Термический десорбер для отбора пробы
SAMPLE COLLECTION THERMAL DESORBER

[01] Настоящее изобретение относится к способам и устройству для обнаружения представляющих интерес веществ. В частности, изобретение относится к способам и устройству для термической десорбции проб, например, чтобы обеспечить возможность проведения анализа для обнаружения представляющих интерес веществ в пробах. Анализ может быть выполнен с использованием спектрометров, таких как спектрометры подвижности ионов и/или масс-спектрометры.
[02] В помещениях, таких как аэропорты и места проведения массовых мероприятий, где может собираться большое количество людей, есть необходимость обнаруживать следы представляющих интерес веществ, таких как взрывчатые вещества и незаконные наркотические вещества.
[03] Варианты выполнения настоящего изобретения описаны ниже исключительно посредством примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 и Фиг. 1А, 1В, 1С и 1D представляют собой различные виды пробника и детектора.
Фиг. 1А представляет собой разрез устройства для отбора и анализа проб в первой конфигурации.
Фиг. 1В представляет собой устройство, показанное на Фиг. 1А, во второй конфигурации, и включает вставку для иллюстрации деталей некоторых признаков устройства.
Фиг. 1С изображает вид в аксонометрии устройства для отбора и анализа проб, показывающий вставление пробника в детектор.
Фиг. 1C представляет собой вид в аксонометрии пробника, в соответствии с одним из вариантов выполнения изобретенияю.
Фиг. 2 представляет собой схематический вид конкретного примера устройства для отбора и анализа проб.
Фиг. 3А представляет собой вид сверху пробника для использования с устройством, показанным на Фиг. 1 и 2.
Фиг. 3В представляет собой разрез пробника, выполненный по линии В-В, показанной на Фиг. 3А.
Фиг. 3С представляет собой разрез пробника, выполненный по линии С-С, показанной на Фиг. 3А.
Фиг. 3D представляет собой пробник, выполненный в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.
Фиг. 4 изображает блок-схему использования портативного устройства обнаружения.
Фиг. 5 изображает одну конструкцию детектора.
[04] Для обнаружения представляющих интерес веществ, находящихся на предмете, предмет может быть протерт тампоном для отбора пробы, причем термическая десорбция частей пробы с тампона облегчает обнаружение в пробе представляющих интерес веществ.
[05] В одном аспекте устройство для термической десорбции содержит пробник, выполненный с возможностью поддержки тампона, и детектор, содержащий анализатор, выполненный с возможностью обнаружения представляющего интерес вещества. Пробник выполнен с возможностью соединения с детектором так, что термическая десорбция пробы с тампона обеспечивает попадание части пробы в анализатор. Подвергнутые термической десорбции части пробы могут быть проанализированы для определения наличия представляющих интерес веществ в отобранной пробе. Таким образом, нет необходимости в удалении тампона из пробника и отдельного расположения этого тампона в детекторе, что может повысить эффективность процесса обнаружения.
[06] В одном аспекте пробник для отбора проб содержит корпус, выполненный с возможностью обеспечения манипуляции с пробником, держатель тампона, соединенный с корпусом пробника, который выполнен с возможностью поддерживания тампона отстоящим на некоторое расстояние от корпуса пробника, так что и тампон и держатель тампона термически изолированы от корпуса пробника. Пробник или детектор может содержать нагреватель.
[07] В одном варианте выполнения пробник выполнен с возможностью термической изоляции тампона от пробника, например, пробник может содержать держатель тампона, расположенный на некотором расстоянии от пробника для термической изоляции поддерживаемого тампона. Термическая изоляция может быть обеспечена пространством, которое может представлять собой воздушный зазор. Термическая изоляция между тампоном и пробником ингибирует передачу тепла к корпусу пробника и, таким образом, уменьшает теплоемкость нагреваемой массы при термической десорбции пробы. Это может привести к снижению мощности, используемой для нагрева тампона, и может также способствовать быстрому нагреву и/или охлаждению пробника, например, по сравнению с системой, в которой компоненты находятся в контакте друг с другом. Там, где нагрев осуществляется быстрее, это может обеспечить попадание термически десорбированной (например, испаренной) пробы в анализатор с более высокой временной концентрацией (т.е., дозой в единицу времени). Это может обеспечить возможность повышения чувствительности работающих от аккумуляторной батареи детекторов без ущерба для срока службы аккумуляторной батареи. Это может также способствовать продвижению ручных портативных устройств обнаружения, причем некоторые примеры раскрытия изобретения описывают портативный детектор.
[08] В одном варианте выполнения держатель тампона выполнен с возможностью перемещения относительно пробника, чтобы обеспечить возможность прижатия держателя тампона к пробнику для уменьшения расстояния. Например, держатель тампона является гибким. Таким образом, корпус пробника может обеспечить дополнительную поддержку для тампона, когда им протирают предмет для отбора пробы, так что может быть использован легковесный (и, следовательно, имеющий низкую теплоемкость) держатель тампона, что может еще больше способствовать быстрому нагреванию.
[09] В одном варианте выполнения держатель тампона выполнен так, что после того, как он была перемещена, чтобы уменьшить промежуток, он стремится вернуться к положению, в котором держатель тампона отстоит на некоторое расстояние от пробника, например, держатель тампона может быть упругим. Таким образом, оператору не требуется предпринимать конкретных мер для обеспечения того, что тампон правильно поддерживается при трении, или должным образом термически изолирован при нагревании.
