CN101163953B - 采样和运送设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于对颗粒污染物进行采样的设备(1)，其可以适用于多种密闭外壳并允许对存在于所述外壳的大气中的污染物和/或污染物质进行表面采集。利用该采样方法，能够获得与其性状相关的具体信息。具体地，所述采样设备(1)包括支撑件(2)，基底(6)可定位在其上用于采集样品。设备(1)实现为隔离所获取的样品，直到到达分析地点，以便提高测量特性。

Description

采样和运送设备及方法

技术领域

本发明属于测量领域，更具体地，属于分析之前的采样领域。

具体地，本发明设计一种可以采集颗粒、分子和生物污染物、尤其是将它们采集到密闭环境里的设备，并且还可以用该设备封闭并运送样品，以获得代表在受控环境中最初出现的不同污染源的分析。

本发明还涉及一种在密闭空间中对浮质进行表面采集的方法。

背景技术

颗粒污染物——也被称为浮质——是悬浮在气体环境(空气或其它气体)中的固体颗粒。可以通过它们的性质、其尺寸分布(从几分之几纳米到几百微米)及其每单位体积内的浓度描述它们的特性。

在密闭的工业环境中，污染物或灰尘量等级根据ISO 14644-1中提到的清洁度等级来规定；ISO 14698标准用于生物污染物的情形。为了比较和分类相关介质需要一些测量方法，然而，这些方法的标准化只是相对的。

一般地，与净化室和相关受控密闭环境的污染物和灰尘等级有关的信息借助颗粒计数器或凝结核计数器获得。然而，使用这种装备只给出了与外壳的污染量有关的信息，而不可以确定颗粒的起源和性状；为了评估清洁度，形态学和化学特性也被证实是必需的。

例如，用颗粒光学计数器可以获得在某个所采样的气体量中的颗粒的数目：这些颗粒发生光的漫射和/或吸收，这可能又与颗粒的尺寸相关。然而，该途径通常以将颗粒的形状同化为球形为基础，而未考虑由于其物理化学特性引起的颗粒的光学特性，例如由于其成分而导致的光的吸收。

此外，借助动力抽吸***，可对存在于环境中的污染物进行测量。然而，这些测量涉及通过简单地提供抽吸和所产生的流量而从在清洁度以及空气动力特性方面混乱的环境中通常以居中方式采样的体积。

现在，在许多方法中，实际上，在所制造产品表面的占主导的浮质污染物的性状是：旨在获得尤其是表面成分尽可能清洁的材料。这样，与产品表面和浮质颗粒之间相互作用相关的具体信息是所希望的。

因此，需要优化在密闭外壳中的污染物采样，并允许在不改变它们的情况下的分析。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有采样设备的缺点。

本发明的其中一个方面涉及采样设备，其可以适于多种外壳，使得存在于周围大气中的污染物和/或颗粒污染可以收回。通过在所限定的基底上沉积，在表面处进行采样，以最佳地适合于颗粒的实际性状。

有利地，用于对污染物进行采样的设备与待测试的环境在清洁度方面是相兼容的；具体地，当发现环境的灰尘等级如ISO 14644-1标准中所限定时，该设备不提供能够破坏初始值或所需阈值的任何颗粒污染物。这样，可以通过在合适的基底上沉积而借助对不同污染物的(本地)采集来获得材料的表面污染状况，在采样时，污染物还未沉积在表面上。通过分析该样品(基底和/或所采集的污染物)，其可以描述该污染物的特性并识别出其源头及有害物质；借助优选实施方式的设备，还可以封闭该基底以及所采集的样品，直到分析地点，以保持样品的完整性。

本发明还涉及一种方法，该方法可在三个方面得到应用。具体地，优选的方法包括在外壳和采样设备之间提供密封连接，使得外壳的大气不发生变化。根据本发明，该方法又包括通过滑动而朝该外壳内部引导位于该设备中的采样基底，该基底及该外壳的大气持续或长或短的一段暴露时间，然后滑动基底而使得它们密封地保持在该设备中，随后断开该设备和外壳之间的连接。对表面已采集有污染物的基底的分析可以立即进行，或者优选地通过将其在设备内以封闭方式保持所需时间而进行，从而它们未发生变化。

