专利名称：环境污染物的采样和分析的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于对流体所带的污染物进行采样和分析的装置、组合件和系统。本发明还涉及用于进行采样和分析的方法。
在一些情形下，能够检测并测量存在于环境中的污染物显得很重要，家居和工业环境内都存在许多这样的情形。尤其关注可由气体或液体容易地携带并且因此得以传输或以其它方式分散而不是容易地包含的污染物。例如，某些气载粒子可以被在该区域中生活或工作的人们吸入，从而对他们造成伤害或使他们得病。一个特定实例是酶，不同类型的酶来自不同的源，并且可导致过敏和其它健康风险。
蛋白酶会分解蛋白质。一些蛋白酶可以在尘螨的排泄物中找到，并且会在家居环境中引起灰尘过敏。已存在用于测量这些酶的商业系统，例如在GB2351560和WO03016871中所公开的商业系统。在这些系统中，包含过滤器的滤筒附着到手持式真空吸尘器的端部，并且在预定时间从表面吸取灰尘。然后，取下滤筒，并将它放在处于室温下的平坦表面上。通过弄破密封来释放包含在滤筒的泡状部分内的试剂(液体缓冲剂和清洁剂)，从而允许液体流到过滤器和接触式多孔芯上，在该多孔芯上固定有干燥形式的“基质”和显色剂。就此而言，“基质”的定义是酶催化反应中的起始化学物质或原料。
试剂获取和/或溶解酶，并沿芯传送酶，在芯上，这些试剂催化基质的分解，以便从酶反应中获得黄色产物。由该原发反应显示的黄色着色难以在白芯上观察到，因此将试剂流布置成沿芯延续到第二干燥试剂，该第二干燥试剂与试剂流反应，获得紫色。这可以用肉眼很容易地观察到，并且通过与图表比较估计出高、中等、低含量。
枯草杆菌蛋白酶是从细菌衍生的另一类型的蛋白酶，这组酶在生物洗涤粉中用于消化蛋白质污渍。由于对长期在吸入空气中存在大量这些酶的环境中工作的工人可能具有健康隐患(如具有发展为哮喘的风险)，所以需要监控在制造清洁剂的工作场所的空气中这些物质的含量。但是，使用上述方法获得的相对粗糙的测量结果不适于长期的工作场所监控，并且需要一种强得多的定量技术。
用于工业监控清洁剂中的枯草杆菌蛋白酶的现有方法通常基于诸如以下的方法，如在“The use of NN-dimethyl casein in thedetermination of proteolytic enzymes in washing products and airbornedust samples”(E Dunn和R Brotherton，Analyst 96 159-163，1971年2月)中略述的方法。尽管其中许多细节没有公开，但这些系统通常采用个人采样泵(其入口附着到用户的翻领上与呼吸区相邻的位置)，该泵以约2升/分的速率使空气通过25mm直径的过滤器，如例如US4675034所述。或者，可以使用“Galley采样”，其中，以超过100升/分的速率在活动单元内来为大得多的过滤器(通常为150mm直径)送料，该活动单元的位置可以经过选择以便提供适于工作要求的区域监控。
在任一情况下，采样系统经过设计以便确保过滤器介质可再生地吸收存在于大气中的任何酶；当然，它还将同时吸收背景灰尘。为了处理过滤器，必须从采样头(在采样头中，过滤器通常是可替换元件)取下过滤器，并将它运到实验室或其它远程位置，随后进行分析。
通过分散在液体中来从过滤器中提取酶。这要花费几分钟的时间，并且过滤器通常易于在此过程中破裂，尤其是采用搅拌或搅动来改善提取时。因此，在随后进行分析之前，必需过滤包含酶的液体以便除去这种碎片。但是，这也意味着仍然粘附在过滤器粒子上的任何酶将在进行化学反应之前从样品损耗，从而有损系统的净灵敏度。
然后，执行化学反应以便测定滤出液中酶的浓度。通常，酶会分解蛋白质(NN-二甲基酪蛋白，DMC)，以便释放具有游离胺基的片断。这些游离胺与2，4，6-三硝基苯磺酸(TNBS/TNBSA)反应，以便生成黄色，该黄色可以通过在425nm下进行分光光度分析来以足够的精密度测定。还必需在约40-50℃下将混合物培养几分钟，以便令人满意地驱动反应。
尽管该系统能够提供足够的精密度(分光光度计可以通过使用标准颜色溶液来校准)，但显然，该方法需要操作员相当熟练并且经过培训，以便提供可重现的数据。很多时候需要处理和运输过滤器，并且这些操作中的每个操作都伴随有很大的污染和/或过滤器上酶的损耗的风险。检测极限会根据所讨论的酶而改变，但是使用常规系统的典型实例(Savinase)给出每毫升几个ng的检测极限(体积值是指酶重新悬浮于流体中时的体积)。但是，工业个人监控系统要求高灵敏度，并且理想地需要约1ng的酶质量分辨率。
应注意，如上文给出的实例中的本文所用的术语“采样”是指直接从调查研究中的流体介质收集污染物(或其它这样的分析物)。这将与将分析物引入到装置中的备选技术形成对比，这些备选技术如(i)将物质(一般为液体)沉积或施加到装置的某一区域中(如通过吸液管)的沉积或施加术；(ii)特异结合技术，其中使用化学试剂来从调查研究中的介质中选择性地收集某些组分。另一方面，“采样”一般涉及从背景流体中过滤分析物实体(如粒子、分子或小滴)，而无需“特异”分化目标分析物。
US-A-5817522公开一种用于通过在一系列腔室内进行一连串反应来分析样品的独立式测定装置，其中样品轮流经过这一系列腔室。每个腔室包含一个囊，该囊破裂后会释放试剂或洗液。通过装置内的开口将预先收集的试样溶液沉积到板上具备特异结合剂的预定位置处，从而将样品引入到装置中。目标分析物选择性地结合到该表面，并且用吸液构件吸收任何过量液体。该设备不适于从流体(气态或液态)流中收集样品。此外，所收集的样品的量由板上所提供的结合剂的量决定，并且因此不允许用户定量测量流体中的目标分析物的量。
类似地，GB-A-2261949公开这样一种设备，其中通过免疫结合事件将液体样品(如气态试样的溶液)施加到载带上。样品与试剂发生反应，这些试剂可以预先施加到载带上，混合到样品溶液中，或在样品之后施加到载带上。将样品继续移动到独立的检测组合件，在检测组合件中，通过例如荧光法检测反应结果。该设备呈现出与上文关于US-A-5817522所述的设备类似的缺点。
EP-A-0447158公开一种用于爆炸性或麻醉性物质的检测器，其中，通过旋风器来汲取空气，以便将样品沉积到位于下面的玻璃纤维玻璃料上。每个玻璃料包括一组覆盖有玻璃纤维的加热电阻丝，并且支撑在旋转工作台上，该旋转工作台将玻璃料从样品收集位置移动到独立的离子迁移光谱仪(“IMS”)中。在这个位置，加热玻璃料，并通过使解吸气体穿过玻璃料来将所收集的样品的粒子分散到IMS腔室中。也可以引入试剂气体。然后，光谱仪分析蒸发后的材料，以便测定它的组成。如同上述的已知系统那样，该系统具有样品通常不会完全从玻璃料中解除吸附并且因此不可能进行精确的定量测量的问题。
US-A-6101886公开一种用于从大气中收集微粒样品并将它准备好用于分析的样品集中器。但是，该设备不提供任何用于进行任何随后的分析或检测过程的部件。
本发明所实现的优点包括提供用于监控这些污染物(尤其是在工业工作场所)的改进型系统和方法，该系统和方法具有高灵敏度和精确的定量结果。此外，简化了采样和分析程序，使得不熟练的人员也可以快速地获得结果。
根据本发明的第一方面，一种采样和分析装置包括外壳，在该外壳内界定有采样区域和分析区域，该外壳具有至少一个用于允许流体进出采样区域的孔和设置在该外壳内的过滤器，其中该过滤器可以在外壳内于位于采样区域中的采样位置和位于分析区域中的分析位置之间移动。
该布置使得可以在一个外壳或滤筒内进行所有的采样和分析步骤。通过在装置的采样区域内将过滤器暴露在流体中，来获得流体所带的污染物的样品。污染物可以包括例如固体粒子或液体悬浮粒子，将它吸附到过滤器上，然后可以将过滤器从流体流中移开，并移入分析区域中。取决于将要检测的特定污染物和所用的化学方法，可以采用下文将描述的多种方法来引发或促进涉及所收集的样品的反应。可以监控反应，并获得关于污染物的信息。通过在一个滤筒内进行所有这些步骤，无需在采样和分析之间处理过滤器和它上面所带的样品。在所有的采样和分析步骤中，过滤器一直位于滤筒内，未曾取出过。反应在滤筒内进行，从而包含所有试剂和可能潜在地具危害性的废产物。因此，滤筒适于由不熟练的人员来处理。而且，在整个分析过程中，过滤器一直位于分析区域内，未曾处置过。不存在样品的污染或损耗这一事实导致提高的精确度和更灵敏的结果，这是因为所收集的整个样品都可参与反应。