[10] В одном варианте выполнения пробник может содержать нагреватель для нагрева отобранной пробы. Если пробник содержит держатель тампона, то нагреватель может быть включен в держатель тампона или действовать в качестве держателя. Это облегчает передачу тепла к пробе. В некоторых вариантах выполнения устройство дополнительно содержит тампон.
[11] В одном аспекте держатель тампона для термической десорбции содержит упругую ламинарную полосу, содержащую нагреватель, выполненный с возможностью нагревания держателя тампона для термической десорбции пробы. В одном варианте выполнения упругая ламинарная полоса содержит по меньшей мере один полимерный слой. Нагреватель может содержать электропроводящую дорожку, соединенную с полимерным слоем. В одном варианте выполнения полимерный слой содержит полиимид. В одном варианте выполнения нагреватель расположен между двумя полимерными слоями. В одном варианте выполнения держатель тампона для термической десорбции содержит первую и вторую муфты, выполненные с возможностью обеспечения механического соединения держателя тампона с первой и второй муфтами пробника для термической десорбции и отбора проб, причем по меньшей мере одна из муфт выполнена с возможностью обеспечения электрического соединения с нагревателем.
[12] В одном аспекте детектор содержит анализатор для обнаружения представляющего интерес вещества в термически десорбированной пробе и муфту пробника для соединения детектора к пробнику для отбора проб, чтобы обеспечить проход для термически десорбированной пробы от пробника для отбора проб к анализатору. В одном варианте выполнения муфта пробника дополнительно содержит электрическую муфту, выполненную с возможностью электрического соединения детектора с указанным пробником. В вариантах выполнения муфта пробника и электрическая муфта расположены таким образом, что, когда указанный пробник для отбора проб расположен так, чтобы обеспечивать поступление пробы в анализатор, электрическая муфта обеспечивает электрический контакт с электрической муфтой пробника.
[13] Фиг. 1 показывает схематический вид иллюстративного устройства 1 для термической десорбции, содержащего пробник 10 для отбора проб и детектор 20 для обнаружения представляющих интерес веществ в отобранных пробах.
[14] Виды, представленные на Фиг. 1А и 1В, соответствуют двум конфигурациям пробника 10 и детектора 20. Фиг. 1А показывает пробник 10, вставленный в детектор 20; а Фиг. 1В показывает пробник 10, отделенный от детектора 20. На чертежах для обозначения одинаковых элементов используются одинаковые номера позиций.
[15] Пробник 10, показанный на Фиг. 1, содержит корпус 12 и держатель 16 тампона, предназначенный для поддержки тампона. В одном варианте выполнения держатель 16 выполнен с возможностью термической изоляции тампона от корпуса 12 пробника, например, путем выполнения промежутка между тампоном и корпусом 12 пробника. Промежуток может представлять собой воздушный зазор. Для выполнения промежутка держатель 16 может выгибаться наружу из корпуса 12 пробника. В качестве альтернативы или дополнительно, держатель 16 может отстоять на некоторое расстояние от корпуса 12 пробника посредством прокладок, которые поддерживают держатель 16 тампона на некотором расстоянии от корпуса 12. В качестве альтернативы или дополнительно, корпус 12 пробника может содержать углубление, расположенное позади держателя 16, чтобы обеспечить промежуток между держателем 16 тампона и корпусом 12 пробника. В качестве альтернативы или дополнительно, между держателем 16 и корпусом 12 может быть расположен теплоизолятор, такой как пенополистирол, шерсть, полимерная пена (например, вспененный материал с открытыми порами), газовая камера (например, газ при пониженном давлении) или вакуумная камера. Чтобы термически изолировать держатель 16 от корпуса 12 пробника, и уменьшить теплоемкость конструкции, подлежащей нагреванию, могут быть использованы и другие теплоизоляционные материалы. В некоторых примерах корпус 12 пробника может содержать термически отражающую поверхность (например, посеребренную поверхность), расположенную позади держателя 16 тампона для отражения тепла обратно к держателю 16.
[16] Держатель 16 может быть соединен с корпусом 12, например, путем выполнения держателя 16 как единое целое с корпусом 12, или путем соединения отдельно выполненного держателя 16 с корпусом 12 пробника. На Фиг. 1 держатель 16 показан соединенным с корпусом 12 в двух местах 15, 15'; однако, может быть использовано большее или меньшее число соединений. Когда держатель тампона содержит нагреватель 13, муфты 15, 15' могут обеспечивать электрическое соединение с нагревателем 13.
[17] Держатель 16, изображенный на Фиг. 1, может быть выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса 12 пробника, так что при использовании он может быть отклонена в сторону корпуса пробника для протирания (например, смыкая промежуток). Например, держатель тампона может быть выполнен с возможностью перемещения между конфигурацией нагревания, в которой теплоизоляция между держателем 16 тампона и корпусом 12 пробника является относительно более эффективной, и конфигурацией отбора, в которой механическая поддержка, обеспечиваемая корпусом пробника, является относительно более прочной. Выполнение с возможностью перемещения может включать в себя выполнение держателя 16 гибким, например, держатель 16 может содержать один или несколько гибких элементов и/или она может шарнирно, поворотно или иным образом гибко соединяться с корпусом 12.
[18] Держатель 16, изображенный на Фиг. 1, может быть упругим. Например, он может быть выполнен так, что после прижатия к корпусу пробника при протирании, держатель тампона имеет тенденцию к восстановлению промежутка между держателем 16 и корпусом 12. Эта функция может быть обеспечена по меньшей мере частью держателя тампона, содержащей упругий материал. В некоторых случаях упругость может быть обеспечена путем создания поджимающей силы, например, с помощью отдельной конструкции, выполненной с возможностью поджатия держателя тампона, чтобы восстановить промежуток после того, как держатель тампона был отклонен. Примеры конструкций для поджатия включают пружины, упругие элементы и механические, магнитные или электромеханические средства поджатия.