因而，一种特别合适的设备包括支撑件，该支撑件设置有用于放置由封套滑进滑出的采样基底的装置。有利地，通过选择材料而使得该滑动不产生任何污染碎屑，所述材料是例如由于其摩擦系数而使产生的颗粒少的低颗粒生成材料；因而，它们二者都可以是Teflon^TM。优选地，通过将该支撑件以可拆下或不可拆下方式连接到操作杆或握持手柄而协助滑动。

该支撑件/封套组件可以集成到本体部，例如金属本体部，该本体部稳固地附连到该封套并允许该支撑件的相对运动。优选地，该机壳或本体部制成为通过设置衬垫和/或盖式部件而限定密封的或气密地密封内部。有利地，该本体部在端部为该支撑件的通道设置有标准化的端部件，该端部件提供与另一端部件的密封连接。

从而，该设备的设计相对于待控制的环境的外部大气提供非常好的隔离，在断开该设备后也具有良好的封闭性。

该支撑件可具有矩形或方形区段，并包括作为放置装置的壳体，该壳体在侧壁上开口。该支撑件可优选地设置有水平和/或竖直、和/或相对于腔体的底部倾斜的凹口，使得标准化的基底可放置在其内，例如尺寸为1×1cm(±10％)。

附图说明

通过阅读随后的说明并参照示意性给出的不具有限制意义的附图，将会更好地理解本发明的特征和优点。

图1示出处于采样位置的根据本发明优选实施方式的设备。

图2示出图1的设备的截面图并且其处于封闭位置。

具体实施方式

根据本发明的采样设备通过在密闭介质中沉积而提供对颗粒污染物的采集，允许通过所沉积的污染物的静态测量进行分析。

污染物被采集在采样基底上，其中采样基底被***到待分析的介质中并随后被封闭在采样设备中。因而，结果表示相关敏感表面上的沉积，但是其并非源于从之前已经沉积的表面通过转移进行的采样。具体地，不使用任何动力抽吸避免了尤其是在清洁度和空气动力特性等级方面对测量产生干扰。

如图1和2所示，根据本发明优选实施方式的采样与封闭设备1包括采样支撑件2，支撑件2可滑进滑出封套4。支撑件2沿着滑动轴线AA纵向地延伸；有利地，支撑件2具有四边形的、优选地为矩形或方形的径向剖面。封套4具有的尺寸和形状与支撑件2相适应；支撑件2可处于封闭位置，在该封闭位置，支撑件2位于封套4内；支撑件2可朝向采样位置滑动，在该采样位置，支撑件2部分地位于其封套4之外。有利地，在支撑件2和封套4之间没有任何产生颗粒的摩擦的情形下进行滑动：其材料适当地选择为具有低摩擦系数；优选地，支撑件2和封套4之间的接触表面具有同样的组成。因而，优选地，通过滑动产生的碎屑数量最少，特别是它们的性质尽可能不对所采样的样品造成损害，使得能够在分析期间快速地分辨并去除它们。具体地，希望当它们的清洁度符合阈值时，例如诸如ISO 14644-1标准的标准中所规定的灰尘等级标准，进行采样的环境应该不会被可能造成环境超过该阈值的颗粒所污染。优选地，封套4和支撑件2为Teflon^TM，特别用于对金属型污染物的采样。

采样支撑件2使得采样基底6可被定位。有利地，可取下这样的基底6以便进行分析；方便地，它们是方形板，侧边的量级为1cm(0.9到1.1cm)，厚度量级为毫米，具有无机、有机或细胞的性质(例如根据ISO 14698标准的生物膜采集)。根据待采样的成分并根据相关的表面处理以及根据所希望的特性的类型而选择采样基底6。为了确定污染物的尺寸和性质，采样基底6例如可以是碳质粘附剂；对于所确定的诸如硅表面的敏感材料与污染物之间的界面在粘附方面的特性，基底6可由这种确定的材料以及可能的相关表面处理构成。

