TWI814111B

TWI814111B - 流動奈米顆粒測量設備和使用該設備確定奈米顆粒的方法

Info

Publication number: TWI814111B
Application number: TW110138625A
Authority: TW
Inventors: 吳受蓮; 金永勳; 成準僖
Original assignee: 南韓商東友精細化工有限公司
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2023-09-01
Also published as: TW202217264A; US20220120654A1; CN114383980A; JP7291188B2; US11714041B2; JP2022067652A; KR102324097B1

Abstract

本申請揭露一種流動奈米顆粒測量設備和使用該設備確定奈米顆粒的方法。該奈米顆粒測量設備包括：流動室，所述流動室被配置成形成液態樣本流過的流動路徑；雷射發生器，所述雷射發生器被配置成生成第一雷射光束並將所述第一雷射光束輻照到所述流動室；多個檢測器，所述多個檢測器佈置在所述流動室中，並被配置成檢測由所述第一雷射光束在所述流動室中生成的電漿的衝擊波並生成檢測信號；以及控制器，所述控制器被配置成從所述多個檢測器獲得所述檢測信號以及回應於所述檢測信號確定包含在所述液態樣本中的奈米顆粒的類型和尺寸。

Description

流動奈米顆粒測量設備和使用該設備確定奈米顆粒的方法

本發明涉及一種流動奈米顆粒測量設備和使用該設備確定奈米顆粒的方法。更具體地，本發明涉及一種用於測量流動樣本中存在的微量奈米顆粒的測量設備。

本發明涉及一種高靈敏度檢測方法，該方法能夠在分析處於具有流速之狀態的高純度化學品（諸如液態化學品，即溶劑）時檢測小於或等於100奈米的具有ppt水準的低濃度樣本。本發明涉及一種測量設備，該測量設備收集和分析由具有特定能量的光源從奈米級顆粒生成誘導電漿而生成的信號。

在需要高精度的產品（諸如顯示器和半導體）的製程中使用的各種有機和無機化學品需要比當前更高純度的化學品，以防止產量降低，並且已經開發並新應用高水準分析技術，以檢查高純度化學品的品質。其中，顆粒分析的重要性逐漸增大。由於甚至是10奈米水準的小顆粒都可能影響產量降低以及半導體製程的高集成度，因此需要開發用於品質控制的穩定分析方法，並且還必須確保技術的可擴展性，使得甚至能夠分析可能發生在製程中的瑕疵的原因。

一般而言，以分子或離子狀態均勻地分散在液體中的物質稱為溶液。大於正常分子或離子且具有大約1奈米至1000奈米之直徑的微小顆粒分散在這種溶液中而沒有聚合或沉澱的狀態稱為膠態，而處於膠態的顆粒稱為膠體。

對存在於溶液中的微膠體的研究著重在獲得待分析的物質的物理和化學性質資訊或者改善分離分析器的檢測能力。至今對膠體顆粒的分析仍具有100奈米尺寸的限制，因此需要開發如下技術：對於小於或等於100奈米的膠體顆粒的精確分析，此需要高濃度樣本。

測量膠體奈米顆粒的方法通常使用光散射分析方法來使用光散射強度檢查顆粒的尺寸。然而，當測量尺寸小於100奈米的微小奈米顆粒時，即使產生了散射光，在低濃度下的檢測概率也快速減小，因此難以獲得可靠的結果。此外，顆粒的濃度必須限制在ppm（parts per million）或更大。光散射強度隨著顆粒尺寸增大而增大，而光散射面積隨著顆粒尺寸減小而減小。因此，難以測量光散射強度降低的顆粒尺寸。由於相對大量的顆粒必定能夠有助於散射，因此在濃度小於ppm時靈敏度通常降低。

本發明的一方案提供一種流動奈米顆粒測量設備和使用該設備確定奈米顆粒的方法，其能夠檢測小於或等於100奈米的具有ppt濃度的顆粒。

本發明的另一方案提供一種動態流動奈米顆粒測量設備和使用該設備確定奈米顆粒的方法，用於提高奈米顆粒的測量可靠性。

本發明的另一方案提供一種流動奈米顆粒測量設備和使用該設備確定奈米顆粒的方法，該設備和該方法使用形狀被設計成使得可在流動樣本中檢測到奈米顆粒的室，且該設備包括由活塞泵和磁閥組成的流動控制器，使得能夠控制流動而沒有渦流，而不像通常的奈米顆粒分析方法會產生渦流。

本發明的另一方案提供一種流動奈米顆粒測量設備，基於由多個檢測器檢測的奈米顆粒的自然頻率和振幅來確定奈米顆粒的類型和尺寸。

為了實現本發明上述和其他目的，在本發明的一方案中，提供一種流動奈米顆粒測量設備，包括：流動室，所述流動室被配置成形成液態樣本流過的流動路徑；雷射發生器，所述雷射發生器被配置成生成第一雷射光束並將所述第一雷射光束輻照到所述流動室；多個檢測器，所述多個檢測器佈置在所述流動室中，並被配置成檢測所述流動室中由所述第一雷射光束生成的電漿的衝擊波並生成檢測信號；以及控制器，所述控制器被配置成從所述多個檢測器獲得所述檢測信號以及基於所述檢測信號確定包含在所述液態樣本中的奈米顆粒的類型和尺寸。

在本發明的另一方案中，提供一種使用流動奈米顆粒測量設備的流動奈米顆粒測量方法（S200，S300），所述流動奈米顆粒測量設備包括：流動室，所述流動室形成液態樣本流過的流動路徑；雷射發生器，所述雷射發生器生成脈衝雷射光束並將從所述脈衝雷射光束分出的第一雷射光束輻照到所述流動室；以及多個檢測器，所述多個檢測器沿所述液態樣本的流動方向佈置，並檢測所述流動室中生成的電漿的衝擊波以生成檢測信號，所述流動奈米顆粒測量方法包括：基於所述檢測信號測量所述衝擊波的振幅和頻率的步驟（S210，S310）；基於所述振幅以及所述多個檢測器中的每個檢測器檢測的自然頻率計算振幅比的步驟（S220，S320）；以及根據所測量的自然頻率指定包含在所述液態樣本中的奈米顆粒的類型以及基於所計算的振幅比確定所述奈米顆粒的尺寸的步驟（S230，S330）。

根據本發明的一方案，本發明能夠測量流動受控制的液態樣本的奈米顆粒。

根據本發明的一方案，本發明能夠藉由在液態樣本流動的狀態下測量奈米顆粒而減小測量誤差，並因此能夠提高奈米顆粒測量的可靠性，所述測量誤差可能發生在使用靜止室中之非常小區域的測量值來計算奈米顆粒的數量時。

根據本發明的一方案，本發明能夠提高奈米顆粒的檢測概率並因此提高奈米顆粒檢測的可靠性。

本發明的目的是提高能夠使用流動控制設備控制流速以檢測在電漿檢測中暫時生成的信號來檢測小於或等於100奈米且低濃度的樣本的微量顆粒的檢測能力。

本發明能夠藉由多個檢測器檢測由電漿生成得到的衝擊波信號來基於振幅比確定奈米顆粒的尺寸。

詳細的描述和具體的例示（諸如本發明的實施態樣）僅以例示性的方式給出，因為根據詳細的描述，在本發明精神和範圍內的各種改變和修改對本領域技術人員來說將變得顯而易見。

只要有可能，相同的附圖標記將在整個附圖中用於指代相同或相似的部件或元件。

本發明中所使用的術語用於解釋實施態樣，而不意圖限制及／或約束本發明。只要在上下文中沒有明確不同的含義，單數的表述就可以包括複數的表述。在本發明中，術語「包括」和「具有」應被理解成意圖表明存在所示出的特徵、數位、步驟、操作、元件、部件或其組合，而不排除存在一個或多個不同的特徵、數位、步驟、操作、元件、部件或其組合、或其附加物的可能性。

包括諸如「第一」、「第二」等序號的術語可用於描述各種元件，但這些元件不受這種術語的限制。這些術語僅用於區分一個元件與其他元件之目的。例如，第一元件可被稱為第二元件，而不脫離本發明的精神和範圍，同樣地，第二元件可被稱為第一元件。術語「及／或」包括與多個有關的項目中的多個或一些有關的專案的組合。

此外，諸如「部件」、「設備」、「塊」、「構件」、和「模組」的術語可指代處理至少一個功能或操作的單元。例如，這些術語可意味著諸如現場可程式化閘陣列（FPGA）／專用積體電路（ASIC）的至少一個硬體、儲存在記憶體中的至少一個軟體、或由處理器處理的至少一個進程。