[19] Пробник 10, изображенный на Фиг. 1, содержит нагреватель 13 для нагревания пробы, отобранной на тампоне. Нагреватель 13 может быть частью держателя 16 тампона. В одном варианте выполнения нагреватель 13 представляет собой электрический проводник, выполненный с возможностью нагревания посредством резистивного нагрева. Например, нагреватель может быть выполнен из резистивного материала, выбранного для нагревания представляющего интерес вещества, чтобы по меньшей мере его часть перевести в паровую фазу. Чтобы получить резистивный нагревательный элемент, нагреватель 13 может содержать электрически проводящую дорожку. Нагреватель 13 на одной или обеих своих сторонах может по меньшей мере частично быть покрыт диэлектриком, таким как теплоизолятор, и/или материалом диэлектрического типа (например, полимерным слоем). Например, электрически проводящая дорожка может быть зажата между двумя слоями из электрически изолирующего материала/диэлектрика. Могут быть использованы другие соответствующие изолирующие/диэлектрические материалы, обладающие подобными свойствами. Полиимид, например, Каптон (RTM), представляет собой один пример материала, который является подходящим для этой цели из-за его термических и механических свойств и инертности. Электрически проводящая дорожка может содержать металл, такой как сплав никеля и хрома, например, нихром. Электрически проводящая дорожка может быть приклеена, осаждена или иным образом присоединена к изолятору/диэлектрику, или может быть зажата или наложена/собрана на нем, например, путем использования манжеты, которая фрикционной посадкой установлена на часть корпуса 12 пробника. Манжета 29 может окружать пробник 10 и может частично закрывать держатель 16.
[20] Пробник 10, изображенный на Фиг. 1, может содержать зацепляющий элемент 14 для механического зацепления с фитингом 24 пробника детектора 20. Элемент 14 может содержать электрическую муфту 11 для обеспечения электрического контакта между нагревателем 13 и детектором 20. Например, часть корпуса 12 имеет форму для зацепления с внутренней поверхностью таким образом, чтобы закрепить, или по меньшей мере частично закрепить, пробник на детекторе 20. В других примерах механическое зацепление достигается за счет использования крепежного устройства, такого как деформируемая конструкция зажимного типа, выполненная с возможностью удерживания пробника на месте, но допускает вынимание пробника при приложении достаточной внешней силы (например, пробник высвобождается, когда пользователь тянет за него).
[21] Со ссылкой теперь на детектор 20, указанный детектор, изображенный на Фиг. 1, содержит анализатор 30, выполненный с возможностью обнаружения представляющих интерес веществ в термически десорбированной пробе. Анализатор 30 соединен с впускным отверстием 26 для приема анализируемой пробы. Анализатор 30 может содержать спектрометр, такой как спектрометр на основе анализа подвижности ионов, как описано ниже со ссылкой на Фиг. 2.
[22] Детектор 20 может содержать корпус 18, имеющий порт 22 для приема пробника 1, для обеспечения для пробника возможности введения пробы в анализатор 30. В вариантах выполнения детектор 20 содержит фитинг 24 пробника, выполненный с возможностью соединения с пробником 10. Для надежной установки пробника фитинг 24 может быть выполнен с возможностью зацепления с зацепляющим элементом 14 пробника 10. Фитинг 24 детектора 20 может содержать электрическую муфту 17, выполненную с возможностью обеспечения электрического контакта с электрической муфтой 11 пробника 10, когда пробник находится в выбранном положении, например, в положении, выбранном для введения пробы в анализатор 30.
[23] Порт 22 может быть выполнен с возможностью вставления пробника в детектор. Фитинг 24 пробника может быть расположен на внутренней части порта, например, в устье порта 22. Это обеспечивает возможность введения пробы с тампона без необходимости демонтажа пробника (будь то полностью или частично) и без удаления тампона из пробника.
[24] Установка пробника в порт 22 представляет собой один из примеров соединения пробника 10 с детектором 20, чтобы создать проход от пробы к анализатору. Однако нет необходимости вставления пробника 10, который может быть присоединен с наружной стороны детектора, например, пробник может быть присоединен к корпусу 18 и не должен вставляться в него.
[25] Признаки, описанные со ссылкой на порт 22 (и признаки, описанные в комбинации с портом 22), могут быть применены к любой муфте, которая присоединяет детектор 20 к пробнику 10, чтобы создать проход от держателя 16 тампона к анализатору 30. Проход между держателем тампона пробника и анализатором может быть расположен так, чтобы исключить загрязняющие вещества из анализатора 30. В некоторых примерах для содействия исключения загрязняющих веществ из анализатора 30 предусмотрен фильтр.
[26] Порт 22 и пробник 10 и/или фитинг 24 пробника могут быть выполнены с возможностью взаимодействия друг с другом для закрытия детектора, когда пробник вставлен в порт 22. Так, например, фитинг 24 может иметь выступ, расположенный так, что, когда пробник 10 вставляют в порт 22, выступ действует в качестве крышки или колпачка, чтобы закрыть порт 22. В одном примере порт и пробник могут содержать комплементарные элементы, расположенные таким образом, что при использовании, когда пробник 10 вставлен в порт, комплементарные элементы взаимодействуют для полного закрытия держателя тампона в детекторе. Такое полное закрытие может быть предусмотрено для того, чтобы воздух мог быть втянут в детектор, но термически десорбированная проба не могла его покинуть.