有利地，采样支撑件2设置有用于将具有相同或不同性质的多个基底6放置在同一支撑件2上的装置8，从而允许同时进行多个测量。在优选实施方式中，用于定位基底的装置包括位于支撑件2中的、例如在支撑件2的壁上的至少一个机加工壳体8，其具有矩形、方形或圆形截面，沿着滑动轴线AA延伸：基底6例如可以竖直或者水平地定位在壳体8中。有利地，壳体8为此目的设置有凹口：优选地成对设置，位于壳体8的侧壁上、由在支撑件2的主要部分上进行机加工而形成的凹口确保了基底6被保持在位，例如保持在壳体8内相对于AA轴线倾斜或垂直的位置，特别是当将采样位置设定在待控制的外壳中时。在同一支撑件2上可结合多种定位装置和/或基底6的位置的不同构造。

封套4可以为管状形式，即具有腔体，处于缩回位置的支撑件2完全定位在该腔体内。封套4还可以包括朝用于定位基底6的壳体8横向敞开的腔体。支撑件2的远端是实心的，并与封套4的远端孔相配合，从而，当支撑件2缩回在其封套4内时，封套4的孔被堵住：例如，封套4设置有具有与支撑件2的截面配合的方形截面的孔，并在孔的远端具有扩大部分，支撑件2的互补远端将容纳在该扩大部分中。

支撑件2的另一端可以稳固地——优选地以可拆下方式(例如通过螺接类型的连接)——附连到操作杆10，操作杆10连接到握持手柄12，从而方便对支撑件2相对于其封套4的滑动进行操作。在此情形下，封套4的近端设置有直径大于杆10的直径的孔，以便于滑动。

为了优化该分析，希望对相关环境尽可能少地产生影响而进行采样。对于手套箱型的或者制造装置内部的密闭空间，传统上设置有用于与外部连通的装置，在采样设备1上设置装置，以便以密封方式与其连接。

从而，设备1包括纵向机壳或本体部14，其容纳封套4，有利的是，封套4稳固地附连到本体部14。中空的、优选为圆筒形的本体部14还用于以更坚固的结构运送封套和支撑件：有利地，机壳14为金属的，例如为不锈钢的。

本体部14适于使得采样支撑件2可向外滑动。因此，本体部14的近端部分可设置有用于使操作杆10通过的孔。有利地，该孔设置有衬垫16，该衬垫例如可以是O型圈和/或由“压缩密封装置”***挤压。在此情形下，封套4的近端孔可以比杆10的尺寸大得多，并且其上不设置连接点：基底6的密封封闭可由中空本体部14提供。由此实施方式，可减少杆10和封套4之间的摩擦以及可能产生的碎屑。

在本体部的远端，具有用于使支撑件2穿过的孔，本体部14优选地与可拆下的盖——例如塞子18相关联：一旦样品已经采集，并且支撑件2位于其封闭位置，则可以通过旋入或者装入塞子18而堵住机壳14的端部，从而运送设备1。如果手柄12和操纵杆10可取下并收回，这种盖还可以设置在本体部的近端，以便于运送样品，从而节省空间，并且例如在另一设备上重复使用手柄10、12。

为了在待分析的封闭环境和采样设备1之间提供密封连接，本体部14的远端有利地设置有端部件20，通过端部件20，其附连到待测试的外壳的连通装置上。优选地，端部件20形成了本体部14的远端，并且为标准化接口形式；例如，本体部14的端部是源于真空技术的DN40类型的端部件20：这种端部件与受压的衬垫类似，可以以标准化且真空兼容的方式连接到合适的连通装置上。