現在將詳細參考本發明的實施態樣，其例示在附圖中示出。附圖示出本發明的實施態樣且用於説明使得容易理解各種技術特徵，應理解，本文中呈現的實施態樣不受附圖的限制。

儘管本發明可檢測透過使用雷射從微顆粒生成誘導電漿而發射的光，但是本發明的描述著重於分析衝擊波和電漿尺寸的方法。這被稱為雷射誘導擊穿檢測（LIBD）技術並且是一種顆粒分析方法，該顆粒分析方法可透過使用各種檢測方法來檢測誘導電漿的強度和分佈而獲得諸如奈米顆粒的尺寸、濃度、分佈、和組分資訊，其中誘導電漿藉由將高能脈衝雷射聚焦於水溶液中存在的顆粒而生成。因此，與現有的光散射方法、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡等相比，該方法隨著顆粒尺寸減小而具有較低的檢測限制。據報導，該方法理論上可測量達1奈米級的顆粒，且該方法是低濃度的奈米顆粒分析方法，其中濃度範圍為ppt濃度範圍。

現有的雷射誘導擊穿檢測方法係測量在生成誘導電漿時生成的衝擊波和電漿閃爍。衝擊波利用聲學進行測量，而電漿閃爍藉由在室附近附接相機來測量。然而，即使在測量衝擊波和電漿閃爍期間由待測量的目標奈米顆粒以外的雜質生成電漿，該電漿也可能被檢測並被識別為衝擊波或閃爍。替代性地，透過從生成的電漿連續接收能量可再次生成電漿，且該電漿可被檢測為雜訊。

本發明提出一種方法，該方法使用流速控制設備檢測在流動的液體樣本中生成的誘導衝擊波，並將其量化以對尺寸進行分類。當使用所述控制設備確定流動樣本的奈米顆粒尺寸時，本發明藉由測量特定區域範圍而能夠實現比現有檢測更高的檢測限制和非接觸即時測量，且藉由即時改變測量路徑而能夠獲得可靠結果。此外，本發明能夠測量所有樣本的奈米顆粒，而不像現有測量方法只能測量一些樣本，因此提高結果的可靠性。

測量係利用實際雷射光源輻照的區域，同時維持細小的流動路徑中非常高的線速度，以測量在非常小的區域中流動的樣本。在這種情況下，由於高的速度而引起電漿圖像的極大失真。在一些情況下，由於對比率的改變而難以檢測，因此再現性或檢測靈敏度降低。為了改善這種情況，本發明嘗試使用諸如脈衝雷射的流動脈衝在暫時靜態下檢測圖像。為此，需要一種流動室，該流動室能夠流動而沒有渦流，且被製造使得雷射光束入射並產生最大信號值。此外，能夠控制暫時靜態下之速度的流動控制器透過暫時操作具有脈衝寬度的內部活塞泵來控制線性速度。更具體地，流動控制器可被配置成控制液態樣本的流速以對應於脈衝寬度。本發明藉由檢測在由流動控制器產生的液態樣本的暫時靜態下由脈衝雷射光束生成的電漿信號值，而可增大電漿的檢測概率和靈敏度，並且可改善諸如失真或對比率和衝擊波靈敏度的伴隨問題，因此有效地提高結果的可靠性。

流動奈米顆粒測量設備可使用LIBD方法。LIBD方法允許具有數奈秒之時間寬度的脈衝雷射光束通過透鏡入射，並且使用在雷射光束入射時在透鏡的聚焦區域中生成的雷射光束誘導電漿的原理。更具體地，當脈衝雷射光束輻照到奈米顆粒時，奈米顆粒的能級變成激發態，然後能量被釋放以處於穩態，即基態（或激發態）。由於在該過程中釋放的能量，而在奈米顆粒中生成電漿或衝擊波。

在這種情況下，生成電漿或衝擊波的現象被稱為擊穿現象，該現象需要顆粒生成電漿所需的最小能量，該最小能量被稱為低限能。低限能取決於材料的相，因為每種材料所需的游離能是不同的。低限能在氣態下需要最高的能量，而按照液態和固態的次序減小。

雷射光束用以生成雷射誘導電漿所需的能量按照固體、液體、和氣體的次序增大。因此，當使用適當的雷射光束能量時，藉由僅擊穿水溶液中的固態顆粒而可生成雷射誘導電漿狀態。

可利用以下特性來分析奈米顆粒的濃度和尺寸：在固定雷射光束能量的條件下擊穿概率係根據顆粒濃度變化；以及擊穿所需的雷射光束的低限能係根據顆粒尺寸變化。

流動奈米顆粒測量設備能夠補償在根據以上理論檢測顆粒時可能發生的問題和可靠性。在大多數顆粒分析設備中，污染可能在收集和分析樣本的過程中發生，且有可能數值被誤認為是因污染而產生的值。由於高純度材料容易被污染，因此所開發的設備透過使用特別設計的流動室最小化污染來允許樣本注射和直接分析。

圖1示意性地示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備。

流動奈米顆粒測量設備1可包括雷射發生器10和流動設備20。流動設備20可包括流動室30、入口部41、和出口部42。液態樣本可經由入口部41進入流動設備20。進入流動設備20的液態樣本可穿過流動室30。穿過流動室30的液態樣本可經由出口部42被排出到外部。

雷射發生器10可包括雷射生成設備12、光闌13、反射鏡14、分束器16、能量檢測器17、透鏡18、和光束阻止件19。

雷射生成設備12可以生成脈衝雷射光束B。脈衝雷射光束B的波長不做限制。可使用Q開關輻照脈衝雷射光束B。可以利用預定週期T1（參見圖6）的脈衝重複輻照脈衝雷射光束B。也就是說，雷射生成設備12可以輻照脈衝雷射光束B，使得開／關以第一週期T1重複。由雷射生成設備12生成的脈衝雷射光束B可包括具有532奈米波長的Nd:YAG脈衝雷射光束。然而，本發明不限於此，由雷射生成設備12輻照的雷射光束的類型和能量大小可以不同地應用。

光闌13可設置在雷射生成設備12的一側，並且可調節由雷射生成設備12發射然後入射的脈衝雷射光束的直徑。光闌13可以不同地調節由雷射生成設備12發射的雷射光束的直徑。

反射鏡14設置在脈衝雷射光束B的路徑上並且可轉變脈衝雷射光束B的路徑。此外，在脈衝雷射光束B的路徑上佈置至少一個反射鏡，並因此可以僅允許具有期望波長的脈衝雷射光束B到達流動室30。

分束器16可以調節脈衝雷射光束B的路徑。分束器16可按預定比例將脈衝雷射光束B分成數個路徑。分束器16可以調節從脈衝雷射光束B分出的雷射光束的強度。

分束器16可以調節入射脈衝雷射光束B的至少部分光束B1的路徑以指向到流動室30。例如，分束器16可將脈衝雷射光束B分成第一雷射光束B1和第二雷射光束B2。也就是說，入射在分束器16上的脈衝雷射光束B可被分成第一雷射光束B1和第二雷射光束B2。第一雷射光束B1的光學特性可對應於脈衝雷射光束B的光學特性。例如，第一雷射光束B1可以是具有預定週期的脈衝雷射。例如，第一雷射光束B1的脈衝週期可以是第一週期T1（參見圖6和圖7）。

例如，第一雷射光束B1的行進方向可以不同於入射在分束器16上的脈衝雷射光束B的行進方向。例如，第一雷射光束B1的行進方向可以垂直於入射在分束器16上的脈衝雷射光束B的行進方向。例如，第二雷射光束B2的行進方向可以與入射在分束器16上的脈衝雷射光束B的行進方向相同或平行。

例如，由分束器16生成的第一雷射光束B1的功率可以小於入射在分束器16上的脈衝雷射光束B的功率。例如，由分束器16生成的第一雷射光束B1的功率可以與由分束器16生成的第二雷射光束B2的功率相同。

能量檢測器17可以測量第二雷射光束B2的功率（或能量）。能量檢測器17可以面向分束器16。由分束器16生成的第二雷射光束B2可以入射在能量檢測器17上。第二雷射光束B2的行進方向可以與第一雷射光束B1的行進方向形成角度。

第一雷射光束B1的功率（或能量）可以對應於第二雷射光束B2的功率（或能量）。因此，由能量檢測器17測量的功率（或能量）測量值可用於計算第一雷射光束B1的功率（或能量）。例如，如果第一雷射光束B1的功率與第二雷射光束B2的功率相同，則由能量檢測器17測量的功率可以是第一雷射光束B1的功率。

透鏡18可佈置在分束器16與流動室30之間。例如，由分束器16生成的第一雷射光束B1可以入射在透鏡18上。在穿過透鏡18時第一雷射光束B1的光學特性可以改變。例如，穿過透鏡18的第一雷射光束B1的焦點可以是流動室30的一個點。

換句話說，透鏡18可以調節入射在流動室30上的第一雷射光束B1的輻照面積和焦距。第一雷射光束B1的焦距可以是指穿過透鏡18的第一雷射光束B1的焦點與透鏡18之間的距離。透鏡18經由調節入射在流動室30上的第一雷射光束B1的輻照面積來提高奈米顆粒的檢測能力。透鏡18的焦距可以基於由第一雷射光束B1生成奈米顆粒的誘導電漿之高斯分佈來調節。第一雷射光束B1的焦距可設置為10毫米至40毫米，但不限於此。

