用于在冷凝粒子计数器中隔离冷凝物的系统和方法与流程

本申请要求于2016年6月3日提交的美国临时专利申请no.62/345,572的优先权和权益，其通过引用整体并入本申请，以与本申请不相悖的程度为限。

本发明的背景

本发明属于冷凝(condensation，凝结)粒子计数器或者冷凝核计数器领域。在实施方式中，本文中所提供的是防止冷凝物从系统的设计成包含冷凝物的组件(例如冷凝物容器、饱和器或者冷凝器)迁移到可能被存在的冷凝物损坏或者干扰的组件(例如粒子计数器、光学粒子计数器的光学组件、以及流量控制设备诸如孔口(orifice，节流孔、孔板))的系统和方法。

大部分的微污染工业和清洁型制造实业公司依赖于对粒子计数器的使用，诸如在许多美国专利中所描述的粒子计数器，这些美国专利包括美国专利nos.3,851,169、4,348,111、4,957,363、5,085,500、5,121,988、5,467,188、5,642,193、5,864,399、5,920,388、5,946,092和7,053,783。在美国专利nos.4,728,190、5,282,151、6,859,277和7,030,980中也描述了粒子计数器，其通过引用整体并入本申请。

通过在粒子表面上将蒸汽冷凝成液体来增加粒子的表观体积以增加粒子的可检测性，常规的冷凝粒子计数器允许使用相对低灵敏度的粒子计数器设备例如光学粒子计数器来对小粒子进行检测。正在粒子上冷凝的流体一般被称为冷凝物或者工作流体。通常，待分析的样本进入冷凝粒子计数器系统、穿过流量控制设备(例如流量孔口)并进到饱和器中，在该饱和器中，样本与一浓度的主要是蒸汽形式的冷凝物混合。饱和器与向该饱和器提供冷凝物的冷凝物贮存器流体连通，在该饱和器中，冷凝物被加热以确保该冷凝物充分地处于蒸汽相。当前与冷凝物蒸汽混合的样本流然后流动到冷却样本流的冷凝器中，使得冷凝物冷凝成围绕包含在样本流中的粒子的液体，由此通过创造一层围绕粒子的液体来增大被感知的粒子。然后，样本流被提供给粒子检测系统，诸如光学粒子计数器，该粒子检测系统由于由液体层引起的较大的鲜明特征而更容易地检测粒子。

许多不同的流体适合作为工作流体，但是一般的例子包括酒精、水和丙三醇。取决于粒子检测设备，冷凝物在被允许与检测系统的灵敏组件相互作用的情况下可能是有害的，或者在被允许干扰流量控制设备的小容积的情况下可能是有问题的。因此，当冷凝粒子计数器系统在实验室内被移动或者被运输到别的目的地时，由于冷凝物可能远离饱和器组件和冷凝器组件迁移并且进到光学器件或者流量控制设备中，所以可能会出现问题。由于饱和器和冷凝器经常被定位成在系统直立的同时防止冷凝物迁移，所以如果在运输期间系统没有被保持处于直立位置的话，则该问题是复杂的。

当黏性和/或可湿性冷凝物(例如丙三醇)使用在冷凝粒子计数器系统中时，这些问题被进一步放大。在黏性和/或可湿性冷凝物在冷凝粒子计数器的运行中提供某些优点的同时，较高的黏性和可湿性增加了工作流体的下述倾向性：甚至在设备已经被排放以移除冷凝物之后，该工作流体仍保留在该设备中，并因此可能迁移到别的设备组件。这导致了船运期间的冷凝物迁移问题，即使已将冷凝物贮存器排放并且在绝大部分的冷凝物已经被移除之后对设备进行船运或者运输也是如此。

根据前述可以看出，本领域中依然存在对下述系统和方法的需要：该系统和方法防止冷凝粒子计数器中的冷凝物迁移以保护灵敏性组件。

技术实现要素：

本文中所提供的系统和方法总体上涉及防止冷凝粒子计数器中的冷凝物在被设计成处理冷凝物的组件(例如饱和器、冷凝器、冷凝物贮存器)与可能被冷凝物损坏的组件(例如检测设备和流量控制设备)之间迁移。在一些实施方式中，当冷凝粒子计数器没有使用时、当冷凝粒子计数器没有电力时、或者当用于使样本流动通过粒子计数器的泵没有运行时，该系统和方法自动地参与保护灵敏性组件。该系统和方法是通用的并且可以与不同的计数系统例如光学粒子计数器(包括散射计数器、发射计数器和透射计数器)一起使用。有利地，在一些实施方式中，所描述的系统和方法允许在冷凝物处于原来位置的情况下船运或者运输冷凝粒子计数器，从而移除了为了运输而将冷凝物排放再放回原处的需要。