[27] Детектор 20 может содержать источник 32 питания, выполненный с возможностью подачи питания к элементам детектора и/или к пробнику с помощью электрического соединения 17. Детектор 20 может также содержать контроллер 34. В вариантах выполнения контроллер 34 соединен с коммуникационным интерфейсом 37 для того, чтобы обеспечить контроллеру возможность отправлять данные к удаленному устройству и/или принимать данные с удаленного устройства, например, с помощью проводной или беспроводной линии связи. Контроллер 34 может быть соединен с пользовательским интерфейсом 36, чтобы принимать ввод оператора/команды из интерфейса 36 и/или для вывода информации оператору.
[28] В процессе работы тампон может быть расположен на держателе 16, так что тампон отстоит на некоторое расстояние от корпуса 12. Оператор может манипулировать пробником 10, так что тампоном протирают предмет, подлежащий тестированию, при этом вещества, переносимые на предмете, могут осаждаться на тампон. Если держатель 16 является гибким, прижатие пробника к предмету может привести к деформации держателя 16 и прижатию держателя тампона к корпусу 12 10. Таким образом, корпус 12 пробника 10 может обеспечивать механическую поддержку для обеспечения возможности энергичного протирания тампона о предмет для отбора пробы.
[29] После протирания пробник может быть вставлен в отверстие 22 детектора 20, так что держатель 16 тампона и тампон обеспечивают введение пробы во впускное отверстие 26. Зацепляющий элемент 14 пробника 10 может взаимодействовать с фитингом 24 пробника детектора 20. Когда пробник установлен, электрическая муфта 17 детектора 20 может войти в контакт с электрической муфтой 11 пробника 10, чтобы обеспечить возможность подачи электроэнергии к нагревателю 13.
[30] В примерах, в ответ на управляющий сигнал, введенный через пользовательский интерфейс 36, контроллер 34 управляет нагревателем 13 для нагревания до заданной температуры, чтобы термически десорбировать с тампона часть пробы. Термически десорбированная проба может проходить от впускного отверстия 26 в анализатор 30. Анализатор 30 можно анализировать пробу для обнаружения представляющих интерес веществ, которые могут присутствовать в пробе. Данные, представляющие собой результаты анализа, могут быть переданы от анализатора к контроллеру 34. В том случае, когда представляющее интерес вещество обнаружено с помощью анализатора 30, контроллер 34 может управлять пользовательским интерфейсом 36 и/или коммуникационным интерфейсом 37, чтобы сигнализировать, что представляющее интерес вещество было обнаружено. Если представляющее интерес вещество обнаружено, то оператор может заменить тампон, чтобы избежать загрязнения последующих тестов.
[31] После того, как измерение завершено, контроллер 34 может управлять нагревателем 13 для нагревания пробы до температуры высушивания, выбранной для испарения остатка, остающегося на тампоне после тестирования. Температура, выбранная для тестирования, и температура, выбранная для высушивания вещества с тампона, может быть выбрана на основе того, какое вещество представляет интерес.
[32] Контроллер 34 может быть снабжен любой подходящей логической схемой управления, такой как FPGA, ASIC, процессор общего назначения, или соответствующее расположение логических элементов. Устройство 1 обнаружения может содержать энергонезависимое устройство хранения данных (например, энергозависимую или энергонезависимую память), устройство хранения программных инструкций, выполненных с возможностью программирования контроллера для работы в соответствии с любым описанным здесь способом.
[33] В некоторых примерах контроллер 34 содержит память, хранящую множество заданных параметров управления температурой, и пользовательский интерфейс, выполненный с обеспечением пользователю возможности выбрать конкретный параметр. Например, пользовательский интерфейс может дать пользователю возможность выбрать параметры, настроенные для конкретных групп соединений, например, «наркотических средств» или «взрывчатых веществ», или их подгрупп. В этих примерах контроллер 34 выполнен с возможностью приема управляющего сигнала от пользовательского интерфейса 36 на основании выбранного параметра, а также с возможностью управления температурой нагревателя 13 на основании выбранного параметра. В качестве альтернативы или дополнительно, пользовательский интерфейс может быть выполнен с обеспечением пользователю возможности просто выбирать температуру, а контроллер 34 может быть выполнен с возможностью нагревания нагревателя до этой выбранной температуры.
[34] В некоторых примерах контроллер 34 может быть выполнен с возможностью управления нагревателем 13 для нагревания пробы до первой заданной температуры в течение первого временного интервала, с тем, чтобы термически десорбировать первую выбранную группу веществ. Контроллер 34 затем может управлять нагревателем 13 для дальнейшего повышения температуры до второй заданной температуры в течение второго временного интервала, с тем, чтобы термически десорбировать вторую группу веществ, отличную от первой группы. Это может обеспечить возможность тестирования отдельных групп соединений по отдельности, например, чтобы обеспечить улучшенную разрешающую способность детектора. Использование легковесного (с низкой термической массой) держателя тампона и теплоизоляции может облегчить такого рода управление температурой. К этому циклу могут быть добавлены дополнительные температуры и временные интервалы. Например, контроллер может быть выполнен с возможностью инициирования интервала высушивания, в течение которого нагреватель нагревают до температуры, выбранной для термической десорбции остатка из тампона.