誘導電漿在流動室30中生成的位置可以對應於第一雷射光束B1撞擊奈米顆粒的位置。在流動室30中流動的液態樣本可具有唯一的折射率。因此，第一雷射光束B1的焦距可根據在流動室30中流動的液態樣本的類型而變化。為了測量各種液態樣本，可能需要適當地調節焦距。為此，透過根據液態樣本的類型調節透鏡18與流動室30之間的距離可以控制誘導電漿在流動室30中生成的位置。可藉由控制器70來調節透鏡18與流動室30之間的距離。例如，控制器70可藉由移動透鏡18來控制透鏡18的位置。

光束阻止件19可以面向流動室30。流動室30可以位於透鏡18與光束阻止件19之間。例如，第一雷射光束B1可在穿過流動室30之後入射在光束阻止件19上。光束阻止件19可抑制入射的第一雷射光束B1的行進。例如，光束阻止件19可阻止（或遮罩）入射的第一雷射光束B1。

流動室30可以形成流動路徑F。在圖1中，流動路徑F可由虛線指示。流動路徑F可形成在流動室30的外部和內部。流動路徑F可以指示液態樣本流過的路徑。流動路徑F可以指示液態樣本流動的方向。在該上下文中，流動路徑F可稱為「流動方向」。

在狹義上，流動路徑F可以是指液態樣本在流動室30中流過的路徑。流動室30可包括室入口32和室出口34。

在流動室30內部形成的流動路徑F可以從室入口32延伸並通向室出口34。例如，液態樣本可經由室入口32進入流動室30的內部並可經由室出口34排出到流動室30的外部。

在廣義上，流動路徑F可以是指液態樣本在流動設備20內流過的路徑。在流動設備20內部形成的流動路徑F可從入口部41延伸並通向出口部42。

流動奈米顆粒測量設備1可包括檢測器60、流動控制器50、和控制器70。對檢測器60、流動控制器50、和控制器70的描述可包括在對圖2的描述中。

圖2示出了與根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的流動設備有關的配置。圖3A和圖3B示出了根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的流動室。

流動設備20可以被配置成使液態樣本流動。

流動室30可以被配置成使液態樣本在流動室30中流動。流動室30可包括室入口32和室出口34，液態樣本被引入到室入口32中，並從室出口34排出。流動室30可由包含石英的材料形成，但不限於此。例如，流動室30可由包括聚合物材料（諸如丙烯酸）的材料形成。

描述並示出流動室30的形狀具有矩形外形，但形狀不限於此。當流動室30由矩形室組成時，之後描述的檢測器60可以位於垂直於矩形室的外表面的方向上，或者位於從矩形室的外表面傾斜預定角度的方向上。然而，不限制流動室30的形狀以及根據流動室30的形狀的檢測器60之佈置。

流動室30可以被配置成使得液態樣本在流動室30內部流動。流動室30的至少一部分可由透光材料製成，使得第一雷射光束B1輻照到位於流動室30中的液態樣本。

流動室30可包括液態樣本在其中流動的流動部36。流動部36可以是形成在流動室30中的空間。狹義上的流動路徑F可由流動部36形成。流動部36可以從室入口32延伸並通向室出口34。例如，流動部36可以連接到形成在室入口32中的開口。例如，流動部36可以連接到形成在室出口34中的開口。室出口34可以與室入口32間隔開。

流動部36可被形成為從室入口32延伸，彎曲並再次延伸，以及通向室出口34。例如，流動部36可以形成彎曲形狀。流動部36的一端可以連接到室入口32，而流動部36的另一端可以通向室出口34。

流動部36的內徑可以形成為在10毫米之內，但不限於此。可不同地應用流動部36的內徑的尺寸和形狀。例如，如圖3A所示，流動部36的截面可以具有矩形形狀。替代性地，如圖3B所示，流動部36的截面可以具有圓形形狀。

當如圖3B所示將流動部36形成為具有圓形截面時，即使檢測器60相對於流動部36佈置的方向改變，流動部36與檢測器60之間的距離也可以配置成相同。因此，對檢測器60的佈置限制能夠減小，並因此能夠改善檢測結果的可靠性。

此外，當如圖3A所示將流動部36形成為具有矩形截面時，第一雷射光束B1可以在垂直於流動部36的方向上輻照或者可以接收電漿信號。因此，諸如信號的折射失真能夠降低。藉由該配置，可獲得更精確的檢測結果。

此外，當如圖3A所示將流動部36形成為矩形截面時，可以相對於相同的寬度形成更大的流動路徑，並因此可得到液態樣本的平滑流動。然而，不限制流動部36的形狀。例如，流動部36的至少一部分可以形成為彎曲表面，而流動部36的剩餘部分可以形成為平坦表面。也就是說，流動部36的截面可以形成為彎曲表面與多邊形組合的形狀。當流動部36的一部分形成為彎曲表面時，檢測強度可最大化，此外，根據流速在液態樣本中生成氣泡可最小化。

流動部36的內徑尺寸可以在整個流動路徑F上一致地形成，也可以沿著流動路徑F變化。更具體地，流動部36被劃分成多個區段，並且每個區段可以具有不同的內徑，或者待下文描述的流動部36的主流動部38可具有與流動部36的其他區段不同的內徑和不同的形狀。不限制流動部36的內徑的尺寸和形狀。

流動部36可包括透射第一雷射光束B1的主流動部38。主流動部38可以形成液態樣本在其中流動的流動空間37的至少一部分。第一雷射光束B1可以輻照到主流動部38。流動空間37可以形成液態樣本在一個方向上流過的流動路徑。主流動部38可以形成流動空間37的一部分。透射第一雷射光束B1的主流動部38可以是流動部36的一部分或者可以是全部流動部36。如圖3A和圖3B所示，流動部36彎曲之前的部分可以是主流動部38。然而，本發明不限於此。例如，流動部36彎曲之後的部分可以是主流動部38，並且整個流動部36可被定義為主流動部38。不限制主流動部38在流動部36上的位置。

例如，如圖2所示，主流動部38可以形成為從室入口32沿一個方向延伸。在另一個例示中，主流動部38可以形成為從室出口34沿一個方向延伸。

第一雷射光束B1可以輻照到經過主流動部38的液態樣本的流動路徑。更具體地，第一雷射光束B1可以輻照到經過主流動部38的液態樣本的流動路徑的中心。然而，脈衝雷射光束B1相對於主流動部38的輻照位置不限於此。

第一雷射光束B1可以穿過主流動部38。換句話說，主流動部38可以形成為在一個方向上延伸並且可以經過第一雷射光束B1的路徑。例如，在主流動部38中，液態樣本的流動方向F與第一雷射光束B1的輻照方向可以彼此垂直。也就是說，主流動部38的延伸方向與第一雷射光束B1的入射方向可以彼此垂直。主流動部38可以形成為從室入口32沿一個方向延伸。

為了第一雷射光束B1的輻照，流動室30中包括主流動部38的至少一部分可包括透光材料。因此，第一雷射光束B1可以穿過流動室30並且可以輻照到經過主流動部38的液態樣本。

然而，本發明不限於此，液態樣本的流動方向F與脈衝雷射光束B1的輻照方向可以被調節成預定角度。可根據檢測器60的類型不同地應用由流動方向F與脈衝雷射光束B1的輻照方向所形成的角度。

流動設備20可包括入口部41和出口部42。

液態樣本可以穿過入口部41並且可被引入到流動室30中。在液態樣本從流動室30排出之後，可經由出口部42將液態樣本排出到流動設備20外部。

流動設備20可以連接到其中儲存液態樣本的容器。例如，入口部41和出口部42可以連接到該容器。液態樣本可以從該容器經由入口部41而被引入到流動設備20中。液態樣本可以經由出口部42從流動設備20被引入到該容器中。然而，本發明不限於此，入口部41和出口部42可以分別連接到單獨的容器。

流動設備20可包括流動控制器50。

流動控制器50可以佈置在液態樣本的路徑上。流動控制器50可以控制經過流動室30的液態樣本的流速和流量。控制器70可以藉由控制流動控制器50來控制經過流動室30的液態樣本的流速或流量。

如圖1所示，流動控制器50可以位於流動室30與出口部42之間的路徑上。也就是說，由於流動控制器50佈置在液態樣本的流動路徑中的下游，待測量的液態樣本的污染可最小化。然而，不限制流動控制器50的佈置。

例如，流動控制器50可以位於流動室30與入口部41之間的路徑上。流動控制器50被配置成控制在流動室30中流動的液態樣本的流速，並且如果流動控制器50佈置在液態樣本沒有被污染的位置處，則流動控制器50可滿足這一點。

流動控制器50可以控制流速，使得在靜止狀態下預定流量的液態樣本位於主流動部38中。也就是說，流動控制器50可以控制流速，使得液態樣本以預定週期T2（參見圖6）的脈衝重複流動。換句話說，流動控制器50可以控制液態樣本的流速，使得液態樣本以第二週期T2（參見圖6和圖7）的脈衝波之形式流動。

