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用于移动环境测试和分析的系统和方法

阅读:672发布:2020-05-18

专利汇可以提供用于移动环境测试和分析的系统和方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本文描述了用于移动科学或测量平台的系统、装置和方法。在一个方面中,移动科学平台可以包括具有电 能源 的车辆和联接到 电能 源的测量装置,例如质谱仪。输入管线可以联接到测量装置和一个或多个样品收集器,例如,用于获得气体样品。在一些方面中,输入管线可以包括加热元件,该加热元件被构造成保持管线 温度 等于或高于所收集的样本的温度,以减少或防止在收集的样本中形成冷凝物。在一些方面中,移动科学平台可以依赖电 力 、丙烷、压缩 天然气 或其他类似 燃料 运行或切换以运行,以使得能够收集没有(或具有 水 平降低的)车辆引起的污染的气体样本。,下面是用于移动环境测试和分析的系统和方法专利的具体信息内容。

1.一种移动测量系统,其包括:
具有电能源的车辆;
联接到所述电能源的测量装置;
联接到所述测量装置的输入管线;和
联接到所述输入管线的样本收集器,其中,所述样本收集器获得在第一温度下的样本,并且其中所述输入管线包括加热元件,所述加热元件构造成保持管线温度等于或高于所述第一温度。
2.根据权利要求1所述的系统,其中,所述车辆包括推进源,并且其中所述推进源还包括内燃机
3.根据权利要求2所述的系统,其中,所述推进源能够使用气体燃料或柴油燃料中的至少一种来操作,并且其中所述推进源能够切换成使用丙烷或压缩天然气中的至少一种来操作。
4.根据权利要求3所述的系统,其中,所述系统包括切换装置,所述切换装置能够操作以基于所述测量装置是否正在从所述输入管线接收样本而将所述推进源的燃料源从汽油或柴油切换为丙烷或压缩天然气
5.根据权利要求1所述的系统,其,所述推进源包括冷却系统,并且其中所述输入管线联接到所述冷却系统。
6.根据权利要求5所述的系统,其中,所述输入管线包括样本管,并且其中所述加热元件包括两根加热管,每根加热管与所述样本管相邻,并且其中所述两根加热管联接到所述冷却系统。
7.根据权利要求1所述的系统,其还包括能够移除地联接到所述车辆的拖车,其中,所述拖车容纳所述电源的至少一部分。
8.根据权利要求7所述的系统,其中,所述车辆包括推进源,并且其中所述推进源能够使用气体燃料或柴油燃料中的至少一种运行,并且其中所述推进源能够切换为使用丙烷或者压缩天然气中的至少一种运行,并且其中,所述拖车容纳丙烷或压缩天然气。
9.根据权利要求1所述的系统,其中,所述电源包括电池阵列,所述电池阵列被构造成向所述测量装置提供至少12小时的连续操作电
10.一种利用移动平台收集用于测量的空气样本的方法,所述方法包括:
检测到能够移除地附接到移动平台的测量装置是否启动;
基于所述检测,将所述车辆的推进源切换为丙烷、压缩天然气或电的一种;
使用联接到所述测量装置的样本收集器获得空气样本;以及
分析所述样本并基于分析生成通知。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,获得所述空气样本还包括经由联接到所述测量装置的供应管线获得所述空气样本。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,获得所述空气样本还包括使用从所述车辆的推进源的冷却系统获得的液体冷却剂来维持所述供应管线中的所述空气样本的最低温度。
13.根据权利要求12所述的方法,其中,所述液体冷却剂在所述供应管线的空气样本管附近延伸。
14.根据权利要求11所述的方法,其中,获得所述空气样本还包括利用蒸气收集器获得所述空气样本,其中,所述蒸气收集器包括中空的第一管和第二管,每根管均具有穿孔,并且其中所述第一管至少部分地定位在所述第二管内,使得中空的所述第一管和第二管的穿孔不重叠。
15.一种便携式科学平台,其包括:
移动车辆;
联接到所述移动车辆的取样装置,其用于获取气体样本;
去冷凝装置,其用于去除所述气体样本中的冷凝物并输出处理过的样本;和用于分析所述处理过的样本的分析装置。
16.根据权利要求15所述的便携式科学平台,其中,所述移动车辆包括推进源,其中,所述推进源未污染所述气体样本。
16.根据权利要求15所述的便携式科学平台,其中,所述移动车辆能够从依赖污染的推进源运行切换到依赖非污染的推进源运行,以使得能够在车辆移动时获取无污染的气体样本。
17.根据权利要求15所述的便携式科学平台,其中,所述取样装置还包括两层过滤装置,其中,两层均具有穿孔,并且其中所述穿孔不重叠。
18.根据权利要求17所述的便携式科学平台,其中,所述两层均形成在公共端封闭的管。
19.根据权利要求15所述的便携式科学平台,其中,所述去冷凝装置包括供应管线,所述供应管线被加热到所获得的气体样本的环境温度或高于所述环境温度。
20.根据权利要求19所述的便携式科学平台,其中,所述加热元件包括与样本管线相邻的两条管线,其中所述两条管线运送来自车辆的加热/冷却系统的加热的冷却剂。
21.一种用于气体取样的辅助热交换系统,所述系统包括:
至少一个第一导管,其容纳在外壳中,其中所述至少一根第一导管能够移除地附接到车辆的加热/冷却系统;
用于输送气体样本的示踪导管,其中,所述示踪导管定位在所述第一导管附近并且对于至少一根第一导管的至少一部分长度容纳在所述外壳中,其中,所述示踪导管包括能够移除地附接到气体收集装置的第一端和能够移除地附接到测量装置的第二端;并且其中,所述第一导管构造成运送来自车辆的加热/冷却系统的加热的液体,以维持所述示踪导管中的气体样本的至少阈值温度,从而防止或减少所述示踪导管中冷凝物的形成。
22.根据权利要求21所述的系统,其中,所述至少一根第一导管包括第一导管和第二导管,所述第一导管和所述第二导管均与所述示踪导管平行地定位在所述外壳中。
23.根据权利要求22所述的系统,其中,所述第一导管和所述第二导管与所述示踪导管直接接触
24.根据权利要求21所述的系统,其中,所述至少一根第一导管由PFA、PEEK或PTFE制成。
25.根据权利要求21所述的系统,其中,所述示踪管由PFA、PEEK或PTFE制成。
26.根据权利要求23所述的系统,其中,所述第一导管、所述第二导管和所述示踪导管在耐吸收的纤维玻璃绝缘体中装入溶性氯化物中。
27.根据权利要求26所述的系统,其中,所述外壳包括非卤化热塑性聚酯并覆盖所述耐吸收性纤维玻璃绝缘体。
28.根据权利要求21所述的系统,其中,所述至少一根第一导管与车辆的加热/冷却系统的加热回路形成辅助环路。
29.根据权利要求28所述的系统,其中,所述至少一根第一导管能够移除地附接到:入口加热软管,其向所述车辆的加热器芯提供液体;和出口加热软管,其将液体提供回到所述车辆的加热/冷却系统。
30.根据权利要求28所述的系统,其中,所述至少一根第一导管能够移除地附接到所述加热/冷却系统的散热器软管和所述车辆的所述加热/冷却系统的冷却剂膨胀箱。
31.根据权利要求21所述的系统,其中,所述至少一根第一导管能够移除地附接到:入口加热软管,其向所述车辆的加热器芯提供液体;出口加热软管,其将液体提供回到所述车辆的加热/冷却系统。
32.根据权利要求21所述的系统,其中,所述至少一根第一导管能够移除地附接到所述加热/冷却系统的散热器软管和所述车辆的所述加热/冷却系统的冷却剂膨胀箱。
33.根据权利要求21所述的系统,其中,所述气体收集装置还包括两层过滤装置,其中两层均具有穿孔,并且其中所述穿孔不重叠。
34.根据权利要求43所述的系统,其中,所述两层均形成在公共端封闭的管。
35.根据权利要求21所述的系统,其中,所述阈值温度被设定为高于所述气体样本的环境温度。
36.根据权利要求21所述的系统,其还包括联接到所述至少一根第一导管的辅助,其中所述泵构造成使液体移动通过所述至少一根第一导管的延伸长度。
37.根据权利要求21所述的系统,其中,所述车辆包括移动科学平台。
38.一种用于气体取样的辅助热交换系统,所述系统包括:
第一导管和第二导管,其均容纳在外壳中,其中,所述第一导管和所述第二导管中的每一根均能够移除地附接到车辆的加热/冷却系统;
示踪导管,其具有第一长度并且用于输送气体样本,其中,所述示踪导管定位在所述第一导管和所述第二导管附近并且对于所述第一导管和所述第二导管的至少部分长度容纳在所述外壳中,其中,所述示踪导管包括能够移除地附接到气体收集装置的第一端和能够移除地附接到测量装置的第二端;并且
其中,所述第一导管和所述第二导管构造成运送来自所述车辆的所述加热/冷却系统的加热的液体,以在所述示踪导管的至少大部分长度中保持所述气体样本的至少阈值温度,以减少在所述示踪导管中形成冷凝物。
39.根据权利要求36所述的系统,其中,所述第一导管和所述第二导管与所述示踪导管直接接触。
40.根据权利要求36所述的系统,其中,所述一根第一导管和所述第二导管与所述车辆的所述加热/冷却系统的加热回路形成辅助环路。
41.一种用于收集原子元素和分子化合物以供蒸气取样的设备,所述设备包括:
外部蒸气收集器,其包括具有第一端和第二端的中空管,所述中空管在所述第一端附近形成多个穿孔,其中所述穿孔防止碎屑或环境污染物中的至少一种穿过所述穿孔,其中,所述外部蒸气收集器具有第一内径;和
内部蒸气收集器,其包括具有第一端和第二端的第二中空管,所述第二中空管形成靠近所述第二端的多个穿孔,所述第二端与所述外部蒸气收集器的所述第一端相对,其中,所述内部蒸气收集器的第一外径小于所述外部蒸气收集器的所述第一内径,使得所述内部蒸气收集器至少部分地定向在所述外部蒸气收集器的内部,并且
其中,所述内部蒸气收集器上的穿孔相对于所述外部蒸气收集器上的穿孔朝向所述第二端定位。
42.根据权利要求41所述的设备,其中,所述外部蒸气收集器形成鞍形件,所述鞍形件的外径大于所述外部蒸气收集器的外径。
43.根据权利要求41所述的设备,其中,所述外部蒸气收集器具有基于预期插入长度选择的长度。
