TW202319725A - 緊湊型智慧氣溶膠及流體分歧管 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種分歧管系統及收集樣本之方法，其中該分歧管系統包括多個輸入取樣端口及一較佳地可旋轉式流聚焦元件。該分歧管系統能夠自多個取樣點(諸如自潔淨室及製造環境)對氣溶膠及氣體進行取樣以供收集及分析。該流聚焦元件減少了不同樣本之間包含奈米粒子之粒子之串擾及交叉污染。

Description

緊湊型智慧氣溶膠及流體分歧管
本發明大體而言係在對氣溶膠及氣體進行取樣、收集及分析之領域，包含收集樣本以偵測一定範圍的潔淨室及製造環境中之粒子及其他污染物。
監測氣體及流體流是否存在粒子(特別係具有0.1 µm與5 µm之間的一大小範圍之彼等粒子)及超微粒子(小於0.1 µm之粒子)對各種行業(諸如對藥物及半導體製造業)皆係十分重要的，此乃因環境中存在粒子可對製造程序產生不利影響並違反監管要求。因此，潔淨室及潔淨區帶常被用在半導體及藥物製造設施中。對於半導體行業而言，氣懸微粒濃度之一增加可導致製作效率之一降低，此乃因落在半導體晶圓上之粒子將會影響或干擾小長度比例製造程序。對於藥物行業而言，由氣懸微粒及生物污染物造成之污染會使得藥品面臨無法達到由美國食品藥物管理局(FDA)以及其他國外及國際衛生監管機構建立之標準的風險。
ISO 14664-1及14664-2提供了對潔淨室粒子位準進行分類之標準以及為確保合規性進行測試及監測之標準。類似地，ISO 14698-1及14698-2提供了用於評估潔淨室及潔淨區帶環境之生物污染物之標準。為了達到此等及其他標準，通常使用粒子計數器來判定潔淨室及潔淨區帶中之氣懸粒子污染位準。在許多情況下，使用具有多個輸入端口之一粒子計數器來自環境中多個區域或甚至自多個潔淨室及潔淨區帶收集樣本。然而，為了防止經收集粒子之串擾以及樣本之交叉污染，自每一收集位點開始之收集路徑必須保持彼此充分隔離。此等系統經常無法防止奈米粒子之交叉污染及/或需要取樣系統顯著更改正在被取樣之空氣或氣體之流率。另外，習用分歧管系統無法在防止串擾及交叉污染的同時快速地對多個不同取樣點進行取樣。
舉例而言，在一分歧管系統中對奈米粒子進行取樣會造成問題，此乃因粒子自一個空氣流路徑移動到另一空氣流路徑係一擴散作用，而此通常難以控制。此擴散導致不同分歧管路徑之間的交叉污染，且可能妨礙對所關注樣本空氣流中捕獲之既定粒子之準確取樣。
目前此項技術中不存在允許對奈米粒子進行有效輸送及取樣之氣溶膠分歧管。習用氣溶膠分歧管被設計來對等於及大於100 nm之粒子進行輸送及取樣，並透過利用分流吸管來最小化不同取樣端口之間的串擾，該等分流吸管最小化由粒子動量造成之串擾，但對消除奈米粒子之布朗(Brownian)運動作用不大。
當前市場領先之氣溶膠分歧管並非設計來對奈米粒子進行取樣，該等氣溶膠分歧管的營銷點在於針對大於100 nm之粒子具有0.01%之串擾率。然而，內部測試表明，彼等當前市場領先之氣溶膠分歧管無法達到其所營銷之串擾率，該串擾率通常比宣傳之串擾率差一數量級以上。在此等系統中針對小於100 nm之奈米粒子之串擾效能甚至更差，此乃因此等系統並非針對此等較小粒子而設計。
因此，需要一種能夠自多個取樣點採集氣溶膠及氣體樣本並減少不同樣本之間的串擾及交叉污染之經改良分歧管系統。
本發明提供一種多點取樣分歧管及收集樣本之方法。該分歧管能夠自一取樣區域內之多個點對氣溶膠、空氣及其他氣體進行取樣，並將經取樣氣溶膠、空氣或氣體輸送至一粒子計數器或其他類型之分析裝置或者輸送至一輸送容器或儲存容器。本發明之取樣分歧管對以下情況尤其有用：對空氣及氣體進行取樣以供對粒子(包含生物粒子及具有亞10 nm粒子大小及更大之粒子)進行偵測、收集及分析以及在經取樣空氣及氣體內對個別組分氣體進行偵測及分析。
在一實施例中，本發明提供一種取樣分歧管，其包括： a)兩個或更多個輸入取樣端口；b)連接至該兩個或更多個輸入取樣端口之一密封總體流區段，其中流動穿過該兩個或更多個輸入取樣端口之氣體進入該密封總體流區段；c)該密封總體流區段內部之一流聚焦元件，該流聚焦元件包括複數個流端口，其中該等流端口與該等輸入取樣端口流體連通；及d)與自該複數個流端口選擇之一流端口流體連通之一取樣管線，以及與除該經選擇流端口之外的一或多個流端口流體連通之一或多個流出出口。
在此實施例中，該流聚焦元件包括與該經選擇流端口流體連通之一經選擇輸入取樣端口和該取樣管線之間的一樣本流路徑。該樣本路徑可包括一單體式結構或一單獨總成。該流聚焦元件進一步包括除該經選擇輸入取樣端口之外的輸入取樣端口與該一或多個流出出口之間的一或多個總體流路徑。該流聚焦元件經構形以引導氣體流動穿過該經選擇輸入取樣端口以流入該經選擇流端口中並流入該取樣管線中，並且引導氣體流動穿過除該經選擇輸入取樣端口之外的該等輸入取樣端口以流入除該經選擇流端口之外的該一或多個流端口中並流入該一或多個流出出口中。視情況，該等流端口中之每一者與該等輸入取樣端口中之一者流體連通。
在一實施例中，取樣管線係與流聚焦元件之經選擇流端口可逆地對準，並且可在操作期間重新定位以與一新的經選擇流端口對準。因此，重新定位取樣管線以與一新的流端口對準允許對一新輸入取樣端口進行取樣。另一選擇係，取樣管線與流聚焦元件之同一流端口對準，並且在操作期間重新定位該流聚焦元件使得經選擇流端口及取樣管線與一新輸入取樣端口對準。因此，重新定位流聚焦元件(諸如藉由旋轉流聚焦元件)允許對一新輸入取樣端口進行取樣。
較佳地使用旋轉、線性平移或者藉由沿著一弧線來回掃掠流聚焦元件或取樣管線來定位及移動流聚焦元件及取樣管線。如本文中所使用，旋轉一物件包含將該物件繞一軸線完全旋轉(360°)以及繞一軸線部分旋轉(諸如自0°旋轉至270°、自0°旋轉至180°、自0°旋轉至90°，及自0°旋轉至45°)。該物件可在同一方向上持續旋轉，或可在交替方向上旋轉。舉例而言，在一實施例中，流聚焦元件可在操作期間在同一方向上持續旋轉(例如，順時針或逆時針)使得每一輸入取樣端口按順序進行多次取樣，或者流聚焦元件可繞一軸線在一個方向上部分旋轉且然後沿相反方向旋轉。
流聚焦元件可係任何形狀，包含但不限於矩形、三角形、多邊形、圓形、不規則形及橢圓形形狀。在一實施例中，流聚焦元件大體上係圓形或橢圓形並被稱為一流聚焦盤狀物。可選擇流端口可在流聚焦元件內以任何構形來配置，包含但不限於流聚焦元件內之一線、一網格或一軌跡，諸如一圓形、不規則形或橢圓形軌跡。
在一實施例中，流聚焦元件係可旋轉的，其中複數個可選擇端口包括一取樣出口端口及一或多個總體流分配端口。流聚焦元件旋轉以便使取樣出口端口(亦即，經選擇流端口)與待進行取樣之一所要輸入取樣端口對準。樣本流路徑係在經選擇輸入取樣端口、取樣出口端口與取樣管線之間，且一或多個總體流路徑係在除經選擇輸入取樣端口之外的輸入取樣端口與一或多個總體流分配端口之間。
另一選擇係，流聚焦元件不進行旋轉。替代地，取樣管線相對於流聚焦元件係可移動的且能夠與流端口中之任一者對準。將取樣管線與一經選擇流端口對準允許對相對應之輸入取樣端口進行取樣，且將取樣管線移動至一新的經選擇流端口允許對一不同輸入取樣端口進行取樣。可使用此項技術中已知之一致動器，相對於流聚焦元件定位取樣管線。