流動控制器50可以被配置成使得液態樣本的流動狀態和流動停止狀態以第二週期T2（參見圖6和圖7）交替運行。流動狀態是液態樣本流過流動部36的狀態，而流動停止狀態可指液態樣本處於流動在流動部36中停止的狀態。

如圖6所示，流動控制器50可以被配置成使得液態樣本以脈衝的形式在流動狀態和流動停止狀態之間交替流動。當流動控制器50控制液態樣本處於流動狀態時，液態樣本可以第一流速V1流過流動部36。為了便於描述，圖6示出第一流速V1具有固定速度，但第一流速V1的幅度和變化不限於此。當流動控制器50控制液態樣本處於流動停止狀態時，液態樣本在流動部36中的流動可被停止。

流動控制器50可以基於從控制器70接收的信號重複操作在流動狀態和流動停止狀態下，並且可以機械地重複操作在流動狀態和流動停止狀態下。不限制實現流動控制器50的操作方法。如果由流動控制器50控制液態樣本的流動，就可以滿足這一點。

經由流動控制器50的液態樣本的流動操作可以對應於經由雷射生成設備12的第一雷射光束B1的輻照。例如，第一雷射光束B1的第一週期T1可以與流動控制器50的第二週期T2相同。例如，流動控制器50可以控制經過流動室30的液態樣本的流速，使得流動控制器50的第二週期T2與第一雷射光束B1的第一週期T1相同。

參考圖6，液態樣本的流動停止狀態開始的時間可以與第一雷射光束B1的輸出變成第二輸出P2的時間同步。參考圖7，第一雷射光束B1的輸出變成第二輸出P2的時間可以比液態樣本的流動停止狀態開始的時間晚第一延遲時間d1。

當流動控制器50停止液態樣本經過主流動部38的流動時，雷射發生器10可藉由將第一雷射光束B1輻照到流動室30的主流動部38而在液態樣本中的奈米顆粒中生成誘導電漿。

之後，當流動控制器50控制液態樣本處於流動狀態時，流動控制器50可以使其中透過使液態樣本流動而生成誘導電漿的液態樣本流動到下游，並且可以將其中未生成誘導電漿的液態樣本引入到主流動部38中。當液態樣本流動時，雷射發生器10可控制第一雷射光束B1的輸出使得不在液態樣本中生成誘導電漿。

當流動控制器50停止液態樣本經過主流動部38的流動時，作為第二輸出P2的脈衝雷射光束B1透過雷射發生器10輻照到流動室30的主流動部38，並因此可在液態樣本的奈米顆粒中生成誘導電漿。

本發明可測量流動的液態樣本的奈米顆粒並可藉由重複上述過程來提高奈米顆粒測量的可靠性。

流動設備20可以被配置成使得在流動狀態下經過主流動部38的液態樣本的流量等於或大於在流動停止狀態下位於主流動部38中的液態樣本的量。透過該配置，暴露於第二輸出P2的第一雷射光束B1的液態樣本再次暴露於第二輸出P2的第一雷射光束B1，由此防止奈米顆粒測量中的誤差。

流動設備20可包括分離單元（未示出），用於在包含奈米顆粒的液態樣本被引入到流動室30中之前分離液態樣本中的奈米顆粒。分離單元可以佈置在流動室30與入口部41之間，以從被引入到流動室30中的液態樣本中分離奈米顆粒。可以基於奈米顆粒的類型或奈米顆粒的尺寸來執行奈米顆粒的分離。

圖4示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的流動控制器的例示。

流動控制器50可以被配置成控制液態樣本的流動。流動控制器50可以回應於從控制器70接收的控制信號來操作。

流動控制器50可包括單個活塞泵。然而，本發明不限於此。如果流動控制器50被配置成從控制器70接收信號並且控制液態樣本的流速而使得該信號對應於脈衝雷射光束B的脈衝，就可滿足這一點。作為例示，流動控制器50可包括用於控制液態樣本之流量和流速的磁閥。

流動控制器50可包括：根據第一雷射光束B1（參見圖1）的第一週期T1（參見圖6和圖7）旋轉的凸輪51，汽缸54，位於汽缸54內部並移動的活塞52，以及連杆53，連杆53的一端可旋轉地連接到凸輪51，且另一端可旋轉地連接到活塞52，並將凸輪51的旋轉力轉移到活塞52。內部空間55可指在汽缸51中形成的空間。內部空間55的邊界可以由活塞52確定。活塞52可以佈置在內部空間55中。活塞52可以連接到汽缸54以在一個方向上往復運動。

凸輪51可以繞旋轉軸51a旋轉。連杆53的一端可以在與旋轉軸51a間隔開的位置處可旋轉地連接到凸輪51。當凸輪51旋轉時，活塞52可以透過連杆53在汽缸54內部往復運動。

流動控制器50可藉由控制凸輪51的旋轉速度來調節液態樣本的流動週期。也就是說，流動控制器50可藉由過控制凸輪51的旋轉速度來調節液態樣本的流動狀態和流動停止狀態的週期。液態樣本的流量可以藉由凸輪51的旋轉速度、凸輪51的旋轉軸51a與連杆53之間的佈置關係、汽缸54的內部容積等來控制。例如，可藉由調節液態樣本的量來控制液態樣本的流量。

流動控制器50可包括閥56a和56b。在該實施態樣中，閥56a和56b可包括一對閥56a和56b。該對閥56a和56b中的一個閥56a可以佈置在汽缸54的液態樣本入口處。該對閥56a和56b中的另一個閥56b可以佈置在汽缸54的液態樣本出口處。

佈置在汽缸54的液態樣本入口處的閥56a可稱為入口閥56a。佈置在汽缸54的液態樣本出口處的閥56b可稱為出口閥56b。入口閥56a可以連接到流動室30（參見圖1）。出口閥56b可以連接到出口部42（參見圖1）。

閥56a和56b可包括防回流閥。例如，防回流閥可以是止回閥。入口閥56a允許液態樣本被引入到內部空間55中，但可抑制液態樣本排出到內部空間55外部。出口閥56b允許液態樣本排出到內部空間55外部，但可抑制液態樣本被引入到內部空間55中。

活塞52、入口閥56a、和出口閥56b可以連接到內部空間55。換句話說，活塞52、入口閥56a、和出口閥56b可以形成內部空間55的邊界的一部分。

當由活塞52向汽缸54的內部空間55加壓時，入口閥56a可關閉，出口閥56b可打開。在該過程中，內部空間55中的液態樣本可經由出口閥56b排出到流動控制器50外部。當入口閥56a關閉時，位於比流動控制器50更上游的液態樣本的流動可被停止。也就是說，當由活塞52向汽缸54的內部空間55加壓時，流動室30中的液態樣本的流動可被停止。當由活塞52向汽缸54的內部空間55加壓時，可意味著汽缸54的內部空間由活塞52減小。

反之，當活塞52在與加壓方向相反的方向上操作時，出口閥56b可關閉，入口閥56a可打開。當活塞52在與加壓方向相反的方向上操作時，可意味著汽缸54的內部空間55由活塞52增大。在該過程中，汽缸54外部的液態樣本可經由打開的入口閥56a而被引入到汽缸54的內部空間55中。

當汽缸54的內部空間55由活塞52增大時，入口閥56a打開，液態樣本可經由入口閥56a而被引入到汽缸54的內部空間55中。當液態樣本經由入口閥56a而被引入到汽缸54的內部空間55中時，位於流動室30中的液態樣本可以流動。也就是說，當汽缸54的內部空間55由活塞52增大時，位於流動室30中的液態樣本可以流動。

以例示的方式示出及說明流動室30佈置在比流動控制器50更上游的位置，但本發明不限於此。當流動室30佈置在比流動控制器50更下游的位置時，上述操作可以反向執行。

也就是說，活塞52在加壓方向上的移動可允許流動室30中的液態樣本處於流動狀態，而活塞52在與加壓方向相反的方向上的移動可允許流動室30中的液態樣本停止流動。換句話說，例如，入口閥56a可以連接到入口部41（參見圖1），且出口閥56b可以連接到流動室30（參見圖1）。例如，當由活塞52對汽缸54的內部空間55加壓時，流動室30（參見圖1）中的液態樣本可以流動。例如，如果活塞52在與汽缸54被加壓的方向相反的方向上移動，則流動室30（參見圖1）中的液態樣本可以不流動。

藉由該過程，流動控制器50可以預定週期控制液態樣本的流動。

參考圖1至圖4，流動奈米顆粒測量設備1可包括檢測器60。

可由第一雷射光束B1使包括在液態樣本中的奈米顆粒處於電漿狀態。檢測器60可以檢測在該過程中生成的衝擊波或閃爍。檢測器60可以檢測電漿中生成的各種信號。檢測器60可以檢測元素的光譜、衝擊波、電漿的圖像、熱量、和聲音的至少一者。

檢測器60可包括衝擊波檢測器，其測量在生成雷射誘導電漿時伴隨的雷射誘導衝擊波。檢測器60可包括閃爍檢測器60，其檢測在生成雷射誘導電漿時伴隨的閃爍。當由第一雷射光束B1在奈米顆粒中生成誘導電漿時，雷射誘導電漿的特性可根據奈米顆粒的尺寸而變化。