可以通过各种方式来促进反应。例如，可以使过滤器充满试剂，并且将它暴露到污染物样品中便可启动反应，而无需任何额外的致动步骤。在其它情况下，可以通过加热过滤器上收集的样品或通过照射来引发反应。加热或照射设备可以一体地提供在装置中或提供在装置之外。但是，在一个优选实施例中，该装置还包括用于将试剂引入到分析区域中的部件。这样，可以在所需时间添加液体或凝胶(例如)试剂，从而使各种各样的反应变成可能。
有利地，采样区域中的孔包括入口孔，流体通过该入口孔进入该装置，并且该装置还包括位于采样区域中的出口孔，流体通过该出口孔离开该装置，当过滤器位于采样位置时，过滤器位于入口孔和出口孔之间，以便从在入口孔和出口孔之间流动的流体中收集污染物。因此，该装置特别倾向于通过过滤采集污染物。这使得该装置特别适于从调查研究中的物质(如大气或液体)直接收集样品，而无需样品准备步骤。
优选地，该装置还包括第一密封部件，至少在过滤器位于分析位置时，该第一密封部件将分析区域与采样区域隔离。可以密封分析区域以使其与外壳的剩余部分隔离，从而在滤筒颠倒或被胡乱处置时保留试剂(如果存在)并因此避免潜在的泄漏。
优选地，该装置还在外壳内界定安全区域，过滤器还可在采样或分析位置和位于安全区域内的安全位置之间移动，当过滤器位于安全位置时，可以密封过滤器以使其至少与采样区域隔离。
安全区域提供一种远离外部环境和任何试剂或其它反应激活部件贮藏过滤器的便利方法。在安全位置，过滤器不与入口孔或出口孔流体连通，并且因此在装置不使用时受到保护而免于污染。密封可以使用第一密封部件或某一额外密封件来实现。或者，可以提供具有可拆卸盖的孔，使得它们在装置准备好使用之前一直保持密封。
优选地，当过滤器位于安全位置时，还将它密封以与分析区域隔离。这避免过滤器和试剂之间的接触，并且因此防止提前反应发生。
有利地，过滤器可以在外壳内沿直线路径移动。这允许通过直接方式(如通过滑动)来简单且经济地控制它的移动，并且对装置组件的形状和尺寸造成最少的约束。
便利地，将过滤器安装在过滤器支撑件上，过滤器支撑件的形状经过设计以便在使用时允许流体通过过滤器。过滤器支撑件或“梭子”对过滤器(它可能易碎)提供加固，并且可以在过滤器在外壳内于各个位置之间移动时便利地用于支撑过滤器。便利地，第一密封部件包括在过滤器支撑件和外壳之间提供的密封件。优选将它安装在过滤器支撑件上，例如，它可以是围绕过滤器支撑件延伸的弹性环的形式。因为密封件附着在过滤器支撑件上，所以它随过滤器运动而运动。当过滤器位于分析位置时，密封件的作用是将分析区域与装置的剩余部分隔离，并且当过滤器位于安全位置时，密封件将安全区域与采样区域隔离。或者，可以将多个密封件安装在外壳的内部，以便实现这些功能。
优选地，该装置还包括第二密封部件，当过滤器位于采样位置时，该第二密封部件将流体流限制在由该第二密封部件限定的采样区域的体积内。当过滤器位于安全位置时，第二密封部件将过滤器与装置的剩余部分隔离。第二密封部件有助于采样过程，并且在装置不使用时有助于保护过滤器以使其免于污染。在采样位置，第二密封部件指引流体流过过滤器，使得所获得的样品是在采样时间中进入装置的污染物的精确表示。优选地，第二密封部件包括在过滤器和外壳之间围绕过滤器的周边延伸的密封件。
优选地，过滤器支撑件和外壳可滑动地啮合。这使得过滤器支撑件能够在外壳内从一个位置容易地移动到另一位置，并且这可以用多种方式实现。例如，过滤器支撑件的尺寸可以经过设计以便可滑动地配合在外壳的内壁上，或者过滤器支撑件可以可滑动地耦合到外壳的内表面上的杆或其它特征。便利地，外壳还具备伸长孔，并且过滤器支撑件包括朝向该伸长孔延伸的突片。该突片可以通过从外壳外部伸入该孔的合适的设备啮合。这提供一种在外壳内移动过滤器和它的支撑件的便利的方法，而无需打开外壳。因为存在较少的活动零件，所以该布置制造简单并且易于操作，但是或者，根据需要，过滤器可以配备磁性部分，并且在外壳外部使用第二磁体，从而来移动过滤器，或者可以提供电机以便相对于外壳移动过滤器。
优选地，外壳还具备安置在远离分析区域的位置的分析致动器孔。这允许在外壳内移动过滤器的另一种方法。可以将合适的工具插入孔中，并用它来对过滤器或过滤器支撑件施力。通常，这种技术可以用于将过滤器移动到分析位置。
优选地，当通过引入试剂来引发反应时，用于引入试剂的部件包括适于在使用中包含试剂的贮存器、位于贮存器和分析区域之间的通路以及用于使试剂流入分析区域中的设备。只要试剂的保存期允许，在装置使用之前，试剂可以一直贮藏在贮存器内。可以提供桶形式的贮存器，桶本身可以活动地安装在外壳上。优选地，上述设备是在贮存器内提供的活塞。就像过滤器支撑件那样，它也可以具备用于从装置外部操作它的部件，如可以通过外壳内的孔或借助磁力布置与外部致动器合作的突片。或者，用于引入试剂的部件可以包括适于在使用中包含试剂的空腔，该空腔具有至少一个与分析区域共有的壁，该壁的至少一部分易碎。在此情况下，可以通过过滤器本身(或过滤器支撑件)的运动弄破该壁的易碎部分，或者可以提供另一组件，通过该组件来打开空腔并释放试剂。例如，空腔可以是泡状部分。
此外，可以在分析区域内提供一种或多种干燥试剂或基质。引入液体或凝胶试剂来溶解干燥的化学物质，以便引发反应。如前所述，过滤器本身内也可以充满一种或多种化学物质。
优选地，外壳还具备位于分析区域壁内的窗口。这允许光学探询分析区域的内含物，以便可以通过分光光度法来监控其中发生的反应。通常，提供入射窗和出射窗，以便允许以透射模式进行分光光度分析。但是，其它方法(如荧光法)可以采用更多个窗口，这取决于光路布置。也可以在过滤器本身上看见反应，例如通过用UV光照射过滤器。或者，该装置可以具备用于监控反应的备选部件，如在分析区域内顶替用于进行电化学监控技术的电极。
优选地，该装置还包括设置在分析区域内的搅拌器。该组件不仅有助于从过滤器物质中分离污染物样品，而且还改善试剂和污染物的混合，以便帮助反应并改善反应混合物在整个分析区域内的均匀性，从而提高测量结果的精确度。优选地，搅拌器适于从装置外壳的外部远程致动。或者，搅拌器可以具备位于外壳内部的电机或其它致动部件。搅拌器可以位于分析区域内的任何位置，但是比较便利的是将搅拌器设置在基本上与过滤器的平面平行的平面内，搅拌器可以围绕与那个平面垂直的轴旋转。尤其在过滤器易碎的情况下，搅拌器优选在使用中与过滤器隔开。这意味着，搅拌器可以位于与过滤器相邻的位置，从而有效地分散污染物样品，而不会损坏过滤器材料本身。
根据本发明的第二方面，一种采样和分析组合件包括根据本发明的第一方面的装置和适于与该装置耦合的皮套。该皮套提供用于安装和搬运该装置的便利部件。优选地，皮套包括用于将该组合件固定到用户身上的部件。例如，它可以是夹具、别针、腰带或粘性贴片的形式，并且当用户进行工作时，便利地允许将该组合件附着到用户身上。优选地，将该组合件固定到用户身上靠近他的呼吸区的位置(如他的衣服的翻领上)，以便可以获得对他可能吸入的污染物的精确测量。或者，可以将该装置安装在架子或墙壁等上，以便进行静态而不是个人监控。
便利地，皮套具备用于在装置外壳内移动过滤器的部件。优选地，该装置具备如上所述的与外壳可滑动地啮合的过滤器支撑件，并且皮套上提供的用于移动过滤器的部件包括突出物，当装置和皮套相对于彼此运动时，该突出物与过滤器支撑件上的突片合作，以便使过滤器支撑件沿着伸长孔的边滑动。或者，如果过滤器支撑件具备磁性部分，那么皮套也可以具备磁体，该磁体与磁性过滤器支撑件相互作用并且使过滤器支撑件运动。
优选地，该装置包括如上所述的安全区域，并且皮套上提供的用于移动过滤器的部件在装置和皮套耦合在一起时将过滤器从安全位置移动到采样位置，并且在装置和皮套解耦时使过滤器返回到安全位置。这意味着装置滤筒到皮套的耦合自动将过滤器移动到采样位置，以便将它暴露在测试环境下。当从皮套中取出装置时，过滤器返回到安全位置，并且因此得以密封而与环境隔离。因此，梭子进出采样位置的运动自动发生，并且不是用户要记住的步骤。