在一實施例中，本發明提供一種取樣分歧管，其包括： a)兩個或更多個輸入取樣端口；b)連接至該兩個或更多個輸入取樣端口之一密封總體流區段，其中流動穿過該兩個或更多個輸入取樣端口之氣體進入該密封總體流區段；c)該密封總體流區段內部之一可旋轉流聚焦盤狀物，該流聚焦盤狀物包括一取樣出口端口及一或多個總體流分配端口，其中該流聚焦盤狀物能夠在該密封總體流區段內旋轉，以使該取樣出口端口與自該兩個或更多個輸入取樣端口選擇之一輸入取樣端口對準；及d)與該取樣出口端口流體連通之一取樣管線。
在此實施例中，該流聚焦盤狀物形成該經選擇輸入取樣端口與該取樣出口端口之間的一樣本流路徑，且形成除該經選擇輸入取樣端口之外的輸入取樣端口與該一或多個總體流分配端口之間的一或多個總體流路徑。該樣本路徑可包括一單體式結構或一單獨總成。流動穿過該經選擇輸入取樣端口之氣體流入該取樣出口端口中並流入該取樣管線中，且流動穿過除該經選擇輸入取樣端口之外的該等輸入取樣端口之氣體流入該一或多個總體流分配端口中並流入一流出出口中。可使用此項技術中已知之構件(包含但不限於幫浦及真空管線)推動或吸取氣體穿過該分歧管。該取樣管線較佳地與一粒子計數器、冷凝粒子計數器、氣體分析器、粒子分析器、分子取樣器、微生物收集板、環境或氣體感測器或者類似組件流體連通，且該流出出口視情況係一廠房真空管線或其他真空源。
在上述實施例中，輸送氣體進入一或多個總體流分配端口中、進入經對準取樣出口端口中、穿過一或多個總體流路徑、穿過樣本流路徑或其組合包括層流。據信，該所產生層流減少了不同氣體路徑之間發生串擾之概率並導致一更高效之取樣程序。
在本文中所闡述之實施例中，流聚焦元件視情況包括形成樣本流路徑及一或多個總體流路徑之複數個通道，其中該複數個通道之尺寸經構形以引導來自非取樣端口之氣體遠離樣本流路徑。在一實施例中，該複數個通道包括環繞流端口、取樣出口端口及總體流分配端口之同心狀通道。較佳地，該複數個通道產生穿過流聚焦元件之氣體層流。舉例而言，形成一或多個總體流路徑之通道之直徑足夠大以在輸入取樣端口與一或多個總體流分配端口之間產生一氣體層流。類似地，形成樣本流路徑之一或多個通道之直徑足夠大以在經選擇輸入取樣端口與取樣出口端口之間產生一氣體層流。在一實施例中，該等通道包括在縱向方向上延伸之壁或表面，其中該縱向方向大體上被定義為自分歧管之前端(輸入取樣端口所在之處)朝向分歧管之後端延伸之方向。在不受理論約束之情況下，據信該等縱向壁及表面能夠增加穿過該等通道之層流量。
在一實施例中，經選擇輸入取樣端口與一毗鄰之輸入取樣端口之間的一中間擴散輸送路徑長度大於氣體中奈米大小之粒子之一平均自由行進路徑，其中該等奈米大小之粒子具有小於100 nm、小於50 nm、小於20 nm或者小於10 nm之一直徑。在特定情境下，據信路徑長度之差異減少了在不同氣體路徑之間發生串擾之概率。較佳地，經選擇輸入取樣端口與一毗鄰之輸入取樣端口之間的中間擴散輸送路徑長度比氣體中任何奈米大小之粒子之一平均自由行進路徑大至少十倍。
在本文中所闡述之實施例中，較佳地，氣體流在流聚焦元件中之樣本流路徑與一或多個總體流路徑之間具有小於0.01%之一串擾率、小於0.001%之一串擾率或小於0.0001%之一串擾率。
穿過樣本流路徑及一或多個總體流路徑之氣體流通常在大約0.0035立方英尺/分鐘(大約0.1升/分鐘)與10.59立方英尺/分鐘(大約300升/分鐘)之間，較佳地在大約0.035立方英尺/分鐘(大約1.0升/分鐘)與3.5立方英尺/分鐘(大約100升/分鐘)之間，其中總體流通常係樣本流之1.0倍或更大，樣本流之1.2倍或更大，樣本流之1.5倍或更大，或者樣本流之2.0倍或更大。在一實施例中，總體流係樣本流之1.5倍至3.0倍。較佳地，穿過樣本流路徑之氣體流小於大約1.0立方英尺/分鐘(大約2.83升/分鐘)，或在大約0.1立方英尺/分鐘與1.0立方英尺/分鐘(大約2.83升/分鐘與28.3升/分鐘)之間。穿過一或多個總體流路徑之氣體流較佳地在大約0.0035立方英尺/分鐘與10.59立方英尺/分鐘(大約0.1升/分鐘與300升/分鐘)之間。
分歧管可具有諸如穿過分歧管前板之多個輸入取樣端口，其中一輸入取樣端口經選擇以與取樣出口端口(亦即，樣本流路徑)流體連通，且未經選擇輸入取樣端口與一或多個總體流分配端口(亦即，一或多個總體流路徑)流體連通。舉例而言，分歧管可具有2個或更多個、3個或更多個、4個或更多個、5個或更多個、6個或更多個、7個或更多個、8個或更多個、9個或更多個、10個或更多個、12個或更多個、15個或更多個、18個或更多個、20個或更多個、25個或更多個、30個或更多個、35個或更多個、40個或更多個、45個或更多個、50個或更多個、55個或更多個、60個或更多個、65個或更多個、75個或更多個、85個或更多個或者100個或更多個輸入取樣端口。在一實施例中，分歧管包括最多達64個取樣輸入端口。在一實施例中，將只有一個取樣出口端口，而剩餘之輸入取樣端口與總體流分配端口流體連通；然而，在一替代實施例中，取樣分歧管包括與經選擇輸入取樣端口流體連通之多個取樣出口端口。
在一實施例中，分歧管包括4個或更多個輸入取樣端口，且流聚焦元件包括一取樣出口端口及3個或更多個總體流分配端口；或者分歧管包括6個或更多個輸入取樣端口，且流聚焦元件包括一取樣出口端口及5個或更多個總體流分配端口；或者分歧管包括10個或更多個輸入取樣端口，且流聚焦元件包括一取樣出口端口及9個或更多個總體流分配端口；或者分歧管包括20個或更多個輸入取樣端口，且流聚焦元件包括一取樣出口端口及19個或更多個總體流分配端口；或者分歧管包括40個或更多個輸入取樣端口，且流聚焦元件包括一取樣出口端口及39個或更多個總體流分配端口；或者分歧管包括60個或更多個輸入取樣端口，且流聚焦元件包括一取樣出口端口及59個或更多個總體流分配端口。
輸入取樣端口較佳地(但非本質上)透過流聚焦元件均勻定位(諸如沿著流聚焦元件之一外周長)。取樣出口端口及總體流分配端口可係能夠高效輸送氣體之任何形狀。取樣出口端口及總體流分配端口可係能夠准許流穿過端口之任何形狀，包含但不限於圓形、橢圓形及蜂巢形狀。
在一實施例中，每一輸入取樣端口與一取樣環境中之一不同取樣點流體連通。不同取樣點之實例包含但不限於不同潔淨室、一室或潔淨區帶內之不同區或區域、一藥物或半導體製造設施內之不同裝配點或處理點以及一潛在受污染之環境內之不同區域。
較佳地，取樣分歧管能夠透過輸入取樣端口中之每一者同時吸入氣體。透過經選擇輸入取樣端口取樣之氣體將被輸送至一取樣出口端口且然後被輸送至連接至一容器、粒子計數器、取樣器或分析器之一取樣管線，同時透過未經選擇輸入取樣端口取樣之氣體將被輸送穿過一或多個總體流分配端口並進入一流出出口。流聚焦元件能夠旋轉以便使取樣出口端口與新的經選擇輸入取樣端口對準，從而自不同取樣端口選擇及輸送樣本。
取樣分歧管視情況包括一或多個環境感測器或氣體感測器，該一或多個環境感測器或氣體感測器能夠感測及/或監測透過取樣分歧管取樣或輸送之氣體之一或多個特性。此等環境感測器及氣體感測器可定位於以下位置處，包含但不限於氣體被取樣之環境中之點、分歧管之外部、輸入取樣端口、樣本流路徑、總體流路徑、取樣管線及與取樣管線流體連通之組件。在一實施例中，取樣分歧管能夠監測及/或感測透過分歧管之不同部分取樣及輸送之氣體之壓力、流率、溫度、濕度或其組合。舉例而言，取樣分歧管能夠感測及監測透過樣本流路徑及總體流路徑之不同部分輸送之氣體之壓力及/或流率，以便確保充足的氣體流穿過整個系統並穿過不同輸入取樣端口。若在一或多個位置處未偵測到氣體流，或者若經量測之壓力或氣體流低於所要位準，則可控制分歧管(諸如藉由增加真空吸入)吸取更大量之氣體。與取樣分歧管及粒子計數器相容使用之用於偵測及監測氣體流及壓力之感測器係此項技術中已知的，包含但不限於美國專利第8,800,383號(Thomas Bates)。另一選擇係或除此之外，取樣分歧管亦能夠判定及監測正取樣之環境中之氣體之溫度及濕度以及透過樣本流路徑及總體流路徑之不同部分輸送之氣體之溫度及濕度。與取樣分歧管及粒子計數器相容使用之溫度/相對濕度(TRH)感測器亦係此項技術中已知的。