在一方面，提供了冷凝粒子计数器系统，包括：(i)用于引入待分析的样本流的入口；(ii)用于将冷凝物引入到样本流中的饱和器；其中，饱和器与冷凝物贮存器流体连通；(iii)冷凝器，该冷凝器与饱和器流体连通，以用于将冷凝物冷凝到包含在样本流中的粒子上；(iv)粒子计数器，该粒子计数器与冷凝器流体连通，以用于检测或者表征样本流中的粒子；以及阀，该阀定位在粒子计数器与冷凝器之间，以用于使粒子计数器与冷凝器、饱和器和冷凝物贮存器隔离。在实施方式中，冷凝粒子计数器系统还包括：第二阀，该第二阀定位在入口与饱和器之间，以用于使入口与冷凝器、饱和器和冷凝物贮存器隔离。

在实施方式中，例如，阀被配置成当没有电力被供应至粒子计数器或者真空泵时自动地关闭，从而隔离粒子计数器。在实施方式中，阀被配置成当没有样本流体流通过入口或者当环境温度有变化时自动地关闭。在实施方式中，阀和第二阀被配置成当没有电力被供应至粒子计数器或者真空泵时自动地关闭，从而隔离粒子计数器和入口。在实施方式中，例如，冷凝粒子计数器是散射光粒子计数器、发射光粒子计数器或者透射粒子计数器。在实施方式中，阀和/或第二阀是夹管阀。

在实施方式中，冷凝粒子计数器系统还包括定位在入口与饱和器之间的流量控制孔口，其中，第二阀定位在流量控制孔口与饱和器之间并且还使流量控制孔口与冷凝器、饱和器和冷凝物贮存器隔离。在实施方式中，例如，冷凝物是水、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、丙三醇或其组合。在实施方式中，例如，冷凝物是丙三醇。

在一方面，提供了用于在冷凝粒子计数器中隔离冷凝物的方法，包括：(i)提供包括下述项的冷凝粒子计数器：(a)具有流量控制孔口的入口；(b)用于引入冷凝物的、与冷凝物贮存器流体连通的饱和器；(c)用于将冷凝物冷凝到粒子上的冷凝器；(d)用于检测和表征粒子的粒子计数器；以及(ii)使饱和器、冷凝器和冷凝物贮存器与入口和粒子计数器隔离，从而防止冷凝物污染粒子计数器或者流量控制孔口。在实施方式中，隔离饱和器、冷凝器和粒子计数器的步骤由定位在饱和器与入口之间的第一阀和定位在冷凝器与粒子计数器之间的第二阀执行。

在实施方式中，例如，第一阀和第二阀是夹管阀。在实施方式中，当粒子计数器没有运作时、当粒子计数器断电时、和/或当没有流通过流量孔口时执行隔离步骤。在实施方式中，粒子计数器是光学粒子计数器。

在一方面，提供了冷凝粒子计数器系统，包括：(i)具有流量控制孔口的入口，用于引入待分析的样本流；(ii)用于将冷凝物引入到样本流中的饱和器；其中，饱和器与冷凝物贮存器流体连通；(iii)冷凝器，该冷凝器与饱和器流体连通，以用于将冷凝物冷凝到包含在样本流中的粒子上；(iv)粒子计数器，该粒子计数器与冷凝器流体连通，以用于检测或者表征样本流中的粒子；(v)第一阀，该第一阀定位在粒子计数器与冷凝器之间，以用于使粒子计数器与冷凝器、饱和器和冷凝物贮存器隔离；第二阀，该第二阀定位在入口与饱和器之间，以用于使流量控制孔口与冷凝器、饱和器和冷凝物贮存器隔离；其中，第一阀和第二阀被配置成当粒子计数器没有运作时、当粒子计数器断电时和/或当没有流通过流量孔口时自动地关闭。

附图说明

图1提供了本发明的使用夹管阀以隔离冷凝物(例如丙三醇)的实施方式的示意图。

图2提供了图1中所描述的实施方式的照片。

图3提供了对图1的实施方式中的粒子计数器进行隔离的阀的照片。

图4提供了对图1的实施方式中的样本入口和入口孔口进行隔离的阀的照片。

具体实施方式

一般而言，本文中所使用的术语和措辞具有其领域公认的意义，该意义可以通过参照本领域技术人员已知的标准文本、期刊参考文献以及情境找到。提供以下定义以阐明这些定义在本发明的情境中的特定用途。