根据本发明的第三方面，提供一种皮套，该皮套适于与根据本发明的第一方面的采样和分析装置耦合。
根据本发明的第四方面，一种采样和分析工具包包括根据本发明的第二方面的组合件和用于使流体流过该组合件的泵。通常，皮套具备与装置外壳内的孔对准的出口，并且还具备管口，可以将泵附着到该管口。为方便起见，可以通过软管附着该泵。通常，用户还携带该泵，例如将该泵附着到他的腰带上。
根据本发明的第五方面，提供一种分析器，用于监控根据本发明的第一方面的采样和分析装置内的状况。优选地，该分析器适于在使用中与装置耦合，并且包括用于在装置外壳内移动过滤器的部件。或者，可以使用独立的致动器组件来移动过滤器，并致动反应物和用于监控所得反应的分析器。
通过采用与采样和分析装置分离但相互作用的分析器，采样操作可以远离分析台进行，例如在不同的地理位置和/或不同的时间进行。此外，可以在一个或多个分析器中按照任何次序在任何时间分析每个装置中收集到的样品，而不会扰乱由其它装置进行的测量。
每个收集和分析事件通常是“一次性的(single shot)”，即，每个装置只取一个样品，然后对该样品进行分析，并且处置掉该装置或用新的过滤器和合适的试剂再装填该装置。应注意，在大多数实施例中，采样和分析装置本身并不具有任何“读出器”功能。更合适地说，它为其中进行的反应提供容器。通过(独立)分析器评定反应结果。因此，可以在第一装置中分析一个样品的同时，使用第二装置收集另一样品。
优选地，该装置包括如上所述与外壳可滑动地啮合的过滤器支撑件，并且在分析器上提供的用于移动过滤器的部件包括轴，可以从分析致动孔将该轴插入外壳中，以便接触过滤器支撑件并对其施力。或者，如前所述，过滤器支撑件和分析器可以各自具备用于在装置外壳内移动过滤器的磁性部件。分析器可以具备突出物，当装置和分析器相对于彼此运动时，该突出物与过滤器支撑件上的突片合作，以便使过滤器支撑件沿着伸长孔的边滑动。优选地，装置包括安全区域，并且在分析器上提供的用于移动过滤器的部件适于将过滤器从安全位置移动到分析位置。这可以手动激活(即，当分析器接收指令时)，或者可以设置成在将装置正确地安装在分析器中或者当例如关闭分析器的盖子时自动发生。或者，如果分析器具备用于啮合过滤器支撑件的突出物，那么可以通过装置与分析器耦合的动作使过滤器滑入分析区域内。
优选地，在通过添加试剂引发反应的情况下，分析器还包括用于操作用于将试剂引入到装置的分析区域中的部件的试剂致动器。例如，如果用于引入试剂的部件包括如前所述的贮存器和活塞，那么试剂致动器可以在机械上与活塞耦合，以便在致动器移动时迫使试剂进入分析区域。致动器也可以使贮存器本身相对于外壳运动。通常，试剂致动器包括第一致动器杆，当该杆相对于装置运动时，该杆与活塞合作，以便迫使试剂进入分析区域。试剂致动器还可包括与贮存器合作的第二致动器杆。或者，如果用于引入试剂的部件包括如前所述的易碎空腔，那么过滤器或过滤器支撑件本身便可提供试剂致动器。在通过其它方式引发反应的情况下，分析器可以容纳例如加热或照射元件。
便利地，该装置在分析区域中包括至少一个窗口，并且分析器具备用于光学探询分析区域的内含物的部件。或者，分析器可以具备备选监控部件，如用于进行电化学测量的电路。
优选地，在装置在分析区域内包括搅拌器的情况下，分析器还包括用于操作搅拌器的搅拌器致动器。搅拌器致动器和搅拌器可以例如磁耦合。便利地，分析器还包括用于加热装置的分析区域的部件。还可提供控制部件，用于以受控速率加热到预定温度。
根据本发明的第六方面，提供一种致动器，该致动器适于耦合到根据本发明的第一方面的采样和分析装置，该致动器包括用于在装置外壳内移动过滤器的部件以及用于操作用于将试剂引入到装置的分析区域中的部件的试剂致动器。
根据本发明的第七方面，提供一种采样和分析系统，该系统包括根据本发明的第一方面的装置、根据本发明的第二方面的组合件和根据本发明的第四方面的工具包中的至少一种以及根据本发明的第五方面的分析器。该系统另外还包括根据本发明的第六方面的致动器。
根据本发明的第八方面，一种用于采样和分析流体中的污染物的方法包括以下步骤a)使流体通过位于外壳内的采样位置的过滤器，以便使污染物的样品保留在过滤器上；b)将过滤器移动到位于外壳内的分析区域中的分析位置，并在该分析位置发生涉及过滤器上的至少一些污染物的反应；c)监控反应。
反应可以用多种方法来促进，并且可能需要或可能不需要引发步骤。但是，在每种情况下，外壳始终包含过滤器、所收集的样品和反应，由此提高该方法的精确度和灵敏度，并使该方法适于由不熟练的用户操作。
优选地，在步骤(a)之前，将过滤器从外壳内流体无法接触过滤器的安全位置移动到采样位置。便利地，在步骤(a)之后且在步骤(b)之前，又将过滤器移动到安全位置。如果所采用的特定化学方法需要致动步骤，那么优选地，该方法还包括引发反应的步骤。便利地，这在过滤器位于分析位置时就发生，但是如果合适，它也可以在过滤器位于某个其它位置时发生。可以通过将试剂引入到分析区域内来便利地引发反应。在此情况下，一旦过滤器位于分析位置，便可引入试剂，在此情况下，步骤(b)可以包括以下步骤b1)将过滤器移动到分析位置；
b2)密封分析区域，以便使它与外壳的剩余部分隔离；以及b3)将试剂引入到分析区域中。
或者，可以在过滤器与分析位置相邻并且分析区域没有完全密封时引入试剂。因此，步骤(b)可以包括以下步骤b1)将过滤器移动到与分析位置相邻的位置；b2)将试剂引入到分析区域中；b3)将过滤器移动到分析位置；以及b4)密封分析区域。
这使夹带的空气能够从分析区域逸出。
优选地，使用由本发明的第一到第六方面中的任一方面提供的设备来进行该方法。
现在将参照附图描述根据本发明的采样和分析装置、系统和方法的实例，附图中
图1a是过滤器位于采样位置时的采样和分析装置的图示；图1b是过滤器位于安全位置时的装置的图示；图1c是过滤器位于分析位置时的装置和用于分析过滤器上的样品的分析器单元的图示；图2a是根据本发明的一个实施例的采样和分析装置的外部透视图；图2b是如图2所示的实施例的内部的透视图，其中过滤器位于安全位置；图3a和图3b是该实施例中所用的过滤器支撑件的透视图；图4a是该实施例的外部侧视图；图4b是示出内部布置的细节的该实施例的外部正视图；图5a、5b、5c和5d是如图2a-3b所示的装置和皮套的透视图，其描绘装置到皮套的耦合；图6a、6b和6c示出在与皮套耦合过程中以及耦合之后的装置的内部；
图7a示出安装在皮套内的装置的外部正视图；图7b示出沿图7a中的线B-B截取的横截面；图8a示出在与皮套耦合过程中的装置的内部正视图；图8b示出沿图8a中的线K-K截取的横截面；图9a、9b和9c示出在将试剂引入到装置的分析区域内之前、在此过程中以及在此之后的装置的内部侧视图；图10a示出过滤器位于分析位置时的装置和位于与过滤器相邻的位置的搅拌器的正视图；图10b示出沿图10a中的线C-C截取的横截面；图11示出可结合于装置中的搅拌器的一个实例；图12是使用如图2-11所描绘的实施例来检测Savinase所获得的结果的图表；图13是根据第二实施例的采样和分析装置的图示；图14a、14b和14c描绘免疫测定方案；图15是根据第三实施例的采样和分析装置的图示；以及图16是如图15所示的装置的一部分的图示。
图1a、1b和1c示意性地描绘用于监控环境中的污染物的采样和分析装置。该装置特别适于检测气载粒子(一般为固体)，如灰尘、霉菌孢子或如前所述的酶。为清楚起见，以下描述将集中在监控酶的实例上，如在洗涤粉的制造过程中所遭遇的酶。但是，应注意，本发明不限于该实施例，并且可以通过选择合适的反应和随后的分析技术来容易地改变以适于对其它污染物进行监控，不管是液态还是气态微粒。例如，在一个实施例中，可以收集空气中所带的液态悬浮粒子。尽管描述集中在气流所带的污染物上，但还设想可以使用该装置来从其它流体中获得样品，包括其它气体以及液体。