一控制器可用於根據一操作員輸入或預定順序旋轉流聚焦元件以使取樣出口端口與一或多個經選擇輸入取樣端口對準，或操作致動器來使取樣管線與一或多個經選擇流端口對準。如本文中所使用，一控制器包含能夠移動或操作一裝置之一組件之硬體裝置、軟體程式或其組合。舉例而言，控制器能夠以一預定時間週期、頻率或其組合旋轉流聚焦元件並使取樣出口端口與輸入取樣端口中之每一者對準，或者在流聚焦元件不旋轉之情況下使取樣管線與經選擇流端口對準。對每一輸入取樣端口進行取樣之時間週期及頻率可係固定的或可變的。
可透過流聚焦元件之持續旋轉或透過致動器之持續操作按一順序次序對輸入取樣端口中之每一者進行取樣。另一選擇係，可以不同型樣、以隨機次序或者以優先對某些輸入取樣端口進行取樣之方式對輸入取樣端口進行取樣。例如，若來自一特定輸入取樣端口之樣本提示存在一微粒之一更大風險，則可以更大頻率對彼輸入取樣端口進行取樣。在一實施例中，取樣出口端口或取樣管線以比與其他輸入取樣端口對準之更大頻率或更長時間週期與該等輸入取樣端口中之一或多者對準。
控制器能夠根據一預定掃描型樣(諸如儲存在一電腦處理器、快閃記憶體或電腦記憶體上)旋轉流聚焦元件或者控制致動器以對所要輸入取樣端口進行取樣。在特定構形中，電腦處理器或電腦記憶體係分歧管之部分，較佳地係不屬擴充基座的分歧管之一部分。在特定構形中，用於控制或部分操作分歧管及流聚焦元件之快閃記憶體位於一可移除擴充基座上。
視情況，由控制器、一使用者、在對一外部事件之一經程式化回應中或其組合來判定經選擇輸入取樣端口。控制器能夠根據一第一掃描型樣旋轉流聚焦元件或操作致動器以便對輸入取樣端口進行取樣，但在接收到來自一外部源之一事件信號(諸如來自一粒子計數器、取樣器、分析器、感測器、使用者介面、機械開關、乾式接觸開關或另一電開關之資料、電信號或電腦信號)之後，旋即根據一新掃描型樣更改流聚焦元件之旋轉以便使取樣出口端口與該等輸入取樣端口對準。
一或多個電或光學指示器或者一文數顯示器可用於藉由顯示取樣出口端口相對於輸入取樣端口中之一或多者之位置以顯示哪一個輸入取樣端口正在進行取樣。適合的電或光學指示器包含但不限於定位於流聚焦元件或分歧管外部能夠顯示顏色、閃光頻率或兩者之組合之燈。
在一實施例中，取樣分歧管進一步包括具有一外殼之一空心軸馬達，其中該空心軸馬達能夠使流聚焦元件在密封總體流區段內旋轉。取樣管線視情況部分地含納在空心軸馬達之外殼內。
在一實施例中，本發明提供一種用於對氣體進行取樣之方法，其包括以下步驟： a)將一氣體吸入一分歧管中，其中該分歧管包括兩個或更多個輸入取樣端口、一流聚焦元件及位於該流聚焦元件上並連接至一取樣管線之一取樣出口端口；b)旋轉該流聚焦元件，以使該取樣出口端口與一經選擇輸入取樣端口對準；c)輸送氣體穿過該經選擇輸入取樣端口進入該經對準取樣出口端口中並進入一取樣管線中。
在一實施例中，本發明提供一種用於對氣體進行取樣之方法，其包括以下步驟： a)將一氣體吸入一分歧管中，其中該分歧管包括兩個或更多個輸入取樣端口、一流聚焦元件、位於該流聚焦元件上之複數個流端口及能夠與該複數個流端口中之每一者對準之一取樣管線；b)可控地移動該取樣管線，以使該取樣管線與一經選擇流端口對準；及c)輸送氣體穿過經選擇輸入取樣端口進入該經對準流端口中並進入該取樣管線中。
上述方法進一步包括輸送氣體穿過除該經選擇輸入取樣端口之外的輸入取樣端口進入該流聚焦元件上之一或多個非取樣端口中並進入流出出口中。在一實施例中，該方法包括透過該等輸入取樣端口中之每一者同時吸入氣體。
較佳地，使用層流將氣體輸送至經對準取樣出口端口、取樣管線及/或非取樣端口中。氣體流在流聚焦元件中之樣本流路徑(亦即，進入經對準取樣出口端口或經選擇流端口中)與一或多個總體流路徑(亦即，進入一或多個非取樣端口中)之間較佳地具有小於0.01%之一串擾率、小於0.001%之一串擾率或小於0.0001%之一串擾率。
在另一實施例中，該方法進一步包括根據一操作員輸入或預定順序旋轉該流聚焦元件以便使該取樣出口端口與一或多個經選擇輸入取樣端口對準。在一實施例中，該方法包括以一預定時間週期、頻率或其組合使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口中之每一者對準，諸如對每一輸入取樣端口每秒取樣至少一次及/或按一順序次序對該等輸入取樣端口中之每一者進行取樣。視情況，該取樣出口端口以比與其他輸入取樣端口對準之更大頻率或更長時間週期與該等輸入取樣端口中之一或多者對準。
另一選擇係，該方法進一步包括根據一操作員輸入或預定順序操作致動器以便使該取樣管線與一或多個經選擇流端口對準。在一實施例中，該方法包括以一預定時間週期、頻率或其組合使該取樣管線與該等經選擇流端口中之每一者對準，諸如對每一經選擇流端口以及因此相對應之輸入取樣端口每秒取樣至少一次及/或按一順序次序對該等輸入取樣端口中之每一者進行取樣。視情況，該取樣管線以比與其他流端口對準之更大頻率或更長時間週期與該等經選擇流端口中之一或多者對準。
上述方法視情況進一步包括自一外部源接收一事件信號，並且根據一新掃描型樣更改流聚焦元件之旋轉(或更改致動器之操作)以便使取樣出口端口與該等輸入取樣端口對準(或以使取樣管線與經選擇流端口對準)。該外部源包含但不限於粒子計數器、取樣器、分析器、感測器、使用者介面、機械開關及乾式接觸開關或其他電開關。在一實施例中，該等掃描型樣儲存在一電腦處理器、電腦記憶體或快閃記憶體上。在特定構形中，電腦處理器或電腦記憶體係分歧管之部分，較佳地係不屬擴充基座的分歧管之一部分。在特定構形中，用於控制或部分操作分歧管及流聚焦元件之快閃記憶體位於擴充基座上。
在一實施例中，分歧管進一步包括一可移除擴充基座，該擴充基座包括能夠操作該取樣分歧管之連接，其中該等連接包括一真空連接、一電源連接、一資料連接、一類比輸入/輸出連接、一數位輸入/輸出連接、一乙太網路交換器連接、無線通信連接或其任何組合中之一或多者。視情況，該擴充基座進一步包括一網際網路協定位址及網際網路連接。
分歧管及使用本文中所闡述之分歧管之方法用於對氣溶膠、空氣及其他氣體進行取樣以供對污染物及其他分子(包含具有亞10 nm粒子大小及更大之粒子)進行偵測、收集及分析以及在經取樣之氣溶膠、空氣及氣體內對個別組分氣體進行偵測及分析。舉例而言，可將經收集之樣本發送至一粒子計數器(諸如一冷凝粒子計數器)以偵測該經收集之樣本中之粒子位準。另一選擇係，可將該經收集之樣本發送至能夠偵測有機分子之存在或者能夠識別一或多種特定氣體組分之存在之一分析器。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張2021年6月15日提出申請之美國臨時專利申請案第63/210,776號之優先權權益，特此以其全文引用的方式將其併入。
定義
大體而言，本文中所使用之術語及片語具有其可藉由參考熟習此項技術者已知之標準文本、雜誌參考及內容脈絡找到的經技術認可之含義。下述定義經提供以闡明其在本發明之內容脈絡中之特定使用。