从而可以按照标准化程序将根据本发明的设备连接到设置有相应的端部件的应在其中进行采样的密闭空间：而后，在没有任何内部大气扰动的情况下提供由设备1和密闭外壳构成的***的密封。支撑件2然后通过滑动被导入到外壳中并被导出本体部14/封套4的组件，以在基底6上进行采样并采集浮质，其中通过选择在彼此相对滑动时仅仅产生很少碎屑的材料而没有改变环境。在采样结束时，设置有其上沉积有颗粒样品的基底6的支撑件2通过滑入封套4而恢复结合，在断开端部件20与连通装置的连接时，借助支撑件2的远端与封套的远端之间的配合，至少获得部分密封。如果需要的话，可再通过设置塞子18而优化密封：一旦样品已经采集，从而可以直到分析一直保持它们远离外界污染，所述分析可以远离采样地点、时间进行而不会改变结果。

有利地，根据本发明的设备1可完全被拆卸：具体地，采样支撑件2可完全与其封套4脱离，封套4自身可以相对于外部本体部14取下。由此实施方式，如果需要的话，可以清洁设备1的组件，并且这广泛地适于各种形成不同部件的材料。从而使设备1与大多数所要求的清洁度等级(ISO4类中的)相兼容。

此外，该拆卸还允许同一手柄10、12、同一机壳14甚或同一封套4用于多个可互换的采样支撑件2，并根据所需的使用以及相关的基底6进行选择。

根据本发明的设备1的不同部件可由合适的不同材料制成；有利地，所述材料相对于设备1所处环境可以是中性的，进而不会改变灰尘等级，尤其是当其符合相关环境的标准时。优选地，设备1的、特别是壳体8的内表面具有最小的物理化学吸收性，以在采样基底6而不是在实际的支撑件2上提供污染物的选择性连接。

因此，根据本发明的设备1将三个工具组合到一起成为一个工具，即其既是用于对污染物采样的工具、还是用于封闭的工具、也是用于运送样品的工具：一旦采集后，样品可储存在基底6上进而位于封套4中以供运输，设备1不需要任何辅助性的操作和调节设备。在其表面上包括所获取的样品的采样基底6可立即或者经过一段或长或短的运送时间后由不同的测量装置分析。

稳固地附连到支撑件2并封闭在设备1的本体部14内的基底6可以通过朝封套4外部滑动而在分析地点取出，其过程与采样过程类似。具体地，由此，样品可由合适的物理化学方法(扫描电子显微镜，可能与MEB-EDS X射线探测装置相关联；红外分光镜，可能借助傅立叶变换(FTIR)；...)描述特性，以确定所感兴趣的不同特性(性质，污染物的量，...)，而对于采样地点没有任何限制。

考虑到为了获得可靠的结果，表面量级为1cm²或者甚至更大的基底6需要合理的曝露时间。为了获得足够数量的同步采样样品，具体而言为12个样品，优选实施方式包括轴对称的圆柱形不锈钢本体部，其直径介于40-50mm之间，例如45mm，总长300-350mm(即考虑端部部分在内)，例如320mm。由此实施方式，可以具有小于550mm的最大主要部分(设备1的远端直到手柄12)，使得采样能够在所有的密闭外壳内进行，通常在其周围有1m的空间。而且，由于其重量较轻(小于35kg)、其处理能力以及其结实度(硬度、冲击强度)，设备1可容易地使用并运送，而不存在使样品劣化的危险。而且，由于其不需要任何能量或流体(气体或液体)来操作，其可在非常隔离的地点使用。

根据本发明的设备能够用于浮质可能具有影响的所有科学和工业领域。具体地，可以将根据本发明的设备应用到具有受控灰尘等级的空间或环境，例如根据ISO 14644-7标准，诸如洁净室和相关的隔离间(清洁空气站、手套箱、隔离室以及“超微环境”)。相关领域具体地包括光学、激光、航空航天、电子、集成电路、农产食品、制药、特别是粉末的纳米技术、医药以及医院环境，等等。

使得污染物可与待测试外壳兼容，根据本发明的采样设备本身不会对密封环境内的清洁链形成任何破坏，也不会在实际设备内部对清洁链形成任何破坏。通过在设计和组装整体时选择材料，设备内部对于环境和样品的污染危险几乎为零(潜在的背景噪音最小)：产生的颗粒和分子污染物质(例如通过吸附)最少。

