光解转化器的制作方法

本发明总体上涉及用于间接测量和/或转换流体样本中一定量的目标分子的方法和设备，并且更具体地涉及用于将反应物分子免干扰地转化成所需产物分子的光解转化器。

背景技术：

光离解、光解、或光分解是一种化学反应，在该化学反应中，化学化合物被光子分解。其定义为，一个或更多个光子与一个目标分子的相互作用。光离解不限于可见光。具有足够能量的任何光子都可以影响化学化合物的化学键。因为光子的能量与它的波长成反比，所以这种反应中通常涉及具有可见光的能量或更高能量的电磁波，比如紫外光、x射线和伽马射线。

由燃烧源发出的若干有毒气体中有两种氮氧化物的反应形式，即二氧化氮(no2)和一氧化氮(no)(一起称为nox)。no2是一种标准分类的污染物，已知它是对流层中产生有害二次污染物臭氧(o3)的主要前体。

nox的准确测量对于获取对抗污染物的不利影响的知识以及满足政府法规或帮助政策决定至关重要。已经开发出各种测量环境空气中no2浓度的方法。

通常，在低于420nm的紫外(uv)波长下，no2在以下一级过程中光离解：

no2+hv→no+o(1)

其中，通过j(单位，s^-1)给出了光解速率常数，该光解速率常数是光子通量(光子·cm^-2·s^-1)、弱温度依赖的no2吸收横截面(cm²·分子^-1)、和光离解量子产率(分子·光子^-1)的波长积分结果(demore，w.b.等人，chemicalkineticsandphotochemicaldataforuseinstratosphericmodeling(用于同温层模型的化学动力学与光化学数据)，nasa喷气推进实验室，帕萨迪纳市，加利福尼亚，1997)。

在空气中，反应(1)中形成的o原子迅速与氧气分子(o2)反应以形成o3，

o+o2→o3(2)

接着，o3可以与no反应以再形成no2，

no+o3→no2^★+o2(3)

其中，no2^★相当于电子激发过的no2。以被称为化学发光的原理，no2^★通过放出能量而弛豫(relax)，如公式(4)所示。

no2^★→no2+hv。(4)

no2高效地转化为no有助于最大化该差异并提高对于no2的仪器灵敏度。从反应(4)中放出的光被用来量化所得到的产物no。

在环境空气中，在no2光解中，可能的干扰物质是乙二醛(hco)2，其在相同的no2光解区(350nm-420nm)中吸收光。处于高水平的乙二醛对如以下反应方程式所示的测量的no浓度具有负干扰。

(hco)2+hν→2hco^·(5)

hco^·+o2→ho2^·+co(6)

ho2^·+no→oh^·+no2(7a)

ro2^·+no→ro^·+no2(7b)

r-h+oh·→r·+h2o(8)

r^·+o2→ro2·(9)

当乙二醛以高水平存在于样本室中时，其被光解以产生甲酰(hco)自由基(式5)。hco自由基与氧气分子反应，形成过氧自由基ho2(式6)。过氧自由基ho2，或烷氧基自由基ro2，通过二级动力学机理与no反应以形成no2(式7)。更重要的是，由方程式7a形成的oh自由基可以引发第二机理，其中烷基自由基可以由存在于样本流中的碳氢化合物形成。烷基自由基接着与氧气分子反应以生成过氧自由基，以再激活方程式7。虽然这导致了no测量中的意外减小，但是设计良好的光解腔室可以最小化或阻止这些副反应发生(包括前文讨论的no-o3的再化合反应)。完善这样的系统是具有挑战性的，但通过流动动力学与精心挑选的波长和新颖的腔室设计相结合，这是可以实现的。

通常，用于测量大气中的no2的商业可获得的仪器采用了用于no2转化的热催化剂。然而，这些传统的设备不是专门用于no2的。例如，一种商业可获得的转化器设计是基于在诸如氧化钼、硫酸亚铁、和不锈钢的加热的基质上将no2还原为no(即，热解)。这些基于表面的转化器不是专门用于no2的，因为它们还高效地将大气中其它的含氮化合物还原成可检测的形式。(fehsenfeld，f.c.，等人，intercomparisionofno2measurementtechniques,journalofgeophysicalresearch(no2测量技术的对比，地球物理研究期刊)，95，3579-3597，1990；fehsenfeld，f.c.，等人，gorund-basedintercomparisonofnitricacidmeasurementtechniques,journalofgeophysicalresearch(硝酸测量技术的陆基对比，地球物理研究期刊)，103，3343-3353，1998.)。

氧化钼是最常用的热基质。在化学发光分析仪中使用钼转化器会导致对环境no2的总体高估，因为它不仅仅将no2转化为no。当采样的空气团中存在诸如no3与n2o5、过氧酰基硝酸酯(pans)、硝酸烷基酯(ans)、和其它的氧化氮氧化物(通常称为noz)的化合物时，它们也可以被转化为no。因为如此，当这些化合物以显著的水平存在时，‘nox’读数会并且将被高估。通过化学发光分析仪读取的‘nox’测量结果，目前为noy的测量结果，其为nox与其它反应的氮化合物的总和。所得到的‘nox’的读数造成光化学发光分析仪高估no2的读数。得知no2的精确的量是重要的，因为其确定对流层中正生成多少臭氧，这对环境科学团体是极其重要的。