如本文中所使用，「層流」指其中流體(氣體或液體)平滑地或以有規則的路徑行進之流體流，此係與其中流體會經歷不規則的波動及混合之湍流相比而言。在層流中，流體中每一點處之速度、壓力及其他流動性質保持實質上恆定。
「流體連通」指一流體(氣體或液體)能夠自一個組件去往另一組件之一連接或路徑。
術語「組分氣體」指一氣體或氣溶膠混合物中之一或多種氣體。
術語「粒子(particle或particles)」指經常被視為污染物的小物件。一粒子可係，但不必須係，藉由摩擦動作(舉例而言，當兩個表面發生機械接觸並存在機械移動時)形成之任何材料。粒子可係單組分，或由材料之聚集體組成，諸如灰塵、污物、煙、灰、水、油煙、金屬、氧化物、陶瓷、礦物質，或者此等或其他材料或污染物之任何組合。「粒子(particle或particles)」亦可指生物粒子，例如，病毒、芽孢，或者包含細菌、真菌、古菌、原生生物或其他單細胞微生物之微生物。在某些實施例中，舉例而言，生物粒子由1奈米及更大，較佳地小於100奈米、小於50奈米、小於20奈米、小於10奈米、小於7奈米、小於5奈米，或小於3奈米之一大小尺寸(例如，有效直徑)表徵。一粒子可指吸收、發射或散射光線並且可因此被一粒子計數器或一光學粒子計數器偵測到之一小物件。如本文中所使用，「粒子(particle或particles)」意欲排除一載體流體或樣本介質之個別的原子或分子，例如，水、空氣、程序液體化學物、程序氣體、氮氣、氧氣、二氧化碳，等等。在某些實施例中，粒子可最初存在於一表面(諸如一微製作設施中之一工具表面或一藥物製作設施中之生產表面)上，自該表面釋出並隨後在一流體中被分析。
當本文中揭露數字值(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)時，前述數字中之任一者可單個使用以闡述一單一點或一開端式範圍，或可組合使用以闡述多個單點或一封閉式範圍。此句意味著前述數字中之每一者可單獨使用(例如，4)，可以字詞「約」為開頭(例如，約8)，可以片語「至少約」為開頭(例如，至少約2)，可以片語「至少」為開頭(例如，至少10)，可以片語「小於」為開頭(例如，小於1)，可以片語「小於約」為開頭(例如，小於約7)，或可在具有或不具有引言式字詞或片語中之任一者之情況下以任何組合形式使用來定義一範圍(例如，2至9，約1至4，至少3，8至約9，8至小於10，約1至約10，等等)。此外，當一範圍被闡述為「約X或更小」時，此片語與係替代形式「約X」及「小於約X」之一組合之一範圍相同。舉例而言，「約10或更小」與「約10，或小於約10」相同。本文中請考慮此類可互換範圍說明。其他範圍格式可在本文中揭露，但格式之不同不應被理解為暗示存在一實質不同。
如本文中所使用，術語「大約(approximately)」及」約(about)」意味著與一所述值輕微之變化可用於達成與所述值實質上相同之結果。在此定義不能適用或極難適用之情況下，則術語「約」意味著與所述值之一10%偏差(加或減)。
概述
在下述說明中，闡明了本發明之特定實施例中之裝置、裝置組件及方法之諸多細節以便提供對本發明之精確本質之一透徹解釋。然而，熟習此項技術者將顯而易見，本發明可在無此等特定細節之情況下實踐。
如下文實例中所闡述之本發明之態樣提供一種緊湊型智慧分歧管，該緊湊型智慧分歧管組合了樣本流、總體流之元件，一流聚焦元件及取樣智慧。在此等實例中，樣本流係自單一取樣點獲得、透過一流聚焦元件輸送並最終到達一容器、粒子計數器、取樣器或分析器之空氣或氣體。總體流係與樣本流同時但自其他取樣點(亦即，並不意欲在彼特定時間點進行計數或分析之取樣點)獲得且在不與樣本流混雜之情況下透過流聚焦元件輸送之空氣或氣體。流聚焦元件能夠經控制以選擇不同取樣點，並且使得能夠在限制來自不同取樣點之樣本之間的串擾或交叉污染的同時對所要取樣區域內之多個點進行持續或近乎持續取樣。一經程式化取樣智慧視情況用於根據一所要型樣或順序控制流聚焦元件之位置或取樣管線相對於流聚焦元件之位置，從而自所關注取樣點對空氣或氣體進行取樣。
在分歧管系統中以低流率進行取樣對防止不同端口之間的串擾造成困難，此乃因分歧管中之流動流有較少層流。本發明中利用之流聚焦元件最小化多個端口之間的擴散輸送並聚焦系統總體流以防止大型粒子之串擾。
流聚焦特徵增加了流路徑隔離，藉此減少端口之間的潛在串擾，該潛在串擾可能由於誤報或漏報造成資料完整性問題。對流聚焦元件設計進行之測試已表明，針對奈米粒子及具有更大尺寸(sizes)之粒子(包含大小大於100 nm的粒子)之取樣，串擾效能小於0.01%、0.001%、0.0001%以及甚至小於0.00001%。 實例
本發明之態樣可藉由下述非限制性實例及圖來進一步理解。
實例1 – 分歧管系統組件及流路徑
如圖1中圖解說明，分歧管1包括具有多個輸入取樣端口3之一分歧管前板2及具有若干個總體流流出出口15之一背板18。輸入取樣端口3之數目可端視特定裝置之設計及既定應用而變化。分歧管前板2連接至一密封總體流區段4，該密封總體流區段含有一流聚焦元件5。一取樣管線8自流聚焦元件5接出並可整合在一空心軸馬達12之外殼13內(亦參見圖3)。
可附接 一可移除擴充基座16，該可移除擴充基座含有能夠提供對分歧管系統之更簡易安裝及操作之電、機械及資料連接17。
在本發明之一項實施例中，流聚焦元件5(參見圖2及圖3)係可旋轉的且包括連接至取樣管線8之一取樣出口端口6，並且亦包括多個總體流分配端口7。流聚焦元件5中之一系列通道9在輸入取樣端口3與取樣出口端口6及總體流分配端口7之間形成一樣本流路徑及總體流路徑。通道9亦可利用來在氣體移動穿過流聚焦元件5時降低氣體之壓力降。儘管在圖2及圖3中展示為一圓形盤狀物，但此實施例中之流聚焦元件可係能夠旋轉之任何形狀，包含但不限於矩形、三角形、多邊形、圓形及橢圓形形狀。
在一替代實施例中，如圖8中圖解說明，流聚焦元件5不進行旋轉且含有複數個可選擇流端口14。類似地，流聚焦元件5在可選擇流端口14與入口取樣端口3之間形成一系列流路徑。氣體係透過可選擇流端口14中之每一者同時吸取，且一致動器用於使取樣管線8與待進行取樣之所要可選擇流端口14對準。流聚焦元件5可係任何形狀，包含但不限於矩形、三角形、多邊形、圓形及橢圓形形狀，且可選擇流端口14可在流聚焦元件5內以任何構形來配置。舉例而言，可選擇流端口14可沿著一條帶來配置，其中使用一線性致動器使取樣管線8與所要流端口對準。在其他實例中，可選擇流端口14可沿著一軌跡或在一網格系統中配置(參見圖8)。取樣管線8能夠按順序次序或非順序次序與可選擇流端口14對準。
在上文所闡述之兩項實施例中，樣本流氣體穿過取樣管道行進至分歧管前板2上之一經連接輸入取樣端口3中。樣本氣體進入密封總體流區段4並由流聚焦元件5聚焦穿過取樣出口端口6或所要可選擇端口14進入取樣管線8中同時非樣本氣體被推動遠離取樣管線8。取樣管線8將樣本載運至一粒子計數器(未展示)。
總體流氣體行進穿過分歧管之前板2上之其他輸入取樣端口3之取樣管道。總體流氣體進入密封總體流區段4並透過總體流穿過流聚焦元件5之層流化被驅迫遠離取樣出口端口6或所要可選擇端口14及取樣管線8。一旦通過流聚焦元件5，總體流氣體便在背板18上之總體流流出出口之間分流且然後進入一廠房真空管線。
分歧管系統1亦可含有具有諸如位於流聚焦元件5或分歧管之前板2上之一系列電或光學指示器11之一狀態指示系統。電或光學指示器11可用於顯示流聚焦元件5、正在取樣之輸入取樣端口3之位置，取樣出口端口6及總體流分配端口7之位置，或其組合。
