[发明专利]粒子迁移率分析器

说明书

技术领域

本发明涉及粒子迁移率分析器，包括第一电极和第二电极，所述电极中的一个接地并且所述电极中的另一个可连接到电压源，该分析器还包括气溶胶入口以及鞘(sheath)流动入口和鞘流动出口，以及具有粒子样品入口和粒子样品出口的至少一个粒子样品流动通道。

背景技术

这种粒子迁移率分析器例如由Panich Intra和Nakorn Tippayawong在Songklanakarin Journal of Science and Technology 30(2)，243-256，March-April 2008中发表的评论文章“An overview of differential mobility analyzers for size classification of nanometer-sized aerosol particles”公开。根据该文章，微分迁移率分析器(DMA)是用于分类和测量直径在1nm至1μm之间的纳米大小的气溶胶粒子的最常见使用的设备之一，微分迁移率分析器基于粒子的电迁移率。在该文章中，公开已知DMA的几种设计。

典型的DMA本质上包括两个同心金属电极，内电极维持在典型地从1V至10kV范围变化的受控的负电压或者正电压，而外电极电接地。这在两个电极之间的环形空间中产生电场。带电气溶胶的层状流和无粒子鞘空气的层状流在DMA的一端引入，并且沿着电极之间的环形空间向下流动。气溶胶围绕鞘空气的内核，并且两个流动沿着环形经过，而没有两个层状流的混合。

电极之间的电场使得带电粒子被吸引通过鞘空气到达带电的集电极。所收集的粒子到达集电极的位置取决于粒子电迁移率、气溶胶流动速率以及DMA几何结构。所收集的粒子的电迁移率是DMA的尺寸、所施加的电压以及气溶胶流动速率的函数。

具有高的电迁移率的粒子在集电极的上游区域中收集。具有低的电迁移率的粒子在集电极的下游区域中收集。狭窄范围的电迁移率内的粒子通过位于集电极的下游区域中的小缝(粒子样品入口)退出电极之间的环形空间。这些粒子通过粒子样品流动通道转移到粒子样品出口，以便到达进一步位于下游的粒子计数器来确定粒子数浓度。剩余的粒子随着过量空气流动而耗尽。粒子大小分布可以通过改变DMA的两个电极之间的差分电压来确定。

所述评论文章讨论几种微分迁移率分析器，全部是所谓管型，其中每种设计包括具有几厘米厚度的通常不锈钢的中心柱或电极，以及由钢或者铝制成并且也具有几厘米厚度的外部底盘。

从由Shou-Hua Zhang等人在Aerosol Science and Technology 23:357–372(1995)中发表的文章“Radial Differential Mobility Analyzer”中，已知微分迁移率分析器的所谓径向设计，这据说特别适用于测量超细气溶胶粒子。

在使用形成设计的电极的两个盘实施的该径向设计中，无粒子鞘空气流切线地进入盘之间的圆形通道，并且然后经过由多孔材料(例如，聚乙烯)制成的环，环均匀地分布鞘流动并且提供均匀的流动场。气溶胶流动也切线地引入到径向DMA的入口通道。

空气流动通过定位于外壳盘的中心的出口退出，并且通过与气溶胶入口相对的电极中的粒子流动入口提取分类的气溶胶。在该文章中公开的径向DMA由不锈钢、铝和塑料制成。作为外壳盘电极和内嵌盘电极的两个电极由不锈钢制成。

在使用中，外壳接地。分析区域中的电场吸引来自气溶胶层的带电粒子并且使得它们跨越鞘空气流朝向集电极(也就是内嵌电极)而迁移(当径向流动载着它们朝向仪器的中心时)。具有相对高的迁移率的粒子沉积在粒子样品入口的电极上游。具有相对低迁移率的那些则与过量的气溶胶流一起排出。狭窄范围的中间迁移率内的粒子可以到达粒子样品入口并且被提取。

文章还提及同样已经报导其他的微分迁移率分析器几何结构，尤其是平行板分析器。与微分迁移率分析器相对，它也称作累积迁移率分析器，它是基于平行圆盘之间的流动。

因此本发明涉及所有这种已知的微分或者累积迁移率分析器，所有已知的类型，诸如根据管状设计、径向设计和任何其他已知设计的类型。

虽然存在各种已知的设计，当然在如何可以制造或者构建迁移率分析器方面仍然存在内在的限制。这些限制部分地由于用于迁移率分析器所必需的材料，它们是固体金属。因为金属的必要的导电性质，这些金属是必需的。

发明内容

本发明的目标在于提供不局限于已知的形状和设计，并且特别在多功能性和可携带性方面带来优点的构造的迁移率分析器。