此外，即使所列出的noz化合物不存在，钼转化器也不是在所有工艺条件下都有效的，因为它还可以被氨(nh3)、硝酸(hno3)、和水影响。这些产物沉积在转化器的表面，阻止(no2至no)有效转化的发生，并造成分析仪上的不可靠读数。最后，钼催化剂必须被加热至300℃-350℃，以将no2转化为no。以上阐明了用于分析仪的增加的维护和运行的成本，因为将需要更频繁地更换钼。

另一项技术，用uv光光解离解no2，随后通过化学发光检测产物no，这已被用于no2的环境测量超过二十年。(kley，d.等人，chemiluminescencedetectorfornoandno2,atmospherictechnology(用于no和no2的化学发光检测仪，大气技术)，12，63-69，1980；ryerson，等人，jorunalgeophysres.(地球物理研究期刊)，10，2000.)。这种宽带光解技术提供了现场测量数据，该现场测量数据用来评估和提高目前对对流层与同温层的臭氧化学、辐射转移、以及反应氮化合物的来源与归宿的理解。已经对光解-化学发光(p-cl)技术与其它地面上的(mihelcic，d.，等人，animprovedmethodofmeasuringtroposphericno2andro2bymatrixisolationandelectronspinresonance,journalofatmosphericchemistry(一种通过矩阵离析和电子自旋共振测量对流层的no2与ro2的改进方法，大气化学期刊)，3，341-361，1985.；fehsenfeld等人，1990)和飞机上的(delnegro,l.a.，等人，comparisonofmodeledandobservedvaluesofno2andjno2duringthephotochemistryofozonelossinthearcticregioninsummer(polaris)mission,journalofgeophsicalresearch(夏季北极地区中臭氧减少的光化学(北极星)任务期间的no2与jno2的模型值与观测值的比较，地球物理研究期刊)，104，26，687-26，703，1999)no2测量技术进行了对比。其已被展示以提供在很宽范围的浓度与周围环境的有用数据，并且其具有快速的启动与整合时间。它还导致对于no2的更大的专一性，但是其被相对低的转化效率和使用通常所采用的宽带光源(例如，高压汞灯、氙弧灯、汞弧灯)的不利影响束缚。

不利影响大部分是基于施加至样本的光的宽光谱。产生红外线(>1000nm)形式的显著辐射的源导致热量被添加至空气样本，这继而造成不稳定化合物(比如pans和ans)的热转化。宽带光源还发出比用于no2转化的波长更短和更长的波长的uv形式的辐射，通常造成干扰物质的光解转化(例如，波长小于350nm的hno3与卤素硝酸盐)。

通常，通过允许在光解腔室中的更长的驻留时间来弥补由传统光解方法带来的相对低的转化效率。这种实践由于允许所生成的no与周围的臭氧的逆反应而进一步使该转化复杂化。理想地，光解应在一秒内或更短时间内发生，以使逆反应的影响最小化。

另外，由于与相对短寿命光源的更换相关的操作成本(根据灯，通常持续工作200-1500小时，其成本范围从每盏灯$200至每盏灯$900)，所以没有看到现有的基于光解的方法的广泛应用。更换这些灯还花费工时并且导致仪器停工时间，两者都增加了测试过程的成本。除了这些成本，现有方法的附加成本包括：机械快门设备、过滤器、宽带光源的电力需求、以及用来定位宽带光源的精细定位设备。

美国专利no.7,238,328公开了一种固态光源光解no2转化器，其包括由具有漫反射特性的反射材料制成的反应腔室，借此该反应腔室包括低容积气体室，其中气体样本驻留时间小于5秒，提供该低容积气体室以避免不需要的no2与no的副反应。该专利中描述的转化器与方法也存在在减小的压力和受限的范围下的低转化效率的问题，因为其中公开的转化器不能测量高于2-4ppm的no2。另外，当在减小的压力系统中操作时，转化器损失转化效率，使其甚至更难以整合至现有的分析仪中。

jp4543186公开了一种用于测量氮氧化物浓度的化学发光方法和装置，其中该装置构造成具有作为该转化器主体的一部分的紫外光源。该参考文献的装置也存在与us专利no.7,238,328的问题类似的问题，例如，反应腔室的构造将允许在no离开该腔室之前发生再化合反应。另外，该专利既没有解决它们可操作的范围，也没有解决当no2的浓度增加时转化器是否具有no2到no的线性转化。

因此，存在对提供如下系统和方法的需求：该系统与方法可以在反应物分子到产物分子的光解离解期间，使来自对光不稳定的物质的干扰减小或最小化，从而提高转化效率。还需要一种如下的光解转化器：其可以结合到现有的测量系统(比如化学发光分析仪)中，并且其在宽动态范围上是线性的。