在一實施例中，流聚焦元件5附接至一空心軸馬達12，該空心軸馬達穿過背板18並進入一安裝區段19中。圖4至圖6展示流聚焦元件5及取樣管線8與空心軸馬達12之相對關係之剖視圖。
圖7展示分歧管之背板18、流出出口15之一前視圖及剖視圖。來自流聚焦元件5之取樣管線8連接至通向一粒子計數器、取樣器或分析器之入口25。
分歧管之一實施例中之背板18之一尺寸範圍亦圖解說明於圖7中，其中： X1係在50 mm至80 mm之間(較佳地在60 mm至70 mm之間)，X2係在30 mm至50 mm之間(較佳地在38 mm至45mm之間)，X3係在10 mm至20 mm之間(較佳地在12 mm至16 mm之間)，X4係在50 mm至80 mm之間(較佳地在62 mm至72 mm之間)，X5係在14 mm至24 mm之間(較佳地在16 mm至22 mm之間)，X6係在0.5 mm至1.50 mm之間(較佳地在1.0 mm至1.5 mm之間)，X7係在14 mm至24 mm之間(較佳地在16 mm至22 mm之間)，X8係在0.5 mm至1.5 mm之間(較佳地在0.8 mm至1.3 mm之間)，X9係在2 mm至6 mm之間(較佳地在3 mm至5 mm之間)，X10係在55 mm至90 mm之間(較佳地在65 mm至80 mm之間)，及Y1係在24°至90°之間(較佳地在30°至40°之間)。Y1取決於流出出口15之數目，其中流出出口15較佳地彼此均勻地間隔開。
一控制器10能夠根據一所要取樣模式控制流聚焦元件5之旋轉，以便使取樣出口端口6及取樣管線8與取樣輸入端口3對準(參見圖9)。另一選擇係，在流聚焦元件不進行旋轉之實施例中，控制器能夠根據一所要取樣模式控制致動器，以便將取樣管線8與一可選擇端口14定位成與一所要取樣輸入端口3流體連通。一初始取樣模式之參數儲存在一電腦處理器或電腦記憶體23上並被傳輸至控制器10。另一選擇係，控制器10與電腦處理器或電腦記憶體23彼此整合。控制器10能夠自外部源(諸如一粒子計數器、取樣器或分析器20、一乾式接觸開關21或一使用者輸入22)接收事件信號或電信號並切換至一新取樣模式。舉例而言，在接收到一信號(由粒子計數器偵測到粒子之一臨限位準)之後，控制器10可旋即致使流聚焦元件5以更高頻率或更長時間週期對相對應之輸入取樣端口進行取樣。
實例2 - 分歧管系統獨有特徵
流聚焦元件。流聚焦元件之主要功能係最小化主要氣溶膠輸送模式為擴散之奈米大小之粒子之串擾，以及最小化主要氣溶膠輸送模式為基於慣性之機械行動之較大型粒子之串擾。在一實例中，流聚焦元件係填滿密封總體流區段之剖面直徑並含有一樣本流通路及總體流路徑之一圓形流聚焦盤狀物。流聚焦元件中之流通路處於匹配輸入取樣端口之位置之一型樣。流聚焦元件之尺寸應該足以為總體氣體流創造層流路徑。
層流路徑應足以輸送大型(＞100 nm)粒子遠離樣本流。分歧管前板與流聚焦元件之間的間隙及流聚焦元件之深度之組合需要係充足的，使得作用取樣端口與毗鄰之端口之間的中間擴散輸送路徑長度大於奈米大小(＜20 nm)粒子之平均自由路徑。端口之間的流通路可利用來在端口之間移動時降低取樣端口上之壓力降。來自當前未進行取樣之每一取樣輸入端口之氣體流(亦即，總體流)比樣本流率大一倍(1x)或更多。
空心軸馬達。流聚焦元件將所要樣本氣體聚焦至一取樣管線中，該取樣管線之一部分位於空心軸馬達之外殼內。對一空心軸馬達之使用提供旋轉流聚焦元件同時將樣本氣體輸送出密封總體流區段到達取樣出口及粒子計數器之雙重功能。空心軸馬達藉由最小化粒子輸送長度而允許一更緊湊型設計。較短樣本路徑亦導致較低粒子輸送損失。
狀態指示。資料(諸如取樣狀態及粒子計數器(或其他分析器或取樣器)之狀態)經由乙太網路或串列通信自粒子計數器傳輸至分歧管。視覺狀態指示(包含當前取樣位置)亦能夠同時針對每一個別端口顯示。顏色及閃光頻率之不同組合可用於指示不同感測器狀態。另一選擇係，可使用一文數顯示器。
擴充基座。分歧管可配備有一擴充基座，該擴充基座滑動至分歧管中且可用作分歧管與粒子計數器(或其他相關分析器、取樣器、控制器或裝置)之間的一共同組件。擴充基座含有裝置之IP位址以及對操作分歧管必需或有用之電、機械及使用者連接(例如，用於資料、類比及數位輸入/輸出、乙太網路交換器、無線通信、真空及電源之連接)。擴充基座允許不同單元在儘可能少之使用者互動之情況下進行快速服務間隔交換。
實例3 – 智慧取樣模式
流聚焦元件能夠經旋轉(或致動器能夠經控制)以便使取樣出口端口及/或取樣管線與一所要取樣輸入端口對準。一經程式化取樣智慧用於根據一所要取樣模式控制流聚焦元件或致動器之位置以便自不同取樣輸入端口對空氣或氣體進行取樣。下文提供了有用之取樣模式之一非窮盡清單。
整體取樣模式。在此模式中，在流聚焦元件及取樣管線持續旋轉時或者在致動器使取樣管線跨越可選擇端口持續移動時，由所有取樣輸入端口同時吸取氣體。在旋轉流聚焦元件及取樣管線(或由致動器使取樣管線跨越可選擇端口持續定位)時，由輸入端口對氣體進行持續吸入會產生跨越所有取樣輸入端口之一平均濃度。在一低濃度環境中，旋轉率或致動器定位率足以產生偵測來自任一端口之一單粒子事件之一高概率，其中對每一端口每秒取樣介於1次與20次之間。
選擇性整體模式。此模式係整體取樣模式之一修改形式，且控制流聚焦元件或致動器以對由使用者定義之所關注取樣輸入端口花更多的時間。舉例而言，流聚焦元件可以比其他輸入端口更長之一時間週期對一經選擇輸入端口進行取樣。此允許跨越整個範圍之端口達成相同取樣頻率，同時提供針對較高風險之端口之更多細節。
順序取樣模式。在此模式中，使流聚焦元件旋轉或對致動器進行定位來按順序次序以一固定的取樣持續時間及固定的取樣皮重時間對每一取樣輸入端口進行取樣。
型樣化取樣模式。在此模式中，使流聚焦元件旋轉或對致動器進行定位以根據一經程式化型樣使用可變的取樣持續時間及可變的取樣皮重時間對輸入端口進行取樣。
掃描取樣模式。此模式以整體或順序取樣模式開始，直至接收到來自經連接氣溶膠粒子計數器或另一外部源之一事件信號。在接收到事件信號之後，控制器將旋即更改流聚焦元件之旋轉或更改致動器之定位，從而遵循經設計以識別污染源之位置之一預定型樣化取樣模式。
觸發取樣模式。使用回應於外部事件之乾式接觸開關之一組合，控制器將在不同取樣模式或特定取樣位置之間進行切換。
現在出於清晰理解之目的藉由圖解說明及實例之方式已經完全闡述了本發明之某些細節，以下內容對熟習此項技術者而言將係明顯的：可在不影響本發明或其任何特定實施例之範疇之情況下，藉由在一廣泛而等效的條件、配方及其他參數之範圍內修改或改變本發明來執行相同的操作，且此等修改或改變意欲涵蓋在隨附專利申請範圍之範疇內。
本文中已採用之術語及表達係用作說明性而非限制性術語，且並不意欲藉由使用此等術語及表達來排除所展示及所闡述之特徵或其部分之任何等效形式，而是應認識到，在所主張之本發明之範疇內，各種修改形式係可能的。因此，應理解，儘管已藉由較佳實施例、例示性實施例及選用特徵具體地揭露了本發明，但熟習此項技術者可採取本文中所揭露概念之修改及變化形式，且此等修改及變化形式仍視為在如由隨附申請專利範圍所定義之本發明範疇內。本文中提供之特定實施例係本發明之有用實施例之實例，且可使用本說明中所闡明之裝置、裝置組件、方法步驟之大量變化形式來執行本發明對熟習此項技術者而言將係顯而易見的。方法及對本發明方法有用之裝置可包含大量選用組合物以及處理元件及處理步驟，此對熟習此項技術者將係明顯的。
