотовой телефонной сетью, локальной вычислительной сетью (LAN), глобальной вычислительной сетью (WAN), беспроводной сетью, телефонной сетью общего пользования, интранетом, и тому подобное.

[0035] Модуль 256 памяти представляет собой пример материальных машиночитаемых носителей, которые обеспечивают функциональные возможности хранения для хранения различных данных, связанных с работой контроллера 250, например, компьютерные программы и/или сегменты кода, или другие данные для подачи команды модулю 252 обработки данных и, возможно, другим компонентам контроллера 250 для выполнения этапов, описанных в данном документе. Таким образом, память может хранить данные, такие как программу команд по управлению IMS-системой 200 (в том числе его компонентов), спектральные данные, и тому подобное. Несмотря на то что показан один модуль 256 памяти 256 (например, материальная память, энергонезависимая), могут быть использованы самые разнообразные типы и комбинации памяти. Модуль 256 памяти может составлять одно целое с модулем 252 обработки данных, может содержать автономную память или может быть комбинацией и того и другого.

[0036] Модуль 256 памяти может включать, но не обязательно ограничивается: съемными и несъемными компонентами памяти, такими как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), флэш-память (например, SD-карта памяти, мини-SD карта памяти и/или микро-SD карта памяти), магнитная память, оптическая память, универсальная последовательная шина (USB)-устройства памяти, память на жестком диске, внешняя память и другие виды машиночитаемых носителей. При использовании детектор 202 пробы и/или модуль 256 памяти может содержать съемную смарт-карту (ICC) памяти, такую как память, обеспечиваемую картой модуля определения абонента (SIM картой), универсальной картой модуля определения абонента (USIM-картой), универсальной картой на интегральной схеме (UICC), и тому подобное.

[0037] При использовании разнообразные аналитические приборы могут использовать конструкции, методы, подходы и тому подобное, что описано в настоящем документе. Таким образом, хотя в настоящем документе описаны IMS-системы 200, разнообразие аналитических инструментов может использовать описанные методы, подходы, конструкции и тому подобное. Эти устройства могут быть выполнены с ограниченной функциональностью (например, тонкие устройства) или с надежной функциональностью (например, толстые устройства). Таким образом, функциональность устройства может относиться к программным или аппаратным ресурсам устройства, например, мощности процессора, память (например, возможность хранения данных), аналитические способности, и тому подобное.

[0038] В одном варианте выполнения предусмотрена система, содержащая: детектор проб, содержащий порт приема пробы; впускной узел, выполненный с возможностью размещения рядом с портом приема пробы детектора проб, причем впускной узел ограничивает объем для приема пробы и имеет зазор, ограничивающий порт отбора, выполненный с возможностью извлечения первого потока текучей среды для содействия протеканию второго потока текучей среды к порту приема пробы; и выпускной модуль для выпуска воздуха из порта отбора. В этом варианте выполнения система может содержать признаки системы, определенной в любом из пунктов прилагаемой формулы изобретения.

Устройство содержит порт приема пробы и впускной узел, выполненный с возможностью размещения рядом с портом приема пробы. Впускной узел ограничивает объем для приема пробы и имеет зазор, ограничивающий порт отбора. Порт отбора выполнен с возможностью извлечения одного потока текучей среды для содействия протеканию другого потока текучей среды к порту приема пробы. Порт отбора может быть выполнен в виде порта с кольцевым потоком вокруг порта приема пробы. В некоторых случаях устройство также содержит шторный порт, расположенный в стороне от порта приема пробы и порта отбора. Шторный порт может использоваться для направления текучей среды от внутренних поверхностей впускного узла и к порту приема пробы, и/или обеспечивать среду с управляемым воздухом, и/или изолировать порт приема пробы от внешних источников загрязнения.

[0039] Несмотря на то что объект настоящего изобретения был описано языком, характерным для конструктивных признаков и/или методологических действий, должно быть понятно, что объект изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничен конкретными описанными признаками или действиями. Несмотря на то что описаны различные конфигурации, устройства систем, подсистем, компонентов и т.д. могут быть построены различными способами без отхода от настоящего изобретения. Напротив, конкретные признаки и действия раскрыты в качестве иллюстративных форм реализации настоящего изобретения.

Claims

1. Устройство для создания потока текучей среды к порту приема пробы с использованием порта отбора, содержащее:

порт приема пробы, выполненный с возможностью получения пробы из потока текучей среды, предназначенной для анализа с помощью детектора проб, и

порт отбора, выполненный с возможностью перемещения потока текучей среды к порту отбора для отбора пробы в порту приема пробы, причем порт отбора расположен по отношению к порту приема пробы так, что поток текучей среды к порту отбора, по меньшей мере частично, окружает порт приема пробы,

впускной узел для приема пробоотборника, выполненный так, что когда пробоотборник вставлен во впускной узел, он подает пробу в поток текучей среды, и

шторный порт, расположенный на расстоянии от порта отбора и, по меньшей мере частично, окружающий порт отбора во впускном узле, с обеспечением подачи текучей среды к порту отбора вокруг пробоотборника.