[35] Управление нагревателем может включать управление подачей электропитания к пробнику, или оно может включать обеспечение управляющих сигналов к пробнику, чтобы переключать нагреватель между включенным и выключенным состоянием, и/или сигнала управления температурой, чтобы инициировать нагрев до выбранной температуры. В некоторых случаях контроллер может быть выполнен с возможностью управления нагревателем на основе температуры нагревателя, но в некоторых случаях контроллеру не требуется выполнять управление температурой, так как сам пробник может быть выполнен с возможностью управления температурой.
[36] Контроллер 34 может быть выполнен с возможностью поддерживать заданную температуру в выбранном временном интервале. Например, температура и/или временной интервал могут быть выбраны в зависимости от представляющего интерес вещества.
[37] Пользовательский интерфейс 36 может содержать пользовательские рабочие сигналы управления для ввода команд в контроллер 34, и средство вывода для обеспечения индикации пользователю относительно работы детектора. Средство вывода может содержать дисплей или один или несколько визуальных индикаторов. Коммуникационный интерфейс 37 может содержать проводной и/или беспроводной коммуникационный интерфейс, такой как Ethernet, USB, Wi-Fi (RTM), IEEE 802.11, GSM, GPRS, HSDPA или другой коммуникационный интерфейс для передачи и приема информации. Детектор может быть выполнен с возможностью передачи данных, основанных на анализе пробы из анализатора 30, к удаленному устройству через коммуникационный интерфейс 36.
[38] Примеры источников 32 питания включают аккумуляторные батареи, топливные элементы и конденсаторы. В некоторых случаях источник питания может содержать трансформатор или адаптер, выполненный с возможностью получения электроэнергии от внешнего источника питания, такого как источник переменного тока (АС), питание от сети. В этих примерах источник питания может содержать аккумулятор энергии и зарядное устройство, выполненное с возможностью зарядки/перезарядки аккумулятора энергии. В некоторых случаях пробник содержит источник питания, а контроллер должен только обеспечивать пробник управляющими сигналами. Когда и детектор и пробник имеют источники питания, источник питания одного или другого из пробника и детектора может быть использован в качестве резервного или вспомогательного источника питания.
[39] На Фиг. 1С показан вариант выполнения пробника, который выполнен с возможностью вставления в порт 22, предусмотренный в корпусе 18 детектора 20. В показанном варианте выполнения в порт может быть вставлена часть пробника. В процессе работы, вставление пробника 12, например, части, содержащей тампон/держатель 16 тампона, может инициировать нагревание нагревателем, содержащемся в пробнике по меньшей мере части любого представляющего интерес вещества, которое может быть захвачено на вставленный тампон. Для запуска работы нагревателя могут быть использованы различные механизмы, примеры которых включают, но не ограничиваются этим, электрические контактные системы, оптические датчики, физические контактные переключатели (например, переключатель, такой как тумблер, расположенный рядом с отверстием порта 22).
[40] Часть корпуса 18, которая ограничивает порт и/или прилегает к порту, может быть выполнена с возможностью поддержки пробника и/или удержания его в совмещении с портом, чтобы увеличить вероятность того, что пар представляющего интерес вещества втягивается в детектор. Тогда как между корпусом 12 пробника и корпусом 18 может быть предусмотрено пневматическое уплотнение, в других вариантах выполнения пробник 10 и корпус 18 выполнены так, что в порт и/или в детектор втягивается по меньшей мере сколько-то окружающего воздуха, так чтобы избежать ситуации паровой пробки, в которой испаренная проба не может быть втянута в детектор в связи с наличием уплотнения пневматического типа.
[41] В некоторых вариантах выполнения отходящее тепло от элементов детектора может быть использовано для содействия в испарении пробы, и тому подобное. Например, использование вентилятора для охлаждения элементов детектора может привести к тому, что внутренняя часть порта будет теплее, чем температура окружающей среды, не влияя на введение пробы.
[42] На Фиг. 1D показан вид пробника. Пробник может содержать электрическую муфту 11а, 11b для подключения электроэнергии к нагревателю, причем муфта выполнена с возможностью электрического соединения с детектором, когда пробник соединен с детектором. В показанном варианте выполнения электрические муфты представляют собой электрические муфты в форме кольца, например, 11а и 11b, и обращены наружу от пробника. Электрические муфты выполнены с возможностью взаимодействия с соответствующими электрическими контактами, расположенными на внутренней поверхности порта, такого как порт 22. Пробник, включая электрические муфты 11а и 11b, может быть выполнен таким образом, что, когда пробник вставлен в порт, электрические муфты входят в контакт с соответствующими электрическими контактами, которые, например, могут обеспечивать электроэнергией нагреватель и/или механически закреплять пробник в порту 22. Электрический контакт, например, представляет собой ленту или полосу из электропроводящего материала, который может быть установлен защелкиванием или фрикционной посадкой с кольцевыми электрическими муфтами. При формировании электрических муфт в виде обращенных наружу колец, нет необходимости в совмещении пробника, по сравнению с системой, в которой электрические муфты расположены на боковой стороне пробника.
[43] В вариантах выполнения через по меньшей мере часть конца пробника 10 проходит гильза 29. Гильза 29 может быть использована для защиты держателя тампона и по меньшей мере частичного закрепления тампона 51 на пробнике. Например, гильза 29 может накручиваться по резьбе на пробник, чтобы зажиматься на конструкции пальцевого типа, используемого для удержания тампона в нужном положении. Это может обеспечить возможность эффективного размещения тампона на держателе тампона при заменах тампонов, одновременно надежно удерживая тампон во время отбора проб и/или во время введения пробы.