44.根据权利要求42所述的设备,其中,所述外部蒸气收集器具有从所述鞍形件延伸的长度,所述长度基于预期的插入长度而选择。
45.根据权利要求41所述的设备,其还包括中空收集管连接器,所述中空收集管连接器联接到所述外部蒸气收集器或所述内部蒸气收集器中的至少一个,靠近所述外部蒸气收集器或所述内部蒸气收集器的所述第一端。
46.根据权利要求45所述的设备,其中,所述中空收集管连接器的外径选择为容纳待附接到测量装置的真空收集管。
47.根据权利要求41所述的设备,其中,所述外部蒸气收集器的穿孔具有各种尺寸或形状中的至少一种。
48.根据权利要求47所述的设备,其中,基于所述设备的预期用途来选择所述外部蒸气收集器的所述穿孔的尺寸或形状中的至少一个。
49.根据权利要求48所述的设备,其中,所述内部蒸气收集器的所述穿孔相对于所述外部蒸气收集器的所述穿孔尺寸较小。
50.根据权利要求41所述的设备,其中,所述外部蒸气收集器形成手柄
51.根据权利要求41所述的设备,其中,所述外部蒸气收集器和所述内部蒸气收集器由以下中的至少一种制成:PFA、PEEK、PTFE或钝化的不锈
52.一种气体样本收集设备,所述设备包括:
外管,其具有第一端和第二端,所述管形成靠近所述第一端的多个穿孔,其中所述穿孔防止碎屑或环境污染物中的至少一种穿过所述穿孔,其中所述外管具有第一内径;和内管,其具有第一端和第二端,所述内管形成靠近第二端的多个穿孔,所述第二端与所述外管的所述第一端相对,其中,所述内管的第一外径小于所述外管的所述第一内径,使得所述内管至少部分地定向在所述外管的内部。
53.根据权利要求52所述的设备,其中,所述内管上的穿孔相对于所述外管上的所述穿孔朝向所述第二端定位,使得所述内管上的所述穿孔不与所述外管上的所述穿孔重叠。
54.根据权利要求52所述的设备,其中,所述外部蒸气收集器形成鞍形件,所述鞍形件的外径大于所述外部蒸气收集器的所述外径。
55.根据权利要求53所述的设备,其中,所述外管具有基于预期插入长度选择的从所述鞍形件延伸的长度。
56.根据权利要求52所述的设备,其还包括连接器,所述连接器联接到所述外管或所述内管中的至少一根,靠近所述外管或所述内管的第一端。
57.根据权利要求56所述的设备,其中,所述连接器的外径选择为容纳待附接到测量装置的真空收集管。
58.根据权利要求50所述的设备,其中,所述外管的穿孔具有各种尺寸或形状中的至少一个,并且其中基于所述设备的预期用途来选择所述外管的穿孔的尺寸或形状中的至少一个。
59.一种用于收集原子元素和分子化合物以供蒸气取样的系统,该系统包括:
样本收集器,其包括:
外部蒸气收集器,其包括具有第一端和第二端的中空管,所述中空管在所述第一端附近形成多个穿孔,其中所述穿孔防止碎屑或环境污染物中的至少一种通过所述穿孔,其中,所述外部蒸气收集器具有第一内径;
内部蒸气收集器,其包括具有第一端和第二端的第二中空管,所述第二中空管形成靠近第二端的多个穿孔,所述第二端与所述外部蒸气收集器的所述第一端相对,其中,所述内部蒸气收集器具有第一外径,所述第一外径小于所述外部蒸气收集器的所述第一内径,使得所述内部蒸气收集器至少部分地定向在所述外部蒸气收集器内,其中,所述内部蒸气收集器上的穿孔相对于所述外部蒸气收集器上的穿孔朝向所述第二端定位;和中空收集管连接器,其联接到所述外部蒸气收集器或所述内部蒸气收集器中的至少一个,靠近所述外部蒸气收集器或所述内部蒸气收集器的第一端;和
输入管线,其能够移除地联接到所述中空收集管连接器,其中,所述输入管线包括加热元件,所述加热元件构造成保持管线温度等于或高于由所述样本收集器收集的样本的第一温度。
60.根据权利要求59所述的系统,其中,所述输入管线包括样本管,并且其中所述加热元件包括两根加热管,每根加热管与所述样本管相邻,并且其中所述两根加热管联接到冷却/加热系统。

说明书全文

用于移动环境测试和分析的系统和方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2016年12月22日提交的美国临时申请No.62/437,917的权益和优先权;该申请及其内容通过引用整体并入本文,如同在本文中完全阐述一样。

技术领域

[0003] 本公开涉及科学测量平台,并且更具体地涉及移动科学测量平台。本公开还涉及用于从收集的样本中去除冷凝物的系统和装置以及精确取样装置。

背景技术

[0004] 先前的移动科学测量平台是零碎的“Frankenstein”单元,没有集成“清洁”,连续、一致和冗余的动系统,更不用说提供或确保纯净的未污染样本收集的系统。这些平台已经受到取样管线中冷凝物以及冷凝物被引入所使用的质谱仪或其它科学设备中的困扰,冷凝物不仅有损采集的数据,还污染了取样管线。此外,以前的移动科学平台使用传统的化石燃料,如汽油和柴油,这进一步使数据收集和分析变得非常复杂。在取样管线和其他科学设备附近燃烧并收集这些化石燃料产生的燃烧产物会污染所收集的数据。此外,以前的平台需要现场由科学家博士进行持续操作、样本收集和数据解释。因此,可以对现有的移动科学测量平台进行改进。
[0005] 现有的空气取样方法受到将样本输送到测量设备的输送管线或示踪管中的非恒定温度或冷点的困扰,从而导致冷凝。输送管线或示踪管越长,形成冷凝物的机会就越多。冷凝可能污染示踪管的内部,这可能导致科学设备中人为升高的背景信号(或其他不准确性)。然后必须将这些冷凝物从取样系统中“烘出”以获得有效的测量结果,从而导致设备和测量停机时间。此外,当在示踪管中行进的冷凝物到达科学测量设备(例如质谱仪)时,可能导致昂贵的去污、示踪管更换和长的设备停机时间。因此,可以对用于科学测量和分析的空气和气体输送系统进行改进。
[0006] 先前的空气和气体取样方法受到样本管线或质谱仪或所使用的其他科学仪器中的样本污染、有机物、无机物和原子元素冷凝以及分析空气样本的各种质谱仪的错误使用的困扰。通常使用没有过滤器或其他筛选装置的样本管线。因此,可以改进空气和气体的收集。发明内容
[0007] 本公开涉及用于移动科学或测量平台的系统、装置和方法。在一个方面中,移动科学平台可以包括具有电能源的车辆和联接到电能源的测量装置,例如质谱仪。输入管线可以联接到测量装置和例如用于获得气体样本的一个或多个样本收集器。在一些方面中,输入管线可以包括加热元件,该加热元件被构造成保持管线温度等于或高于所收集的样本温度,以减少或防止在收集的样本中形成冷凝物。在一些方面中,移动科学平台可以依赖电力、丙烷、压缩天然气或其他类似燃料运行或切换成依赖电动、丙烷、压缩天然气或其他类似燃料运行,以使得能够收集没有(或平降低)车辆引起污染的气体样本。
[0008] 在一些方面中,车辆可包括推进源,例如内燃机。推进源可以使用气体燃料或柴油燃料或其他类似燃料中的至少一种来运行。在一些情况下,可以使用丙烷、压缩天然气、电力或其他减少排放的燃料或能源中的至少一种来切换推进源以进行操作。当移动科学平台用于在移动时获得气体样本以避免污染所获得的气体样本时,这可能特别有用。在一些示例中,平台可包括切换装置,该切换装置可操作以基于测量装置是否正在从输入管线接收样本而将推进源的燃料源从汽油或柴油切换为丙烷或压缩天然气或电。
[0009] 在一些方面中,车辆的推进源可包括冷却系统。在这种情况下,输入管线可以联接(例如,可移除地联接)到冷却系统。输入管线可以包括样本管,并且加热元件可以包括两根加热管,每根加热管均与样本管相邻。两根加热管可以可移除地联接到冷却系统,以从加热/冷却系统输送加热的冷却剂,以维持样本管中的样本的阈值温度。
[0010] 在一些示例中,移动平台可包括可移除地联接到车辆的拖车,其中拖车容纳电源的至少一部分。在一些情况下,车辆可以包括推进源,所述推进源可从依赖燃气或柴油燃料运行切换为依赖丙烷、压缩天然气、电力或其他减少排放的源运行。在这种情况下,拖车可以容纳丙烷或压缩天然气或另一种替代燃料。在一些示例中,电源可以包括电池阵列,该电池阵列被构造成向测量装置提供至少12小时的连续操作功率。
[0011] 一些方面可以包括利用移动平台收集用于测量的空气样本的方法。该方法可以包括检测到启动可移除地附接到移动平台的测量设备。基于该检测,车辆的推进源可以切换为丙烷、压缩天然气或电力之一。该方法还可以包括使用联接到测量装置的样本收集器获得空气样本,分析样本而且基于该分析生成通知。通过切换(或者可选地仅仅使用)替代燃料,可以获得用于测量的样本而同时又没有由源自车辆的排放物引起的污染。
[0012] 在一些情况中,获得空气样本还可包括经由联接到测量装置的供应管线获得空气样本。在一些情况下,获得空气样本可以包括使用从车辆推进源的冷却系统获得的液体冷却剂来维持供应管线中的空气样本的最低温度。在一些方面中,液体冷却剂可以邻近供应管线的空气样本管。在一些示例中,获得空气样本可包括利用蒸气收集器获得空气样本,其中蒸气收集器包括第一和第二中空管,每个中空管均具有穿孔,并且其中第一管至少部分地定位在第二管内部,使得第一和第二中空管的穿孔不重叠。
[0013] 在另一方面中,便携式科学平台可包括移动车辆、联接到移动车辆以采集气体样本的取样装置。平台可另外包括去冷凝装置,用于从气体样本中去除冷凝物并输出处理过的样本。平台还可以包括用于分析处理过的样本的分析装置。
[0014] 在一些方面中,移动车辆包括推进源,其例如在推进源启动时不污染气体样本。在一些情况下,移动车辆可以从依赖污染的推进源运行切换到非污染的推进源,以便能够在车辆移动时获取无污染的气体样本。
[0015] 在一些情况中,样本装置包括两层过滤装置,其中每层具有不重叠的穿孔。在一些方面中,两层各自形成在公共端封闭的管。在某些情况下,去冷凝装置包括供应管线,该供应管线被加热到例如等于或高于所取气体样本的环境温度,以防止或减少冷凝物对样本的污染。在一些情况下,加热元件包括与样本管线相邻的两条管线,其中两条管线运送来自车辆的加热/冷却系统的加热的冷却剂。