2. Устройство по п. 1, в котором порт отбора расположен отдельно от порта приема пробы и, по меньшей мере частично, его окружает.

3. Устройство по п. 1, в котором порт отбора выполнен таким образом, что поток текучей среды в направлении порта приема пробы равномерно распределен вокруг порта приема пробы.

4. Устройство по п. 1, в котором порт приема пробы проходит через поверхность, содержащую порт отбора.

5. Устройство по п. 4, в котором по меньшей мере часть порта приема пробы находится в одной плоскости с портом отбора.

6. Устройство по п. 1, в котором поток текучей среды подается в шторный порт в ответ на вставление пробоотборника во впускной узел.

7. Устройство по любому из пп. 1-6, в котором поток текучей среды содержит первый поток текучей среды и второй поток текучей среды, причем устройство содержит:

впускной узел, выполненный с возможностью размещения рядом с портом приема пробы детектора проб, причем впускной узел ограничивает объем для приема пробы и имеет зазор, ограничивающий порт отбора, выполненный с возможностью извлечения первого потока текучей среды для содействия протеканию второго потока текучей среды к порту приема пробы, и

выпускной модуль для выпуска воздуха из порта отбора.

8. Устройство по п. 7, в котором порт отбора, по меньшей мере частично, расположен по окружности вокруг порта приема пробы.

9. Устройство по п. 7, в котором порт приема пробы детектора проб содержит микроотверстие для отбора проб, а порт отбора содержит порт с кольцевым потоком, расположенный вокруг микроотверстия для отбора проб.

10. Устройство по п. 7, в котором впускной узел дополнительно ограничивает шторный порт, который выполнен с возможностью размещения отдельно от порта приема пробы и порта отбора для подачи третьего потока текучей среды для содействия протеканию второго потока текучей среды к порту приема пробы.

11. Устройство по п. 10, в котором впускной узел выполнен с возможностью приема пробоотборника, причем шторный порт, по меньшей мере частично, расположен по окружности вокруг кончика пробоотборника, когда пробоотборник вставлен во впускной узел.

12. Устройство по п. 10 или 11, в котором выпускной модуль дополнительно выполнен с возможностью подачи воздуха в шторный порт, причем выпускной модуль выполнен с возможностью независимого управления первой скоростью потока для первого потока текучей среды через порт отбора и второй скоростью потока для третьего потока текучей среды через шторный порт.

13. Устройство по п. 12, имеющее первый режим работы, в котором вторая скорость потока текучей среды больше, чем первая скорость потока текучей среды, и второй режим работы, в котором первая скорость потока текучей среды больше, чем вторая скорость потока текучей среды.

14. Устройство для создания потока текучей среды к порту приема пробы с использованием порта отбора, содержащее порт приема пробы и впускной узел, выполненный с возможностью размещения смежно с портом приема пробы, причем впускной узел ограничивает объем для приема пробы и имеет зазор, ограничивающий порт отбора, выполненный с возможностью извлечения первого потока текучей среды для содействия протеканию второго потока текучей среды к порту приема пробы, причем впускной узел дополнительно ограничивает шторный порт в стенке впускного узла, выполненный с возможностью размещения отдельно от порта приема пробы и порта отбора для подачи третьего потока к порту приема пробы.

15. Устройство по п. 14, в котором порт отбора, по меньшей мере частично, расположен по окружности вокруг порта приема пробы.

16. Устройство по п. 14 или 15, в котором порт приема пробы содержит микроотверстие для отбора проб, а порт отбора содержит кольцевой порт потока, расположенный вокруг микроотверстия для отбора проб.

17. Устройство по п. 14, в котором впускной узел выполнен с возможностью приема пробоотборника, а шторный порт, по меньшей мере частично, расположен по окружности вокруг кончика пробоотборника, когда пробоотборник вставлен во впускной узел.

18. Устройство по п. 14 или 17, дополнительно содержащее выпускной модуль для выпуска воздуха из порта отбора и подачи воздуха к шторному порту.

19. Устройство по п. 18, в котором выпускной модуль выполнен с возможностью независимого управления первой скоростью потока для первого потока текучей среды через порт отбора и второй скоростью потока для третьего потока текучей среды через шторный порт.

20. Система для получения и обнаружения проб из потока текучей среды, содержащая устройство по любому из пп. 1-19 и детектор проб, выполненный с возможностью получения проб через порт приема пробы.