[44] На Фиг. 2 показан детектор 20, который содержит анализатор 30 (например, анализатор 30, показанный на Фиг. 1), который может содержать спектрометр подвижности ионов. Для выполнения анализатора 30 могут применяться другие устройства и способы. Например, могут быть использованы TOFMS, DMS, гибридная IMS-масс-спектрометрия и/или другие аналитические методики и/или устройства.
[45] Спектрометр подвижности ионов может содержать ионизатор 40, выполненный с возможностью ионизации термически десорбированной пробы. Ионизатор 40 может быть расположен между впускным отверстием 26 и дрейфовой камерой 39 так, что проба, прошедшая во впускное отверстие, может проходить через ионизатор 40 для достижения дрейфовой камеры 39. Между впускным отверстием 26 анализатора 30 и ионизатором 40 может быть предусмотрен фильтр 27.
[46] Для приложения электрического поля к дрейфовой камере 39 для ускорения ионов вдоль дрейфовой камеры 39 по направлению к детектору 46 ионов, с источником 32 энергии может быть соединено устройство 44 приложения электрического поля. В вариантах выполнения источник 42 дрейфового газа соединен так, чтобы обеспечивать поток дрейфового газа вдоль дрейфовой камеры 39 к выпускному отверстию 43 для газа. Выпускное отверстие 43 для газа может быть расположено в направлении другого от источника газа конца дрейфовой камеры 43, для того, чтобы дрейфовый газ вытекал из дрейфовой камеры 39. В вариантах выполнения поток дрейфового газа может противостоять потоку ионов из ионизатора 40 к детектору 46 ионов.
[47] Полученная протиранием проба может быть расположена на держателе 16 тампона пробника 10, как описано выше со ссылкой на Фиг. 1. Когда пробник 10 установлен, электрическая муфта 17 детектора 20 может обеспечивать электрический контакт с электрической муфтой 11 пробника 10, чтобы обеспечивать подачу электроэнергии к нагревателю 13. Управляющий сигнал от пользовательского интерфейса 36 может инициировать управление контроллером 34 источника 42 дрейфового газа, чтобы обеспечить подачу газа вдоль дрейфовой камеры 39 с выбранной скоростью потока. Контроллер 34 затем может управлять нагревателем 13 на пробнике 10 для нагрева пробы до выбранной температуры. В вариантах выполнения термически десорбированная проба может пройти во впускное отверстие 26 и через фильтр 27 в ионизатор 40. Ионизатор 40 может ионизировать термически десорбированную пробу для анализа.
[48] Контроллер 34 может управлять средством 44 для приложения электрического поля, для приложения выбранной разности потенциалов вдоль дрейфовой камеры 39, с тем, чтобы ускорять ионы вдоль дрейфовой камеры 39 к детектору 46 ионов против потока дрейфового газа. Как должно быть понятно, основываясь на скорости потока дрейфового газа, электрическом поле, приложенном вдоль дрейфовой камеры 39, и длины дрейфовой камеры 39, время прихода ионов на детектор 46 в этом втором варианте выполнения может обеспечивать указание на характеристики ионов. Это может обеспечивать возможность определения представляющих интерес веществ (например, взрывчатых веществ или контролируемых наркотических средств) в пробе на основе известных характеристик этих веществ. Идентификация может быть выполнена в контроллере 34, или же данные могут быть переданы от контроллера 34 к оператору через пользовательский интерфейс 36, или к удаленному устройству через коммуникационный интерфейс 37.
[49] Ионизатор 40 может содержать средство создания дугового разряда или другой источник ионизирующего излучения. Средство 44 для приложения электрического поля может содержать один или несколько электродов, например, ряд электропроводящих рамок или колец, расположенных по периферии дрейфовой камеры 39 и распределенных по ее длине. Таким образом, приложение разности потенциалов к средству 44 для приложения электрического поля устанавливает электрическое поле вдоль дрейфовой камеры. В качестве примера, устройство, изображенное на Фиг. 2, показано как имеющее одну дрейфовую камеру 39. Тем не менее, в некоторых случаях могут быть использованы две дрейфовые камеры, одна для анализа положительно заряженных ионов, а вторая камера для анализа отрицательно заряженных ионов. Контроллер 34 может быть выполнен с возможностью приложения переменного напряжения к средству 44 для приложения электрического поля таким образом, чтобы изменять состояние поля в дрейфовой камере так, чтобы для анализа как положительных, так и отрицательных ионов могла быть использована одна единственная камера.
[50] Фильтр 27 может быть выполнен с обеспечением возможности прохождения в анализатор выбранных групп веществ, но исключения возможности прохождения других веществ. Например, на основании размера частиц. Например, фильтр 27 может быть выполнен с возможностью быть избирательно проницаемым, например, чтобы обеспечить возможность прохождения пара во впускное отверстие, но чтобы исключить возможность прохождения частиц, имеющих размер больше выбранного размера, таких как пыль. Фильтр может содержать избирательно проницаемый материал, например, мембрану и/или сетку.
[51] На Фиг. 3 показаны три вид варианта выполнения пробника 10. Фиг. 3А показывает вид сверху вниз на пробник, расположенный на держателе 16 тампона. На Фиг. 3В показан разрез пробника вдоль линии В-В, изображенной на Фиг. 3А, а Фиг. 3С показывает разрез пробника вдоль линии С-С, изображенной на Фиг. 3А. Пробник 10, показанный на Фиг. 3, соответствует пробнику, показанному на Фиг. 1 и 2, причем одинаковые номера позиций используются для обозначения одинаковых элементов.