[0016] 本文还描述了用于科学取样的辅助热交换系统的系统、装置和方法。在一个方面中,热交换系统可包括容纳在外壳中的至少一根第一导管或处理管,其可移除地附接到车辆的加热/冷却系统。另一根导管,例如示踪管可以定位在第一导管附近并且针对第一导管的至少部分长度容纳在外壳中。示踪导管可包括可移除地附接到气体收集装置的第一端和可移除地附接到测量装置的第二端。第一导管可构造成从车辆的加热/冷却系统输送加热的液体,以维持示踪导管中的气体样本的至少阈值温度,以防止或减少示踪导管中冷凝物的形成。
[0017] 在一些情况下,热交换系统可包括两根导管或处理管,每根导管或处理管平行于示踪导管定位在外壳中。在一些情况下,第一导管和第二导管可以与示踪导管直接接触。在一些示例中,第一导管、第二导管和/或示踪导管可由PFA、PEEK或PTFE制成。在一些示例中,第一导管、第二导管和/或示踪导管可以装入耐吸收性纤维玻璃绝缘体中的水溶性氯化物中。外壳可包括覆盖耐吸收性纤维玻璃绝缘体的非卤化热塑性聚酯。
[0018] 在一些方面中,第一导管,并且在一些情况下第二导管与车辆的加热/冷却系统的加热回路形成辅助环路。在一个示例中,第一导管,并且在一些情况下第二导管可以可移除地附接到:入口加热软管,其将液体提供给车辆的加热器芯;以及出口加热软管,其使得液体返回到车辆的加热/冷却系统。在另一个示例中,第一导管并且在一些情况下第二导管可以可移除地附接到加热/冷却系统的散热器软管和车辆的加热/冷却系统的冷却剂膨胀箱。在一些情况下,辅助热交换系统可包括联接到至少一个第一导管的辅助,其中泵构造成使液体移动通过第一导管的延伸长度。
[0019] 在一些方面中,所述气体收集装置可包括两层过滤装置,其中所述两层均具有不重叠的穿孔。在一些情况下,两层均形成在公共端封闭的管。
[0020] 在一些方面中,阈值温度可以设定为大于气体样本的环境温度。在一些方面,车辆包括移动科学平台。
[0021] 本文还描述了用于蒸气或气体取样装置的系统、装置和方法。在一个方面中,所述收集器可包括具有第一和第二端的外部蒸气收集器或外管,其中中空管形成靠近第一端的多个穿孔。在一些示例中,穿孔可以防止碎屑或环境污染物通过穿孔。收集器还可包括具有第一端和第二端的内部蒸气收集器或内管,其中,中空管形成靠近第二端的多个穿孔,所述第二端与外管的第一端相对。内管可以至少部分地定位或固定在外管的内部。内管上的穿孔相对于外管上的穿孔可以朝向第二端定位,使得两根管的穿孔不重叠。在其他情况下,内管和外管可相对于彼此定位,使得每根管的穿孔部分或完全重叠。
[0022] 在一些方面中,外部蒸气收集器形成鞍形件,该鞍形件的外径大于外部蒸气收集器的外径。在一些情况下,外部蒸气收集器具有基于预期插入长度选择的长度。在一些情况下,外部蒸气收集器具有基于预期插入长度选择的从鞍形件延伸的长度。
[0023] 在一些方面中,取样装置还可包括中空收集管连接器,其联接到外部蒸气收集器或内部蒸气收集器中的至少一个,靠近外部蒸气收集器或内部蒸气收集器的第一端。在一些情况下,中空收集管连接器具有选定的外径,以容纳待附接到测量装置的真空收集管。
[0024] 在一些示例中,外部蒸气收集器的穿孔具有各种尺寸或形状中的至少一种。在一些情况下,可以基于装置的预期用途来选择外部蒸气收集器的穿孔的尺寸或形状中的至少一个。在一些情况下,内部蒸气收集器的穿孔相对于外部蒸气收集器的穿孔尺寸较小。
[0025] 在一些情况下,外部蒸气收集器可设计形成手柄。在一些示例中,外部蒸气收集器和内部蒸气收集器可以由以下的至少一种制成:PFA、PEEK、PTFE或钝化的不锈附图说明
[0026] 下文参考以下附图详细描述本公开的优选和替代实施例
[0027] 图1示出了在车辆中实施的移动科学平台的示例;
[0028] 图2示出了在车辆和拖车中实施的移动科学平台的示例;
[0029] 图3和4示出了在拖车或其他容器中实施的移动科学平台的示例;
[0030] 图5﹣7示出了可以由如图1﹣4所示的移动科学平台实施或结合移动科学平台实施的各种示例过程;
[0031] 图8示出了可以作为辅助热交换系统的一部分实施的示例供应管线;
[0032] 图9示出了内燃机的可以与辅助热交换系统联接的示例性冷却/加热系统。
[0033] 图10和11示出了示例性辅助热交换系统的各方面;
[0034] 图12和13示出了可以联接到一个或多个样本或蒸气收集器的示例性辅助热交换系统;
[0035] 图14示出了内燃机的可以与辅助热交换系统联接的另一个示例性冷却/加热系统;
[0036] 图15示出了另一个示例性辅助热交换系统,其可以联接到一个或多个样本或蒸气收集器;
[0037] 图16﹣18示出了示例性样本或蒸气收集器的透视图,其可以与移动科学平台和/或辅助热交换系统结合使用;
[0038] 图19示出了图16至图18的样本或蒸气收集器的一个示例性实施方式;并且[0039] 图20﹣25示出了使用图16至图18的样本或蒸气收集器获得的示例性取样结果。

具体实施方式

[0040] 本公开描述了移动科学平台、辅助热交换系统和蒸气或样本收集器的一个或多个实施例,所有这些实施例可以独立使用或以各种不同方式组合以解决现有系统存在的一个或多个问题。应理解的是,绝对术语(例如“必须”、“将”等)以及具体数量的使用应被解释为适用于一个或多个这样的实施例,但不一定适用所有这些实施例。这样,所描述的系统、装置和方法的实施例可以省略或包括对在这样的绝对术语的上下文中描述的一个或多个特征或功能的修改
[0041] 本公开的实施例可以利用许多通用或专用的计算系统环境或配置来操作。可适用于与本发明一起使用的众所周知的计算系统、环境和/或配置的示例包括但不限于个人计算机、服务器计算机、手持或膝上型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络PC、小型计算机、大型计算机,包括上述系统或装置中的任意一种的分布式计算环境,等等。
[0042] 可以在计算机可执行指令(例如程序模)的广义背景下描述本公开的实施例,所述程序模块能够由例如计算机和/或可以存储这种指令或模块的计算机可读介质执行。通常,程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。本公开还可以在分布式计算环境中实践,其中任务由通过通信网络链接的远程处理设备执行。在分布式计算环境中,程序模块可以位于包括存储器存储设备的本地和远程计算机存储介质中。
[0043] 本公开的实施例可以包括各种计算机可读介质或可以在各种计算机可读介质中实现。计算机可读介质可以是可由计算机访问的任何可用介质并且包括易失性和非易失性介质、可移除和不可移除介质。作为示例而非限制,计算机可读介质可包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据之类的信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD﹣ROM、数字通用盘(DVD)或其他光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁存储设备或任何其他可用于存储所需信息并可由计算机访问的介质。通信介质通常实施计算机可读指令、数据结构、程序模块或在诸如载波或其他传输机制等已调制数据信号中的其他数据并且包括任何信息传递介质。术语“已调制数据信号”表示这样的信号,所述信号以对信号中的信息进行编码的方式设置或改变其一个或多个特征。作为示例而非限制,通信介质包括诸如有线网络或直接有线连接的有线介质以及诸如声学、RF、红外和其他无线介质的无线介质。上述任何组合也应包括在计算机可读介质的范围内。
[0044] 根据一个或多个实施例,软件或计算机可执行指令与计算机可读介质的组合导致机器或设备的创建。类似地,根据一实施例,处理装置执行软件或计算机可执行指令会导致创建机器或设备,其可以与处理装置本身区分开。
[0045] 相应地,应理解的是,通过在其上存储软件或计算机可执行指令来变换计算机可读介质。同样,在执行软件或计算机可执行指令的过程中转换处理装置。另外,应当理解的是,在处理装置执行软件或计算机可执行指令期间或与之相关联地输入到处理装置的第一组数据被作为执行结果转换成第二组数据。该第二数据集随后可以被存储、显示,作为其结果或以其他方式涉及计算机可读介质的部分的物理改变。在上述每个示例中提到的这种转换也可以是例如在处理装置执行软件或计算机可执行指令期间与处理装置相关联的寄存器和/或计数器的状态的物理改变的结果或以其他方式涉及。
[0046] 如本文所用,“自动地”执行的处理可以意味着该处理是作为机器执行的指令的结果而实施的并且除了建立用户偏好之外不需要手动操作。
[0047] 移动科学平台
[0048] 参见图1﹣图4,示出了移动科学平台(可以称为“SciArk”或“SciLab”)的各种实施方式。SciArk是指在车辆中实施的移动科学平台,而SciLab是指在拖车、车辆或不包括推进装置的容器中实施的移动科学平台。在一些方面中,所描述的移动科学平台可以包括执行处理或方法的系统和/或装置,所述处理或方法用于测量空气、液体和固体中的原子元素和挥发性有机(和无机)化学物质(VOC)。在一个具体示例中,所描述的移动科学平台可以是替代燃料,EPA认证的可现场部署且零排放的太阳能力辅助移动科学平台,用于测量空气、液体和固体中的原子元素和挥发性有机(和无机)化学物质。
[0049] 所描述的移动科学平台在各个领域中具有应用,所述领域包括例如医学、制药、环境、能源、航空航天、毒品控制、汽车、爆炸物检测、地质、采矿/矿物/天然气/石油勘探、法医、农业、科学、研究和兽医应用的一般领域。
[0050] 所描述的移动科学平台或测量平台的商业应用包括但不限于用于以下应用的移动科学平台:环境测试、放射学监测、移动医学实验室、植物、动物和人类中病毒、细菌和感染性蛋白质的快速医学筛查、人类重金属暴露、人口贩运制止、香料和食品工业、生理健康测定、代谢紊乱、癌症检测、药物检测和功效研究、分析实验室程序、土壤污染、地质调查、大气测试、土壤测量、环境空气取样、空气质量测量和爆炸物识别。用途还包括研究设施、移动实验室、医生办公室、医院、兽医诊所、诊设施、外科中心、血库、临床实验室、医学和兽医学校、公共卫生部门、太平间以及代理机构,例如WHO、EPA、NOAA、NASA、CDC和NIH、FEMA、TSA、NTSB、DoD、FBI、ICE、DOJ、特警部队、防爆小组、CIA、NSA、DHS、DEA、消防局和警察局、和州/当地环境/公共卫生机构。合适的用途包括需要无论何时何地未经污染的未冷凝空气源(通过使用例如下面讨论的AHE和AMVC装置去除冷凝)用于空气、液体或固体中挥发性有机物(或无机物)化学物质和原子种类的测试、监测、诊断、分析或评估。