此外，在该实例中，通过引入试剂来激活将要监控的反应，并且提供用于贮藏和分配试剂的部件。但是，在其它实例中，可以通过其它技术来引发反应，如加热或用UV光照射。在这些情况下，可以提供用于加热或以其它方式激活反应的部件以代替试剂贮存器和相关零件(下文将描述)。可以将该部件集成到装置本身中，或者在装置外部提供该部件。在其它实例中，无需任何引发步骤，例如，样品可以在收集后或在稍后的某个预定时间开始自发地反应。
所描述的实例特别适于个人监控，并且因此适于用户携带，以便从他的吸入区对空气采样。但是，该装置可以在做少量修改的情况下用于例如通过将装置或皮套安装在架子或墙壁上来执行静态监控。
基本上，该装置包括外壳100，在该外壳100内，设置有过滤器105或其它收集元件。在外壳100内界定有多个区域和过滤器位置。采样区域115在外壳100中具备一个或多个孔，这个或这些孔允许将要监控的流体140(以及流体所带的任何污染物)进入外壳100。通常，提供第二(出口)孔用于使流体离开外壳100，但也可以布置成使流体通过同一个孔进入和离开。采样位置110描述在对流体采样时过滤器105在采样区域115内的位置。通常，采样位置位于入口孔和出口孔之间，以便在过滤器105位于采样位置110时使流体140流过过滤器105。可以提供泵150，以便使流体流过过滤器105。在采样过程中，流体140所带的污染物吸附在过滤器105上，并且流体的剩余部分通过排放装置160排出。
然后，在外壳100内将过滤器移动到第二位置。这可以是分析位置(图1c)，或者视情况是安全位置(图1b)。安全区域125提供安全位置120，在该安全位置120，过滤器105通过密封件(由方框126表示，但实际上，该密封件可以设置在过滤器105的周边上)与周围大气隔离。安全位置120可以在装置不使用时在采样前后用于贮藏过滤器。因为过滤器105与环境隔离，所以防止了污染。安全位置120还确保所收集到的任何污染物保持密封并受到保护以免于提前反应。但是，在采样后，可以将过滤器105直接移动到分析区域135内的分析位置130。在缺少安全区域125的情况下，可以在入口孔和出口孔上提供可拆卸的盖子，以便在不使用时保护过滤器免受环境影响。
一旦过滤器位于分析位置130(图1c)，分析区域135便被密封以与外壳100的剩余部分隔离。提供用于将试剂170引入到分析区域135中的部件138。干燥基质136也可以存在于分析区域135中。通过将试剂170释放到分析区域135中来引发与过滤器105上的污染物样品的反应。视情况，可以提供搅拌器137，以便从过滤器中分离污染物样品并帮助试剂的混合。
利用分析器200监控反应。通常，这可以通过光学探询法来实现。例如，分析器200可以包括光学源210和光学检测器215。可以使用分光光度技术通过外壳100内的窗口(未示出)来监控例如分析区域135的内含物的颜色变化。分析器200还可具备用于远程操作(例如，通过磁耦合)搅拌器的搅拌器驱动器220或致动器以及用于培养反应的加热器230。
因为所有的采样和分析步骤都在一个罩壳(外壳100)内进行，所以该装置提供一种无需熟练人员的介入即可进行个人监控的便利方法。特定来说，无需在采样和分析之间处理过滤器，并且在分析过程中，过滤器一直位于反应腔室(分析区域135)内。这不仅简化了程序，而且因为反应中使用了所收集的所有样品，所以还大大提高了装置的灵敏度。
现将参照图2-12描述一个特定实施例。装置或“盒子”300包括外壳1，该外壳1包含将用于收集污染物样品的过滤器11和进行分析所需的所有试剂。(在备选实施例中，可以单独贮藏并在稍后的阶段添加其中一种或多种试剂)。该装置具有两个主要部分外壳1，它包括或附着有用于执行采样和分析过程的各个阶段中所需的功能的特征，并且夹持过滤器11，但允许过滤器11受控地移动；以及在该实例中的移动式过滤器支撑件或“梭子”4，它实体支撑并夹持过滤器。过滤器支撑件4通过支撑件4和外壳1之间提供的小空隙与外壳内部可滑动地啮合。但是，如果过滤器足够坚固，那么该装置可以布置成不带过滤器支撑组件，或者支撑部件可以与过滤器成一整体。
外壳1具备用于允许空气(或其它流体)进入的孔2、用于流体流出的孔2′(图4A)和用于在使用前贮藏试剂的贮存器区域5。图2B示出所供应的装置300的内部。过滤器支撑件4将过滤器11保持在经过密封以免与周围环境接触的区域中，该区域称为安全区域。可以说过滤器11位于安全位置。这防止过滤器在预期的采样时期之前受到污染，并且在采样后，这还阻止所收集的样品例如在运输过程中分散到外壳1的剩余部分内。特定来说，样品不能够进入分析区域，从而防止提前反应。以这种形式，可以将装置300贮藏延长的时期，贮藏时间的长短只受到其中贮藏的将要在分析阶段使用的试剂的保存期的限制。
图2B还示出具有试剂贮存器7和活塞6的贮存器区域5的内部。在该实施例中，贮存器7是桶。这将在下文更详细地描述。
外壳内提供了孔50、51和53，以便允许从外壳1的外部移动或操作过滤器支撑件4、贮存器或桶7和活塞6，这将在下文说明。
外壳1还具备皮套拴3和锁定销20，这两个组件使装置300能够与皮套互锁。
图3a和图3b示出过滤器支撑件4及位于该过滤器支撑件4上的过滤器11的两个视图。可以通过各种方式将过滤器11夹持在过滤器支撑件4上，但热熔法(heat stacking)既方便又有效。过滤器支撑件或梭子4具备梭子密封件8，该梭子密封件8围绕过滤器支撑件4延伸。密封件8可以包括单个密封件(如图所示)或两个独立的并行密封件。当将过滤器支撑件4封闭在外壳1内的某些位置时，梭子密封件8提供在过滤器支撑件4和外壳1的内壁之间延伸的屏障，该屏障有效地隔离密封件8以下的外壳区域和密封件8以上的外壳区域。因此，防止跨过密封件8的流体连通。实际上，当过滤器位于采样或安全位置时，密封件8无需提供完全密封。这时，由过滤器密封件9和10提供密封(参见下文)。在密封件8的端部周围可以存在按照采样和安全位置附近的外壳内部的形状的路径。但是，在分析位置，密封件8适应外壳，并且提供完全密封，从而封闭分析区域。梭子4可以沿它的侧支柱具有多个凹槽(未示出)，以便防止在梭子和外壳1的内壁之间利用毛细管作用传送流体(特定来说，在致动后的试剂)。或者，可以除去侧支柱，并改为通过(加固)中心支柱来提供梭子上密封件8的区域和过滤器11的区域之间的连接。类似地，可以给密封件8上润滑油，以便防止利用毛细管作用获取的流体越过密封件。实际上，所有的装置组件都可以施加有防水涂层。
环形过滤器密封件9和10围绕过滤器11的周边设置在过滤器支撑件4的每一侧上。在安全位置，过滤器密封件9和10在过滤器支撑件4和外壳内部之间延伸，从而使过滤器与装置的剩余部分有效地隔离。这不仅有助于防止来自环境的污染，而且还防止样品和存在于分析区域中的试剂之间的提前反应(参见下文)。提供突片24，可以通过伸长孔53(如图2b和图10所示)接近这些突片。在使用中，通过从伸长孔53中插入合适的工具以便与突片24啮合，可以使过滤器支撑件4相对于外壳1滑动。在本实施例中，该工具提供在皮套上，这将在下文描述。提供止动销12，以便在第一次使用之前，将梭子4锁定在安全位置，如图4b所示。止动销12与外壳1内的插口52配合。该特征通过确保在第一次使用之前不会从安全位置无意地移动过滤器支撑件4来提供额外的安全等级，从而防止过滤器11受到意外污染。止动销12设计成在第一次使用时从过滤器支撑件4脱开，从而仍位于插口52内。此后，可以在外壳1内移动过滤器支撑件4，这将在下文描述。
一旦准备好使用，必须将过滤器从安全位置移动到采样区域中的采样位置。采样区域是外壳1内具备入口孔2和出口孔2′的那个部分。采样位置位于入口孔2和出口孔2′之间。可以手动或使用电机将过滤器11移动到采样位置。但是，在该实施例中，装置300构型成与皮套15耦合。耦合动作本身将过滤器11移动到采样位置。
在采样过程中，装置300保持安装在皮套15上(参见图5)，而皮套15又连接到采样泵(未示出)。例如，可以采用标准的个人采样泵，如可自SKC和Casella获得的泵。