當本文中揭露材料、組合物、組分或化合物之一群組時，應理解彼等群組及其所有子群組之所有個別成員係單獨揭露的。除非另外述明，否則本文中所闡述或例示之組分之每一配方或組合皆可被用於實踐本發明。無論何時在說明書中給出一個範圍(例如，一溫度範圍、一時間範圍或一組合物範圍)，所有中間範圍及子範圍以及所給出範圍中包含的所有個別值意欲包含在本揭露中。另外，一給定範圍中之端點將包含在該範圍內。在本揭露及申請專利範圍中，「及/或」意味著另外或另一選擇係。此外，對一術語之以單數形式之任何使用亦涵蓋複數形式。
如本文中所使用，「包括(comprising)」與「包含(including)」、「含有(containing)」或「由…表徵(characterized by)」同義，且係包含性或開放性的並且不排除額外未引用之元素或方法步驟。如本文中所使用，「由…組成(consisting of)」排除技術方案元素中未指定之任何元素、步驟或成分。如本文中所使用，「基本上由…組成(consisting essentially of)」不排除不會極大地影響技術方案之基本及新穎特性之材料或步驟。應理解術語「包括(comprising)」在本文中(尤其係在一組合物之組分之一說明中或在一裝置之元素之一說明中)之任何引用涵蓋基本上由經引用之組分或元素組成及由經引用之組分或元素組成之彼等組合物及方法。
如本文中及隨附申請專利範圍中所使用，除非內容脈絡另外清晰規定，否則單數形式「一(a或an)」及「該(the)」包含複數參考。因此，舉例而言，對「一單元」之參考包含熟習此項技術者已知之複數個此等單元及其等效物。並且，術語「一(a或an)」、「一或多個(one or more)」及「至少一個(at least one)」可在本文中互換使用。亦應注意，術語「包括(comprising)」、「包含(including)」及「具有(having)」可互換使用。「如請求項XX至YY中任一項(of any of claims XX-YY)」之表達(其中XX及YY指技術方案編號)意欲在替代形式中提供多附屬項，且該表達在某些實施例中可與「如請求項XX至YY中任一項(as in any one of claims XX-YY)」之表達互換。
熟習此項技術者將理解除了具體例示過之彼等外，起始材料、裝置元件、分析方法、組件之混合及組合可在不採取過度實驗之情況下在本發明之實踐中採用。任何此等材料及方法之所有已知技術的功能性等效形式意欲包含在本發明中。已採用之術語及表達係用作說明性而非限制性術語，且並不意欲藉由使用此等術語及表達來排除所展示及所闡述之特徵或其部分之任何等效形式，而是應認識到，在所主張之本發明之範疇內，各種修改形式係可能的。本文中適當圖解說明性地闡述之本發明可在沒有本文中未具體地揭露之任一元素或任何元素、任一限制或任何限制之情況下實踐。本文中所使用之標題僅出於方便。
在不與本文不一致之程度下，本文中提及之所有參考皆併入本文中。本文中提供之某些參考以引用的方式併入，以提供本發明之額外用途之細節。說明書中提及之所有專利及公開案指示熟習本發明相關之技術者之技術水準。本文中所引用之參考以其全文引用的方式併入本文中以指示截止到其申請日期之技術水平，且若需要，意欲此資訊可在本文中採用以排除先前技術中之特定實施例。
1:分歧管/分歧管系統 2:分歧管前板/前板 3:輸入取樣端口/入口取樣端口/經連接輸入取樣端口/取樣輸入端口/所要取樣輸入端口 4:密封總體流區段 5:流聚焦元件 6:取樣出口端口 7:總體流分配端口 8:取樣管線 9:通道 10:控制器 11:電或光學指示器 12:空心軸馬達 13:外殼 14:可選擇流端口/所要可選擇流端口/可選擇端口/所要可選擇端口 15:總體流流出出口/流出出口 16:可移除擴充基座 17:電、機械及資料連接 18:背板 19:安裝區段 20:粒子計數器、取樣器或分析器 21:乾式接觸開關 23:電腦處理器或電腦記憶體 25:入口 X1:尺寸範圍 X2:尺寸範圍 X3:尺寸範圍 X4:尺寸範圍 X5:尺寸範圍 X6:尺寸範圍 X7:尺寸範圍 X8:尺寸範圍 X9:尺寸範圍 X10:尺寸範圍 Y1°:尺寸範圍
圖1展示本發明之一實施例中之具有一附接式擴充基座之一分歧管系統。
圖2展示一實施例中之流聚焦元件之一前視圖，該流聚焦元件具有取樣出口端口、總體流分配端口及複數個流通道，其中該流聚焦元件係呈一流聚焦盤狀物之形式。
圖3展示一實施例中之流聚焦元件之一側視圖，該流聚焦元件包含連接至一取樣管線之一取樣出口端口。
圖4至圖6展示本發明之一實施例之不同剖視圖，其中展示了流聚焦元件及取樣管線與空心軸馬達之相對關係。
圖7展示分歧管之背板之一前視圖及剖視圖，且圖解說明取樣管線與通向一粒子計數器、取樣器或分析器之入口之間的一連接。
圖8展示本發明之一實施例中之流聚焦元件之替代構形，其中該流聚焦元件不進行旋轉。流體聚焦元件中之可選擇端口與入口取樣端口流體連通。氣體係透過該等入口取樣端口同時吸取並進入該等可選擇端口中之每一者中，且取樣管線係使用一致動器與待進行取樣之所要端口對準。
圖9展示本發明之一實施例中之自外部源(諸如自一粒子計數器或其他類型之取樣器或分析器)接收信號並回應於此等信號而更改流聚焦元件之旋轉之一控制器之一方塊圖(頂部)，以及闡述控制器回應於所接收信號而切換至一新取樣模式之步驟之一流程圖(底部)。
5:流聚焦元件
6:取樣出口端口
7:總體流分配端口
8:取樣管線
9:通道
11:電或光學指示器
13:外殼

Claims (75)

  1. 一種取樣分歧管，其包括： a)兩個或更多個輸入取樣端口； b)連接至該兩個或更多個輸入取樣端口之一密封總體流區段，其中流動穿過該兩個或更多個輸入取樣端口之氣體進入該密封總體流區段； c)該密封總體流區段內部之一流聚焦元件，該流聚焦元件包括複數個流端口，其中該等流端口與該等輸入取樣端口流體連通； d)與自該複數個流端口選擇之一流端口流體連通之一取樣管線，以及與除該經選擇流端口之外的一或多個流端口流體連通之一或多個流出出口， 其中該流聚焦元件包括與該經選擇流端口流體連通之一經選擇輸入取樣端口和該取樣管線之間的一樣本流路徑，並且包括除該經選擇輸入取樣端口之外的輸入取樣端口與該一或多個流出出口之間的一或多個總體流路徑； 該流聚焦元件經構形以引導氣體流動穿過該經選擇輸入取樣端口以流入該經選擇流端口中並流入該取樣管線中，並且引導氣體流動穿過除該經選擇輸入取樣端口之外的該等輸入取樣端口以流入除該經選擇流端口之外的該一或多個流端口中並流入該一或多個流出出口中。
  2. 如請求項1之取樣分歧管，其中該流聚焦元件包括形成該樣本流路徑及該一或多個總體流路徑之複數個通道，其中該複數個通道經構形以引導來自非取樣端口之氣體遠離該樣本流路徑。
  3. 如請求項1至2之取樣分歧管，其中輸送氣體穿過該一或多個總體流路徑包括層流。
  4. 如請求項1至3之取樣分歧管，其中輸送氣體穿過該樣本流路徑包括層流。
  5. 如請求項1至4之取樣分歧管，其中氣體流在該樣本流路徑與該一或多個總體流路徑之間具有小於0.01%之一串擾率。
  6. 如請求項1至5之取樣分歧管，其中氣體流在該樣本流路徑與該一或多個總體流路徑之間具有小於0.001%之一串擾率。
  7. 如請求項1至6之取樣分歧管，其中氣體流在該樣本流路徑與該一或多個總體流路徑之間具有小於0.0001%之一串擾率。
  8. 如請求項1至7之取樣分歧管，其中穿過該樣本流路徑之氣體流係小於3.53立方英尺/分鐘(100升/分鐘)。