[0051] 所描述的移动科学平台使用环境污染最小乃至没有的集成动力系统(例如通过利用替代燃料选项)而使得分析实验室和科学研究室能够移动、现场可部署并且轻便。替代燃料选项的使用可有助于确保鲁棒、可重复和可验证的测量样本,而不存在环境污染或VOC或无机物的无关数据收集。另外,所描述的移动科学平台可允许无人看管的相当长的时间段(例如数天)的延长操作时间。
[0052] 以前的平台是零散的“Frankenstein”单元,其没有集成冗余动力系统,更不用说替代燃料选项或未受污染的空气样本。这些以前的平台受到未加热取样管线中冷凝物和将冷凝物引入质谱仪或其他使用的科学设备中的困扰,所述冷凝物不仅损害了采集的数据,还污染了取样管线。由于这些原因,如下文更全面描述的辅助热交换器(AHE)在例如与所描述的移动科学平台一起使用时可以克服这些问题中的一个或多个。此外,以前的移动科学平台使用传统的化石燃料,如汽油和柴油,这进一步使数据收集和分析变得非常复杂。在取样管线和其他科学设备附近燃烧并收集这些化石燃料的燃烧产物会污染所收集的数据。此外,以前的平台需要现场由科学家博士进行持续操作、样本采集和数据解释。在一些情况下,所描述的移动科学平台可以通过利用替代燃料和/或利用更长期的电力存储以更长时间无人值守地使用,从而解决现有系统的这些问题中的一个或多个。
[0053] 如所指出的那样,在一些方面中,所描述的移动科学平台是替代燃料车辆。在一个方面中,该平台可以集成到使用汽油运行的车辆中。在某些情况下,车辆可以被修改为也可以使用丙烷或压缩天然气(CNG)或其他源运行。在一个示例中,所描述的移动科学平台可以在驾驶室中手动切换以便使用不同的燃料运行。汽油是“最脏的”燃料,其产生数百种燃烧副产物,但它具有每单位燃料最高的能量含量。柴油不那么“脏”,但它会产生黑色微粒,这会堵塞和污染空气取样装置。它每单位燃料的能量含量也高,但比汽油低。丙烷更清洁,产生的颗粒很少。其每单位燃料的能量含量低于柴油或汽油。CNG是最清洁的化石燃料,其产生的颗粒物最少,但其每单位体积的能量含量是所有化石燃料中最少的。在一些示例中,可以实施一个或多个检测器以检测例如何时致动或接通测量设备和/或何时收集样本。在这样的检测时,车辆可以从使用汽油、柴油或其他“脏”燃料运行自动切换或转换成清洁能源,例如丙烷、CNG或其他源。
[0054] 在另一方面中,移动科学平台可以集成到电动车辆中。例如,可以使用具有一组重复电池的全电动车辆来运行车辆中的科学设备。在这种情况下,可以使用制动能量、交流发电机、太阳能面板和风力涡轮机对辅助电池充电。
[0055] 所描述的移动科学平台优选地使用汽油、丙烷、CNG或电力运行。在某些情况下,所描述的移动科学平台可以是零排放平台。
[0056] 图1示出了集成到车辆102中的移动科学平台100的示例。应当理解的是车辆102可以采用多种形式中的任何一种,包括多用途车辆、卡车(标准小卡车、平板卡车或商用卡车,例如半卡车等)、厢式货车(例如Ford Transit或其他类似的货车)、汽车等并且具有本文所述的任何各种特征。如上所述,车辆102可以使用多种推进机构中的任何一种,例如使用汽油、丙烷、CNG或电力或其组合运行。
[0057] 在一些情况下,平台100可以通过位于车辆侧面上的公插座或插头104(例如,2个120V/30A插座)连接到传统的岸电(例如120或240伏),以提供车辆102内部的科学设备的能量需求。优选地,岸电被路由到UL认可的工业控制面板106,其具有用于电路保护的断路器
一个或多个鲁棒的纯正弦波逆变器108、110可以连接到控制面板106。科学设备112,如质谱仪和气相色谱设备(或例如可能需要120V/20A电力的任何其他测量设备)可以插入到车辆
102内部或车辆102外部的正弦波逆变器108、110。纯正弦波功率是优选的,以防止损坏敏感的科学仪器和微电路。另外,作为替代电源,电池114,例如纯铅AGM深循环12伏电池串联布置(或还可以使用串联和并联的6伏电池阵列、或24伏和48伏电池的配置)并连接到正弦波逆变器108、110,从而在岸电不可用时为科学设备112提供恒定电力。在一些方面中,可以使用10个以上的AGM电池。作为附加方案或替代方案,使用各种类型的电池可代替AGM电池
114,如锂离子电池、镍﹣锰﹣钴化物阴极栅格电池(称为NMC电池)、或镍﹣钴﹣电池或镍镉电池或通过将引入石墨阳极而具有增强性能的任何电池、或具有增强瓦特容量和/或高安培小时额定值的串联、并联和/或串联和并联在一起的任何高性能电池,包括固态电池
在一些方面中,每个电池可以连接到断路器,以在需要时实现电池的热调换。
[0058] 在一些情况下,所描述的移动科学平台100可以被配置为在没有岸电(例如,任何外部电力)的情况下运行最少12小时,但是可以运行更长或更短的时间段,这取决于所使用的电池数量和类型以及移动平台中分析设备的电气需求。可以运行12小时的电源可以允许科学设备112在作业现场之间连续运行而不需要关闭科学设备,科学设备在初始启动时有时需要超过4小时,不包括校准设备的时间。在一个具体示例中,串联和并联布置的十(10)个六(6)伏电池的电池组可用于向逆变器提供12伏电力。每个电池可以是400安培/小时,从而为大多数科学仪器提供长达12小时以上的连续电力。
[0059] 在一些示例中,AGM电池充电由多个集成系统中的一个或多个维持。可以通过安装在车辆102顶部的一个或多个太阳能面板116来增强充电。太阳能面板116可以包括直接连接到电池阵列114的480或680瓦的四面板阵列(带有充电控制器118)。另外的便携式太阳能面板(带有充电控制器118)可以在车辆中携带并且定位在外面以向电池114提供额外的充电。在一个具体示例中,6个单晶太阳能面板,总共680瓦(29.5安培/小时)可与充电控制器一起使用。附加的独立太阳能面板可以菊链式连接到现有的面板,现有的面板可以永久地安装在移动科学平台的顶部和/或侧面。附加地或替代地,重型交流发电机118可以安装在车辆102中(带有充电控制器)并且每当车辆运行时连接到AGM电池114以进行额外充电。
[0060] 参考又一实施例,垂直风力涡轮机(未示出)可安装在车辆102上,以在移动平台100静止时为逆变器108、110的电池114充电。RAM空气涡轮机(RAT)(未示出)(如在飞机中用于在失去动力时向任务关键飞行系统提供备用动力)可以附加地或替代地安装到车辆102,用于在平台移动时为电池114充电。
[0061] 参照图2,示出了移动科学平台200的另一种实现方式。平台200可以包括车辆(例如车辆102)以及车辆102外部的拖车或部件202。在一些方面中,便携式正弦波逆变器204(例如,产生4500瓦特)也可用于在每当决定能量需求时提供岸电,所述便携式正弦波逆变器204已经被转换为使用汽油/丙烷/CNG运行。便携式逆变器204可以在车辆102内输送或者容纳在牵引拖车202中,该拖车202也可以具有丙烷的供应装置或CNG罐206、208。便携式逆变器204可以用光永久安装在移动平台的替代燃料中(车辆102或拖车202或其他隔间或容器中)的丙烷/CNG罐206、208,使得便携式逆变器204可以用光牵引拖车/容器中的罐。由便携式逆变器204产生的纯正弦波电被传输到移动平台上的岸电端口。
[0062] 在一些方面中,每当电池组中的电压达到11.0VDC时,来自移动科学平台的传感器可以连接到便携式逆变器(例如,距离货车25英尺),可以自动启动其发动机。一旦接合,便携式逆变器便为移动科学平台提供“岸电”。便携式逆变器的运行时间可以手动或自动调整和调节(例如,通过定时器、控制器等)。便携式逆变器可以在移动科学平台的背面当货物运载或者也可以在小型拖车中拖曳,该拖车也具有DOT认可的丙烷罐的燃料供应。
[0063] 所描述的移动科学平台100、200可以提供无限且通用的集成动力支持系统。它允许在静止模式下测量设备延长且无人值守的运行,以进行纯净空气取样。在移动操作中,使用丙烷/CNG的车辆102的推进允许“清洁”空气取样。取样优选地通过取样装置执行,例如一个或多个样本收集器或原子/分子蒸气收集器(AMVC),下文将更全面地讨论。当不进行空气取样时,可以使用汽油推进将车辆102运输进出作业现场。
[0064] 返回参照图1,根据一个实施例,12伏装置122、124、126的阵列附接到车辆102的顶部和/或内部,所述12伏装置122、124、126全部连接到低压控制面板128。在车辆的顶部可以附接GPS定位器122和气象站124以及风力涡轮机,气象站124测量温度、风速、风向、湿度、压力、露点等。车辆102内部可以有各种12伏装置或传感器(未示出)。取决于所研究的VOC或无机物,车辆102可以配备有放射性传感器、氨传感器、CO2传感器、甲烷传感器和氮气传感器等等。多个12伏辅助传感器中的所有或一些以及来自货车内科学仪器(如质谱仪、气体或液体色度计)的数据可与服务器或笔记本电脑集成,用于显示、解释和/或分析。可以存储从任何这些传感器获得的数据以供将来使用,用于触发自动警报系统或通过蓝牙或Wi﹣Fi热点传输,以便在远程实验室或客户中心进行实时分析。在一些方面中,从一个或多个传感器获得的数据可以被上传并且可以通过一个或多个服务器访问,例如通过登录凭证。
[0065] 在另一方面中,如图3所示,诸如控制面板106、电池114、太阳能面板116、充电控制器118、丙烷或CNG罐206、208的发电设备可以容纳在拖车中,例如拖车300。可以在测量设备后方拖曳拖车300并且该拖车300经由一个或多个便携式逆变器204连接到测量设备(例如,容纳在诸如车辆102的车辆中)。