技术实现要素：

当结合附图阅读以下描述时，本发明的许多其他特征、目的和优点将从以下描述中变得明显。

根据本发明的一个方面，提供了一种光解转化器，用于通过用电磁辐射光解离解，将流体样本中的反应物分子转化为产物分子，该光解转化器包括：转化器主体，其限定密封的反应腔室，并具有内表面和外表面，其中内表面可选地具有反射特性；一个或更多个电磁辐射源，其与反应腔室连通，用于将电磁辐射发送到反应腔室中，以用于光解离解流体样本中的反应物分子，以形成产物分子；流入管道，其用于将流体样本输送到反应腔室中，该流入管道具有构造成与流体样本的源流体连通的入口，和与反应腔室连通的出口，其中，流体样本作为未处理流体样本进入流入管道的入口；以及流出管道，其用于将流体样本输送出反应腔室，该流出管道具有与反应腔室流体连通的入口和构造成与用于接收流体样本的容器流体连通的出口，其中，流体样本作为已处理流体样本离开流出管道；其中，流入管道和流出管道中的至少一者延伸到反应腔室中。

根据本发明的另一方面，提供了一种将未处理流体样本中存在的反应物分子光解转化为已处理流体样本中的产物分子的方法：提供转化器主体，其限定与一个或更多个电磁源连通的反应腔室，所述转化器主体具有：入口，其用于将未处理流体样本输送到腔室中，以用于通过用电磁辐射光解离解，将未处理流体样本的反应物分子转换成已处理流体样本中的产物分子；出口，其与容器连通，以用于将已处理气体样本从反应腔室输送出；经由受限的路径将未处理流体样本传送到反应腔室中，和/或经由受限的路径将已处理流体样本传送出反应腔室。

附图说明

图1示出了根据本发明的光解转化器的实施例的转化器主体。

图2示出了根据本发明的光解转化器的另一实施例的转化器主体。

图3示出了根据本发明的光解转化器的另一实施例的转化器主体。

图4示出了根据本发明的光解转化器的另一实施例的转化器主体。

图5示出了根据本发明的光解转化器的另一实施例的转化器主体。

图6示出了根据本发明的光解转化器的另一实施例的转化器主体。

图7示出了根据本发明的光解转化器的另一实施例的转化器主体。

图8示出了根据本发明的光解转化器的另一实施例的转化器主体。

图9示出了，与用钼转化器将no2转化为no的结果相比，验证在no2的各种浓度下使用本发明的光解转化器将no2转化为no的实验的结果。

图10a和图10b示出了，在实验室配置下，使用本发明的示例性实施例测得的no2与使用已知技术测得的no2的关联图。图10a示出了来自初始的实验室级的测试的结果，并且图10b示出了来自预生产原型的结果。

图11示出了来自用与化学发光分析仪整合的光解设备进行的现场试验的结果，并且其对照非改进的化学发光分析仪而绘制。

图12a是根据本发明的光解转化器的实施例的俯视图，其包括围封在壳体中的转化器主体，壳体设有电磁辐射源，还包括附接至壳体的散热装置。

图12b示出了根据本发明的光解转化器的实施例的剖视图，该光解转化器包括封装在壳体中的转化器主体，具有附接至壳体的散热装置和电磁辐射源。

图13是示出根据本发明的光解转化器的实施例与现有的化学发光分析仪的整合的示意图，其示出了现有的化学发光分析仪中的断开点以及它们的与光解转化器系统的连接。

具体实施方式

除非另外定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。

如本文所用的，术语“电磁辐射”包括无线电波、微波、红外辐射、可见光、紫外辐射、x射线以及伽马射线。

如本文所用的，术语“uv”指的是包括从至(4nm至400nm)的波长的电磁光谱的区域中的紫外辐射。

如本文所用的，术语“化学发光”指的是由于系统的组分的化学反应，所吸收的能量(作为光)的发射。化学发光发生在数以千计的涵盖种类繁多的化合物(有机的和无极的)的化学反应中。

如本文所用的，用于光化学反应的术语“量子产率”指的是，每吸收一单位的所述波长的光，消失的所述反应物的摩尔数量，或生成的所述产物的摩尔数量。量子产率还意指，每吸收一个光子，特定类型的光子感生反应的数量。光解的与光解意指使用辐射能量以产生化学变化。光解的与光解还意指，由于吸收了一个或更多个量子的辐射，化合物分解为更简单的单元。吸收横截面意指，通过由目标吸收无线电能量而从波束中去除的功率的量与入射到该目标上的波束中的功率的比。

如本文所用的，术语“固态光源”指的是二极管，其中，半导体材料产生光谱相干的输出波束(二极管激光器)，或者窄范围的波长(led-通常的半高全宽为5-20nm)。

如本文所用的，术语“流体”指的是如液体或气体的物质。

如本文所用的，术语“约”指代的是，与给定值的差异近似为+/-10％。应当理解，无论是否具体提及，这种变化总是包括在本文提供的任何给定值中。

本发明提供了一种光解转化器，用于通过用电磁辐射光解离解，将流体样本中的反应物分子转化为产物分子。

本发明的光解转化器包括转化器主体，该转化器主体限定有反应腔室，并且具有内表面和外表面，其中，反应腔室可选地具有反射特性。一个或更多个电磁辐射源放置成与反应腔室连通，用于将电磁辐射发送到反应腔室中，用于光解离解流体样本中的反应物分子以形成产物分子。光解转化器进一步包括，用于将流体样本输送到反应腔室中的流入管道，以及用于将流体样本输送出反应腔室的流出管道。流入管道具有与流体样本的源流体连通的入口，以及与反应腔室连通的出口，其中，流体样本作为未处理流体样本进入流入管道的入口。流出管道具有与反应腔室流体连通的入口，以及与用于接纳流体样本的容器流体连通的出口，该流体样本作为已处理流体样本离开流出管道。本发明的光解转化器设计成，使得流入管道和流出管道中的至少一者延伸到反应腔室中。