皮套15设计成与装置300的外壳1耦合。在皮套15上提供部件，用于在装置300滑入皮套15内时，在外壳1内将过滤器从安全位置移动到采样位置。
图5a和5b示出装置300和皮套15的单独视图，这两个视图示出位于皮套15的侧面上的插入导轨30以及叉形物或突出物25和孔31，当过滤器11位于采样位置时，该孔31有利于使气体流过装置外壳内的孔2和2′与过滤器11。皮套15还具备与装置300上的皮套拴3和锁定销20啮合的特征21和22。
图5c和5d示出将装置300插入到皮套15中的插入过程。起初，装置300与皮套15成一定角度安置，其中外壳1的一端60刚好位于由皮套15形成的空腔内。同时将皮套拴3与凹座21对准，并且朝向皮套向后压外壳1，使得外壳1的后面(具有出口孔2′)与皮套面61接触。然后，如图5c所示的外壳1的向下运动完成配合操作，并且锁定销20与围绕点22旋转的内部闭锁钩配合，从而将装置300锁定在皮套15内。这可以通过压下按钮29来松开，按钮29使钩缩回并允许装置300从皮套15中滑出。
在耦合程序过程中，通过外壳1内的伸长孔53，皮套15的面61上所提供的叉形物或突出物25与过滤器支撑件4上的突片24锁在一起。当外壳1相对于皮套15向下运动时，通过突片24和突出物或叉形物25之间的合作来相对于皮套15固定过滤器支撑件4。外壳1相对于过滤器支撑件4滑动，从而使过滤器11到达采样位置。因此，一旦安装在皮套15内，过滤器11便暴露在环境中，并且装置准备好获得样品用于分析。
图6a、6b和6c示出插入到皮套15中的装置300的其它横截面图。图6c中的细节示出过滤器支撑件4上的突片24如何与皮套15上的叉形物25配合，从而将过滤器11固定在孔31上。装置300的进一步插入使外壳1和过滤器支撑件4相对于彼此滑动，并且因此使入口孔2和出口孔2′与过滤器11对准，如图6b所示。
图7a和7b示出在采样过程中的装置和皮套组合件。管道23通过软管(未示出)将该组合件连接到采样泵(未示出)。利用泵的动作使空气流过(如箭头所示)入口孔2、过滤器11、出口孔2′、皮套孔31并且最后流过管道23。O形环2′a或均等的可粘合的橡胶模塑物设置在出口孔2′周围，以便改善装置和皮套之间的密封。该采样中通常采用的类型的泵可以具备微处理器，以便确保精确地记录或控制采样周期和流率，这是因为所收集的酶(或其它污染物)的量取决于这些参数以及大气中被测对象的浓度。过滤器密封件9和10防止空气在过滤器周围的任何泄露，并且因此确保所获得的样品的完整性。空气以受控方式流经过滤器11，以便在过滤器11上沉积可靠且定量的污染物样品。提供夹具27，以便在延长的时期内在靠近用户的呼吸区的位置戴上该组合件，而不会限制活动。可以设想备选附着方法，这取决于用户要求和所穿的衣着的性质。
在完成采样过程后，通过基本上颠倒如上所述的插入过程，按下按钮29以便松开锁定钩，并使外壳1滑出，来使装置从皮套15中退出。该运动使过滤器支撑件4返回到安全位置，从而防止过滤器受到污染并且使所收集的任何污染物的损耗最小。这在图8a和8b中示出。在该实施例中，布置是这样的，即如果需要，可以在另外的采样周期重新使用装置300。原则上，过滤器11进出采样位置的重复运动是可以的，这取决于系统的详细设计。例如，如果想要在扩充数量的工作班次中进行采样并将样品合并到单个过滤器上，那么这可能是有利的。但是，在一些情况下，优选是单次使用的布置，在此情况下，装置可具备“止回”特征或类似特征，以便确保只有过滤器11的单次暴露才可行。例如，可以布置闭锁钩，以便防止盒子在第一次从皮套15中退出后再插入。该方法在某些个人安全监控应用中具有优势。
当用户想要在采样后立即或在稍后的某个时间分析所收集到的样品时，将装置配合入致动器或滑入形成分析器的一部分的接收支架或插口(未示出)内。在该实例中，将装置插入到分析器内会自动促成用于产生所需的定量测量的一连串事件。例如，将装置正确插入到分析器中或者将盖子盖在分析器上可以指示分析器滤筒准备好分析了。随后，分析器可以通过将过滤器移动到分析位置并释放试剂来“激活”滤筒。这些致动步骤可以同时发生或依序发生。接着，监控反应，这将在下文描述。当然，也可以手动地操作分析器。过程步骤发生的精确次序取决于所采用的化学和探询方法的细节。
或者，可以使用独立的分析器和致动器组件。在此情况下，分析器不具备用于移动过滤器或致动试剂的释放的部件，但它可以保留其它控制(如搅拌或加热)元件。提供独立机构来“致动”滤筒。该致动器(未示出)与外壳耦合，并且包括多个杆，这些杆延伸到装置中以便驱动梭子4、桶7和活塞6的运动(如下所述)。致动器可以手动或电驱动，并且可以全部或部分自动，这潜在地由单个切换动作控制。设想可以通过使用致动器来致动装置，然后将装置置于(用或不用致动器)分析器中用于测量。致动器可以是手持式、夹到装置外壳上、在致动过程中配合入分析器、永久附着到分析器，或者可以将致动器和分析器都附着到某个其它框架组件上。
无论使用哪种致动设备，在分析程序开始时，从采样或安全位置朝向分析区域移动过滤器。下文将更详细地描述该程序的机械学。可以将过滤器直接移动到分析位置，或者可以使过滤器停留在与分析位置相邻的位置，同时将试剂引入到外壳中。后一种技术允许夹带的空气在密封件8完全隔离分析区域之前逸出。一旦引入试剂，便完成过滤器到分析位置的移动，如下所述。
在该实例中，分析器具备用于将过滤器11移动到分析位置的部件。例如，这可以通过为分析器提供与皮套15上的叉形物25类似的突出物来实现，这些突出物与过滤器支撑件4上的突片24耦合。或者，分析器上的突出物本身可以移动并且可用于与过滤器支撑件4配合，然后在将外壳1插入到分析器中后的某个预定时间将过滤器支撑件4移动到分析区域。但是，在优选实例中，设想用于将过滤器移动到分析位置的其它部件。分析器具备分析致动器组件，该组件从外壳1内的孔51中插入，以便将过滤器支撑件4推向分析位置。如果使用独立的致动器组件，那么在致动器而不是在分析器上提供分析致动器组件或均等物。通常，该组件是杆或轴的形式，并且接触过滤器支撑件4的顶部(如在如图3a所示的位置“X”)。该动作移动梭子4，使得梭子密封件8与外壳1的内表面配合，以便提供液密密封，从而完全封闭分析区域或腔室并使它与外壳1的剩余部分隔离。
图9A和9B上的箭头(i)至(iv)指示在采样和分析程序的各个阶段过滤器梭子4上的突片24的近似位置。在安全位置，过滤器梭子静止不动，其中突片24位于位置(ii)。梭子向上移动，使得当过滤器位于采样位置时，突片与(i)相邻。在分析序列开始时，梭子可以直接移动到分析位置，其中突片24位于位置(iii)，或者可以移动到与分析区域相邻的位置(iv)。在后一情形下，将试剂引入到分析腔室中，然后梭子继续移动到分析位置。
将试剂从贮存器区域5引入到分析区域中。这避免在制造试剂溶液并将试剂溶液吸移到分析区域中时所涉及的潜在的错误和工作。分析器(或致动器)可以具备机械致动器，该机械致动器通过孔50作用于贮存器或桶7和活塞6上，以便释放保存在贮存器或桶7内的预定剂量的试剂，如图9a、9b和9c所示。活塞6通常是由橡胶材料制成的单件式模塑物，它包含O形环6a。在桶7的端部提供至少一个通路13，该通路13允许试剂从桶7中逸出并进入贮存器区域5，有一个出口从贮存器区域5进入分析区域。在通路13的两侧上提供O形环14，以便远离通往分析区域的出口将逸出的试剂限制在贮存器区域5的小体积内。或者，可以用可粘合的橡胶模塑物来代替O形环14。致动杆(未示出)作用于桶7和活塞6。桶7发生移动，以便将通路13与从贮存器区域5到分析区域的出口对准(图9b)。然后，活塞6发生运动以便通过对准的端口分配液体，并释放试剂剂量。通常，桶7的运动是通过与作用于活塞6的致动组件分离的致动组件实现的。两个独立的活动零件(未示出)从孔50进入，一个零件与贮存器或桶7相互作用，而另一个零件与活塞6相互作用。尽管该实例利用桶和活塞布置来贮藏和分配试剂，但也可设想其它方法。例如，可以用密封件将试剂包含在与外壳1内的分析区域相邻的贮存器内，当过滤器支撑件4移动进入分析位置时，过滤器支撑件4弄破该密封件。试剂得以释放，并且填充过滤器11周围的分析区域，从而洗掉酶样品并引发所需的酶催化反应。或者，分析区域可以具备入口或阀，可以通过该入口或阀手动地注入试剂。为了便于装配，分析区域的壁的一部分可以是盖子的形式，该盖子在制造过程中附着到外壳的剩余部分。必须将它密封到主体的剩余部分以便防止试剂逸出，并且这可以通过O形环或优选通过附着到盖子上的可粘合的模塑材料实现。