[0066] 在一个方面中,如图4所示便携式拖车400可以配备丙烷/CNG罐206、208、UL工业控制面板106、纯正弦波逆变器或逆变器108、110、太阳能面板116、可选传感器(气象站、GPS、CO2等)122、124、126、风力涡轮机(未示出)以及串联和/或并联的AGM电池阵列114、本质上复制平台100,但没有主推进系统(即,发动机)。在该实施例中用于分析的科学设备可以容纳在靠近便携式拖车400但仍由便携式拖车400供电的建筑物内或者包括在拖车400本身中或者在牵引拖车400或位于拖车400附近的车辆中。在一些方面中,拖车400可以具有比车辆102更大的表面积,使得额外的单晶太阳能面板或风力涡轮机可以临时或永久地放置在拖车400上,以保持逆变器的电池充满电。通过增大拖车400的尺寸,可以允许在拖车400内安装和操作额外的科学仪器。
[0067] 应当理解的是,所描述的移动科学平台的上述实施方式仅作为示例给出。本文考虑了其他实施方式,诸如向另一个实施方式添加一个实施方式的特征或从另一个实施方式移除一个实施方式的特征,从实施方式中移除一些特征或者改变一个或多个特征的位置,例如从车辆到拖车,反之亦然。本文考虑了车辆和/或拖车的许多其他部件或特征,例如操作/安全操作所需的特征,但是为了简明起见,这里没有具体描述。
[0068] 如本文所讨论的那样,移动科学平台的特征可包括例如:汽车、卡车或卡车式车辆;集成电力支持;移动科学实验室平台;替代燃料选项;扩展范围和无人值守使用;静态模式无污染;在移动操作中污染可忽略不计;以及可能提供实时结果。在一些方面中,移动平台还可受益于使用辅助热交换器(AHE)装置或系统来消除空气样本的冷凝物污染和/或附接到AHE的一个或多个原子/分子蒸气收集器(AMVC),如下文详述。
[0069] 应当理解的是,任何类型的质谱仪(或其他科学或光谱装置)可以与移动科学平台一起使用,这取决于所研究的VOC、原子元素或无机物。质谱仪已知并且因此这里将不再详细讨论。例如,用于大有机分子的MALDI MS可用于检测癌症、寨卡病毒等,而PTRMS可用于药物/制药/兽医应用。另一个示例包括DART仪器,所述DART仪器是一种大气压离子源,其可在环境条件下在露天瞬间电离气体、液体和固体,用于香料工业、制药工业、食品和香料、法医学和健康。
[0070] 移动科学平台的独特应用的一个具体示例包括使用PTRMS技术。与Ionicon的TOF 6000一样,PTRMS可以极其精确地识别(实时)挥发性有机化学物质(VOC),即每千万亿的份数。在其他示例中,使用这种仪器可能有助于检测爆炸物、药物和人口贩运以及新生的呼吸研究领域。当安装在所描述的移动科学平台中时,PTRMS可以是移动的,而不是局限于实体分析实验室或学术研究实验室。此外,质谱仪具有连续的清洁电源,因此不需要对仪器进行电力循环,这可能需要4小时或更长时间;仪器总是“开启”。另外,在零排放(在不同示例中移动或静止)模式中,所描述的移动科学平台不会贡献任何可能污染空气样本的VOC。在移动操作中,移动科学平台使用丙烷或CNG运行时可能会产生可忽略不计的氢化合物排放,这非常适合在远距离上取样VOC。出于这些原因,在移动科学平台中使用PTRMS开辟了新的研究前景,正如其为其他设备制造商和研究人员所做的那样。
[0071] 图5﹣7示出了移动科学平台的操作的不同方面。
[0072] 图5示出了用于分析由移动科学平台的一个或多个传感器收集的数据的示例过程500。过程500可以整体地、部分地或结合上述移动科学平台的任何变型来执行。过程500仅作为示例给出,从而某些操作可以替代成其他操作或者不予执行。
[0073] 如图所示,过程500可以在操作502处开始,其中例如使用辅助热交换系统和/或原子/分子蒸气收集器对空气或气体进行取样,如下文进一步详细描述的那样。然后,在操作504和506处,可以通过传感器、一个或多个质谱仪或其他科学设备(例如气相色谱(GC)或气相色谱质谱仪(GC-MS))来分析取样的空气或气体。在操作504之后,可以在操作508处将传感器/质谱仪结果或数据可选地发送到数据记录器,并且继而在操作510处被发送到本地计算设备或者在操作512处经由各种通信链路(LTE、Wi﹣Fi、其他WLAN技术等)中的任何一种发送到场外。在数据被发送到计算设备的情况下,随后数据可以在操作512处从现场发送出(例如,在本地计算设备上保存数据的本地记录之后)和/或可以在操作514处进行本地存储,和/或可以在操作516中实时或接近实时地分析。如果在操作516处分析数据,则过程500可以进行到操作518,在操作518中算法可以用于识别正在研究的特定VOC、原子元素或无机物,这可以产生可在操作520处输出的结果,例如通过在本地计算设备上可视地显示(并且通常存储在计算设备的存储器中)。在一些方面中,当在操作506中使用其他科学设备来分析样本时,在操作518中可以分析由设备输出的结果或数据以识别VCO。来自操作518并且在一些情况下来自操作506的结果或输出数据随后可以在操作522中例如通过基于的服务、私人服务器等存储在中央位置,并且在操作524中例如通过安全登录凭证、通过本领域中众所周知的技术和系统访问。
[0074] 图6示出了用于验证用于移动科学平台的电源是否可操作的示例过程600。
[0075] 图7示出了用于移动科学平台的操作的示例过程700。
[0076] 辅助热交换器
[0077] 转到图8﹣15,示出了辅助热交换器(AHE)。所描述的辅助热交换器应用于环境、能源、医疗、制药、法医、毒品管制、爆炸物检测、食品、汽车、能源、科学和兽医应用的一般领域。
[0078] 所描述的辅助热交换器可包括用于消除空气(或任何气体或其组合)取样收集管和科学测量设备中的冷凝物污染的系统。所描述的辅助热交换系统使用来自内燃机(例如,汽油、柴油、蒸气、天然气、氢气或丙烷)中的加压封闭液体冷却剂系统以及产生废热的任何电动发动机的热交换。在一些方面中,所描述的辅助热交换器可以是被动、连续的,并且加热液体或气体可以在与收集的样本相同或相反的方向上流动。
[0079] 根据一个实施例,使用辅助补充(辅助)封闭式加压热交换软管被动地加热插入的入口管(也称为示踪管)或用于空气或气体取样的样本管线内部的空气,以消除由于冷凝造成的分析物损失。如图8所示,辅助热交换器可以利用电缆、软管束或供应管线800,其包括样本管802和一个或多个相邻的管804、806,管804、806用于承载温暖或热(或任何高于取样气体的温度,并且还可以在供应管线的整个或基本上整个持续时间内保持处于高于取样的气体的温度)的液体。电缆或供应管线800可以连接到任何热液体源乃至气体源。一个示例包括将供应管线800连接到内燃机的加热/冷却系统。
[0080] 下文描述供应管线或成束软管的一个具体实施例。应当理解的是,以下仅作为示例给出并且本文考虑了其他实施方式和设计细节。在一些方面中,跟踪蒸气的重成束软管800包含两根处理管804、806和一根示踪(取样)管802。在示踪管802中传送空气样本。液体冷却剂(或气态或其他物质冷却剂)从处理管804、806中的主冷却剂系统再循环。处理管
804、806可以由聚四氟乙烯(PFA)制成,而空气取样管802可以由超高纯聚四氟乙烯(PFA)或类似的非反应性材料,如PEEK或PTFE制成。在一些情况下,处理管804、806可以与示踪管802直接接触,从而促进最大热传递以帮助维持一致的较高处理温度。在一些方面中,所有三根管均可以被包在抵抗芯吸的抗吸收的纤维玻璃绝缘体中的水溶性氯化物(优选小于
100ppm)中。绝缘体可以覆盖在非卤化的热塑性聚氨酯中,例如外壳808。
[0081] 所描述的辅助热交换器的商业应用包括但不限于:环境测试、放射性监测、移动实验室(例如所描述的移动科学平台)、植物、动物和人类中的病毒、细菌和蛋白质感染的快速医学筛查、重金属暴露、香料和食品工业、人口贩运威慑、生理健康测定、代谢紊乱、癌症检测、药物检测和功效研究、分析实验室程序和爆炸物鉴定。其它用途包括研究设施、流动实验室、医生办公室、医院、兽医诊所、门诊设施、外科中心、血库、临床实验室、医学和兽医学校、公共卫生部门、太平间、以及诸如FBI、ICE、DOJ、特警部队、防爆小组、CIA、NSA、WHO、EPA、NOAA、NASA、CDC和NIH、FEMA、DoD、DHS、DEA、NTSB、消防和警察局以及州/地方环境/公共卫生机构和DEA。AHE非常适用于需要未受污染的未冷凝空气源来进行测试、监测、诊断、分析或评估的应用。
[0082] 所描述的辅助热交换系统可用于从空气、液体或固体样本中收集原子和分子蒸气,而不存在由样本管线和科学测量设备中的冷凝物引发的问题和污染。只要蒸气源与测量仪器之间存在空气温度下降,通常就会在空气取样管线中发生冷凝。环境空气样本的温度应低于科学设备(如质谱仪)中相同的测量样本。进入质谱仪的空气优选高于取样的环境空气。例如,在到达质谱仪之前,低于环境温度的任何温度下降都可能导致取样系统的壁或质谱仪或类似的测量设备产生关注化合物的丢失,并可能导致取样管线或质谱仪或类似的测量设备中产生冷凝物污染。此外,空气样本的较高的相对湿度和较高的气压也会导致取样管线和科学测量设备中出现冷凝。除了空气样本变成液体的问题之外,冷凝物更容易作为液体被吸收到取样管线上和取样管线中。对于研究人员而言这些问题混淆并污染了真实、可靠和可验证的数据收集测量结果,并通过所描述的辅助热交换器解决这些问题。
[0083] 空气取样的现有方法受到示踪管中的非恒定温度或冷点的困扰,因此导致冷凝。管越长,冷凝物形成的机会就越大。冷凝污染示踪管的内部,这导致科学设备中人为升高的背景信号。因而必须将这些冷凝物“烘出”取样系统,从而导致测量停机时间。此外,当在示踪管中行进的冷凝物到达科学测量设备(如质谱仪)时可能导致昂贵的去污、更换示踪剂管和长时间的设备停机时间。所描述的辅助热交换系统解决了这些问题中的一个或多个。
[0084] 图9中示出了用于内燃机的液体冷却/加热的一般闭合加压系统900的示例。上加热器软管902将热冷却剂从发动机缸体904运送到加热器芯906。由于加热器芯906的操作(例如在车辆的驾驶室中),冷却剂略微冷却,并且下加热器软管908将冷却的冷却剂供应到发动机缸体904。