  9. 如請求項1至8之取樣分歧管，其中穿過該樣本流路徑之氣體流係在0.0035立方英尺/分鐘與3.53立方英尺/分鐘(0.1升/分鐘與100升/分鐘)之間。
  10. 如請求項1至9之取樣分歧管，其中穿過該一或多個總體流路徑之氣體流係在0.0035立方英尺/分鐘與10.59立方英尺/分鐘(0.1升/分鐘與300升/分鐘)之間。
  11. 如請求項1至10之取樣分歧管，其包括6個或更多個輸入取樣端口，且該流聚焦元件包括一取樣出口端口及5個或更多個總體流分配端口。
  12. 如請求項1至11之取樣分歧管，其包括最多達64個輸入取樣端口。
  13. 如請求項1至12之取樣分歧管，其中每一輸入取樣端口與一取樣環境中之一不同取樣點流體連通。
  14. 如請求項1至13之取樣分歧管，其中該取樣分歧管能夠透過該等輸入取樣端口中之每一者同時吸入氣體。
  15. 如請求項1至14之取樣分歧管，其中該經選擇輸入取樣端口與一毗鄰之輸入取樣端口之間的一中間擴散輸送路徑長度大於該氣體中奈米大小之粒子之一平均自由行進路徑，其中該等奈米大小之粒子具有小於20 nm之一直徑。
  16. 如請求項1至15之取樣分歧管，其進一步包括與該取樣管線流體連通之一粒子計數器、氣體分析器、粒子分析器、分子取樣器、微生物收集板、環境或氣體感測器或者其組合。
  17. 如請求項16之取樣分歧管，其中該粒子計數器係一冷凝粒子計數器。
  18. 如請求項1至17之取樣分歧管，其中該一或多個流出出口連接至一廠房真空管線或其他真空源。
  19. 如請求項1至18之取樣分歧管，其中該複數個可選擇端口包括一取樣出口端口及一或多個總體流分配端口，該取樣出口端口係該經選擇流端口，且該流聚焦元件能夠在該密封總體流區段內旋轉，以使該取樣出口端口與自該兩個或更多個輸入取樣端口選擇之一輸入取樣端口對準，並且 其中該樣本流路徑係在該經選擇輸入取樣端口、該取樣出口端口與該取樣管線之間，且該一或多個總體流路徑係在除該經選擇輸入取樣端口之外的輸入取樣端口與該一或多個總體流分配端口之間。
  20. 如請求項19之取樣分歧管，其包括10個或更多個輸入取樣端口，且該流聚焦元件包括一取樣出口端口及9個或更多個總體流分配端口。
  21. 如請求項19至20之取樣分歧管，其中該流聚焦元件能夠可控地旋轉以使該取樣出口端口與一新的經選擇輸入取樣端口對準。
  22. 如請求項19至21之取樣分歧管，其進一步包括具有一外殼之一空心軸馬達，該空心軸馬達能夠使該流聚焦元件在該密封總體流區段內旋轉。
  23. 如請求項19至22之取樣分歧管，其中該取樣管線至少部分地含納在該空心軸馬達之該外殼內。
  24. 如請求項1至18之取樣分歧管，其中該取樣管線相對於該流聚焦元件係可移動的且能夠與該等流端口中之任一者對準。
  25. 如請求項24之取樣分歧管，其進一步包括能夠可控地使該取樣管線與一新的經選擇流端口對準之一致動器。
  26. 如請求項19至25之取樣分歧管，其進一步包括一或多個電或光學指示器，該等電或光學指示器能夠顯示該取樣管線相對於該複數個流端口之位置或者該取樣出口端口相對於該等輸入取樣端口中之一或多者之位置。
  27. 如請求項26之取樣分歧管，其中該一或多個電或光學指示器包括定位於該流聚焦元件上或分歧管外部之燈，該等燈能夠顯示顏色、閃光頻率或其組合。
  28. 如請求項1至27之取樣分歧管，其進一步包括能夠顯示正在取樣之該輸入取樣端口之一文數顯示器。
  29. 如請求項1至28之取樣分歧管，其進一步包括： a)一控制器，其操作地連接至該流聚焦元件且能夠根據一操作員輸入或預定順序旋轉該流聚焦元件以使該取樣出口端口與一或多個經選擇輸入取樣端口對準，或 b)一控制器，其操作地連接至該致動器且能夠根據一操作員輸入或預定順序使該取樣管線與一或多個經選擇流端口對準。
  30. 如請求項29之取樣分歧管，其中透過該流聚焦元件之持續旋轉，該取樣出口端口按一順序次序與該等輸入取樣端口中之每一者對準，或透過該致動器之持續操作，該取樣管線按一順序次序與該複數個流端口中之每一者對準。
  31. 如請求項29之取樣分歧管，其中該控制器能夠以一預定時間週期、頻率或其組合旋轉該流聚焦元件且使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口中之每一者對準，或該控制器能夠以一預定時間週期、頻率或其組合控制該致動器以使該取樣管線與該複數個流端口中之每一者對準。
  32. 如請求項29之取樣分歧管，其中對每一輸入取樣端口每秒取樣介於1次與20次之間。
  33. 如請求項29之取樣分歧管，其中該取樣出口端口以一固定的持續時間與該等輸入取樣端口中之每一者對準，或該取樣管線以一固定的持續時間與該等流端口中之每一者對準。
  34. 如請求項29之取樣分歧管，其中該取樣出口端口以可變的持續時間與該等輸入取樣端口對準，或該取樣管線以可變的持續時間與該等流端口中之每一者對準。
  35. 如請求項29之取樣分歧管，其中該控制器能夠旋轉該流聚焦元件且使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口中之每一者對準，其中該取樣出口端口以比與其他輸入取樣端口對準之更大之頻率與該等輸入取樣端口中之一或多者對準，或該控制器能夠控制該致動器以使該取樣管線與該複數個流端口中之每一者對準，其中該取樣管線以比與其他流端口對準之更大之頻率與該等流端口中之一或多者對準。
  36. 如請求項29之取樣分歧管，其中該控制器能夠旋轉該流聚焦元件且使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口中之每一者對準，其中該取樣出口端口以比與未經選擇輸入取樣端口對準之更大之時間週期與經選擇輸入取樣端口對準，或 該控制器能夠控制該致動器以使該取樣管線與該複數個流端口中之每一者對準，其中該取樣管線以比與未經選擇流端口對準之更大之時間週期與經選擇流端口對準。
  37. 如請求項35至36之取樣分歧管，其中該等經選擇輸入取樣端口或該等經選擇流端口係由該控制器、一使用者、在對一外部事件之一經程式化回應中或其組合來判定。
  38. 如請求項29之取樣分歧管，其中該控制器能夠根據一預定掃描型樣旋轉該流聚焦元件且使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口對準，或該控制器能夠根據一預定掃描型樣控制該致動器以使該取樣管線與該等流端口對準。
  39. 如請求項38之取樣分歧管，其中該控制器能夠自一外部源接收一事件信號並根據一新掃描型樣更改該流聚焦元件之該旋轉以便使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口對準，或根據一新掃描型樣更改該取樣管線之移動以便使該取樣管線與該等流端口對準。
  40. 如請求項38之取樣分歧管，其中該控制器能夠自一粒子計數器接收一事件信號並在接收到該事件信號之後旋即根據一新預定事件型樣旋轉該流聚焦元件或移動該取樣管線。
  41. 如請求項1至40之取樣分歧管，其進一步包括能夠顯示一先前掃描順序、一當前掃描順序、待定掃描順序或其組合之一文數顯示器。
  42. 如請求項1至41之取樣分歧管，其進一步包括一可移除擴充基座，該擴充基座包括能夠操作該取樣分歧管之連接，其中該等連接包括一真空連接、一電源連接、一資料連接、一類比輸入/輸出連接、一數位輸入/輸出連接、一乙太網路交換器連接、無線通信連接中之一或多者或者其任何組合。