延伸至反应腔室的管道可以是透明的、半透明的和/或不透明的。

在一些实施例中，延伸至反应腔室中的管道对电磁辐射是透明的，以允许在流体样本被输送到反应腔室中或输送出反应腔室时流体样本被电磁辐射照射。

在一些实施例中，延伸到腔室中的管道是半透明或不透明的。

管道可以在反应腔室内的任何方向上延伸。

在一些实施例中，本发明的光解转化器包括一个或更多个附加流入管道和/或一个或更多个附加流出管道。在一些实施例中，一个或更多个附加流入管道和流出管道可以延伸到腔室中。

在一些实施例中，延伸到反应腔室中的管道在平行于、垂直于腔室内的电磁辐射的传播和/或相对于腔室内的电磁辐射的传播成一定角度的方向上延伸。

在一些实施例中，延伸到反应腔室中的管道具有在平行于腔室内的电磁辐射的传播的方向上延伸的部分，并且具有在垂直于腔室内的电磁辐射的传播的方向上延伸的部分。

在一些实施例中，延伸至反应腔室中的管道具有在平行于腔室内的电磁辐射的传播的方向上延伸的第一部分，并且具有在垂直于腔室内的电磁辐射的传播的方向上延伸的第二部分。

在一些实施例中，流入管道和/或流出管道平行于转化器主体的纵向轴线延伸。在一些实施例中，流入管道和/或流出管道平行于转化器主体的横向轴线延伸。在一些实施例中，流入管道和/或流出管道相对于转化器主体的纵向轴线和/或横向轴线以一定角度延伸。

在一些实施例中，流入管道和/或流出管道具有平行于转化器主体的纵向轴线延伸的部分和平行于转化器主体的横向轴线延伸的部分。

在一些实施例中，本发明的光解转化器进一步包括在反应腔室内的一个或更多个附加管道，每个附加管道都具有入口和出口。附加管道布置成，使得所述一个或更多个附加管道的流入管道的出口与所述一个或更多个附加管道中的下一个管道的入口流体连通，以此类推，其中第一个附加管道的入口与流入管道的出口流体连通，并且所述一个或更多个附加管道中的最后的管道的出口与流出管道的入口流体连通。

在一些实施例中，本发明的光解转化器包括如上所述的流入管道和流出管道，以及放置在反应腔室内的附加管道，并且该附加管道具有与流入管道的出口流体连通的入口以及与流出管道的入口流体连通的出口。

延伸到反应腔室中的管道在反应腔室内具有足以为流体样本进入反应腔室中的流动提供受限的路径的长度(由此用以实现流体样本进入反应腔室中的限定流动)，或足以为流体样本流出反应腔室的流动提供受限的路径的长度(由此用以实现已处理流体样本流出到反应腔室外的受限流动)。例如，流入管道的在反应腔室内的长度被构造成实现流体样本进入反应腔室的限定流动，并且流出管道的在反应腔室内的长度构造成实现样本流体流出反应腔室的受限流动。

在一个实施例中，进入和/或离开反应腔室的管道以这样的方式影响流动，即在离开入口管道与进入出口管道之间控制流动。在一些实施例中，延伸到反应腔室中的管道在反应腔室内具有足以为流体样本流入到反应腔室中提供受限的路径的长度，和/或足以为流体样本流出反应腔室提供受限的路径的长度，以及足以在流入管道的出口与流出管道的入口之间提供受控流动的长度。

可以基于本领域已知的计算方法计算延伸到反应腔室中的管道的所需长度。

在一些实施例中，延伸到反应腔室中的管道在反应腔室内的长度长于未处理流体样本的水动力入口长度(hydrodynamicentrylength)和/或已处理流体样本的水动力入口长度。

在一些实施例中，流入管道和/或流出管道在反应腔室内的长度长于未处理流体样本的水动力入口长度。

在一些实施例中，流入管道或流出管道在反应腔室内的长度长于已处理流体样本的水动力入口长度。

可以使用流体的雷诺数来计算未处理流体样本和/或已处理流体样本的水动力入口长度，流体的雷诺数继而取决于流体运动粘度、流体流动的速度、以及管道的直径。

可以选择管道的直径以实现和/或控制对于流体流动的所需速度。例如，管道的直径可以是约3mm至约15mm，这取决于管道的长度和反应腔室的长度和/或宽度。

在一些实施例中，流入管道和/或流出管道在反应腔室内的长度为反应腔室的长度的至少30％。在一些实施例中，流入管道和/或流出管道在反应腔室内的长度为反应腔室的长度的至少40％、或至少50％、或至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％。对于本领域技术人员将明显的是，在腔室端壁与延伸管道的入口和/或出口之间将有一些空间，以允许流体流入和流出反应腔室。