[52] На Фиг. 3 корпус пробника 10 показан имеющим удлиненную форму, чтобы облегчить манипулирование пользователем, и это может обеспечить возможность вставления пробника 10 в порт 22 детектора, такого как детектор 20, показанный на Фиг. 1 и 2. Держатель 16 может содержать упругую ламинарную полосу, проходящую от муфты 15 на боковой поверхности корпуса 12 пробника, через его наконечник 12', ко второй муфте 15'. Длина полосы может быть выбрана таким образом, что держатель 16 отстоит на некоторое расстояние от наконечника 12' корпуса 12, как описано выше со ссылкой на Фиг. 1.
[53] Гильза 29, изображенная на Фиг. 3, может иметь отверстие 29', расположенное над наконечником 12' пробника, чтобы иметь доступ к держателю 16 тампона. Например, гильза 29 может быть выполнена с возможностью захвата периферийной части тампона. Например, гильза содержит внутреннюю резьбу, которая взаимодействует с соответствующей резьбой на корпусе пробника, чтобы прикрепить тампон на пробник и/или по меньшей мере частично защитить держатель тампона, и тому подобное. В вариантах выполнения тампон выполнен в форме чашки или частичной форме чашки (например, полоска тампона, имеющая кривизну), чтобы соответствовать по форме держателю тампона. Таким образом, тампон может оставаться в контакте с держателем тампона, например, во время отбора проб и/или во время термической десорбции. В вариантах выполнения пробник выполнен таким образом, чтобы тампон мог быть размещен на пробнике, без того, чтобы пользователь сам должен был физически размещать тампон на держателе тампона. Например, предусмотрен диспенсер, так что вставление пробника может привести к размещению тампона на держателе тампона. Это позволяет размещать тампон без использования перчаток для размещения тампона, не внося, тем не менее, загрязнения. В отверстии боковые края держателя 16 тампона могут быть ограничены ребрами 52. Пробник 10 может содержать датчик 50 температуры, находящийся в тепловом контакте с держателем 16 тампона и соединенный с электрической муфтой 11, чтобы обеспечивать индикацию температуры для контроллера, например, для контроллера 34 детектора 20, показанного на Фиг. 1 и 2.
[54] На Фиг. 3 пробник 10 показан содержащим датчик 50 температуры. Для этой цели может быть использована термопара или термистор или любой другой чувствительный к температуре элемент. Однако, поскольку сопротивление и теплоемкость держателя тампона и самого тампона могут быть известны заранее, в некоторых примерах контроллер 34 (на Фиг. 1 и 2) может управлять температурой держателя 16, просто подавая заданную мощность в течение выбранной продолжительности времени. В качестве альтернативы или дополнительно, контроллер 34 может быть выполнен с возможностью измерения температуры держателя 16 на основе импеданса (например, электрического сопротивления) нагревателя 13, и управления нагревом на основе измеренной температуры. Могут быть использованы и другие способы измерения температуры и управления.
[55] На Фиг. 3D изображены различные элементы пробника 10, выполненные в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения. Держатель 16 тампона расположен на конце корпуса 12 пробника. Рядом с держателем 16, как показано, расположен палец 48. В примерах, два в целом противоположных пальца расположены на противоположной стороне держателя тампона.
[56] Палец может содержать расширяющийся конец, который отходит под углом от держателя. Расширяющийся конец может способствовать захвату тампона, например, распределенного диспенсером, при размещении тампона на пробнике. Палец в примерах является по меньшей мере частично деформируемым, так что он деформируется во время захвата тампона, но надежно удерживает тампон. Размещение тампона, конечно, может быть достигнуто и без того, чтобы пользователь поднимал его вручную. Палец может быть выполнен для поддержки и/или предотвращения перемещения конструкции тампона во время отбора проб. Например, при протирании изделия палец может предотвращать деформацию держателя тампона. Палец может удерживаться на месте с помощью гильзы, которая взаимодействует с корпусом 12 пробника за счет посадки с трением, резьбовым соединением, шаровым фиксатором или аналогичной закрепляющей конфигурацией. Палец может отстоять на некоторое расстояние от держателя 16 тампона 16, так что во время введения пробы он не находится в тепловом контакте.
[57] Все еще со ссылкой на Фиг. 3D, в пробнике может быть предусмотрена прокладка 50. В вариантах выполнения прокладка 50 является деформируемой прокладкой, такой как выполненной из полужесткого материала типа резины, или она может быть выполнена из пластмассы. Прокладка может быть установлена для содействия креплению держателя 16 тампона к корпусу 12 пробника. Например, прокладка используется для захвата держателя тампона и конца зажимов, использующихся для крепления держателя тампона к корпусу 12 пробника. Таким образом, зажимы могут быть закреплены, например, с помощью соответствующих винтов, а не закрепленные концы зажимов и держателя тампона, как правило, прикреплены к прокладке. Прокладка может также служить и другим целям, например, она может совмещать втулку с корпусом пробника. Прокладка может обеспечивать легкий изгиб незакрепленного конца втулки в процессе отбора проб, ограничивая слишком большое отклонение тампона и/или держателя тампона. Прокладка может также содействовать размещению тампона на держателе тампона. Прокладка, в вариантах выполнения, может иметь цилиндрическую форму или форму усеченного конуса, которая способствует захвату тампона и/или закрепления его во время использования.
[58] Фиг. 4 иллюстрирует способ 400 обнаружения представляющего интерес вещества. Способ может включать этап 401 протирания, на котором изделие протирают, чтобы отобрать пробу. Тампон может удерживаться на пробнике, который может содержать держатель тампона. Держатель тампона может быть выполнен с возможностью поддерживания тампона так, что он термически изолирован от пробника.