[0085] 在一些方面中,当在移动平台(例如上述移动科学平台)中使用时,辅助热交换器可包括再循环加压无源二次闭合传热回路1000,如图10所示。二次闭合传热回路1000可以附接到通常用在内燃机中的一次冷却系统900,例如可以是移动科学平台的一部分。二次闭合传热回路1000可以附接在上加热器软管902和下加热器软管908上,如图9所示。来自发动机缸体904的较热的液体冷却剂通过上加热器软管902进入驾驶室的加热器芯906。在进入加热器芯906之后,在略低的温度下,尤其是当在乘客舱中使用加热器时,液体冷却剂通过下加热器软管908再循环回到发动机904。跟踪蒸气的重成束软管1002﹣a,例如参照图8图示和描述的成束软管(包含两根处理管和一示踪管)附接到辅助回路1000。冷却剂在处理管中再循环,而与处理管直接接触的示踪管确保从空气取样源到所使用的科学设备的温度恒定或逐渐升高,从而消除或极大地减少了空气样本的冷凝。
[0086] 根据一个实施例,如图9和10所示,辅助热交换器可以连接到用于内燃机的空气或液体加热/冷却系统的任何封闭式加压再循环系统。可包括辅助热交换器的二次(或辅助)封闭传热回路1000可以使用例如T形连接器1004和/或两个倒钩(公头)1006、1008置于散热器加热器软管902的热部分中,所述两个倒钩(公头)1006、1008可以在至少一端上带有螺纹以联接到T形连接器1004。上加热器软管在4至30PSI的压力下可以是3/4英寸OD(通常介于80到100摄氏度之间)T形连接器1004和倒钩1006、1008也是如此(螺纹可以是3/8”)。T形连接器1004和/或倒钩1006、1008可以由在汽车散热器软管中常见的绝缘高温橡胶或硅胶软管制成/与其互连。在一些示例中,T形件1004从3/4英寸带倒钩的配件逐步降低到3/8英寸带倒钩的配件并且在所有连接处通过软管夹固定。从3/8英寸带倒钩的配件1010附接3/8号软管1002﹣a,软管1002﹣a从车辆的发动机室1012延伸到货物区域1014(通过驾驶室1013),科学设备位于货物区域1014中。为了安全起见,软管1002﹣a还连接到3/8号球关闭装置
1016。3/8号或1/4英寸的压缩配件1018附接到球阀1016,以连接一小段高纯度特氟隆(PFA)管1020。PFA管1020连接到公快速断开器1022,公快速断开器1022可以带有彩色编码并且受定代码保护,因此例如绿色公快速断开器不能附接到黄色的母快速断开器。作为返回流上的类似布置或构造(例如,包括类似编号的部件1022﹣a(未示出)、1020﹣a、1018﹣a、1016﹣a、1002﹣b、1010﹣a、1008﹣a、1006﹣a、1004﹣a)可以将冷却剂管线连接回下加热器软管908。返回流可以包括不同的颜色和锁定码,以确保管线保持分离。
[0087] 在一些示例中,跟踪蒸气的重成束软管连接到货物区域中的辅助回路1000,如图11更详细所示。跟踪蒸气的重成束软管1102在一些方面中可以包含三根PFA管(例如,如上文参考图8所示和所述),所述三根PFA管相互直接接触,以辅助最大传热,成束软管1102可以与辅助环路1000的一个或多个方面相同或结合。这些管可以被绝缘材料包围。绝缘材料由聚氨酯护套覆盖。PFA管中的两根是处理管1104、1106,处理管1104、1106使液体冷却剂沿相反方向进出一次冷却剂系统。中心中的第三管是示踪管1108,也称为空气入口取样管。两根处理管1104、1106将以高于环境的恒定温度加热示踪管1108中的取样空气。如图11中所示,示踪管1108在货物区域1014中与彩色编码和锁定控制的母快速断开器连接,通过联接器1112(例如,3/8 101/4英寸)和1/4”或3/8”特氟龙管1114直接附接到质谱仪112或类似的科学仪器。货物区域中的一根处理管1104通过彩色编码和锁定控制的母快速断开器连接到辅助传热软管。该处理管与上加热器软管连接。货物区域中的另一根处理管1106通过彩色编码和锁定控制的母快速断开器连接到辅助传热软管。该处理管1108与下加热器软管连接。处理管1104、1106中的液体冷却剂可以在彼此相反的方向上运行并且可以在恒定温度下连续地再循环通过一次冷却剂系统。这有助于确保在示踪管1108附近提供恒定温度或最低温度。
[0088] 在一些方面中,如图12所示,在辅助环路1000、1102的示踪管1108的末端处,示踪管1108连接到蒸气收集器或取样装置1202,所述蒸气收集器或取样装置1202也称为原子/分子蒸气收集器(AMVC,下面描述和讨论)。两根处理管1104、1106经由T形连接器1206彼此连接,以允许液体冷却剂再循环回到一次冷却剂系统。3/8号英寸的排气阀1204附接到3/8号的母T形件1206,以允许清除处理管1104、1106中的任何空气。在一些方面中,在成束软管1102的末端附近,处理管1104、1106可以通过45度压缩弯头1208、1210(例如,具有3/8”阳螺纹的3/8”或1/4”压缩45度异径弯头)会聚并且经由T形连接器1206彼此连接。在一些方面中,连接器1212(例如,3/8”或1/4”压缩接头)可以将收集器1202或连接到收集器1202的管可移除地联接到示踪管1108。
[0089] 在又一个示例中,多个蒸气收集器或取样装置(例如1202﹣a、1202﹣b或更多)可以附接到示踪管的一端,如图13所示。在该示例中,一个或多个蒸气收集器1202﹣a可以联接到示踪管1108,当例如环境空气是温暖的或热的时,该示踪管1108可以在软管束1102的外部暴露短距离。在这种情况下,为了确保所收集的样本的运输温度不会下降到低于样本的环境温度,示踪管1108不应在软管束1102/处理管1104、1106外部暴露延长的长度或距离。一个或多个蒸气收集器1202﹣b可以附加地或替代地联接到示踪管1108,当例如环境空气较凉或冷时,示踪管1108可以在软管束1102外部暴露更长距离。在该示例中,加热示踪管不是至关重要的,这是因为样本在进入软管束1102之前进一步降温的可能性较小。
[0090] 在质谱仪中的空气样本越热,例如超过取样的环境空气,由此产生的峰更尖锐并且有机和无机化合物的鉴定更加清晰。因此,利用AHE消除了空气监测中冷凝污染的固有的、重要的和长期存在的问题。
[0091] AHE的应用范围广泛。通过减少或基本消除冷凝物污染,可以可靠地将AHE用来:在各种极端环境中对空气质量进行取样;识别集装箱中的人文痕迹;检测毒品和爆炸物;监测汽车、航空航天、炭、石油和液压破碎行业中的有机(和无机)排放;监测人类排放的有机蒸气,以用于疾病检测和药物疗效研究中的医学、药物和兽医应用;以及确定农产品中的腐败和感染,基本上在需要精确的空气或气体测量以及不希望有冷凝物污染的任何地方。
[0092] 成束软管的长度可根据实施方式而变化。例如,200英尺长的上述热交换系统管道可以在空气取样管线中保持155华氏度的恒定温度。大于200英尺的长度可能需要辅助泵来再循环处理管中的冷却剂。在这些情况下,由12伏电池或110伏电源供电的这个辅助流体泵将位于靠近发动机舱中的辅助和一次闭合环路软管的交叉点的位置。任何冷却剂都可以在系统中使用,但丙二醇是优选的,原因在于它具有环境安全性和优异的传热性能。类似地,跟踪热的重成束软管优选用于AHE。AHE中使用的处理管和/或示踪管优选含有高纯度PFA管的性质,如Zeus公司声称“高纯度PFA(HP PFA)超过SEMI F57规范的严格要求。HP PFA的独特的分子结构减少化学萃取物,防止离子污染,几乎不与任何化学物质反应。HP PFA的最高工作温度为500(260℃),透气性低,并且具有阻燃性。在半导体和制药行业中,HP PFA管材用于需要极低水平化学萃取物的流体处理应用。该产品减少金属污染并且设计成延长在具有挑战性的半导体洁净室内环境中的使用寿命。HP PFA也用于需要高连续工作温度的应用。其品质包括出色的润滑性、透明度、柔韧性、耐温度和化学性。这种多功能性使得PFA成为半导体、化学、制药和医疗行业中的一种流行材料选择”。任何具有这些品质的管材都可以用于AHE的蒸气跟踪重软管,例如但不限于PFA、PEEK或PTFE等。此外,由于AHE应用中使用的总长度不同,因此在某些压力下建议在下加热器软管中使用高温防回流装置,从而确保冷却剂畅通无阻地流动和再循环通过一次和辅助系统。最后,与一次冷却系统的连接可以在任何点(例如上和下散热器软管)处进行。
[0093] 如上所述,AHE非常适合于使用移动平台(例如移动科学平台)的空气监测和取样收集,并且允许分析实验室移动和现场部署。
[0094] 其他较差的产品可能试图使用电热带或者加热条或热跟踪的成束软管来消除冷凝污染。然而,这种方法对于长度长的取样管不适用。此外,加热长度长的软管所需的能量令人生畏,120伏特30至50安培。此外,它没有考虑环境和测量空气样本中的极端温差。最后,用于传热的电线易于破裂。
[0095] 在图15中示出了辅助热交换系统1500的另一个示例。辅助热交换系统1500可以联接到再循环冷却/加热系统1400作为内燃机的一部分,如图14所示。系统1400可包括上述加热/冷却系统900的一个或多个方面。根据一个实施例,合适的热交换器可以是管中管或TIAH的形式。TIAH是通过使用内燃机(汽油、柴油、蒸气、天然气、氢气或丙烷)以及任何产生废热的电动发动机中的封闭式冷却系统的热交换来消除空气取样收集管和科学测量设备中的冷凝物污染的装置或系统。使用二次补充封闭式热交换软管来被动地加热用于空气取样的插入的入口管内的空气,以消除冷凝物污染。系统1500可以包括上文参考图8﹣12描述的辅助热交换系统的一个或多个方面,因而这里将不再讨论这些特征。
[0096] 热交换系统1500可包括二次封闭式传热回路,其在上散热器软管1402处附接到一次冷却系统1400并且可终止于与移动平台车辆中的发动机相关联的冷却剂膨胀箱1404中。入口取样管位于二次循环系统1500的一部分内部,从入口取样管(可以连接到样本收集器