衝擊波檢測器可包括壓電元件和麥克風的至少一者。由衝擊波檢測器測量的信號可由鎖定放大器進行放大。

閃爍檢測器可包括CCD相機。閃爍檢測器60還可包括佈置在朝向CCD相機的光學路徑上的陷波濾波器，以控制由散射光導致的測量誤差。如圖1所示，衝擊波檢測器和閃爍檢測器可以分別佈置成與流動室30相鄰。衝擊波檢測器和閃爍檢測器的至少一者可以佈置成與流動室30相鄰。

檢測器60經由檢測衝擊波或閃爍而可獲取關於奈米顆粒的資訊。關於奈米顆粒的資訊可包括奈米顆粒的數量及／或尺寸。

檢測器60可以佈置在流動室30內部，或者可以如圖1所示佈置在流動室30外部。此外，可以在流動室30周圍佈置多個檢測器60。控制器70可基於在流動室30內部生成誘導電漿的位置距檢測器60的距離來校正檢測值。控制器70可基於在流動室30內部生成誘導電漿的位置處朝向檢測器60的方向與第一雷射光束B1的輻照方向之間的角度來校正檢測值。不限制檢測器60的類型，並且檢測器60可包括各種檢測器，諸如熱感測器。

流動奈米顆粒測量設備1可包括控制器70。

控制器70可以控制流動奈米顆粒測量設備1的整體操作。例如，控制器70可以控制雷射生成設備12和流動控制器50。控制器70可以控制雷射生成設備12以控制第一週期T1（參見圖6和圖7）及／或第一雷射光束B1的輸出。此外，控制器70可以控制流動控制器50以控制第二週期T2（參見圖6和圖7）或液態樣本的流動時間。

由控制器70對雷射生成設備12和流動控制器50的控制可以彼此獨立地執行。也就是說，控制器70可以分別控制雷射生成設備12和流動控制器50。

控制器70可相對於流動室30移動透鏡18以調節第一雷射光束B1的焦距。

控制器70可以從檢測器60獲得關於奈米顆粒的資訊。

控制器70可以預處理從檢測器60傳輸的信號。控制器70使用鎖定放大器放大由檢測器60檢測的信號並且可以使用帶通濾波器移除小於或等於100 Hz的低頻帶的雜訊。可藉由轉換器將濾波信號轉換成數位信號。經轉換的信號可透過根據條件提取一些區段的信號值而經受即時快速傅立葉轉換（FFT）。經由該過程，控制器70可將信號從時間的函數轉換成頻率的函數，並且分析由電漿生成的衝擊波的頻率分量。控制器70可基於頻率分量和從所檢測的衝擊波轉換的振幅大小來確定奈米顆粒的類型、尺寸或數量。

在相同輸出的條件下，誘導電漿的大小隨著顆粒尺寸增大而增大，且因此衝擊波的尺寸也可以增大。基於頻率分量和衝擊波的振幅大小，控制器70可以確定奈米顆粒的類型、尺寸或數量。

控制器70可基於由閃爍檢測器檢測的閃爍的數量和尺寸來確定奈米顆粒的尺寸或數量。

控制器70可基於由流動控制器50流動的液態樣本的流量以及由檢測器60檢測的關於奈米顆粒的資訊來測量液態樣本中奈米顆粒的濃度。

下文描述根據本發明的流動奈米顆粒測量設備的操作。

圖5是示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量方法（S100）的流程圖。圖6示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備中依賴於時間的操作。

在圖5所示的流程圖中，藉由將該方法劃分成多個步驟來描述該方法，但是至少一些步驟可以不同的順序執行、結合其他步驟一起執行、被省略、再分成子步驟、或者透過添加未示出的一個或多個步驟來執行。

在圖6中，第一雷射光束B1的第二輸出P2可以大於第一輸出P1。例如，第一輸出P1可以是零。控制器70可隨時間控制第一雷射光束B1的輸出。

參考圖1至圖5，流動奈米顆粒測量設備1可以被配置成測量包含在流動液態樣本中的奈米顆粒。控制器70可以控制雷射生成設備12和流動控制器50。

流動設備20可以使包含奈米顆粒的液態樣本流到流動室30的主流動部38。更具體地，流動設備20可經由室入口32將液態樣本引入到流動室30中，以及經由室出口34將液態樣本排出到流動室30外部。可藉由流動控制器50控制流過流動設備20的液態樣本的流速。

參考圖1至圖6，流動控制器50可以控制液態樣本的流速，使得在靜止狀態下預定流量的液態樣本位於主流動部38中。也就是說，流動控制器50可以被配置成以第二週期T2使液態樣本重複流動。

由雷射生成設備12生成的脈衝雷射光束B可以被分束器16分成第一雷射光束B1和第二雷射光束B2。第一雷射光束B1可以穿過透鏡18並且可以輻照到流動室30的主流動部38。第一雷射光束B1可以第一週期T1的脈衝重複輻照。

根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量方法S100可包括步驟S110：將脈衝雷射光束輻照到在流動室30中流動的液態樣本。在步驟S110中，輻照到液態樣本的脈衝雷射光束可以是第一雷射光束B1。在步驟S110中，控制器70可以控制第一雷射光束B1的輸出以及將脈衝雷射光束輻照到液態樣本。

第一雷射光束B1的第一週期T1可以與脈衝雷射光束B的週期相同。第一雷射光束B1的第一週期T1可以與流動控制器50的第二週期T2相同。流動控制器50可以控制經過流動室30的液態樣本的流速以對應於脈衝雷射光束的週期。例如，液態樣本的流動停止狀態開始的時間可以與第一雷射光束B1輸出變成第二輸出P2的時間同步。例如，液態樣本的流動狀態開始的時間可以與第一雷射光束B1輸出變成第一輸出P1的時間同步。

由此，當由流動控制器50停止液態樣本經過主流動部38的流動時，第一雷射光束B1可以輻照到流動室30的主流動部38，以在液態樣本中的奈米顆粒中生成電漿。

根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量方法S100可包括步驟S120：使用檢測器獲得檢測信號。第一雷射光束B1可以在由流動控制器50停止的液態樣本的奈米顆粒中生成電漿或衝擊波。檢測器60可以檢測所生成的電漿或衝擊波以生成檢測信號。檢測信號可包括關於衝擊波的資訊。在步驟S120中，控制器70可以使用檢測器60獲得檢測信號。

根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量方法S100可包括步驟S130：計算液態樣本的濃度資訊。在步驟S130中，控制器70可基於由流動控制器50控制的液態樣本的流速以及從檢測器60獲得的檢測信號來計算包含在液態樣本中的奈米顆粒的濃度資訊。

控制器70可以被配置成控制流動控制器50使得液態樣本以預定週期重複流動狀態和流動停止狀態，並且控制雷射發生器10使得以預定週期輻照第一雷射光束B1。因此，該方法藉由測量流動的液態樣本的奈米顆粒而可以提高奈米顆粒測量的可靠性。

圖7示出根據本發明的另一實施態樣的流動奈米顆粒測量設備中依賴於時間的操作。

參考圖1至圖7，流動奈米顆粒測量設備1可以被配置成測量包含在流動的液態樣本中的奈米顆粒。

第一雷射光束B1的第一週期T1可以與流動控制器50的第二週期T2相同。

此外，第一雷射光束B1的第一週期T1的開始時間可以比流動控制器50的第二週期T2的開始時間延遲第一延遲時間d1。換句話說，第一雷射光束B1作為第二輸出P2運行的開始時間可以比液態樣本的流速變成零的開始時間延遲第一延遲時間d1。由此，在由流動控制器50停止液態樣本的流動之後且在第一延遲時間d1過去之後，第一雷射光束B1可以輻照到流動室30。

液態樣本的流速變成第一流速V1的開始時間可以比第一雷射光束B1變成第一輸出P1的開始時間延遲第二延遲時間d2。由此，在第一雷射光束B1輻照到流動室30之後且在第二延遲時間d2過去之後，液態樣本可以第一流速V1流動並且可以從流動室30排出。

在第二週期T2期間液態樣本的流速維持在零的時間可以大於在第一週期T1期間第一雷射光束B1作為第二輸出P2運行的時間。因此，第一雷射光束B1輻照到其中沒有形成誘導電漿的奈米顆粒，並且誘導電漿可以穩定地生成。

圖8示意性地示出由根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備中的脈衝雷射光束生成電漿。

參考圖8，可以設置多個檢測器60。可在流動室30處佈置多個檢測器60a、60b和60c。例如，多個檢測器60a、60b和60c可以與流動部36相鄰佈置，並且可以檢測由流動部36中生成的電漿造成的衝擊波。

多個檢測器60a、60b和60c相對於流動部36的佈置不限於圖8中所示的佈置。例如，多個檢測器60a、60b和60c中的至少一部分可以被佈置成暴露於流動部36的流動空間37，或者可以被佈置在流動室30中與流動部36間隔開預定距離。

