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專利名稱：用于檢測化學(xué)或生物物質(zhì)的裝置及用于清潔該裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測化學(xué)或生物物質(zhì)的裝置，其具有分析儀器用于檢測這些 物質(zhì)并用于提供關(guān)于這些物質(zhì)定性或定量存在的信息。此外，本發(fā)明還涉及一種用于清潔 裝置和被包含在裝置中的分析儀器的方法。
背景技術(shù)：
這種檢測裝置被用于在機(jī)場、建筑物的安檢通道等處經(jīng)常設(shè)立的安檢門(SSP)。該 裝置主要用來檢測化學(xué)或生物物質(zhì)，并且尤其用于避免爆炸物的恐怖性襲擊。在這類門中， 人或物體暴露在一個或多個鼓風(fēng)機(jī)(air blasts)中，以便分離可能存在于衣服或表面上的 任何爆炸物顆粒，并將爆炸物顆粒傳遞到通常被構(gòu)造為離子遷移譜儀(IMS)的檢測器中。 在檢測器處，這些顆粒會轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)碎片_尤其是氧化氮(N0X)，通過它們可以識別爆炸物。在實(shí)際操作中，上述系統(tǒng)有高誤報率，從而因?qū)е碌难舆t而引起問題，尤其在乘客 的安檢過程中。在這些裝置的操作中，檢測器被暴露于許多不同氣味的物質(zhì)中，這些物質(zhì)有 在該類門的內(nèi)表面上積累的傾向，其中它們可轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭壩镔|(zhì)，從而在很多不利情況下妨 礙了爆炸物痕量的可靠檢測。通過檢測，顯示出薄的水層是通過周圍濕度在門的內(nèi)表面處吸附以及通過分析儀 器內(nèi)的自身吸附所形成的。此水層，反過來可以相對快速地吸附和聚集電離解的蒸氣，這些 蒸氣隨后又很緩慢地再次釋放到周圍環(huán)境中。在該解吸過程中，在分析儀器中可能形成尤 其是氣態(tài)no2和/或固體硝酸銨的背景。兩種痕量物質(zhì)都可以負(fù)面地影響檢測爆炸物的能 力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的裝置用于化學(xué)或生物物質(zhì)的檢測，以致于可以 減少或避免用于檢測化學(xué)生物物質(zhì)的檢測器的失真。該目的和其他目的以及優(yōu)點(diǎn)可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置來實(shí)現(xiàn)，其中，除 了檢測儀器外，檢測裝置還包括污染傳感器，其被構(gòu)造為用于測定檢測器和/或裝置的污 染度。更特別地，本發(fā)明是基于提供一種在裝置內(nèi)部的傳感器的想法，此傳感器可測定表 面以及特別是分析儀器的污染度。因此，污染傳感器提供信號，通過此信號可確定清潔裝置 (特別是分析儀器)的需要。因此可以減少錯誤的報警，從而可以確定最佳的清潔周期，以 便清潔只是在需要的時候進(jìn)行。此外，不存在測定結(jié)果的進(jìn)一步失真，以致于傳感器在清潔 后還可重復(fù)使用。由于水溶性氣體吸附在裝置或門的殼體上造成的分析儀器的污染可以及 早地被檢測到。因此，分析儀器所需的清潔被及早地顯示出來。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在裝置和分析儀器內(nèi)部的吸附水層的污染狀況分別通過 污染傳感器檢測，并且產(chǎn)生的問題在解釋分析結(jié)果期間被說明。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一旦污染傳感器的輸出信號超過閾值，裝置和分析儀器 的內(nèi)表面的清潔過程就分別被啟動。