1202)的终端到使用的科学设备(例如112)处于恒定或逐渐升高的温度,从而消除了空气样本的冷凝。
[0097] TIAH可以连接到任何开放或封闭的空气或液体加热/冷却系统。二次封闭式传热回路可以使用在汽车散热器软管中常见的绝缘高温软管置于一次冷却系统的最热部分中(通常介于80到100摄氏度之间)。软管夹将用于固定一次和二次软管连接,以防止冷却剂在T形连接处泄漏。在该特定示例中,3/8或1/2英寸直径的散热器软管可用于二次闭合传热回路。插入的空气入口收集管可由超高纯度特氟龙(或PTFE或PEEK)或任何类似的管材制成,其尺寸范围介于1/4至3/8英寸直径。进气口收集管需要小于二次闭环传热软管。在一次和二次闭合传热软管的连接处的上游,切割二次软管并插入或类似金属的带倒钩T形配件而且用软管夹固定以防止冷却剂泄漏。T形配件还具有用于附接入口空气取样管而且防止泄漏的压缩配件。入口空气取样管插入二次封闭式传热软管的一部分中至任何所需长度并如前所述附接和固定。
[0098] 如上文参考辅助热交换器1000类似讨论的那样,对于非常长的空气入口管,在二次封闭式传热软管上可能需要辅助流体泵。在这些情况下,由12伏电池或110伏电源供电的辅助流体泵将位于二次和一次闭环软管的连接处附近。封闭式二次传热回路的较热部分将是空气入口取样管的优选连接点,所述空气入口取样管直接附接到质谱仪或其他科学仪器。尽管丙二醇是用于传热过程的优选介质,但是可以使用乙二醇、水或其组合以及仅使用空气。由空气入口取样管末端处的原子/分子蒸气收集器(AMVC)取样的环境空气将始终等于或稍微冷于空气入口取样管中的样本,该空气入口取样管连接到科学设备。因为空气入口取样管的末端的延伸方向将与二次封闭式传热管中的加热/冷却剂的流动方向相反,所以行进至科学设备的空气样本中的温度不会下降。事实上,其可能会稍微更热一些。环境空气样本越热,进入质谱仪的温度越高,例如,由此产生的峰更尖锐并且有机和无机化学物质的识别更清晰。因此,空气监测中的冷凝污染的固有显著且长期的问题被消除或至少基本上减少到无关紧要的程度。
[0099] TIAH的应用很多,应用于需要消除冷凝污染物以进行空气或气体取样的任何情况。例如,可以可靠地将TIAH用来:在各种极端环境中对空气质量进行取样;识别集装箱中的人文痕迹;检测毒品和爆炸物;监测汽车、航空航天、煤炭、石油和液压破碎行业的有机物排放;监测人类排放的有机蒸气,以用于疾病检测和药物疗效研究中的医学、药物和兽医应用;以及确定农产品的腐败和感染。
[0100] 样本蒸气收集器
[0101] 如图16﹣18所示,现在讨论样本收集器或原子/分子蒸气收集器(AMVC)。根据一实施例,所描述的AMVC具有医学、制药、环境、能源、航空航天、毒品控制、汽车、爆炸物检测、地质、采矿/矿物/天然气/石油勘探、有毒废物场所、法医、农业、科学、研究和兽医应用的一般应用。
[0102] 在一些方面,所描述的AMVC可用于捕获空气、液体和固体中的原子粒子、VOC的分子蒸气(挥发性有机化学物质)和/或无机化学物质。
[0103] AMVC的商业应用包括但不限于:环境测试,移动实验室(例如SciArk或SciLab)、植物、动物和人类中病毒、细菌和蛋白质感染的快速医学筛查、人类重金属暴露、人口贩运威慑、生理健康测定、代谢紊乱、癌症检测、药物检测和功效研究、分析实验室程序、土壤污染、地质调查、大气测试、土壤测量、环境空气取样、空气质量测量和爆炸物识别。其潜在用途中的一些还包括研究设施、移动实验室(SciArk或者SciLab)、医生办公室、医院、食品以及香料工业、兽医诊所、门诊设施、外科中心、血库、临床实验室、医学和兽医学校、公共卫生部门、太平间以及代理机构,例如WHO、EPA、FBI、DOJ、ICE、CIA、NSA、NTSB、NOAA、NASA、CDC和NIH、FEMA、DoD、DHS、DEA、消防局和警察局、和州/当地环境/公共卫生机构,需要未经污染的未冷凝空气源(使用例如如上所述AHE)用于空气、液体或固体中原子粒子和挥发性有机物(或无机物)化学物质的测试、监测、诊断、分析或评估的情况。
[0104] 空气取样的现有方法(非医学)受到样本污染、样本管线或质谱仪或所使用的其他科学仪器中的有机、无机和原子元素的冷凝和分析空气样本的各种质谱仪的不正确使用的困扰。普遍使用没有AMVC(或AHE)的样本管线。
[0105] 如前所述,AMVC的应用很多,包括各种应用,其中需要用未污染的未冷凝空气源对样本原子和分子蒸气进行取样,以测试、监测、诊断、分析或评估任何取样源中的空气质量。
[0106] 所描述的AMVC捕获空气、液体或固体中的原子元素和挥发性有机或无机化学物质。在医学、兽医和制药应用中,AMVC捕获来自人体和动物体内的不同体腔(胃、、直肠、鼻、阴道、膀胱、肝脏等)的分子和原子化合物,用于在各种质谱仪和其它分析装置中进行定性和定量分析。因此,它可以用作其他常规测试(即,血液、组织样本、手术、活组织检查等)的辅助或替代方案,这些常规测试需要时间来分析,昂贵且具有侵入性后果,如医源性和医院感染。使用AMVC,当连接到适当的质谱仪或其他分析装置时,可以获得实时、即时的结果。
[0107] 在能源、地质、航空和环境领域中,所描述的AMVC可用于收集挥发性有机或无机化学物质和原子元素以检测土壤、空气和固体污染物,例如城市供水中的铅。
[0108] 在药物检测区域中,AMVC(当连接到适当的质谱仪或其他科学仪器时)可用于确定集装箱或半卡车中的非法物质的存在。
[0109] 在爆炸物探测中,可以分析由AMVC取样的空气(当连接到适当的质谱仪或其他科学仪器时),以检测机场、公共汽车/火车/航运终端、体育场事件和其他大规模集会中各种爆炸性化合物的存在。
[0110] 在农业中,所描述的AMVC(当连接到适当的质谱仪或其他科学仪器时)可用于检测仓库、集装箱、商店货架等中的食物供应的腐败和病原体的存在。
[0111] AMVC的其他应用包括呼吸分析以用于检测人类的代谢紊乱、疾病和癌症。在这些应用中,患者可以呼气到收集管(例如AMVC)中,然后可以在适当的质谱仪或其他科学仪器中分析收集的蒸气。这可以在最初消除在某些情况下对更具侵入性的医疗程序的需要。因此,它可以用于传染病、代谢紊乱、生理健康、重金属污染和癌症等等的即时医学筛查。此外,AMVC可以取代更多侵入性手术的需要,如结肠镜检查、支气管镜检查、内窥镜检查、导管插入术等。
[0112] 医学、兽医学、制药工业中呼吸分析研究的现有方法完全依赖于来自人和动物的肺的呼出蒸气。该方法涉及到假设患者血液中发现的所研究的原子和分子元素将通过肺泡中的气体交换从液体介质提取到蒸气状态,并被收集用于分析呼出而无污染,以便使用适当的分析仪器进行评估和验证。大多数代谢过程发生在肺部以下的器官(肝脏、胃、胰腺、肾脏等),其最终排空到肠和膀胱。因此,来自这些位置的取样蒸气更能预测各种感染、代谢紊乱和重金属污染。而且,所有原子和分子材料都具有不同的挥发性。挥发性是物质从液态蒸发到气态的性质。挥发性还受温度、压力、被研究元素的大小以及与其他有机和无机化合物的化学/核键的影响。另一方面,升华是固体直接转变为气相而没有转化为液体这一中间步骤。原子和分子元素的挥发性和升华性在物种之间、取样蒸气的体腔以及所研究的特定元素之间存在显着差异。在这里和其他行业中,先前的努力并没有阻止碎屑和液体进入收集管线并最终进入用于空气分析的科学仪器。所描述的AMVC解决了这些问题中的一个或多个。
[0113] 图16﹣18示出了如本文所述的AMVC装置1600的各种透视图1600﹣a、1600﹣b和1600﹣c。根据一个实施例,AMVC是刚性或柔性、一次性、无菌的和/或可重复使用的装置的形式,其可以由不同的长度和厚度制成并且优选地由超高纯度特氟龙(PFA)、PEEK、PTFE或钝化不锈钢构成。可以使用其他材料(如乳胶、腈、橡胶、石墨烯、玻璃、金属或其他聚碳酸酯材料),例如,当这些材料发出的VOC或无机物不会干扰、污染或损害质谱仪或其他分析仪器中的测量结果时。该装置可以设计且构造成不具有移动部件,并且作为无菌装置可以廉价地批量生产。所描述的AMVC装置使临床医生和研究人员能够从先前未经测试的各个位置捕获原子和分子蒸气。AMVC在某些情况下不需要更具侵入性的初始医疗程序。因此,它可用于传染病、代谢紊乱、生理健康、重金属污染和癌症等等的移动和实时医学筛查。此外,该装置可以取代对更具侵入性程序的需要,如结肠镜检查、支气管镜检查、内窥镜检查、导管插入术等,所描述的AMVC也可以附接到任何取样管线,该取样管线连接到适当的质谱仪或其他科学仪器,用于环境、农业、爆炸物检测、药物鉴定、地质、大气等空气取样用途。AMVC的刚性版本可以安装到轨道、飞机、轮船和其他移动平台,例如上述移动科学平台和/或与之前描述的AHE和TIAH结合使用。
[0114] 根据一个实施例,AMVC包括四个部分,所述四个部分全部制成为一体或一个装置,其可插入各种体腔(结肠、阴道、胃、膀胱、肺、肝、鼻、口、等),用于蒸气取样。外部蒸气收集器1602可以是中空管,其具有朝向底部或收集器的第一端的各种尺寸的穿孔。其目的是收集有机或无机蒸气,同时筛出碎屑,如尿液、粪便、血液和其他体液和分泌物,或空气或气体样本中发现的其他物体或颗粒(如灰尘、树叶、雨水等)。内部蒸气收集器1604捕获没有相关碎屑的相同的空气。它在与外部收集器1602的第一端相对的顶部或端部处具有各种尺寸的穿孔,因此没有碎屑进入中空管。内部蒸气收集器1604的顶部优选地模制或固定(例如,刚性附接)到外部蒸气收集器的顶部以稳定。在一些示例中,内部蒸气收集器1604上的所有或大部分穿孔可位于外部蒸气收集器1602上的穿孔(例如,当收集器1600沿着垂直方向放置时不重叠)上方。可形成或附接到外部收集器1602的第二端(与第一端相对)的鞍形件1606能够防止AMVC插入超过期望的长度。中空收集管连接器1608允许真空收集管附接到质谱仪或其他分析装置,以量化和定性收集的原子、挥发性有机蒸气和/或无机化合物。在一些方面中,收集管连接器1608可以附接到内部蒸气收集器1604的基部,并且可以具有能够附接到真空管线的尺寸。该真空管线通常是空气取样管线,其通向适当的质谱仪,如PTRMS、GC﹣MS或MALDI﹣MS,或其他分析装置,以量化和定性所收集的蒸气。