“流动方向”和“样本流动”同义地使用在本文中并且指的是当流体流动时平行于大部分流体移动的方向的轴线。对于流动通过直的流动室的流体，流动方向平行于大部分流体所走的路径。对于流动通过弯曲的流动室的流体，流动方向可以被考虑为与大部分流体所走的路径相切。

“冷凝粒子计数器”和“冷凝核计数器”同义地使用在本文中并且指的是具有粒子计数器(如本文中所限定的)和冷凝系统的系统或者设备，该冷凝系统用于通过将冷凝物冷凝在粒子的表面上来增大被粒子计数器感知的粒子的体积。在一些实施方式中，粒子计数器和冷凝系统组合成单个的系统或者单元，并且在一些情况下，它们包括两个或者多个单元或者设备。在实施方式中，例如，粒子计数器是光学粒子计数器并且与冷凝系统一起被包括在单个设备中。

“冷凝物”和“工作流体”同义地使用在本文中并且指的是被冷凝粒子计数器冷凝到粒子上以便促进粒子计数器的检测的流体。在一些实施方式中，冷凝物指的是酒精、水或者丙三醇。在实施方式中，例如，冷凝物指的是丙三醇。

表述“检测粒子”广泛地指的是感测、识别粒子的存在和/或表征粒子。在一些实施方式中，检测粒子指的是计数粒子。在一些实施方式中，检测粒子指的是表征和/或测量粒子的物理特性，诸如直径、横截面尺寸、形状、大小、空气动力学大小或者这些物理特性的任意组合。

“粒子”指的是经常被认作污染物的小物体。粒子可以是例如当两个表面进入机械接触并且存在机械移动时由摩擦行为创造的任何材料。粒子可以由聚合的材料构成，诸如尘土、灰尘、烟、灰烬、水、煤烟、金属、矿物、或者这些或其他的材料或污染物的任意组合。“粒子”也可以指的是生物粒子，例如，病毒、孢子和微生物，微生物包括细菌、真菌、古生菌、原生生物、其他单细胞微生物并且特别是具有大约1-15μm大小的那些微生物。粒子可以指的是吸收或者散射光的任何小物体，并且，因此，该粒子可以被光学粒子计数器检测到。如在本文中所使用的，“粒子”意指不包括载体流体的单独的原子或者分子，例如水分子、制程化学品分子、氧分子、氦原子、氮分子等。本发明的一些实施方式能够对下述粒子进行检测、测量大小和/或计数：该粒子包括具有大于10nm、20nm、30nm、50nm、100nm、500nm、1μm或更大、或者10μm或更大的大小的聚合的材料。在一些实施方式中，仪表能够检测具有选自20nm至50nm、50nm至50μm的大小、选自100nm至10μm的大小、或者选自500nm至5μm的大小的粒子。

术语“粒子计数器”指的是能够检测悬浮在流体中的粒子的系统、能够确定悬浮在流体中的粒子的大小的系统、能够计数悬浮在流体中的粒子的系统、能够对悬浮在流体中的粒子进行分类的系统、或者这些系统的任意组合。在一些实施方式中，粒子计数器指的是包括若干组件的光学粒子计数器，该若干组件诸如是用于产生电磁辐射束的源、用于将该束引导到下述区域中的光学器件：流体样本在该区域中流动，该流体样本例如是流动通过流动室的液体或者气体。典型的光学液体粒子计数器也包括诸如二维光学检测器的光电检测器，用于检测被穿过该束的粒子遮蔽、散射或者发射的电磁辐射的会聚光学器件，以及用于处理和分析由光电检测器产生的电信号的其他电子设备，这样的其他电子设备包括电流至电压转换器以及信号过滤与放大电子设备。

“流体连通”指的是两个或者多个物体的布置，使得流体可以被运输到、经过、通过该布置或者从一个物体被运输到另一个物体。例如，在一些实施方式中，如果流体流动路径在两个物体之间被直接地提供，则该两个物体彼此流体连通。在一些实施方式中，如果流体流动路径在两个物体之间被间接地提供，诸如通过在该两个物体之间包括一个或者多个其他的物体或者流动路径，则该两个物体彼此流体连通。在一个实施方式中，存在于流体本体中的两个物体不一定彼此流体连通，除非来自第一个物体的流体被抽吸到、经过和/或通过第二个物体，诸如沿着流动路径被抽吸。

“隔离”或者“使……隔离”指的是限制或者消除两个或者更多个组件之间的流体连通，例如，通过关闭阀来限制或者消除。

“流率”指的是流动经过特定点或者流动通过特定范围的流体的量，诸如流动通过液体粒子计数器的检测区。在一个实施方式中，流率指的是质量流率，即，流动经过特定点或者流动通过特定范围的流体的质量。在一个实施方式中，流率是体积流率，即，流动经过特定点或者流动通过特定范围的流体的体积。