[59] Тампон затем может быть направлен 403 к детектору. Направление тампона к детектору может включать присоединения пробника к детектору, например, путем вставления пробника в детектор.
[60] В вариантах выполнения способ включает термическую десорбцию 405, во время которой пробу термически десорбируют из тампона путем нагревания тампона. Этап термической десорбции может включать этап термической изоляции, во время которого тампон термически изолируют от детектора и/или от пробника. Способ может дополнительно включать этап 407 обнаружения, на котором представляющие интерес вещества могут быть обнаружены в термически десорбированной пробе.
[61] На Фиг. 5 проиллюстрирован пример, на котором нагреватель 613 показан установленным в детекторе 620. Как показано на Фиг. 5, нагреватель 613 расположен на основании 616. Детектор 620 может дополнительно содержать приемник 61 пробы для приема предназначенной для тестирования пробы 63. Приемник 61 пробы может быть расположен рядом с впускным отверстием 26 в анализатор 30. Нагреватель 613 может быть выполнен для нагревания пробы 63 в приемнике 61 пробы, чтобы термически десорбировать вещества из пробы, и чтобы направить их к впускному отверстию 26 для анализа анализатором. Нагреватель 613 может быть выполнен с возможностью термической изоляции от основания 616 путем разнесения нагревателя 613 и основания 616 друг от друга.
[62] В процессе работы тампон, содержащий пробу 63, может быть заключен в приемник 61 пробы. Источник 32 электроэнергии может подавать питание на нагреватель 613 для термической десорбции пробы. Анализатор 30 может анализировать термически десорбированную пробу, как описано выше со ссылкой на Фиг. 1, 2 и 3.
[63] Нагреватель 613 может содержать слоистую конструкцию, например, как описано выше со ссылкой на держатель 16 тампона, проиллюстрированный на Фиг. 1, 2 и 3.
[64] В настоящем описании термин «термическая десорбция» (и «термически десорбировать») включает нагревание для содействия диспергированию твердых веществ и/или жидкостей, например, путем диспергирования их в дисперсию из пара, газа или частиц. Примеры термической десорбции включают выпаривание, испарение, возгонку и сублимацию.
[65] Были рассмотрены некоторые аналитические методы. Тем не менее, настоящее изобретение имеет более широкую применимость. Пробы могут быть проанализированы с помощью анализатора 30, выполненного с возможностью обнаружения представляющих интерес веществ с использованием любого аналитического метода, в том числе методов спектрометрии, таких как спектрометрия подвижности ионов, IMS, масс-спектрометрия времени пролета, TOFMS, и дифференциальная спектрометрия подвижности ионов, DMS, и гибридные методы спектрометрии подвижности ионов/масс-спектрометрии и/или комбинации таких методов.
[66] Как будет понятно из вышеприведенного описания, некоторое количество признаков пробника, детектора и нагревателя могут быть использованы в комбинации. Многие из этих функций могут быть отделены и полезны в применении по отдельности, и это подразумевается в описании. Следующие пронумерованные варианты выполнения обеспечивают примеры комбинаций этих признаков. Эти комбинации приведены исключительно в качестве примера, поскольку возможны и другие комбинации.
[67] В первом варианте выполнения держатель тампона, содержащий нагреватель, обеспечивает изолирующий промежуток от пробника и выполнен подвижным и упругим.
[68] Во втором варианте выполнения устройство термической десорбции выполнено так, что присоединение пробника к детектору обеспечивает держателю тампона возможность направления термически десорбированной пробы в анализатор. Второй вариант выполнения может содержать признаки первого варианта выполнения.
[69] В соответствии с третьим иллюстративным вариантом выполнения пробник содержит зацепляющий элемент, выполненный с возможностью присоединения пробника к детектору. Третий вариант выполнения может содержать признаки первого и/или второго варианта выполнения.
[70] В четвертом варианте выполнения детектор содержит фитинг пробника, выполненный так, что соединение зацепляющего элемента с детектором обеспечивает подачу электроэнергии на нагреватель. Четвертый вариант выполнения может содержать признаки одного или нескольких из первого, второго и третьего варианта выполнения.
[71] В соответствии с пятым вариантом выполнения детектор выполнен так, что соединение пробника с детектором вызывает подачу электрической энергии к нагревателю. Пятый вариант выполнения может содержать признаки одного или нескольких из первого-четвертого вариантов выполнения. В шестом иллюстративном варианте выполнения контроллер выполнен с возможностью управления нагревателем в зависимости от температуры держателя тампона. Шестой вариант выполнения может содержать признаки одного или нескольких из первого-пятого вариантов выполнения.
[72] Как было четко продемонстрировано, приведенные выше примеры предназначены исключительно для иллюстрации принципов изобретения и не должны рассматриваться как ограничивающие. Примеры изобретения включают наборы частей, содержащих один или несколько элементов любого устройства, описанного со ссылкой на Фиг. 1, 2, 3 или 5. Например, в одном аспекте предложен набор частей для пробника для термической десорбции, содержащий: корпус пробника, и держатель тампона, содержащий слоистую полосу, выполненную с возможностью соединения с корпусом пробника так, что часть держателя тампона отделена от корпуса пробника промежутком. Держатель тампона может содержать нагреватель. Набор может содержать несколько держателей тампона.
[73] Дополнительные примеры, приведенные в описании, определены в прилагаемой формуле изобретения.