[0115] 在图18中示出了各种尺寸1610﹣1642。应当理解的是,如下所述,这些尺寸的值仅作为示例给出。可以改变一个或多个尺寸,并且仍然认为这些尺寸处于本公开的范围内。例如,长度1610和鞍形件宽度1620可以根据收集器1600的预期用途进行修改。在其他示例中,内管和外管的穿孔的数量、尺寸和相对位置(在所示的垂直方向上)可以根据收集器的预期用途来选择,例如可以在外收集器中使用更大更多的孔来过滤掉较大的物体或碎屑,而可以针对更小的碎屑等选择更小的孔。在一些方面中,可以基于期望的空气流量或在给定时间段内要获取的样本数量来选择内管和外管的穿孔位置差异1614。在其他情况下,穿孔可以定位成重叠。可以基于要插入收集气体样本的设备的孔的尺寸或平均尺寸来选择外管1602的宽度1632。这些设计标准仅作为示例给出;应当理解的是,本文考虑了基于任何因素的其他设计修改。
[0116] 如图所示,以下尺寸可具有以下值,如下表中详述:
[0117]
[0118]
[0119] 应当理解的是这些值可以增加或减少一个小的或更大的百分比,以其他单位测量,等等。
[0120] 所描述的AMVC可以在插入体腔后通过收集管连接器1608中的有源空气流清除碎屑。另外,可以将放射性同位素、发光剂、染料、染色剂、酶和其他流出物通过收集管连接器1608引入到选择的体腔,以通过使用如本文所述的质谱仪和其他分析技术来增强对所研究的原子和分子蒸气的识别和分析。
[0121] 根据替代实施例,所描述的AMVC可以在没有鞍形件的情况下使用或制造,例如如果在外部蒸气收集器上识别和校准长度。因此,AMVC可以针对各种大小的人类和动物受试者(即,成人对儿童以及长颈鹿对沙鼠)进行调整,以及针对其他封闭环境进行修改。另外,该装置可以与其他医疗装置结合使用或结合在其中,例如气管内管和鼻胃管、导管等。当与这些装置一起使用时,AMVC可以插入内部,作为另一替代实施例,鞍形件可以修改为手柄。收集管适配器可以用阳螺纹接头代替,或者内部蒸气收集器的倾斜端可以钻到阴螺纹上,用于液体取样,上文描述(其中内部蒸气收集器上的所有穿孔必须始终位于外部蒸气收集器上的穿孔上方)保持不变,只是当AMVC倒置进入液体时外部和内部蒸气收集器中的穿孔需要反转。
[0122] 下文描述所述蒸气收集器的各种附加特征和实施方式。
[0123] 在一个方面中,用于收集原子元素和分子化合物的系统或装置可包括四个主要部分或部件,例如,所述四个主要部分或部件全部制造或形成在一个装置中,用于蒸气取样。取样装置可以包括外部蒸气收集器,其可以是具有朝向底部的各种尺寸的穿孔的中空管,其目的是收集原子和分子蒸气,同时筛选出碎屑(如尿液、粪便、血液、体液、分泌物)以及其他环境污染物。取样装置可以另外包括内部蒸气收集器,其捕获相同的空气而没有相关的碎屑,其中,仅在顶部具有各种尺寸的穿孔,因此没有碎屑进入中空管,内部蒸气收集器的顶部被模制或固定到外部蒸气收集器的顶部以保持稳定。在某些情况下,内部蒸气收集器上的所有或大部分穿孔必须始终位于外部蒸气收集器上的穿孔上方。在某些情况下,鞍形件可以防止装置插入超过所需长度,并且可以附接到外部蒸气收集器中的一个上。在一些方面中,中空收集管连接器允许真空收集管附接到适当的质谱仪或其他分析装置以量化且定性所收集的蒸气。
[0124] 在一个方面中,所描述的样本或蒸气收集器可以是如上所述用于在动物和人类的各种体腔(结肠、阴道、胃、膀胱、肺、肝、鼻、口、耳等)以及其他封闭环境中取样空气以供适当的(静态、移动、便携或手持)质谱仪和其他分析装置分析的系统的一部分。所描述的样本或蒸气收集器可用于从动物和人类的各种体腔(结肠、阴道、胃、肝、膀胱、肺、鼻、口、耳等)检测(原子)周期表中的重金属和其他微量元素的系统。所描述的样本或蒸气收集器也可用于检测其他封闭环境中的物质,包括但不限于检测对如铅、汞、铜、砷等原子元素的环境暴露,其中对于适当的医疗、兽医、农业和环境干预措施可以定性和量化元素的快速可靠以及即时的检测,并且/或者可以确定针对流行病学和公共卫生调查的源点位置(如近期发生铅中毒的弗林特水危机)。还应当理解的是,固定的测量平台也可以用所描述的样本或蒸气收集器和/或辅助热交换系统来实施并且处于本公开的范围内。
[0125] 在一个方面中,所述样本或蒸气收集器可以是用于检测来自动物和人类的各种体腔(结肠、阴道、胃、膀胱、肺、鼻、肝、口、耳等)以及其他封闭环境的有机分子化合物和分子片段以通过适当的分析装置分析的系统的一部分,包括但不限于检测细菌、病毒、朊病毒、类病毒、病毒粒子、真菌、霉菌、酵母菌、DNA和RNA链、爆炸物和毒品。使用所述样本或蒸气收集器的这些系统可以快速、可靠和即刻地检测感染性病毒疾病,例如但不限于寨卡、埃博拉、西尼罗河、疟疾、汉坦、诺罗病毒、登革热和黄热病、梅毒、病毒粒子和癌症。使用所述样本或蒸气收集器的这些系统可以进一步使得能够快速、可靠和即刻地检测感染细菌性疾病,例如但不限于链球菌、葡萄球菌、大肠杆菌、脑膜炎、淋病、衣原体、真核、原核和寄生虫感染等。还应当理解的是,固定的测量平台也可以用所描述的样本或蒸气收集器和/或辅助热交换系统来实施,并且处于本公开的范围内。
[0126] 在另一个示例中,如图19所示,所描述的样本或蒸气收集器可以用于在机场(终端前或终端)、火车、公共汽车、船舶、体育场以及发生大规模集会的场所检测爆炸物(例如TATP、DAPT、TNT、SEMTEX等)的系统中。如所示,一些或所有堤道(终端前和终端位置)可以在墙壁、地板和/或天花板中安装AMVC装置。在一些方面中,移动科学平台、无论是移动形式(例如,集成到车辆中)还是作为便携单元(例如,在容器或拖车中)均可以用于分析由一个或多个样本或蒸气收集器收集的数据。在某些方面,辅助热交换系统还可用于帮助向移动科学平台提供无污染样本。还应当理解的是,固定的测量平台也可以实施有所描述的样本或蒸气收集器和/或辅助热交换系统,并且处于本公开的范围内。
[0127] 所述样本或蒸气收集器可用于系统中以检测各种药物,例如海洛因、摇头丸、芬太尼、可待因、甲基苯丙胺、可卡因和用于制造非法物质和处方药的其他前体以及新药和现有药物在药代动力学试验中的吸收、分布、保留、代谢、排泄和功效。在图20中示出当通过所述样本或蒸气收集器收集并且例如通过质谱仪分析时各种化合物的选择性。图21﹣25示出了各种非法、处方和消遣性药物的检测结果,其可以使用如本文所述的所述蒸气收集器、辅助热交换系统和/或移动科学平台获得。
[0128] 在一个方面中,所描述的样本或蒸气收集器可以是用于通过对动物和人类的各种体腔(结肠、阴道、胃、膀胱、肺、鼻、口、耳等)以及其他封闭环境蒸气取样而测量或以其他方式帮助确定病毒、细菌、寄生虫感染或药物/爆炸物暴露的时间、速率和严重性的系统的一部分。可以使用所描述的样本或蒸气收集器收集样本,并且可以确定传染剂或环境暴露与样本中的抗体产生中的宿主反应的比率。在一些方面中,这种类型的系统的操作可以包括从各种体腔以及封闭环境收集的蒸气样本定性和量化传染剂或环境暴露。这种类型的系统的操作可以进一步包括定性和量化作为对传染剂或环境暴露的响应的从各种体腔中收集的蒸气样本的宿主抗体。此类系统的操作还包括确定传染剂或环境污染物与产生的宿主抗体的比例,然后针对临床适当的医学、兽医或农业治疗(包括药物、外科手术和其他治疗干预措施)确定传染剂或环境暴露的类型、时间、速率和严重程度。
[0129] 在又一方面,所述样本或蒸气收集器可以是用于检测来自动物和人类的各种体腔(结肠、阴道、胃、膀胱、肝、肺、鼻、口、耳等)以及其他封闭环境的挥发性有机或无机化合物和分子片段的系统的一部分,所述挥发性有机或无机化合物和分子片段包括但不限于与活体人类和动物排出的不同挥发性有机或无机化学物质相比,尸体随时间推移排出的需氧和厌氧细菌。在一些方面中,此类系统的操作可以包括在人和动物尸体腐烂期间的不同时间排出的挥发性有机或无机化学物质的定性和量化。此类系统的操作可以进一步包括对活体人类和动物在不同时间排出的挥发性有机化学物质的定性和定量。然后可以比较由活体和死亡(动物和人类)排放的挥发性有机化学物质,以例如进行死亡时间的法医调查以及涉及非法贩运活动中的人类和动物的识别和定位。
[0130] 在一个方面中,所述样本或蒸气收集器可以是用于检测农产品中的病毒、细菌、霉菌、酵母菌和其他病原体的系统的一部分。其可以包括使用所描述的蒸气收集器、辅助热交换系统和/或移动科学平台的一个或多个方面与FDA和/或USDA一起验证仓库和集装箱中的农产品在运输到目的港之前没有腐败和受到有机、无机或原子污染的方法。这可以替代地包括使用所描述的蒸气收集器、辅助热交换系统和/或移动科学平台的一个或多个方面在入口处在接收到农产品时与FDA和/或USDA一起验证相同的货物的方法。
[0131] 在又一个方面中,所描述的样本或蒸气收集器可以是用于环境空气质量的定性和量化的系统的一部分,其可以允许与领先能源和环境设计(LEED)以及美国绿色商业认证公司(USGBCI)挥发性有机化学品标准认证程序合作来验证家庭、商业和工业中的室内环境质量(IEQ)。
[0132] 在又一个方面中,所描述的样本或蒸气收集器可以是用于识别有毒废物污染基金场所的土壤污染的系统的一部分,其可以包括在地面测量原子元素、无机物和挥发性有机化学物质以及/或在不同深度的钻孔中测量原子和挥发性有机或无机化学物质。
[0133] 在又一个方面,所描述的样本或蒸气收集器可以是用于识别和定位化石燃料和相关矿物以及能源部门中的压裂副产物的系统的一部分,其可以包括在陆地或水环境中不同深度钻孔处测量原子和挥发性有机或无机化学物质。
[0134] 虽然已经说明和描述了移动科学平台、辅助热交换系统和样本或蒸气收集器的各种示例,方面,特征和实施方式,以及它们的各种组合,但如上所述,可以进行许多改变而不脱离本公开的精神和范围。因此,本公开的范围不受本文描述的具体示例的限制。
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