在下文中，根據(jù)本發(fā)明的污染傳感器的功能將被詳細(xì)的描述，該污染傳感器設(shè)置 在用于檢測化學(xué)或生物物質(zhì)的裝置內(nèi)部。這種類型的傳感器由比如具有氫化表面的金剛石 晶體組成。一般地，未摻雜的金剛石晶體是絕緣體。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有氫化表面的未摻雜的 金剛石有P型的表面電導(dǎo)率，這取決于薄的吸附水層的存在。水層的厚度估計大約是lnm。 人們發(fā)現(xiàn)表面電導(dǎo)率的數(shù)值是吸附水層pH值的函數(shù)。反過來，后者(吸附水層pH值)受周 圍氣體環(huán)境中存在的電離解氣體或蒸氣的影響。因?yàn)榭諝鉂穸纫话隳芪皆谌魏伪砻嫔希?人們發(fā)現(xiàn)水層中的離解過程可以在任何表面上進(jìn)行，包括特別是安檢門的表面以及同樣地 在分析儀器和測定裝置的內(nèi)部；但沒有導(dǎo)致同時可測定的效果。吸附水層的存儲容量可以通過將HD (氫化金剛石)傳感器暴露于不同的酸性和堿 性蒸氣中來檢測。在該情況下，傳感器的反應(yīng)在兩次連續(xù)地暴露于HNO3蒸氣和NH40H蒸氣中 時發(fā)生。在前一種情況(暴露于HN03蒸氣)下，N02蒸氣(亦即活性氣體)在該酸中生成， 其以燃燒氣體的形式以不同的濃度存在于各個地方。NH3蒸氣在后一種情況(暴露于NH4OH 蒸氣中)下生成。NH3可作為農(nóng)業(yè)排放的結(jié)果存在于周圍空氣中。此外，NH3與大量存在于 許多氣味物質(zhì)中的胺類是化學(xué)相關(guān)的。在該情況下，人們發(fā)現(xiàn)含酸和含堿的蒸氣對HD傳感器的電導(dǎo)率有較強(qiáng)的負(fù)面作 用。還發(fā)現(xiàn)這些蒸氣的污染物在吸附水層中的吸附非常快速地發(fā)生。在該情況下，傳感器 信號的回復(fù)非常緩慢地進(jìn)行，這可以通過回落到接近中性點(diǎn)(ph = 7)的信號來識別。結(jié)束暴露之后的緩慢衰減可以通過溶解過程中伴隨的NCV離子的水合作用(水合 作用=圍繞no3-中心離子形成排列的水偶極的配位層)來解釋。該水合作用使得被吸附的 NO2的再蒸發(fā)變得很困難。就門的表面來說，這意味著，以低濃度存在于環(huán)境中的NO2在吸 附在表面上的水層中積累，并在將來的較長時間內(nèi)可再次釋放出來。因此，相似的考慮同樣 適用于NH3暴露的情況。尤其是，NH3的吸附再次非常快速地發(fā)生，并且相反地，其釋放非常 緩慢地發(fā)生。在NH3暴露后傳感器電阻再次接近傳感器基礎(chǔ)電阻(base resistance)這個 事實(shí)說明了中和效果。使用其他物質(zhì)的進(jìn)一步研究顯示會發(fā)生作為物質(zhì)的函數(shù)的不同強(qiáng)度的反應(yīng)。總的 來說，研究表明，在爆炸物檢測中存在no2的情況中和在胺類氣味物質(zhì)的情況中，特別強(qiáng)的 反應(yīng)將是可預(yù)期的。不同強(qiáng)度的反應(yīng)可以通過如下三個參數(shù)的可變性來解釋各種液體的 蒸氣壓、蒸氣在傳感器表面上的液體電解液中的溶解度以及在被吸附的水層中發(fā)生電離解 的容易度。在下文中，表1顯示了蒸氣壓、溶解度和不同蒸氣在水中的離解能力。表1 蒸氣壓、溶解度和不同蒸氣在水中的離解能力 傳感器優(yōu)選有具有水膜的半導(dǎo)體表面，水膜的pH值是可測定的，并且這些物質(zhì)是 可以離解在水膜中的。水膜的PH值可以通過離解而改變，在該情況中，產(chǎn)生向半導(dǎo)體內(nèi)的 電荷轉(zhuǎn)移，以致傳感器被構(gòu)造為PH傳感器并被用作閾值傳感器。該裝置具有轉(zhuǎn)換器，其被 構(gòu)造用于測定半導(dǎo)體中的電荷轉(zhuǎn)移。這種轉(zhuǎn)換器也被稱作變流器(converter)，其獨(dú)立于接 收信號的物理量提供電壓，該電壓與測定量有已知的或可確定的相關(guān)性，使得信號可被進(jìn) 一步處理。在目前的情況中，轉(zhuǎn)換器被構(gòu)造以允許向半導(dǎo)體內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移的測定，使得電荷 轉(zhuǎn)移的改變通過變流器(轉(zhuǎn)換器)測定。因此，測定裝置或門的污染可從傳感器上讀出或 從連接的讀出裝置上讀出。根據(jù)本發(fā)明的檢測器和/或傳感器優(yōu)選構(gòu)造為HD傳感器，并有金剛石晶體，該金 剛石晶體有具有表面電導(dǎo)率的氫化表面。該裝置可被構(gòu)造為比如安全門或門的組成部分， 用于檢測人和/或物體上的物質(zhì)。特別地，這種裝置適用于裝備機(jī)場或與安全相關(guān)的建筑 物上的安全門，以便檢查出攜帶化學(xué)或生物物質(zhì)的人。本發(fā)明還提供一種清潔化學(xué)或生物物質(zhì)檢測裝置及被包含在其中的分析儀器的 方法。根據(jù)本發(fā)明，需要清潔裝置(和被包含在其中的分析儀器)的時間點(diǎn)通過利用污染 傳感器的測定來檢測，并作為信息被提供。