Claims (21)

1.一种用于对颗粒进行采样的设备(1)，包括：采样支撑件(2)，其设置有用于定位至少一个采样基底(6)的定位装置(8)；和纵向封套(4)，所述采样支撑件(2)能够在纵向封套(4)中沿着所述设备(1)的轴线(AA)在第一采样位置和第二封闭位置之间滑动，在所述第一采样位置，所述定位装置(8)位于所述封套(4)外部，在所述第二密封位置，所述支撑件(2)位于所述封套(4)内并且所述设备(1)绕所述用于定位基底(6)的装置(8)密封，其中，所述支撑件(2)和所述封套(4)由在它们相对于彼此滑动时产生极少碎屑的材料构成，使得进行采样的外部环境中的ISO 14644-1标准中所规定的灰尘等级不会由滑动产生的颗粒污染改变。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述支撑件(2)和所述封套(4)为Teflon^TM材料的。

3.根据权利要求1到2中任一项所述的设备，其中，所述支撑件(2)具有矩形的径向截面。

4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述定位装置包括位于所述支撑件(2)中的至少一个机加工的壳体(8)，其沿着所述轴线(AA)延伸。

5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述定位装置包括在所述机加工的壳体(8)的内壁上的至少一个凹口。

6.根据权利要求5所述的设备，其中，每个凹口在所述支撑件(2)的主要部分中成对地机加工设置，从而允许所述基底(6)***到所述成对的凹口中，且所述基底(6)相对于所述设备(1)的轴线(AA)形成一角度。

7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述角度等于90°或180°。

8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述壳体(8)具有方形的径向截面，其侧边介于0.9到1.1cm之间，且所述成对的凹口垂直于所述轴线(AA)。

9.根据权利要求1所述的设备，包括本体部(14)，所述本体部稳固地绕所述封套(4)附连，所述本体部(14)的远端设置有用于所述支撑件(2)通过的孔。

10.根据权利要求9所述的设备，其中，所述本体部(14)的远端孔包括密封的连接装置(20)。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述连接装置(20)是DN40型的端部件。

12.根据权利要求9所述的设备，还包括塞子(18)，其能够以可密封的方式堵住所述本体部(14)的远端孔。

13.根据权利要求9所述的设备，其中，所述本体部(14)的近端包括使得所述本体部(14)绕所述定位装置(8)形成密封外壳的装置(16)。

14.根据权利要求13所述的设备，还包括杆(10)，所述支撑件(2)的一端附接到所述杆(10)，其中，使得所述本体部(14)绕所述定位装置(8)形成密封外壳的所述装置(16)是O形圈衬垫，所述O形圈衬垫能够让所述杆(10)以可密封的方式滑动穿过。

15.根据权利要求9所述的设备，其中，所述本体部(14)是金属的。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述金属为不锈钢。

17.根据权利要求1所述的设备，其中，所述支撑件(2)的近端包括螺纹部分，所述封套(4)的近端包括面对所述螺纹部分的孔。

18.根据权利要求17所述的设备，还包括能够螺接到所述支撑件(2)的螺纹部分以辅助其滑动的装置(10、12)。

19.一种用于在设置有连通装置的密闭环境中采集浮质污染物的方法，包括：

-将采样设备(1)连接在所述连通装置上，所述采样设备(1)包括：外壳(4、14)，其设置有与所述连通装置配合的端部件(20)；和支撑件(2)，其设置有至少一个采样基底(6)，并且其在所述外壳(4、14)内滑动；

-将所述设备(1)的支撑件(2)导入所述密封环境内；

-将污染物采集到所述采样基底(6)上；

-滑动所述支撑件(2)，使得所述采样基底(6)和所采集的污染物以可密封的方式置于所述设备(1)的外壳内；

-断开所述设备(1)与环境的连接。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括将所述基底(6)封闭在所述设备(1)内。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，所述设备(1)是如权利要求1到18中任一项所限定的设备。