可由檢測器60a、60b和60c檢測衝擊波來生成衝擊波信號。可由衝擊波分析單元180將衝擊波信號（或資訊）轉換成關於振幅和頻率的信號。

多個檢測器60a、60b和60c可以佈置成沿液態樣本的流動方向F彼此間隔開。當多個檢測器60a、60b和60c佈置成彼此間隔開預定距離時，可藉由改變振幅的大小由多個檢測器60a、60b和60c檢測由電漿的生成而造成的衝擊波。

圖8以例示的方式示出佈置三個檢測器。然而，本發明不限於此。如果佈置至少二個檢測器，就可以滿足這一點。為了描述方便，多個檢測器60a、60b和60c可包括第一檢測器60a、佈置在液態樣本的流動方向F上比第一檢測器60a更下游的第二檢測器60b、以及佈置在流動方向F上比第二檢測器60b更下游的第三檢測器60c。

第一檢測器60a可以被佈置成鄰近由第一雷射光束B1的輻照生成電漿的位置S。生成電漿的位置S可以第一雷射光束B1相對於流動部36的輻照方向來設置。

第一檢測器60a可以佈置在生成電漿的位置S的徑向上。然而，不限制第一檢測器60a的位置。例如，如果第一檢測器60a被佈置成鄰近生成電漿的位置S，就可以滿足這一點。多個檢測器60a、60b和60c沿液態樣本的流動方向F以預定距離佈置，並且可以藉由改變與電漿生成位置相距的位置及／或角度來精確地檢測由電漿的生成造成的衝擊波。多個檢測器60a、60b和60c還可以最小化由於雜訊的生成而引起的檢測結果的失真。

當電漿生成位置S與檢測器60a、60b和60c之間的距離較短時，可能在檢測期間長時間生成氣泡。這些氣泡可能妨礙檢測元件檢測衝擊波。此外，當電漿生成位置S與檢測器60a、60b和60c之間的距離較長時，可能檢測到由流動部36的外表面或液態樣本的表面產生的反射波而導致檢測結果的失真。

多個檢測器60a、60b和60c可包括寬度、長度和高度均為2 毫米的壓電元件。可以奈米級別來調節多個檢測器60a、60b和60c的佈置，並因此可以在考慮電漿生成位置S的情況下以高解析度檢測衝擊波。

圖9是示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的控制器的圖。圖10中的（a）和（b）是示出由多個檢測器檢測的衝擊波的頻率和振幅的圖形，所述多個檢測器是根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的一種配置。

儘管如上所述可以佈置三個或更多個檢測器，但是為了描述方便，將描述包括第一檢測器60a和第二檢測器60b的實施態樣。檢測器60可以包括第三檢測器60c和更多的檢測器。

參考圖9和圖10，控制器170可基於由多個檢測器60a和60b檢測的衝擊波來分析奈米顆粒。

控制器170可包括衝擊波分析單元180。

衝擊波分析單元180可以分析由多個檢測器60a和60b檢測的衝擊波。衝擊波分析單元180可以將從檢測器60傳輸的信號轉換成如圖10所示的與頻率和振幅有關的函數。在圖10中，（a）示出由第一檢測器60a檢測的衝擊波被轉換成與頻率和振幅有關的參數，以及（b）示出由第二檢測器60b檢測的衝擊波被轉換成與頻率和振幅有關的參數。

衝擊波分析單元180可包括測量自然頻率的頻率測量單元182以及測量振幅的振幅測量單元184。

頻率測量單元182可以測量振幅發生的頻率。換句話說，頻率測量單元182可指定對應於特定振幅的頻率。由頻率測量單元182指定的多個頻率中的一個頻率可以定義為自然頻率。例如，自然頻率可指對應於局部峰值振幅的頻率。

頻率測量單元182可以從由多個檢測器60a和60b中的每一者檢測的衝擊波信號指定至少一個自然頻率。頻率測量單元182可以在多個檢測器60a和60b指定的頻率定義重疊頻率f1和f2作為自然頻率，以移除在電漿生成過程期間生成的雜訊。

振幅測量單元184可以測量由頻率測量單元182測量的自然頻率處的振幅。

控制器170可包括振幅比計算器186和奈米顆粒確定單元188。

振幅比計算器186可以計算自然頻率處的振幅比。例如，振幅比計算器186可以計算多個檢測器60a和60b中的每個檢測器的自然頻率的振幅比。

振幅比計算器186可以計算多個檢測器60a和60b中的每個檢測器的自然頻率的振幅比。如果有奈米顆粒的多個自然頻率，則由振幅測量單元184測量的振幅可以對於每個自然頻率而不同。

振幅比計算器186可以計算第一振幅比和第二振幅比，其中第一振幅比為由第一檢測器60a測量的多個自然頻率f1與f2處的振幅大小A1a與A2a的比率，第二振幅比為由第二檢測器60b測量的多個自然頻率f1與f2處的振幅大小A1b與A2b的比率。例如，第一振幅比可以是第一檢測器60a中第一自然頻率f1處的振幅大小A1a與第二自然頻率f2處的振幅大小A2a的比率。例如，第二振幅比可以是第二檢測器60b中第一自然頻率f1處的振幅大小A1b與第二自然頻率f2處的振幅大小A2b的比率。振幅大小可指振幅的量級。

奈米顆粒確定單元188可基於由頻率測量單元182測量的自然頻率以及由振幅比計算器186計算的振幅比來確定奈米顆粒的類型和尺寸。

奈米顆粒確定單元188可基於由頻率測量單元182測量的自然頻率來指定奈米顆粒的類型。此外，奈米顆粒確定單元188可基於振幅比的改變來確定指定的奈米顆粒的尺寸。

也就是說，奈米顆粒確定單元188可以比較預儲存在控制器170中的每種奈米顆粒的自然頻率資料與由頻率測量單元182計算出的自然頻率以指定奈米顆粒的類型。奈米顆粒確定單元188可以比較預儲存在控制器170中的每種奈米顆粒的第一振幅比和第二振幅比資料與由振幅比計算器186計算出的第一振幅比和第二振幅比，以確定所匹配的奈米顆粒尺寸。由此，奈米顆粒確定單元188可以確定奈米顆粒的類型和尺寸。

圖11是示出根據本發明的實施態樣的確定奈米顆粒的類型和尺寸的方法S200的流程圖。

參考圖1至圖11，由第一雷射光束B1在奈米顆粒中生成電漿，並且在該過程中生成衝擊波。

由於多個檢測器60a和60b沿液態樣本的流動方向F彼此間隔開，因此可藉由改變多個檢測器60a和60b之間的距離以及衝擊波生成位置來檢測相同的衝擊波。

衝擊波分析單元180可以分析由多個檢測器60a和60b檢測的衝擊波的電信號。衝擊波分析單元180可以將衝擊波的電信號轉換成與頻率和振幅有關的參數。

衝擊波分析單元180的頻率測量單元182可以測量第一檢測器60a和第二檢測器60b的共同自然頻率f1和f2。例如，在圖10的（a）和（b）中，頻率測量單元182可根據由第一檢測器60a和第二檢測器60b檢測的衝擊波來定義第一自然頻率f1為8 kHz並定義第二自然頻率f2為22 kHz。

根據本發明的實施態樣的確定奈米顆粒的類型和尺寸的方法S200可包括步驟S210：測量衝擊波的振幅和頻率。在步驟S210中，控制器70可基於檢測信號來測量衝擊波的振幅和頻率。換句話說，在步驟S210中，控制器70可根據來自檢測信號的頻率生成振幅的頻譜資訊。

在步驟S210中，衝擊波分析單元180的振幅測量單元184可以測量在自然頻率f1和f2處的振幅的大小。例如，如圖10的（a）所示，振幅測量單元184可以測量第一自然頻率f1處的振幅大小A1a為0.015並測量第二自然頻率f2處的振幅大小A2a為0.16。此外，如圖10的（b）所示，振幅測量單元184可以測量第一自然頻率f1處的振幅大小A1b為0.012並測量第二自然頻率f2處的振幅大小A2b為0.004。

根據本發明的實施態樣的確定奈米顆粒的類型和尺寸的方法S200可包括步驟S220：基於所測量的振幅和自然頻率來計算多個檢測器中的每個檢測器在自然頻率處的振幅比。

在步驟S220中，振幅比計算器186可基於衝擊波分析單元180的分析結果計算第一檢測器振幅比和第二檢測器振幅比。例如，參考圖10，振幅比計算器186可基於由振幅測量單元184測量的振幅的大小來計算第一檢測器振幅比為0.015：0.16以及計算第二檢測器振幅比為0.012：0.004。檢測器振幅比可指第一檢測器振幅比和第二檢測器振幅比的至少一者。「每個檢測器的振幅比」可指檢測器振幅比。

根據本發明的實施態樣的確定奈米顆粒的類型和尺寸的方法S200可包括步驟S230：根據所測量的自然頻率指定奈米顆粒的類型以及基於每個檢測器的振幅比確定奈米顆粒的尺寸。