此外，在该实例中，在一个步骤中分配整个剂量的试剂。但是，对于一些应用，多阶段试剂释放可能比较合适。这时，例如通过一系列的活塞运动分几个受控量释放试剂。例如，这可以用来提供数个洗涤步骤。
通常采用包含缓冲剂和清洁剂的液体试剂，但其它方法也可行(如使用凝胶)。优选地，选择不会与滤筒材料相互作用、尤其是不会影响外壳、梭子、密封件或其它组件的机械性质的试剂。
通常，还在吸收垫63(图10b)上提供干燥形式的“基质”。该基质是反应的起始化学物质，并且通常在溶液中不稳定。垫63通常是由Millipore供应的类型的玻璃纤维材料(如GFCP203000)。当将液体或凝胶试剂释放到分析区域中时，基质会溶解并引发反应。因此，即使采用干燥“基质”，分析一般也都在液相中进行。
为了帮助反应，可以提供搅拌器来混合试剂。分析区域包含磁力搅拌元件40，该磁力搅拌元件40如图10a和10b所示，并且在图11中更详细地示出。它具备磁性或钢横向构件41，从而有利于通过外壳1的外部的电机进行磁力驱动。该布置允许在分析过程中搅拌而不会在装置中引入其它物体，并且因此使污染的风险降至最低。便利地，将电机或其它搅拌器致动器集成在分析器内。或者，通过对外壳做出合适的设计修改，可以提供用于搅拌器40的机械驱动链。搅拌可以连续进行，或者优选是间歇的。
过滤器支撑件4移动到分析区域中会使载酶过滤器11进入到与基质垫63紧邻的位置，其中在这两者之间存在搅拌器40。磁力驱动器优选设置成使得搅拌器40受到吸引而在垫63的表面上旋转，但不接触过滤器11，从而防止过滤器破裂。还可以通过保护笼62和/或将过滤器11附着到过滤器支撑件4来使过滤器11保持在远离搅拌器40的位置。笼62还确保将搅拌器40保持在相对于盒子内的剩余组件正确的位置并使搅拌器40在该正确位置旋转。
该布置的一个特别的优点是，过滤器和样品材料保留在分析区域中，而不是像常规方法中那样使用提取酶的溶液。不存在任何酶损耗，并且过滤器上的任何剩余物仍对所产生的信号有贡献。现场搅拌和探询(参见下文)反应混合物的能力免除了在常规分析方法中采用的过滤步骤，这是因为过滤器的破裂得以最小化。过滤器上所保留的任何酶不会丢失，并且仍可对反应做出贡献。即使提取阶段(从过滤器11中分离样品)或多或少地不如实际瓦解过滤器的方法那么有效，但由于所收集的酶完全保留在分析区域中，所以整个检测过程更有效。例如，使用该系统的Savinase(一种典型的清洁剂蛋白酶)的检测极限低于0.5ng/ml，这显著优于常规方法一般能实现的值(参见上文)。因此，该装置实现高灵敏度和低检测和定量化极限。图12示出使用所描述的设备和方法来检测Savinase所实现的一致性结果。图中绘制了颜色密度的增大率R相对于蛋白质浓度P(ng/ml)的曲线图。
在分析过程的规定部分中，也可以通过由装置或分析器提供的直接或间接部件来加热分析区域。通常，通过在约40-50℃的温度下培养来促进反应。
分析区域具备用于监控该区域的内含物的部件。通常，利用光学探询法通过窗口45(图10)来检测反应进程。例如，可以采用透射分光光度技术来检测反应混合物的颜色变化，这将在下文更详细地描述。或者，分析区域可以具备电极，并使用诸如电流测定法或伏安法的电化学方法来进行监控。
所选择的特定试剂和所需的反应取决于观察中的特定酶或其它污染物。在该实例中，反应与上文关于分析家居过敏原的已知方法描述的反应类似。但是，应注意，这些化学方法不是用于检测工业环境中的枯草杆菌蛋白酶的“工业标准”方法。反应生成黄色，该黄色可以在分光光度计中通过已知波长(在此情况下，约为395nm)处的吸收来容易地检测。有利的是测量反应速率，以便限制干扰的影响。除了酶之外，所收集的样品还将包含一般的工业灰尘，并且单个吸收测量可能不允许测定它们对信号的相对贡献“背景灰尘”可占信号的主要比例。通过测量作为时间函数的吸收的增大率，获得由酶反应单独引起的贡献的度量。其它污染物只是增加了进行这些测量的背景。因为来自不同源的吸收是相加的，所以较高的基线通常不成问题。
对于非常灵敏的检测，单独进行这些比率测量可能还不够。因为背景灰尘会从混合物中沉淀出来，所以(高)背景信号可能不能保持恒定。通过采用在没有来自酶驱动的反应的贡献的额外波长处的测量结果，可以测定背景信号的变化率，并且因此补偿测量波长(如395nm)处的读数。例如，可以额外观察约525nm、595nm和630nm的波长处的吸收。
可以使用备选探询技术来代替分光光度技术。例如，已表明荧光法使用以荧光染料(酰胺基甲基香豆素化合物)而不是黄色作标记的市售基质工作。电化学方法也十分合适，并且可以得益于外壳设计的多个方面。例如，可以在电流测定或伏安系统中采用4-氨基苯酚(4AP)衍生物。
在分析步骤过程中及完成之后，装置内的密封件8、9和10(尤其是密封件8)确保废试剂和产物保留在外壳1内。这在采用有害物质时是一个尤其重要的考虑因素。可以应用正确的处置技术，而不会对用户造成污染危险。
装置300可以具备条形码或其它识别特征，以便可以将样品数据容易地添加到个别暴露记录中。例如，在将装置300插入到分析器中后，可以将结果自动下载到数据库中，以便允许识别处于危险中的个人或样品区内的热点区域。
清洁剂工业使用一定范围内的密切相关的枯草杆菌蛋白酶类型，所有这些类型的酶可以使用基本上相同的化学方法来检测(但每种酶的最佳反应条件可能会略有不同)。因此，系统针对这些不同形式的变化浓度的响应度和校准是一个重要问题。实际上，很难产生包含已知量的目标酶的“标准”载尘大气，并且因此在预期操作条件下的采样和分析系统的全面测试难以实现。
在使用过滤器的常规系统中，普遍的校准方法是将液态酶溶液直接添加到分析单元内，从而同时省去了采样和提取阶段。因此，校准不能精确地表示在这些过程中引入的不确定性。建议使用如上所述的系统，将经合适掺杂的液体直接吸移到过滤器11上，以便用已知量的酶装载装置300。然后，如前所述进行剩余的分析步骤，以便提供至少一定程度地考虑过滤器11的吸收和随后的提取和反应的相对效率的校准。然后，按照酶质量负荷来校准分析仪器的最终输出，对于用户来说，这比光密度或某个其它分析单位更有用。
所示形式的典型外壳的长度约为109mm。该外壳优选由聚碳酸酯制成，聚碳酸酯提供鲁棒性和光学透明度的良好组合，但丙烯酸树脂可以是备选选择。桶部分选择聚丙烯，因为已知该材料高度惰性，传统上用于注射器组件，并且能够装侵蚀性试剂。大多数次要零件用ABS模塑而成，但也可以使用其它塑料。外壳构造的一个特别特征是，它具有光滑的内表面，以便允许过滤器支撑件4在各个不同位置之间自由移动。可以采用各种密封材料，但注射模塑热塑性弹性体(TPE)尤其合适。过滤器11的直径约为24mm，并且优选由玻璃纤维材料制成(如Whatman GF/A，它是工业标准滤纸)。
设想可以提供采样和分析系统用于对例如工业工作场所采样。每个工人可以配备一个采样和分析工具包，该工具包中包括如上所述的装置和皮套组合件以及带在例如人的腰带上的泵。装置300提供一体式采样、反应和分析容器，并且因为通过与硬件(皮套15和分析器)的机械相互作用自动地激活它的功能，所以无需任何外部用户动作。重要的是，无需任何化学或分析技能便可获得可靠的定量结果。
还设想对上述设备的许多修改。滤筒可以设计成包含多于一个分析区域，每个分析区域具备它自己的过滤器和试剂布置。可以测试污染物的任何组合，其中为每种污染物提供合适的化学和监控技术。
另外一种可能是在一个单元中使用几种化学方法，以便在同一个滤筒中促进多于一个测试。在这方面，必需识别不会相互干扰并且可以进行独立检测的化学方法。