在一些实施例中，流入管道和/或流出管道在反应腔室内的长度为反应腔室的长度的约30％至约99％。在一些实施例中，流入管道和/或流出管道在反应腔室内的长度高达约50％或约45％，或者约50％或约55％、或者约60％或约70％、或者约80％或约90％、或者约99％或约99.5％，以及介于它们之间的任何范围。

在一些实施例中，流入管道和/或流出管道在反应腔室内具有平行于纵向轴线延伸的第一部分和横向延伸的第二部分。在这些实施例的一些方面，平行于纵向轴线延伸的第一部分具有反应腔室的长度的至少50％的长度，并且平行于横向方向延伸的第二部分具有小于反应腔室的宽度的60％的长度。在该实施例的一些方面，纵轴的长度为反应腔室的长度的至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％，并且横向方向上的长度小于反应腔室的宽度的55％、或小于50％、或小于45％、小于40％、或小于35％、或小于30％。

在一些实施例中，两个或更多个管道在反应腔室内延伸，并且反应腔室设置有一个或更多个分隔构件以有助于管道的彼此分隔。在一些实施例中，该分隔构件是膜。在一些实施例中，分隔构件是具有开口的隔膜，该开口用于在将管道彼此分隔的同时，允许管道在反应腔室内的轴向延伸。

延伸到反应腔室中的管道可以是直的，以角度弯折的，弯曲的和/或螺旋形的。

在一些实施例中，延伸到腔室中的管道在反应腔室的内部具有扩张的出口/入口。在一些实施例中，延伸到反应腔室中的流入管道的出口具有扩口端。在一些实施例中，延伸到反应腔室中的流出管道的入口具有扩口端。

在一些实施例中，流入管道或流出管道在反应腔室内部分成两个或更多个管道。在一些实施例中，流入管道的延伸到反应腔室中的出口分成两个或更多个端部。在一些实施例中，流出管道的延伸到反应腔室中的入口分成两个或更多个端部。

所述一个或更多个电磁源可以放置在转化器主体的外部或内部。

在一些实施例中，所述一个或更多个电磁辐射源设置在转化器主体外部，并且转化器主体设有设置在转化器主体中的一个或更多个相应的连通区域，从而允许将来自所述一个或更多个电磁辐射源的辐射向反应腔室中的流体样本暴露。

在一些实施例中，所述一个或更多个连通区域设置在转化器主体的一端和/或一侧。在一些实施例中，所述一个或更多个连通区域设置在转化器主体的相对端和/或相对侧。

在一些实施例中，所述一个或更多个连通区域是设置在转化器主体上的一个或更多个透明窗口，从而允许将来自所述一个或更多个电磁辐射源的辐射向反应腔室中的流体样本暴露。

在一些实施例中，本发明的光解转化器包括围封转化器主体的壳体，并且电磁辐射源设置在该壳体中并与设置在转化器主体中的所述一个或更多个连通区域连通。在一些实施例中，壳体具有保持电磁辐射源的结构部件。在一些实施例中，电磁辐射源直接整合到壳体中。

在一些实施例中，所述一个或更多个电磁辐射源整合在主体中或置于主体内，使得辐射源与流体样本直接接触。在一些实施例中，电磁辐射源定位在主体的一端和/或一侧。在一些实施例中，所述一个或更多个电磁辐射源定位在转化器主体的相对端和/或相对侧。

在一些实施例中，在电磁辐射源与转化器主体整合或置于转化器主体内的情况下，转化器主体：具有一个或更多个开放端部/开放侧以允许与电磁源接触和/或具有独立的壳体(电磁源附接在所述独立的壳体上)；并且具有与电磁源和/或独立的壳体的气密密封，例如jp4543186中所描述的，该jp4543186通过引用并入本文。

在一些实施例中，所述一个或更多个电磁辐射源定位在转化器主体的两个相对端处。

在一些实施例中，电磁辐射源定位成围绕在转化器的外部。在反应腔室是圆柱形的实施例中，电磁辐射源可以定位成圆周地围绕转化器主体。

在一些实施例中，流入管道的出口和/或流出管道的入口布置成紧邻反应腔室的与所述一个或更多个电磁辐射源连通的部分。在一些实施例中，流入管道的出口和/或流出管道的入口邻近反应腔室的与所述一个或更多个电磁辐射源连通的部分。