在步驟S230中，奈米顆粒確定單元188可以確定奈米顆粒的類型和尺寸。奈米顆粒確定單元188可基於所測量的自然頻率f1和f2來指定奈米顆粒的類型。

在步驟S230中，奈米顆粒確定單元188可基於由振幅比計算器186計算的所指定之奈米顆粒的振幅比來確定奈米顆粒的尺寸。也就是說，奈米顆粒確定單元188可根據所測量的自然頻率指定奈米顆粒的類型，並比較由振幅比計算器186計算的第一檢測器與第二檢測器的振幅比以及針對每種類型的奈米顆粒所預儲存的第一檢測器與第二檢測器的振幅比資料，以確定所指定的奈米顆粒的尺寸。

本發明可藉由改變多個檢測器之間的距離和衝擊波以及藉由該操作基於多個檢測器中的每個檢測器的振幅比的改變來確定奈米顆粒，來更精確地確定奈米顆粒的類型和尺寸。本發明還可使用來自多個檢測器的檢測結果來提高所確定之結果的可靠性。

控制器170包括衝擊波分析單元180，衝擊波分析單元180可包括測量自然頻率的頻率測量單元182和測量振幅的振幅測量單元184。

控制器170可包括振幅比計算器186和奈米顆粒確定單元188。

振幅比計算器186可以計算振幅的大小的比率。振幅比計算器186可以計算多個檢測器60a和60b中每個自然頻率的振幅比。

振幅比計算器186可以計算多個檢測器60a和60b中每個自然頻率f1和f2的振幅比。當奈米顆粒的自然頻率為一個或多個時，可以針對每個自然頻率檢測由振幅測量單元184測量的振幅大小。

振幅比計算器186可以針對自然頻率f1和f2中的每一者計算振幅比。也就是說，第一自然頻率處的振幅比可指由第一檢測器60a測量的第一自然頻率f1處的振幅大小A1a與由第二檢測器60b測量的第一自然頻率f1處的振幅大小A1b的比率。此外，第二自然頻率處的振幅比可指由第一檢測器60a測量的第二自然頻率f2處的振幅大小A2a與由第二檢測器60b測量的第二自然頻率f2處的振幅大小A2b的比率。自然頻率處的振幅比可指第一自然頻率振幅比和第二自然頻率振幅比的至少一者。

由於針對每個自然頻率計算自然頻率振幅比，因此如果有多個自然頻率，則可以計算多個振幅比。此外，如果有一個自然頻率，則可以計算一個自然頻率振幅比。

奈米顆粒確定單元188可基於由頻率測量單元182測量的自然頻率和由振幅比計算器186計算的振幅比來確定奈米顆粒的類型和尺寸。

奈米顆粒確定單元188可基於由頻率測量單元182測量的自然頻率指定奈米顆粒的類型。奈米顆粒確定單元188還可以基於每個自然頻率的預儲存振幅比的改變來指定與由振幅比計算器186計算的振幅比匹配的奈米顆粒的尺寸。也就是說，奈米顆粒確定單元188可以比較針對每種奈米顆粒預儲存的自然頻率資料與由頻率測量單元計算的自然頻率以指定奈米顆粒的類型，並且可以比較針對每個自然頻率預儲存的振幅比資料與由振幅比計算器186計算的振幅比以確定所匹配的奈米顆粒的尺寸。

當一個奈米顆粒具有多個自然頻率時，奈米顆粒確定單元188可以比較多個自然頻率中的每個自然頻率的振幅比與預儲存的資料，以確定所匹配的奈米顆粒的尺寸。由此，奈米顆粒確定單元188可以確定奈米顆粒的類型和尺寸。

圖12是示出根據本發明的另一實施態樣的確定奈米顆粒的類型和尺寸的方法S300的流程圖。

由脈衝雷射光束B1從包含在液態樣本中的奈米顆粒生成電漿，並且在該過程中生成衝擊波。

多個檢測器60a和60b沿液態樣本的流動方向F彼此間隔開，並因此可藉由改變距衝擊波生成位置的距離來檢測相同的衝擊波。

衝擊波分析單元180的頻率測量單元182可以測量第一檢測器60a和第二檢測器60b的共同自然頻率f1和f2。例如，在圖10的（a）和（b）中，頻率測量單元182可根據由第一檢測器60a和第二檢測器60b檢測的衝擊波來定義共同自然頻率為8 kHz和22 kHz。

參考圖1至圖10和圖12，根據本發明的另一實施態樣的確定奈米顆粒的類型和尺寸的方法S300可包括步驟S310：測量衝擊波的振幅和自然頻率。在步驟S310中，控制器70可基於檢測信號來測量衝擊波的振幅和頻率。換句話說，在步驟S310中，控制器70可根據來自檢測信號的頻率生成振幅的頻譜資訊。

在步驟S310中，衝擊波分析單元180的振幅測量單元184可以測量在自然頻率f1和f2處的振幅的大小。例如，如圖10的（a）所示，振幅測量單元184可以測量第一檢測器60a中第一自然頻率f1處的振幅大小A1a為0.015並測量第二自然頻率f2處的振幅大小A2a為0.16。此外，如圖10的（b）所示，振幅測量單元184可以測量第二檢測器60b中第一自然頻率f1處的振幅大小A1b為0.012並測量第二自然頻率f2處的振幅大小A2b為0.004。

根據本發明的另一實施態樣的確定奈米顆粒的類型和尺寸的方法S300可包括步驟S320：基於所測量的振幅和自然頻率來計算多個檢測器中每個自然頻率的振幅比。

在步驟S320中，振幅比計算器186可基於衝擊波分析單元180的分析結果計算每個自然頻率的振幅比。例如，振幅比計算器186可基於由振幅測量單元184測量的振幅大小來計算第一自然頻率振幅比和第二自然頻率振幅比。自然頻率振幅比可指第一自然頻率振幅比和第二自然頻率振幅比的至少一者。「每個自然頻率的振幅比」可指自然頻率振幅比。

第一自然頻率振幅比可以是指在第一自然頻率f1處由第一檢測器60a測量的振幅A1a與由第二檢測器60b測量的振幅A1b的比率。例如，第一自然頻率振幅比可以是0.015：0.012。

第二自然頻率振幅比可以是指在第二自然頻率f2處由第一檢測器60a測量的振幅A2a與由第二檢測器60b測量的振幅A2b的比率。例如，第二自然頻率振幅比可以是0.16：0.004。

根據本發明的另一實施態樣的確定奈米顆粒的類型和尺寸的方法S300可包括步驟S330：根據所測量的自然頻率指定奈米顆粒的類型以及基於每個自然頻率的振幅比確定奈米顆粒的尺寸。

在步驟S330中，奈米顆粒確定單元188可以確定奈米顆粒的類型和尺寸。奈米顆粒確定單元188可基於所測量的自然頻率f1和f2來指定奈米顆粒的類型。此外，奈米顆粒確定單元188可基於由振幅比計算器186計算的所指定之奈米顆粒的每個自然頻率的振幅比來確定奈米顆粒的尺寸。也就是說，奈米顆粒確定單元188可根據所測量的自然頻率來指定奈米顆粒的類型，並比較由振幅比計算器186計算的第一自然頻率振幅比和第二自然頻率振幅比與針對每種類型的奈米顆粒所預儲存的第一自然頻率振幅比和第二自然頻率振幅比資料，以確定奈米顆粒的尺寸。

參考圖1至圖12，「振幅比」可指「檢測器振幅比」和「自然頻率振幅比」的至少一者。

計算振幅比的步驟S220和步驟S320可指計算多個檢測器中的每個檢測器在自然頻率處的振幅比的步驟S220以及計算多個檢測器中每個自然頻率的振幅比的步驟S320的至少一者。

根據所測量的自然頻率指定奈米顆粒的類型以及基於所計算的振幅比確定奈米顆粒的尺寸的步驟S230和步驟S330可指步驟S230和步驟S330的至少一者，步驟S230是根據所測量的自然頻率指示奈米顆粒的類型以及基於每個檢測器的振幅比確定奈米顆粒的尺寸，步驟S330是根據所測量的自然頻率指定奈米顆粒的類型以及基於每個自然頻率的振幅比確定奈米顆粒的尺寸。

本發明可藉由改變多個檢測器之間的距離和衝擊波以及藉由此操作基於每個自然頻率的振幅比的改變來確定奈米顆粒，來更精確地確定奈米顆粒的類型和尺寸。本發明還可藉由使用來自多個檢測器的檢測結果來提高所確定之結果的可靠性。

本申請主張2020年10月20日遞交的韓國專利申請No. 10-2020-0136343的優先權權益，該韓國專利申請出於所有目的透過引用而併入本文，就像在本文中完全闡述一樣。

儘管已經參考本發明的數個說明性實施態樣描述實施方式，但是本領域技術人員還可以設計出很多其他變型和其他實施態樣，這些變型和實施態樣將落入本發明的原理的範圍。特別地，在本說明書、附圖和所附申請專利範圍內的元件部分及／或主題組合排列的佈置之各種變化和更改是可能的。除了元件部分及／或佈置的變化和更改，替代性的用途對本領域技術人員來講也將是顯而易見的。本發明的範圍應由所附申請專利範圍的合理解釋確定，且在本發明等效範圍內的所有更改都包含在本發明的範圍內。