尽管以上描述集中在工业监控蛋白酶(尤其是枯草杆菌蛋白酶)上，但也存在多种其它气载酶，通过对反应化学做出合适的修改，可以容易地对这些酶应用相同的通用方法。例如，在清洁剂制造中还使用纤维素酶、脂肪酶和淀粉酶，并且在烘焙工业中也广泛采用淀粉酶。该技术的另一个重要的延伸是分析真菌和细菌，这些真菌和细菌基本上包括可以通过合适的反应释放以攻击细胞或孢子壳的量的酶。也可以通过在装置内结合合适的化学测试试剂来监控非酶分析物。例如，该设备可用于进行免疫测定。该装置甚至可用于监控无机污染物，前提条件是可以识别合适的反应，并且可以供应合适的试剂。
一个特定实例是使用上述技术来气载检测霉菌孢子。这时，滤筒的易于使用性和它对污染的高完整性极其有益。但是，该应用中所采用的化学方法可能需要对滤筒做出许多修改。具体来说，可能必需提供几种液体试剂(在过程中的适当时间点释放)、额外的干燥试剂和废物收集区域。图13-16示意性地示出合适的修改。
滤筒可以具备多于一个贮存器区域5a、5b以及各自的桶/活塞布置(图13)。多个贮存器或桶可以包含不同的试剂，并且可以根据需要在相同或不同的时间释放合适的体积。
在免疫测定序列中，滤筒需要供应几种试剂和一个洗涤步骤。图14a、14b和14c描绘一种典型的免疫测定方案。将抗体表示成“Y”形单元90和93，将酶表示成星形91，并将分析物表示成菱形92。在免疫测定中，通常将分析物称为抗原，它是与抗体特异结合的组分。图14a示出第一步骤，在该第一步骤中，从贮存器中释放液体，以便溶解干燥抗体90(已经存在于分析区域中)并从过滤器中释放抗原92。溶解后的抗体90具有与它共轭的酶91。将另一抗体93固定到分析腔室内的表面94。然后，允许进行结合持续选定时间。在第二步骤中(如图14b所示)，在结合后，将分析物92结合到固定抗体93，并将酶标记的抗体90结合到分析物92上的另一位点。定量事件(将在分析器中监控)是，如果存在的分析物越多，那就有越多的酶91变成固定。必须精确测定固定酶91的量，以便作为对原始分析物的度量。任何多余的酶标记的抗体90需要洗掉，因为否则游离酶会产生错误信号。在步骤3中(图14c)，通过用基质S来呈现固定酶并检测产物P来检测固定酶，如上所述。一种常用的酶标记是碱性磷酸酶，其中磷酸硝基苯基酯基质(无色)生成硝基苯酚产物(黄色)用于分光光度检测。或者，可以使用荧光标记。
可能需要在分析腔室下方提供废物容器72，以便在洗涤步骤过程中收集废物。图15是合适的滤筒构型的示意图。在第一分析步骤中，从第一贮存器区域5a中释放试剂混合物，以便填充分析区域。可以在腔室内固定干燥形式的额外试剂，以便溶解在所释放的液体中。可以存在搅拌以增强干燥试剂的溶解并改善混合。在合适的时间，从贮存器区域5b中释放第二试剂，以便冲洗分析区域。来自第二贮存器区域5b的入口13b与分析区域的顶部毗连，以便帮助冲洗。出口70在最初以及在第一分析步骤过程中闭合，然后在冲洗过程中打开。端口70可以在检测步骤中再次闭合，在该检测步骤中，可能会从贮存器区域5a或5b、或从额外的贮存器(未示出)添加额外的试剂。
分析区域内的干燥形式的试剂只可在第一步骤中使用。任何随后的干燥试剂都必须安置在只有在将要使用时才变湿的区域中，例如在贮存器和分析区域之间的连接通路之一中的多孔垫中。
出口70可以构型成活塞阀，以便允许受控地打开和闭合。图16示出一个示例布置。出口70由通道形成，该通道的一部分71位于滑动活塞73内。当该阀闭合时，出口通道70的这一部分71不与通道的剩余部分对准，并且因此流体无法流入到废物容器72内。当对滑动活塞73施加向下的力时，这些通道对准并且接通从分析区域到废物容器72的路径。因此，当需要时可以接通液体通道，并且在稍后的时间堵塞该通道以便阻止液流。在一个活塞73上提供几个这样的通道部分71会使几个打开和闭合序列能够在施加单向力时进行，在合适的间隔中断，以便提供一连串的阀动作。
所设想的另一实施例具备至少部分地位于分析区域130(参照图1)内的伸长条带(未示出)。在分析序列过程中，过滤器进入紧靠该伸长条带的一部分、优选是其一端的位置。通过将液体或凝胶试剂释放到分析区域中来将所收集的样品转移到具备一系列干燥试剂的条带上。例如，该伸长条带可以包括包含一连串用于进行免疫测定的干燥试剂的毛细管条带。
在毛细管作用下使所收集的样品的溶液流过该条带，并且当样品溶液遇到干燥试剂时经历一系列反应。这样做的优点是，无需大量液体试剂或用于管理步骤顺序的复杂的控制系统便可执行整个分析序列。单个试剂释放步骤可引发任意数量的反应，这取决于干燥试剂的布置。所得反应可以预测，并且可以使用常规技术来监控。装置外壳可以在沿伸长条带的合适位置处具备额外的分析窗口，可以通过这些窗口来监控序列中的某些阶段。
权利要求
1.一种采样和分析装置，包括外壳，在所述外壳内界定有采样区域和分析区域，所述外壳具有至少一个用于允许流体进出所述采样区域的孔和设置在所述外壳内的过滤器，其中所述过滤器可以在所述外壳内于位于所述采样区域中的采样位置和位于所述分析区域中的分析位置之间移动。
2.如权利要求1所述的采样和分析装置，其特征在于，还包括用于将试剂引入到所述分析区域中的部件。
3.如权利要求1或权利要求2所述的采样和分析装置，其特征在于，还包括第一密封部件，至少在所述过滤器位于所述分析位置时，所述第一密封部件隔离所述分析区域和所述采样区域。
4.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，所述过滤器可以在所述外壳内于所述采样位置和所述分析位置之间沿直线路径移动。
5.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，所述装置还在所述外壳内界定安全区域，所述过滤器还可在所述采样位置或分析位置和位于所述安全区域内的安全位置之间移动，当所述过滤器位于所述安全位置时，所述过滤器被密封以至少与所述采样区域隔离。
6.如权利要求4所述的采样和分析装置，其特征在于，所述过滤器可以在所述外壳内于所述采样、分析和安全位置之间沿直线路径移动。
7.如权利要求4所述的采样和分析装置，其特征在于，当所述过滤器位于所述安全位置时，它被进一步密封以与所述分析区域隔离。
8.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，所述过滤器安装在过滤器支撑件上，所述过滤器支撑件的形状设计成在使用时允许流体经过所述过滤器。
9.如权利要求8所述的采样和分析装置，当至少从属于权利要求3时，其特征在于，所述第一密封部件包括提供在所述过滤器支撑件和所述外壳之间的密封件。
10.如权利要求9所述的采样和分析装置，其特征在于，所述第一密封部件安装在所述过滤器支撑件上。
11.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，还包括第二密封部件，当所述过滤器位于所述采样位置时，所述第二密封部件将流体流限制在由所述第二密封部件限定的所述采样区域的体积内。
12.如权利要求11所述的采样和分析装置，当至少从属于权利要求5时，其特征在于，当所述过滤器位于所述安全位置时，所述第二密封部件隔离所述过滤器和所述装置的剩余部分。
13.如权利要求11或12所述的采样和分析装置，其特征在于，所述第二密封部件包括围绕所述过滤器的周边在所述过滤器和所述外壳之间延伸的密封件。
14.如至少权利要求8所述的采样和分析装置，其特征在于，所述过滤器支撑件和所述外壳可滑动地啮合。
15.如权利要求14所述的采样和分析装置，当从属于权利要求8时，其特征在于，所述外壳还具备伸长孔，并且所述过滤器支撑件包括朝向所述伸长孔延伸的突片。
16.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，所述外壳还具备安置在远离所述分析区域的位置的分析致动器孔。
17.如至少权利要求2所述的采样和分析装置，其特征在于，所述用于引入试剂的部件包括适于在使用时包含试剂的贮存器、位于所述贮存器和所述分析区域之间的通路以及用于使所述试剂流入到所述分析区域内的设备。
18.如权利要求17所述的采样和分析装置，其特征在于，所述用于使所述试剂流入到所述分析区域内的设备是提供在所述贮存器内的活塞。