用于檢測時間點(diǎn)的測定是通過PH值的改變進(jìn)行 的。當(dāng)分析儀器或裝置的污染達(dá)到清潔所需的值時，通過污染傳感器提供的信息，清潔的時 間點(diǎn)以及清潔周期的時間段可能是成比例的。因此能排除錯誤報警的出現(xiàn)，因?yàn)楫?dāng)使用如 本發(fā)明所述的方法時，可能引發(fā)錯誤報警的污染度將不再會達(dá)到。因此，在下文中，描述了 一些用于清潔表面的方法，用于減少或防止分析儀器以及門或裝置上的干擾物質(zhì)。一種清潔方法利用了表面水分的熱蒸發(fā)，該熱蒸發(fā)也可以是熱加速的，從而將溶 解物質(zhì)驅(qū)出被吸附的水層。已知表面水分在大約200°C的溫度下定量地蒸發(fā)。因此，傳感器 或檢測器的溫度被設(shè)置為150°C，優(yōu)選為175°C的溫度以及特別優(yōu)選為大約200°C的溫度， 以便引起各個表面上的水層的可靠蒸發(fā)。另一種用于清潔相應(yīng)表面的方法通過在表面上使用氧化劑，比如電學(xué)生成的臭氧 或計量添加的過氧化氫(H2O2)來實(shí)現(xiàn)。例如，氫化金剛石的電阻可以通過300ppb的臭氧的多重作用被降低到中性值。另一種清潔傳感器表面的方法，包括用紫外線照射有水膜的半導(dǎo)體表面。在該情 況下，會產(chǎn)生光催化作用，導(dǎo)致被吸附的化學(xué)污染物的加速減少。裝置和分析儀器的內(nèi)表面的光催化清潔可以分別通過使用二氧化鈦納米晶粉末
來完成。 上述清潔方法的必需性在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以通過以下試驗(yàn)來證明在連續(xù)進(jìn)行 的HNO3和NH3暴露的離解后，可觀察到傳感器基線的快速回歸。該補(bǔ)償效應(yīng)可以通過根據(jù) 下式的鹽化合物的形成和沉淀來達(dá)到Ν03-+ΝΗ4+—硝酸銨。然而硝酸銨本身是爆炸物。因此，沉淀顆粒的收集和檢測可以輕易地導(dǎo)致錯誤報 警。為了防止直接干擾物的產(chǎn)生，在每次相對傳感器基線的中性點(diǎn)(PH = 7)的可測定的偏 離后，應(yīng)當(dāng)對安檢門處的吸附層進(jìn)行光催化清潔。在后面的這種情況下，根據(jù)反應(yīng)方程式 Ν03_+ΝΗ4+ — N2+2H20+1/202的真實(shí)清潔可用作基礎(chǔ)。通過用于清潔檢測器表面和用于減少 和防止表面上的干擾物質(zhì)的上述方法，可以開發(fā)一種自清潔系統(tǒng)，以便當(dāng)用于檢測污染的 傳感器提供用于清潔的信息時，可以使用上述清潔方法中的至少一種來清潔傳感器表面。本發(fā)明的其他的目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎的特征從下述結(jié)合附圖的本發(fā)明的詳細(xì)說明而 變得顯而易見。


此單圖是本發(fā)明的一個實(shí)施方式的示意圖。
具體實(shí)施例方式此圖顯示用于化學(xué)或生物物質(zhì)的檢測的裝置1，其主體上被構(gòu)造為長方形的門。被 描述的優(yōu)選實(shí)施方式也被稱為“安檢門(SSP)，，或安全門，并被用于人和/或物體上化學(xué)或 生物物質(zhì)的檢測。該物質(zhì)的檢測通過分析儀器2進(jìn)行，在本情況中，分析儀器2是離子遷移譜儀 (IMS)，并且圖示為長方形方框，在裝置1的右下方。此外，污染傳感器3設(shè)置在裝置1上，在圖中設(shè)置在裝置1的側(cè)面上并略高于分析 儀器2。在本實(shí)施方式中，污染傳感器3是有金剛石晶體的HD傳感器，該金剛石晶體有具 有表面電導(dǎo)率的氫化表面。在該情況中，傳感器表面指的是裝置1的內(nèi)表面。污染傳感器 3的半導(dǎo)體表面有水膜5，水膜的pH值可以通過污染傳感器3進(jìn)行測定。一旦污染傳感器3檢測出自然地存在于裝置1和分析儀器2內(nèi)表面的水層或水膜 5含有可能損害分析儀器功能的物質(zhì)，污染傳感器3將引發(fā)裝置1中的被概括為噴霧或輻 射的清潔裝置4，和/或分析儀器2中的清潔裝置6。在成功的清潔后，裝置1和分析儀器 2回歸到它們的初始狀態(tài)，然后可以再次被充分地應(yīng)用于檢測有害物質(zhì)。在本實(shí)施方式中，其中通過將氧化鈦(TiO2)納米晶粉末涂覆于用于化學(xué)或生物物 質(zhì)的檢測的裝置1的內(nèi)表面以及分析儀器2的內(nèi)表面，使裝置1中的清潔裝置4和分析儀 器2中的清潔裝置6含有光催化劑。此外，提供了使用電學(xué)生成的臭氧的處理，這導(dǎo)致干擾 物質(zhì)的氧化轉(zhuǎn)化。此外，提供了計量添加的H2O2，這也導(dǎo)致干擾物質(zhì)的氧化轉(zhuǎn)化。