  43. 如請求項42之取樣分歧管，其中該擴充基座進一步包括一網際網路協定位址及網際網路連接。
  44. 如請求項1至43之取樣分歧管，其進一步包括能夠儲存及執行一經程式化掃描型樣之一電腦處理器、快閃記憶體，或電腦記憶體。
  45. 一種用於對氣體進行取樣之方法，其包括以下步驟： a)將一氣體吸入一分歧管中，其中該分歧管包括兩個或更多個輸入取樣端口、一流聚焦元件及位於該流聚焦元件上並連接至一取樣管線之一取樣出口端口； b)旋轉該流聚焦元件，以使該取樣出口端口與一經選擇輸入取樣端口對準；及 c)輸送氣體穿過該經選擇輸入取樣端口進入該經對準取樣出口端口中並進入該取樣管線中。
  46. 如請求項1至45之取樣分歧管，其中該流聚焦元件係一流聚焦盤狀物。
  47. 一種用於對氣體進行取樣之方法，其包括以下步驟： a)將一氣體吸入一分歧管中，其中該分歧管包括：兩個或更多個輸入取樣端口；一流聚焦元件；複數個流端口，其位於該流聚焦元件上，其中該複數個流端口與該等輸入取樣端口流體連通；及一取樣管線，其能夠與該複數個流端口中之每一者對準； b)可控地移動該取樣管線，以使該取樣管線與一經選擇流端口對準；及 c)輸送氣體穿過該經選擇輸入取樣端口進入該經對準流端口中並進入該取樣管線中。
  48. 如請求項46至47之方法，其中該分歧管包括位於該流聚焦元件上並流體連接至一流出出口之一或多個非取樣端口，且該方法進一步包括輸送氣體穿過除該經選擇輸入取樣端口之外的輸入取樣端口進入該一或多個非取樣端口中並進入該流出出口中。
  49. 如請求項48之方法，其中進入經對準取樣出口端口或經選擇流端口中之氣體流與進入該一或多個非取樣端口中之氣體流具有小於0.01%之一串擾率。
  50. 如請求項48之方法，其中進入經對準取樣出口端口或經選擇流端口中之氣體流與進入該一或多個非取樣端口中之氣體流具有小於0.001%之一串擾率。
  51. 如請求項48之方法，其中進入經對準取樣出口端口或經選擇流端口中之氣體流與進入該一或多個非取樣端口中之氣體流具有小於0.0001%之一串擾率。
  52. 如請求項48至51之方法，其中該輸送氣體進入該一或多個非取樣端口中包括層流。
  53. 如請求項48至52之方法，其中進入該一或多個非取樣端口中之氣體流係在0.0035立方英尺/分鐘與10.59立方英尺/分鐘(0.1升/分鐘與300升/分鐘)之間。
  54. 如請求項46至53之方法，其中該輸送氣體進入該經對準取樣出口端口或該經選擇流端口中包括層流。
  55. 如請求項46至54之方法，其中進入該經對準取樣出口或該經選擇流端口中之氣體流係在0.0035立方英尺/分鐘與3.53立方英尺/分鐘(0.1升/分鐘與100升/分鐘)之間。
  56. 如請求項46至55之方法，其中該分歧管包括10個或更多個輸入取樣端口。
  57. 如請求項46至56之方法，其中該分歧管包括最多達64個輸入取樣端口。
  58. 如請求項46至57之方法，其包括透過該等輸入取樣端口中之每一者同時吸入氣體。
  59. 如請求項46及48至58之方法，其包括根據一操作員輸入或預定順序旋轉該流聚焦元件以便使該取樣出口端口與一或多個經選擇輸入取樣端口對準。
  60. 如請求項46及48至59之方法，其包括以一預定時間週期、頻率或其組合旋轉該流聚焦元件以便使該取樣出口端口與一或多個經選擇輸入取樣端口對準。
  61. 如請求項60之方法，其中對每一輸入取樣端口每秒取樣介於1次與20次之間。
  62. 如請求項46及48至61之方法，其包括按一順序次序旋轉該流聚焦元件以便使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口中之每一者對準。
  63. 如請求項46及48至60之方法，其包括以可變的持續時間旋轉該流聚焦元件以便使該取樣出口端口與一或多個經選擇輸入取樣端口對準。
  64. 如請求項46及48至63之方法，其包括旋轉該流聚焦元件以便使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口中之每一者對準，其中該取樣出口端口以比與其他輸入取樣端口對準之更大之頻率或更長之時間週期與該等輸入取樣端口中之一或多者對準。
  65. 如請求項46及48至63之方法，其包括旋轉該流聚焦元件以便使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口中之每一者對準，其中該取樣出口端口以比與未經選擇輸入取樣端口對準之更大之時間週期與經選擇輸入取樣端口對準。
  66. 如請求項65之方法，其中該等經選擇輸入取樣端口係由該控制器、一使用者、在對一外部事件之一經程式化回應中或其組合來判定。
  67. 如請求項46及48至66之方法，其包括根據一預定掃描型樣旋轉該流聚焦元件以便使該取樣出口端口與一或多個經選擇輸入取樣端口對準。
  68. 如請求項46及48至67之方法，其包括自一外部源接收一事件信號並根據一新掃描型樣更改該流聚焦元件之該旋轉以便使該取樣出口端口與該等輸入取樣端口對準。
  69. 如請求項46及48至68之方法，其包括自連接至該分歧管之一粒子計數器接收一事件信號，並在接收到該事件信號之後旋即根據一預定事件型樣旋轉該流聚焦元件。
  70. 如請求項46及48至54之方法，其中根據儲存在一電腦處理器、快閃記憶體或電腦記憶體上之輸入旋轉該流聚焦元件以對準該取樣出口端口。
  71. 如請求項46至70之方法，其中該取樣管線與一粒子計數器、氣體分析器、粒子分析器、分子取樣器、微生物收集板、環境或氣體感測器及其組合流體連通。
  72. 如請求項46至71之方法，其中該流聚焦元件係一流聚焦盤狀物。
  73. 一種取樣分歧管，其包括： a)兩個或更多個輸入取樣端口； b)連接至該兩個或更多個輸入取樣端口之一密封總體流區段，其中流動穿過該兩個或更多個輸入取樣端口之氣體進入該密封總體流區段； c)該密封總體流區段內部之一可旋轉流聚焦盤狀物，該流聚焦盤狀物包括一取樣出口端口及一或多個總體流分配端口，其中該流聚焦盤狀物能夠在該密封總體流區段內旋轉，以使該取樣出口端口與自該兩個或更多個輸入取樣端口選擇之一輸入取樣端口對準；及 d)與該取樣出口端口流體連通之一取樣管線， 其中該流聚焦盤狀物包括該經選擇輸入取樣端口與該取樣出口端口之間的一樣本流路徑，並且包括除該經選擇輸入取樣端口之外的輸入取樣端口與該一或多個總體流分配端口之間的一或多個總體流路徑，其中該樣本路徑包括一單體式結構或一單獨總成，且 該流聚焦盤狀物經構形以引導氣體流動穿過該經選擇輸入取樣端口以流入該取樣出口端口中並流入該取樣管線中，並且引導氣體流動穿過除該經選擇輸入取樣端口之外的該等輸入取樣端口以流入該一或多個總體流分配端口中並流入一流出出口中。
  74. 如請求項73之取樣分歧管，其中形成該一或多個總體流路徑之通道之直徑足夠大以在該等輸入取樣端口與該一或多個總體流分配端口之間產生一氣體層流。
  75. 如請求項74之取樣分歧管，其中形成該樣本流路徑之一或多個通道之直徑足夠大以在該經選擇輸入取樣端口與該取樣出口端口之間產生一氣體層流。
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