1:流動奈米顆粒測量設備 10:雷射發生器 12:雷射生成設備 13:光闌 14:反射鏡 16:分束器 17:能量檢測器 18:透鏡 19:光束阻止件 20:流動設備 30:流動室 32:室入口 34:室出口 36:流動部 37:流動空間 38:主流動部 41:入口部 42:出口部 50:流動控制器 51:凸輪 51a:旋轉軸 52:活塞 53:連杆 54:汽缸 55:內部空間 56a、56b:閥 60、60a、60b、60c:檢測器 70:控制器 170:控制器 180:衝擊波分析單元 182:頻率測量單元 184:振幅測量單元 186:振幅比計算器 188:奈米顆粒確定單元 A1a、A1b、A2a、A2b:振幅大小 B:脈衝雷射光束 B1:第一雷射光束 B2:第二雷射光束 d1:第一延遲時間 d2:第二延遲時間 F:流動路徑 f1、f2:自然頻率 P1:第一輸出 P2:第二輸出 S:位置 S100、S200、S300:方法 S110、S120、S130、S210、S220、S230、S310、S320、S330:步驟 T1:第一週期 T2:第二週期 V1:第一流速

被包含以提供本發明的進一步理解且被併入並構成本發明之一部分的附圖示出本發明的實施態樣，並且與說明一起用於解釋本發明的原理。

圖2示出與根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的流動設備相關的配置。

圖3A和圖3B示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的流動室。

圖5是示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量方法S100的流程圖。

圖6示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備中依賴於時間的操作。

圖9是示出根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的控制器的圖。

圖10中的（a）和（b）是示出由多個檢測器檢測的衝擊波的頻率和振幅的圖形，所述多個檢測器是根據本發明的實施態樣的流動奈米顆粒測量設備的一種配置。

圖11是示出根據本發明的實施態樣的確定奈米顆粒之類型和尺寸的方法S200的流程圖。

圖12是示出根據本發明的另一實施態樣的確定奈米顆粒之類型和尺寸的方法S300的流程圖。

1:流動奈米顆粒測量設備

10:雷射發生器

12:雷射生成設備

13:光闌

14:反射鏡

16:分束器

17:能量檢測器

18:透鏡

19:光束阻止件

20:流動設備

30:流動室

32:室入口

34:室出口

41:入口部

42:出口部

50:流動控制器

60:檢測器

70:控制器

B:脈衝雷射光束

B1:第一雷射光束

B2:第二雷射光束

F:流動路徑

Claims

一種流動奈米顆粒測量設備，包括：流動室，所述流動室被配置成形成液態樣本流過的流動路徑；雷射發生器，所述雷射發生器被配置成生成第一雷射光束並將所述第一雷射光束輻照到所述流動室；多個檢測器，所述多個檢測器佈置在所述流動室處，並被配置成檢測所述流動室中由所述第一雷射光束誘導的電漿的衝擊波並生成檢測信號；以及控制器，所述控制器被配置成從所述多個檢測器獲得所述檢測信號以及基於所述檢測信號確定包含在所述液態樣本中的奈米顆粒的類型和尺寸，其中，所述流動室包括：流動部，所述流動部為形成在所述流動室內部的空間；連接到所述流動部的室入口，所述室入口為形成在所述流動室中的開口，所述液態樣本經由所述室入口而被注射到所述流動部中；以及連接到所述流動部並與所述室入口間隔開的室出口，所述室出口為形成在所述流動室中的開口，所述液態樣本經由所述室出口從所述流動部中排出，其中，所述控制器包括：振幅測量單元，所述振幅測量單元被配置成基於所述檢測信號來測量所述衝擊波的振幅；以及頻率測量單元，所述頻率測量單元被配置成基於所述檢測信號來測量所述衝擊波的自然頻率，其中，所述多個檢測器包括佈置成沿所述流動路徑彼此間隔開的第一檢測器和第二檢測器，其中，所述第二檢測器佈置成在所述流動路徑中位於比所述第一檢測器更下游的位置，以及其中，所述控制器包括：振幅比計算器，所述振幅比計算器被配置成提取由所述第一檢測器與所述第二檢測器測量的至少一個共同自然頻率，以及計算自然頻率振幅比，所述自然頻率振幅比為所述第一檢測器中對應於所述共同自然頻率的振幅與所述第二檢測器中對應於所述共同自然頻率的振幅的比率；以及奈米顆粒確定單元，所述奈米顆粒確定單元被配置成基於預儲存在所述控制器中的資料和所述共同自然頻率來指定所述奈米顆粒的類型，以及基於所述資料以及所述自然頻率振幅比來確定所述奈米顆粒的尺寸。
如請求項1所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，所述多個檢測器被佈置成沿所述流動路徑彼此間隔開。
如請求項1所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，所述衝擊波在所述流動室中的設定位置處生成，以及其中，所述多個檢測器佈置成改變距所述設定位置的距離。
如請求項1所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，所述雷射發生器包括：雷射生成設備，所述雷射生成設備被配置成生成脈衝雷射光束；分束器，所述分束器被配置成將所述脈衝雷射光束分成第一雷射光束和第二雷射光束；以及透鏡，所述透鏡被佈置在所述分束器與所述流動室之間並被配置成調節所述第一雷射光束的焦距，其中，所述焦距是所述第一雷射光束的焦點與所述透鏡之間的距離。
如請求項4所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，所述雷射發生器還包括能量檢測器，所述能量檢測器面向所述分束器並被配置成測量所述第二雷射光束的功率，以及其中，所述第二雷射光束與所述第一雷射光束係以形成一角度地行進，並入射在所述能量檢測器上。
如請求項4所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，所述雷射發生器還包括光束阻止件，所述光束阻止件面向所述流動室並被配置成阻止穿過所述流動室的所述第一雷射光束，以及其中，所述流動室位於所述透鏡與所述光束阻止件之間。
如請求項1所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，所述流動部包括形成在所述流動室內部的主流動部，以及其中，所述主流動部沿一方向延伸並經過所述第一雷射光束的路徑。
如請求項1所述的流動奈米顆粒測量設備，還包括：流動控制器，所述流動控制器連接到所述流動室、佈置在所述液態樣本的路徑上、並被配置成控制所述液態樣本的流速。
如請求項8所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，所述流動控制器包括：形成內部空間的汽缸，所述汽缸包括入口構件和出口構件，所述液態樣本經由所述入口構件而被引入到所述內部空間中，以及所述液態樣本經由所述出口構件從所述內部空間中排出，活塞，所述活塞佈置在所述內部空間中並連接到所述汽缸，使得所述活塞能夠與一方向平行地往復運動；入口閥，所述入口閥位於所述入口構件處並被配置成允許所述液態樣本的引入並抑制所述液態樣本的排出；以及出口閥，所述出口閥位於所述出口構件處並被配置成允許所述液態樣本的排出並抑制所述液態樣本的引入。
如請求項9所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，當所述活塞沿所述一方向移動並且所述內部空間被加壓時，所述入口閥關閉且所述出口閥打開，以及其中，當所述活塞沿與所述一方向相反的另一方向移動時，所述入口閥打開且所述出口閥關閉。
如請求項10所述的流動奈米顆粒測量設備，其中，所述流動控制器還包括：凸輪，所述凸輪與所述汽缸間隔開並形成旋轉軸；以及連杆，所述連杆具有在與所述旋轉軸間隔開的位置處可旋轉地連接到所述凸輪的一端，以及具有可旋轉地連接到所述活塞的另一端，其中，當所述凸輪旋轉時，所述活塞在所述內部空間中往復運動。
一種使用流動奈米顆粒測量設備的流動奈米顆粒測量方法(S200，S300)，所述流動奈米顆粒測量設備包括：流動室，所述流動室形成液態樣本流過的流動路徑；雷射發生器，所述雷射發生器生成脈衝雷射光束並將從所述脈衝雷射光束分出的第一雷射光束輻照到所述流動室；以及多個檢測器，所述多個檢測器沿所述流動路徑佈置，並檢測所述流動室中生成的電漿的衝擊波以生成檢測信號，所述流動奈米顆粒測量方法(S200，S300)包括：基於所述檢測信號測量所述衝擊波的多個頻率處的振幅的步驟(S210，S310)；基於所述振幅以及所述多個檢測器的自然頻率計算振幅比的步驟(S220，S320)；以及根據所述自然頻率指定包含在所述液態樣本中的奈米顆粒的類型以及基於所述振幅比確定所述奈米顆粒的尺寸的步驟(S230，S330)，其中，計算所述振幅比的步驟(S220，S320)包括：計算在所述多個檢測器中每個自然頻率的振幅比的步驟(S320)，其中，所述每個自然頻率的振幅比為所述多個檢測器中在所述自然頻率處的振幅的比率。