转化器主体可以由任何材料制成。该材料可以是对电磁辐射反射的、透明的、半透明的和/或不透明的。

转化器主体可以通过将材料形成为所需的转化器形状(例如焊接、玻璃吹制、机械加工、雕刻、挤压)，或者从实心材料块镂空/雕刻出转化器形状的方式来生成。

在一些实施例中，转化器主体由实心材料块(金属、塑料、玻璃等)制成。腔室内部的空间成为由镂空材料块的行为所生成的空间。在一些实施例中，金属为铝和/或钢。

在一些实施例中，转化器主体由玻璃(例如，石英、硼硅酸盐等)制成。在一些实施例中，转化器主体由金属(例如，铝、钢、不锈钢等)制成。

反应腔室的反射特性可以源于制成转化器主体的材料，和/或通过用具有反射特性和/或电磁辐射反射特性的材料覆盖和/或涂覆转化器主体的内表面和/或外表面来得到。

在一些实施例中，转化器主体由电磁辐射反射材料制成。在这种情况下，转化器主体的内表面和/或外表面具有反射特性。在一些实施例中，转化器主体由对电磁辐射透明的材料制成。在这种情况下，转化器主体的内表面和/或外表面可以覆盖或涂覆有具有反射特性和/或电磁辐射反射特性的材料，该反射特性可以是镜面反射特性和/或漫反射特性。在一些实施例中，转化器主体可由对电磁辐射半透明和/或不透明的材料制成。在这种情况下，转化器主体的内表面可以覆盖或涂覆有具有反射特性的材料。

在一些实施例中，转化器主体的内表面和/或外表面涂覆有具有镜面反射体或漫反射体特性的反射涂层。

在一些实施例中，转化器主体的内表面和/或外表面涂覆有反射涂层，该反射涂层包括具有镜面反射体特性的材料，比如镜面玻璃喷涂物，镜面效果喷涂物和/或薄膜uv椭圆涂层。

在一些实施例中，转化器主体的内表面和/或外表面涂覆有反射涂层，该反射涂层包括具有漫反射体特性的材料，比如teflon^tm或硫酸钡(baso4)。teflon^tm是指聚四氟乙烯(ptfe)氟碳聚合物，可作为模制和挤出粉末、水分散体、薄膜、表面处理、以及多丝纤维纱或纤维，和/或薄膜uv漫反射涂层。

在一些实施例中，转化器主体的内表面和/或外表面覆盖有具有反射特性的材料，比如铝箔。

在一些实施例中，转化器主体由玻璃制成，其覆盖或涂覆有反射材料，同时留下未被覆盖或未被涂覆的某些部分以提供一个更加透明的窗口，以允许电磁辐射的传输。在一些实施例中，转化器主体由石英制成。

在一些实施例中，转化器主体的内表面和/或外表面或覆盖转化器主体的材料具有镜面反射特性和/或漫反射特性。镜面反射体意指，提供源的直接影像的反射表面(抛光金属或镀银玻璃)，其反射角度等于入射角度。镜面反射体也称为常规反射体或镜面表面，它产生直接反射、镜面反射或常规反射。漫反射体意指，表面的不规则性与入射辐射的波长相比非常大以致反射的射线在多个方向上被发回的任何表面。

转化器主体可以是细长的、正方形的、矩形的、圆形的、长椭圆形的、椭圆形的或部分椭圆形的等。

在一些实施例中，本发明的光解转化器包括：细长主体，其限定具有第一端部和第二端部的密封反应腔室；内表面和外表面；以及在第一端部和/或第二端部处的一个或更多个窗口，所述窗口对电磁辐射是透明的。腔室的透明窗口被布置成与一个或更多个电磁源连通，用于将电磁辐射传输到反应腔室中。在这些实施例的方面中，管道中的至少一者是弯折的或基本上为l形，其具有在反应腔室内纵向延伸的第一部分和在反应腔室内横向延伸的第二部分。第一部分的长度是反应腔室的长度的至少60％，第二部分的长度小于反应腔室的宽度的60％。

在一个实施例中，流入管道和流出管道中仅一者延伸到反应腔室中。在另一个实施例中，流入管道和流出管道二者都延伸到反应腔室中，并且每个管道具有在反应腔室的第一端部和第二端部之间纵向延伸的部分，以及相对于反应腔室横向延伸的部分。

在另一个实施例中，流入管道的出口和流出管道的入口布置成朝向反应腔室的相对端。

在另一个实施例中，转化器进一步包括第三管道，其布置在流入管道和流出管道之间，并具有与流入管道的出口流体连通的入口和与流出管道流体连通的出口。在该方面的一些实施例中，流入管道的出口和第三管道的出口布置成朝向反应腔室的相对端。

在另一个实施例中，转化器主体由玻璃(比如石英)制成，其覆盖或涂覆有反射材料，同时留下未覆盖或未涂覆的某些部分以提供一个更透明的窗口，以允许电磁辐射的传输。在一些实施例中，转化器主体覆盖有铝和/或铝箔。

本发明的光解转化器的管道可以构造成，分别地在期望的压力下将未处理流体样本输送到反应腔室中和将已处理流体样本从反应腔室输送出。

在一些实施例中，流入管道连接至压力调节器以在低于反应腔室的压力的压力下输送未处理流体样本，并且流出管道连接至压力调节器以在高于反应腔室的压力的压力下输送已处理流体样本。

在一个实施例中，流入管道连接至压力调节器以在高于反应腔室的压力的压力下输送未处理流体样本，并且流出管道连接至压力调节器以在低于反应腔室的压力的压力下输送已处理流体样本。

在一个实施例中，流入管道连接至压力调节器以在高于反应腔室的压力的压力下输送未处理流体样本，并且流出管道连接至压力调节器以在高于反应腔室的压力的压力下输送已处理流体样本。