上述公開被闡明，僅是用來說明本發(fā)明，而不是用于限制本發(fā)明。由于結(jié)合本發(fā)明 的精神和內(nèi)容對被公開的實(shí)施方式進(jìn)行的各種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是容易想到的，故本發(fā)明應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為包括了在附加權(quán)利要求及其等效物的范圍內(nèi)的所有事物。
權(quán)利要求
一種用于檢測化學(xué)或生物物質(zhì)的裝置，所述裝置包括分析儀器，用于檢測所述物質(zhì)并提供關(guān)于所述物質(zhì)定性或定量存在的信息；以及污染傳感器，用于測定所述分析儀器或所述裝置的污染度。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述污染傳感器有具有水膜的半導(dǎo)體表面； 所述水膜的PH值是可測定的；以及所述物質(zhì)可離解到所述水膜中。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述水膜的pH值因所述離解而改變；以及 向半導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移，使得污染傳感器形成PH傳感器，其作為閾值傳感器運(yùn)作。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述裝置進(jìn)一步包括轉(zhuǎn)換器，用于測定向半 導(dǎo)體內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述污染傳感器是HD傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述污染傳感器具有金剛石晶體，所述金剛 石晶體有具有表面電導(dǎo)率的氫化表面。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于檢測人和/或物體上的物 質(zhì)的安全門。
8.一種清潔用于檢測化學(xué)或生物試劑的分析儀器的方法，所述分析儀器具有測定分析 儀器污染度的污染傳感器，其特征在于借由污染傳感器的測定來檢測有必要清潔分析儀 器和/或裝置的時間點(diǎn)，并將其作為信息提供；而檢測時間點(diǎn)的測定是通過PH值的改變進(jìn) 行的。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述清潔通過水膜的熱解吸進(jìn)行。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述清潔通過表面再生進(jìn)行；并且包括電 生成臭氧和計量添加的H2O2中的至少一種的氧化劑被用于表面再生。
11.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述清潔通過使用紫外線照射具有水膜的 半導(dǎo)體表面來進(jìn)行。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述裝置的內(nèi)表面涂有TiO2納米晶；所述 裝置和/或分析儀器的內(nèi)表面的清潔通過光催化氧化進(jìn)行。
全文摘要
一種用于檢測化學(xué)或生物物質(zhì)的裝置(1)，包括用于檢測這些物質(zhì)并用于提供關(guān)于這些物質(zhì)定性和定量存在的信息的分析儀器(2)，以及用于測定分析儀器(2)和/或此裝置(1)污染度的污染傳感器。
文檔編號G01N27/64GK101842721SQ200880111845
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者安德烈亞斯·赫爾維希, 格哈特·米勒, 約翰·戈貝爾 申請人:歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)德國有限責(zé)任公司