19.如权利要求2至15中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，所述用于引入试剂的部件包括适于在使用时包含试剂的空腔，所述空腔具有至少一个与所述分析区域共有的壁，所述壁的至少一部分易碎。
20.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，所述外壳还具有位于所述分析区域的壁内的窗口。
21.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，还包括位于所述分析区域内的搅拌器。
22.如权利要求21所述的采样和分析装置，其特征在于，所述搅拌器适于远程致动。
23.如权利要求21或权利要求22所述的采样和分析装置，其特征在于，所述搅拌器位于基本上与所述过滤器的平面平行的平面内，并且可以围绕垂直于所述平面的轴线旋转。
24.如权利要求23所述的采样和分析装置，其特征在于，所述搅拌器在使用时与所述过滤器隔开。
25.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，位于所述采样区域内的孔包括入口孔，流体通过所述入口孔进入所述装置，并且所述装置还包括位于所述采样区域内的出口孔，流体通过所述出口孔离开所述装置，当所述过滤器位于所述采样位置时，所述过滤器位于所述入口孔和所述出口孔之间，以便从在所述入口孔和所述出口孔之间流动的流体中收集污染物。
26.如前述权利要求中任一项所述的采样和分析装置，其特征在于，所述装置适于用户携带。
27.一种采样和分析组合件，包括如前述权利要求中任一项所述的装置和适于与所述装置耦合的皮套。
28.如权利要求27所述的采样和分析组合件，其特征在于，所述皮套包括用于将所述组合件固定到用户身上的部件。
29.如权利要求27或权利要求28所述的采样和分析组合件，其特征在于，所述皮套具备用于在所述装置外壳内移动所述过滤器的部件。
30.如权利要求29所述的采样和分析组合件，当从属于权利要求15时，其特征在于，在所述皮套上提供的用于移动所述过滤器的部件包括突出物，当所述装置和所述皮套相对于彼此运动时，所述突出物与所述过滤器支撑件上的所述突片配合，以便使所述过滤器支撑件沿着所述伸长孔滑动。
31.如权利要求29或权利要求30所述的采样和分析组合件，当从属于权利要求5时，其特征在于，当所述装置和所述皮套耦合在一起时，提供在所述皮套上的用于移动所述过滤器的部件将所述过滤器从所述安全位置移动到所述采样位置，并且当所述装置和所述皮套解耦时，所述部件使所述过滤器返回到所述安全位置。
32.如权利要求27至31中任一项所述的采样和分析组合件，其特征在于，所述皮套具备孔，所述孔在使用中与所述装置的孔对准，所述皮套还具备从所述孔延伸到出口的通路，所述出口适于在使用中连接到泵。
33.一种皮套，其适于与如权利要求1至26中任一项所述的采样和分析装置耦合。
34.一种采样和分析工具包，包括如权利要求27至32中任一项所述的组合件和用于使流体流过所述组合件的泵。
35.如权利要求34所述的采样和分析工具包，还包括在所述组合件和所述泵之间延伸的软管。
36.一种分析器，其适于监控如权利要求1至26中任一项所述的采样和分析装置内的状况。
37.如权利要求36所述的分析器，其适于在使用中与所述装置耦合，并且包括用于在所述装置外壳内移动所述过滤器的部件。
38.如权利要求37所述的分析器，当取决于权利要求16时，其特征在于，在所述分析器上提供的用于移动所述过滤器的部件包括轴，可以通过所述分析致动孔将所述轴插入到所述外壳内，以便接触所述过滤器支撑件并对所述过滤器支撑件施力。
39.如权利要求37或38所述的分析器，当取决于权利要求5时，其特征在于，在所述分析器上提供的用于移动所述过滤器的部件适于将所述过滤器从所述安全位置移动到所述分析位置。
40.如权利要求36至39中任一项所述的分析器，当取决于权利要求2时，还包括试剂致动器，所述试剂致动器用于操作所述用于将试剂引入到所述装置的分析区域内的部件。
41.如权利要求40所述的分析器，当取决于权利要求18时，其特征在于，所述试剂致动器包括第一致动器杆，当所述杆相对于所述装置运动时，所述致动器杆与所述活塞合作以便迫使所述试剂进入所述分析区域。
42.如权利要求41所述的分析器，其特征在于，所述试剂致动器还包括与所述贮存器合作的第二致动器杆。
43.如权利要求36至42中任一项所述的分析器，当取决于权利要求20时，其特征在于，所述分析器具备用于光学探询所述分析区域的内含物的部件。
44.如权利要求36至43中任一项所述的分析器，当取决于权利要求22时，其特征在于，所述分析器还包括用于操作所述搅拌器的搅拌器致动器。
45.如权利要求44所述的分析器，其特征在于，所述搅拌器致动器与所述搅拌器磁耦合。
46.如权利要求36至45中任一项所述的分析器，其特征在于，还包括用于加热所述装置的分析区域的部件。
47.一种致动器，其适于与如权利要求1至26中任一项所述的采样和分析装置耦合，所述致动器包括用于在所述装置外壳内移动所述过滤器的部件和用于操作所述用于将试剂引入到所述装置的分析区域内的部件的试剂致动器。
48.一种采样和分析系统，其包括如权利要求1至26中任一项所述的装置、如权利要求27至32中任一项所述的组合件和如权利要求34或权利要求35所述的工具包中的至少一个以及如权利要求36至46中任一项所述的分析器。
49.如权利要求28所述的采样和分析系统，其特征在于，还包括如权利要求47所述的致动器。
50.一种用于对流体中的污染物采样和分析的方法，包括以下步骤a)使所述流体经过位于外壳内的采样位置的过滤器，以便使所述污染物的样品保留在所述过滤器上；b)将所述过滤器移动到位于所述外壳内的分析区域中的分析位置，并在所述分析位置中进行涉及所述过滤器上的污染物中的至少一些污染物的反应；以及c)监控所述反应。
51.如权利要求50所述的方法，其特征在于，还包括在步骤(a)之前，将所述过滤器从所述外壳内的安全位置移动到所述采样位置，其中在所述安全位置，所述流体不能够接触所述过滤器。
52.如权利要求50或51所述的方法，其特征在于，还包括在步骤(a)之后且在步骤(b)之前，将所述过滤器移动到所述外壳内的安全位置，在所述安全位置，所述流体不能够接触所述过滤器。
53.如权利要求50至52中任一项所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括引发所述反应的步骤。
54.如权利要求53所述的方法，其特征在于，通过将试剂引入到所述分析区域中来引发所述反应。
55.如权利要求54所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括以下步骤b1)将所述过滤器移动到所述分析位置；b2)密封所述分析区域，以便使它与所述外壳的剩余部分隔离；以及b3)将试剂引入到所述分析区域中。
56.如权利要求54所述的方法，其特征在于，步骤(b)包括以下步骤b1)将所述过滤器移动到与所述分析位置相邻的位置；b2)将所述试剂引入到所述分析区域中；b3)将所述过滤器移动到所述分析位置；以及b4)密封所述分析区域。
57.如权利要求50至56中任一项所述的方法，它是通过使用如权利要求1至26中任一项所述的装置、如权利要求27至32中任一项所述的组合件或如权利要求48或49所述的系统来进行的。
全文摘要
一种采样和分析装置包括外壳，在该外壳内界定有采样区域和分析区域。该外壳具有至少一个孔以便允许流体进出采样区域。过滤器设置在外壳内，并且可以在外壳内于位于采样区域中的采样位置和位于分析区域中的分析位置之间移动。
文档编号G01N1/22GK101065654SQ200580039074
公开日2007年10月31日 申请日期2005年9月22日 优先权日2004年9月24日
发明者I·M·克里斯蒂, A·C·道纳, I·P·安德鲁斯, A·库克 申请人:城市科技有限公司