在一些实施例中，流入管道连接至压力调节器以在低于反应腔室的压力的压力下输送未处理流体样本，并且流出管道连接至压力调节器以在低于反应腔室的压力的压力下输送已处理流体样本。

在一个实施例中，本发明的转化器的反应腔室能够承受170mmhg(绝对)至1000mmhg(绝对)的范围内的压力。

在本发明的光解转化器的一个实施例中，通过改变反应腔室的容积和/或反应腔室的形状，流体样本在光解转化器中的驻留时间可以长达10秒。在一个实施例中，通过使用压力调节器和/或流量控制器实现了长达10秒的驻留时间。

本发明的光解转化器可以与任何电磁辐射源一起使用，比如发光二极管(led)、激光器、氙弧灯等。

在一些实施例中，电磁辐射源构造成产生351-415nm范围内的uv波长和近uv波长的辐射

在一些实施例中，电磁辐射源是无线电波、微波、红外辐射、可见光、紫外辐射、x射线或伽马射线的源。

在一些实施例中，容器包括与流出管道的出口连通的检测器构件，用于产生指示已处理气体样本中的产物分子的浓度的信号。

在一些实施例中，本发明的光解转化器用于将存在于气体样本中的no2转化为no。在一个实施例中，容器包括与反应腔室出口连通的no检测器装置，该no检测器装置用于产生指示已处理气体样本中的no的浓度的信号。

在一个实施例中，no2到no的转化可以用作采用直接测量技术的现有no2分析仪的调零方案。该实施例使用转化器以从样本中“去除”no2，产生可用以校准和调零仪器的零背景。

在一些实施例中，在光解转化器的主体上设置隔热覆盖物，以(优选地，在测量系统内的相同测量条件下)维持恒定的流体样本温度。

在一些实施例中，光解转化器设有一个或更多个散热设备。这种设备的示例包括，散热器、热电冷却装置(比如帕耳帖冷却器)、风扇、热管系统、或水冷却系统。

在一些实施例中，散热设备连接或附接至电磁辐射源。

在一些实施例中，其中，转化器主体容纳在壳体中，该壳体包括用于保持一个或更多个散热设备的结构部件。在一些实施例中，散热设备直接整合到壳体中。

在一些实施例中，至少一个散热器安装到壳体上并且定位成基本上靠近所述至少一个电磁辐射源。

在一些实施例中，散热器和主动冷却设备串联使用。

散热设备可以通过螺钉或者替代地通过其他紧固件(比如螺栓、夹具、联接器或销)附接至壳体。

散热器和壳体可以由具有良好传热特性的材料构成，例如铝。

在一些实施例中，提供散热设备，以通过将热量垂直地散发到传热设备(比如带有风扇和/或水冷却的散热器)或通过其他方式(比如，用帕耳帖冷却器热电地)，将电磁源温度保持在足够低的温度，使得流体样本不会热分解气体样本中的其他物质(例如过氧乙酰硝酸酯(peroxyacetalnitrate,pan))，和/或保持足够低的温度以根据制造商推荐的操作参数延长电磁源的寿命。

在一些实施例中，存在附加冷却装置，该附加冷却装置放置得足够靠近和/或附接至壳体，以及/或用以为转化器主体和/或光解转化器的壳体的内部提供附加冷却装置。

在一些实施例中，壳体提供电磁光源、散热设备、以及转化器主体的中心的轴线对齐。

在一些实施例中，光解转化器(具有或不具有壳体)放置在底座内以提供整个光解转化器系统。

本发明的光解转化器可以构造成与现有的化学发光分析仪结合使用(内部地或外部地)。

在一个实施例中，本发明的光解转化器可以用作目前的化学发光分析仪中的现有的热催化转化器的替代物，以向用户提供光解转化器的附加益处而无需购买新的分析仪。可以断开现有的热转化器，并且可以替代地连接光解设备以将no2转化为no，以用于通过化学发光分析仪来测量。本发明的转化器可以设有连接构件，该连接构件构造成与现有热转化器的入口和出口连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种将未处理流体样本中存在的反应物分子光解转化为已处理流体样本中的产物分子的方法：提供转化主体，其限定与一个或更多个电磁源连通的反应腔室，所述转化器主体具有：入口，其用于将未处理流体样本输送到腔室中，以用于通过用电磁辐射光解离解，将未处理流体样本的反应物分子转换成已处理流体样本中的产物分子；出口，其与容器连通，以用于将已处理气体样本从反应腔室输送出；通过受限的路径将未处理流体样本传送到反应腔室中，和/或通过受限的路径将已处理流体样本传送出反应腔室。

通过给反应腔室提供如上文所述的一个或更多个流入管道和/或一个或更多个流出管道，可以获得受限的路径，其中，所述管道中的至少一个延伸到反应腔室中。

为了获得对本文所述发明的更好的理解，阐述了以下示例。应当理解，这些示例旨在描述本发明的说明性实施例，而不是以任何方式限制本发明的范围。

示例

图1示出了转化器主体11，其限定了具有第一端部12a和第二端部12b的反应腔室12。在该实施例中，分别在两个端部12a与12b处提供了uv透明窗口14a与14b，以分别从uv源20a与20b接收uv辐射。在该实施例中，转化器主体由石英制成，其中，用铝覆盖除了窗口之外的部分。转化器主体进一步具有：流入管道16(具有构造成与气体源连通的入口16a和与反应腔室12连通的出口16b)；和l形流出管道18，其具有与反应腔室12连通的入口18a和构造成与用于已处理气体样本的容器连通的出口18b。在该实施例中，流入管道的出口16b邻近第一窗口14a。流出管道18具有在两个端部之间纵向延伸使得其入口18a邻近第二窗口14b的部分18d，并且该流出管道18具有在反应腔室中横向延伸的部分18c。