本发明还详述在以下实施例中，这些实施例通过例示被提出并且不意在以任何方式限制本发明的范围。

实施例1-冷凝物的依赖于系统电力的自动隔离

在实施方式中，冷凝隔离系统配置成当冷凝粒子计数器的电力断开时自动地使隔离系统参与，并且该冷凝隔离系统描述在图1中。将冷凝物隔离装置直接地关联到设备电力避免了用户错误，在一些实施方式中，当真空泵不提供抽吸时或者当设备没有运作时，可以发生阀的自动闭合。一旦电力连接到设备并且电力开关接通，则隔离阀开启并且允许样本流动通过系统。图1例示了夹管阀，但是实施方式可以采用任何阀类型，诸如球阀、止回阀、针阀、隔膜阀或者提升阀。在默认条件下关闭隔离阀的被动系统将确保在设备被船运或者被运输一显著距离的任何时候该阀是关闭的并且冷凝物是被隔离的。系统也通过使冷凝物与外部环境隔离来提供其他的利益，例如，冷凝物如果不被隔离则倾向于挥发并且可能作为蒸汽损失掉。此外，当不使用时，该隔离也防止其他蒸汽、化学品或者微粒进入冷凝物，从而保护工作流体的纯度。

在启动程序、预热和决定开始取样之后，样本将被抽吸到设备中处于入口处。一旦进入设备，样本将立即穿过孔口，该孔口的功能是引起流动流的压力差，通过解取该压力，设备可以调节泵速度以产生期望的流率(例如2.8l/min)。该孔口是待由阀保护的第一个组件。因为冷凝物储存在饱和器和冷凝物填充贮存器两者中，所以在船运、粗略处理或者移动期间，该冷凝物可能会穿过设备的打开的气动通路，进而要么使孔口闭塞致使流量标定不准确，要么在入口处变得雾化并造成设备错误计数。

接着，样本流穿过第一阀并且进入饱和器。第一阀可以定位在设备上游远离饱和器的任何地方。在饱和器中，冷凝物被蒸发并且流动流将在朝向冷凝器流动的同时夹带该已蒸发的冷凝物。冷凝器冷却样本以增进冷凝物的冷凝。冷凝器温度将特定于在被该系统使用的冷凝物，并且示例系统在该系统内包含共21ml的冷凝物。在冷凝器处，冷凝物冷凝到样本流中的任何粒子上，由此增大这些粒子用于稍后由粒子计数器进行感测。绝大部分已蒸发的冷凝物冷凝在壁上和冷凝器底部中的池上。这是有意义的，因为冷凝物一旦冷凝在冷凝器的侧部上可能会容易流动(特别是在黏性和/或可湿性冷凝物诸如丙三醇的情况下)并且在船运或者再定位之前变得难以从设备移除。

流动流接着离开冷凝器并且流动通过第二阀，在一些实施方式中该第二阀是夹管阀。第二阀可以定位在设备中且位于冷凝器与粒子计数器之间的任何地方。该阀设计成阻止冷凝物向粒子计数器及其一体且昂贵的感测组件流动。在没有上述冷凝物隔离系统的情况下，来自饱和器的冷凝物和来自冷凝器的循环冷凝物两者在船运或者粗略处理期间将具有朝向粒子计数器的畅通通路。

粒子计数器表征样本流中的粒子，例如，计数粒子或者确定粒子的大小。不同类型的粒子计数器可以依赖于与粒子的不同的相互作用被实施以表征该粒子。一个实施例将是，提供电磁辐射束到包含样本的流动室中的光学粒子计数器。光学会聚系统会聚在粒子穿过流动室时由该粒子散射的或者发射的光，并且检测系统基于已会聚的光提供电信号，由此表征该粒子。

在粒子计数器处感测之后，流进入用于减缓泵脉动的脉动阻尼器并且然后通过保护泵免受空气流中的任何微粒的过滤器。然后，泵将样本传送通过第二过滤器以清除来自泵本身的任何粒子，并且然后将样本传送出到设备出口。位于泵的真空侧上的泵入口孔口在泵箱上简单地抽吸真空以防止从泵迁移出的任何粒子侵入设备内部和外部环境。

关于通过引用和变型进行结合的声明

贯穿本申请的所有参考文献，例如包括已公布的或者已授权的专利或者等同物的专利文件、专利申请出版物、以及非专利文献文件或者其他源材料，在此通过引用整体结合在本文中——如同通过引用单独地结合——至下述程度：每个参考文献至少部分地不与本申请中的公开内容相悖(例如，部分相悖的参考文献除了该参考文献的部分相悖的部分之外通过引用被结合)。

在本文中采用的术语和表述被用作描述性而非限制性的术语，并且在这样的术语和表述的使用中不存在对已示出和已描述的特征或者其部分的任何等同物进行排除的意图，但是应认识到各种修改在本发明所主张的范围内是可能的。因此，应当理解，尽管本发明已经被优选的实施方式、示例性实施方式和可选特征具体地公开，但是公开在本文中的概念的修改和变型可以被本领域技术人员采取，并且这样的修改和变型被认为是处于本发明的如所附权利要求所限定的范围内。本文中所提供的特定的实施方式是本发明的有用的实施方式的实施例，并且对于本领域技术人员来说明显的是，使用陈述在本说明书中的设备、设备组件和方法步骤的大量变型可以实行本发明。如对于本领域技术人员将是显然的，对于本方法有用的方法和设备可以包括大量可选的构成和处理元件以及步骤。

当在本文中公开一组取代物时，应当理解，该组和所有子组的所有单独的成员分别被公开。当在本文中使用markush组或者其他分组时，该组所有单独的成员以及该组所有可能的组合和子组合意指被单独地包括在本公开内容中。

必须注意，如在本文中以及在所附权利要求中所使用的，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数的引用，除非上下文另有清楚的规定。因此，例如，引用“室(acell，单元、小室)”包括本领域技术人员已知的多个这样的室及其等同物，等等。同样地，术语“一(a)(或者“一(an)”)”、“一个或者多个”和“至少一个”可以可互换地使用在本文中。还应注意，术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”可以可互换地使用。表述“根据权利要求xx-yy中的任一项所述的”(其中xx和yy指的是权利要求项号)意指以供选择的形式提供多项从属权利要求，并且在一些实施方式中，该表述与表述“如权利要求xx-yy中任一项所述的”是可互换的。

每当在本说明书中给出范围时，例如，温度范围、时间范围、或者构成或浓度范围，被包括在给出范围中的所有中间范围和子范围、以及所有单独数值意指被包括在本公开内容中。将会理解，在本文中被包括在说明书中的任意子范围、或者范围或子范围中的单独数值可以从本文中的权利要求被排除。

在说明书中提到的所有专利和出版物表示了本发明从属的本领域的技术人员的水平。本文中引述的参考文献通过引用整体结合在本文中，以表示本领域截至这些参考文献的出版日期或者提交日期的状态，并且如有需要则意指该信息可以被采用在本文中，以排除存在于现有技术中的特定的实施方式。例如，当主张物质的构成时，应当理解，在先于申请人的发明的本领域中已知的和可获得的复合物不意指被包括在本文中主张的物质的构成中，该复合物包括下述复合物：对于该复合物来说，已授权的公开内容被提供在本文中所引述的参考文献中。

如在本文中所使用的，“包括(comprising)”与“包括(including)”、“包含(containing)”、或者“被表征”是同义的并且是包括性的或者是开放性的并且不排除额外的、未被列举的元件或者方法步骤。如在本文中所使用的，“由……构成(consistingof)”排除了未在本权利要求要素中指定的任何元件、步骤或者成分。如在本文中所使用的，“本质上由……构成(consistingessentiallyof)”不排除在实质上不影响本权利要求的基本的以及具有新颖性的特征的材料或者步骤。在本文中的每个实例中，术语“包括(comprising)”、“本质上由……构成(consistingessentiallyof)”和“由……构成(consistingof)”中的任何一个术语可以被其他两个术语中的任何一个术语替换。例示性地描述在本文中的本发明可以在不存在未具体地公开在本文中的任何一个或多个元件、一种或多种限制的情况下被适合地实践。

本领域的普通技术人员将会理解，无需采取过度的试验，除了具体地示例的那些之外的起始材料、生物材料、试剂、合成方法、净化方法、分析方法、测定方法和生物方法可以被采用在本发明的实践中。任何这样的材料和方法的所有本领域已知的功能性等同物意指被包括在本发明中。已采用的术语和表述被用作描述性的并且非限制性的术语，并且在这样的术语和表述的使用中不存在对已示出的和已描述的特征或者其部分的任何等同物进行排除的意图，但是应认识到，各种修改在本发明所主张的范围内是可能的。因此，应当理解，尽管本发明已经通过优选的实施方式和可选的特征被具体地公开，但是本领域技术人员可以采取公开在本文中的概念的修改和变型，并且这样的修改和变型被认为是处于本发明的如所附权利要求所限定的范围内。