图2示出了转化器主体21的另一实施例，该转化器主体21限定具有第一端部22a和第二端部22b的反应腔室22，第一端部22a和第二端部22b分别具有uv透明窗口24a和24b，以分别从uv源30a和30b接收uv辐射。在该实施例中，流入管道26延伸到反应腔室中，并且具有在反应腔室中横向延伸的部分26c和在反应腔室内纵向延伸的部分26d。流入管道26的入口26a构造成与气体源连通，并且出口26b与反应腔室22连通，并且出口26b紧靠第一窗口24a。流出管道28具有与反应腔室22连通的入口28a，和构造成与用于已处理气体样本的容器连通的出口28b。

图3和4示出了部分为椭圆形的转化器主体(111或211)，其中，只在一个端部上设置uv透明窗口。

在图3的实施例中，转化器主体111具有流入管道116，流入管道116具有入口116a和出口116b，该出口116b邻近uv透明窗口114，该uv透明窗口114设置在端部112a处以从uv源120接收uv辐射。流出管道118具有横向延伸的部分118c和在反应腔室中纵向延伸的部分118d，使得入口118a定位成朝向远离窗口的端部112b。该实施例的构造可以颠倒，使得管道118充当流入管道以将流体样本输送到反应腔室中，并且管道116充当流出管道。

在图4的实施例中，转化器主体211具有流入管道218，其具有横向延伸的部分218c、和在反应腔室212中纵向延伸的部分218d，使得其入口218a朝向邻近uv透明窗口214的端部212a，该uv透明窗口214设置在端部212a处，以从uv源220接收uv辐射。流出管道216具有靠近远离窗口的端部212b的入口216a。该实施例的构造可以颠倒，使得管道216充当流入管道以将流体样本输送到反应腔室中，并且管道218充当流出管道。

图5示出了圆柱形转化器主体311，其限定了具有端部312a与312b的反应腔室312。在该实施例中，uv透明窗口314a和314b设置在与uv辐射源320a和320b连通的相对端部处。在该实施例中，流入管道316和流出管道318二者都是l形并且二者都具有在反应腔室312的第一端部与第二端部之间纵向延伸的部分(分别为316d与318d)，使得流入管道的出口316b邻近第二窗口314b，并且流出管道的入口318b邻近第一窗口314a。流入管道316的入口316a构造成与气体源连通，并且流出管道318的出口318b构造成与用于已处理气体样本的容器连通。在该实施例中，腔室进一步包括带孔的径向隔膜322，用以在反应腔室内容置流入管道和流出管道的纵向延伸部。

图6示出了圆柱形转化器主体411，其限定了具有端部412a与412b的反应腔室412。在该实施例中，两个端部分别设有uv透明窗口414a和414b。在该实施例中，流出管道418具有横向延伸的部分418c和在反应腔室412的第一端部与第二端部之间纵向延伸的部分418d，使得其入口418a邻近第二窗口414a。流入管道416布置成使得其出口416b相对地更加朝向第一窗口414b。该实施例进一步包括第三管道422(具有入口422a和出口422b)，该第三管道422在第一端部与第二端部之间纵向延伸，并且布置在流入管道与流出管道之间，使得流入管道416的出口416b与入口422a流体连通，并且出口422b与流出管道的入口418a流体连通，以允许气体样本从流入管道的出口流入到反应腔室并朝向流出管道的入口流动，以及穿过流动管道的出口流出。流入管道416的入口416a构造成与气体源连通，并且流出管道418的出口418b构造成与用于已处理气体样本的容器连通。反应腔室进一步包括带孔的径向隔膜424，用以在将管道彼此分隔的同时在反应腔室内容置第三管道和流出管道的轴向延伸部。

图7示出了与图1所述的转化器主体类似的转化器主体，不同在于，转化器主体511具有开放的端部，并且uv源520a和520b与511形成气密密封，以形成反应腔室512。uv光源520a与520b与流体样本直接连通。转化器主体进一步具有：流入管道516(具有构造成与气体源连通的入口516a和与反应腔室512连通的出口516b)；和l形流出管道518(具有与反应腔室512连通的入口518a和构造成与用于已处理气体样本的容器连通的出口518b)。流出管道518具有在两个端部之间纵向延伸的部分518d，并且具有在反应腔室中横向延伸的部分518c。

图8示出了与图1所述的转化器主体类似的转化器主体，不同在于，管道的在反应腔室内纵向延伸的部分具有螺旋构造。特别地，转化器主体611限定了具有第一端部612a和第二端部612b的反应腔室612。uv透明窗口614a和614b分别设置在端部612a和612b处，以分别从uv源620a和620b接收uv辐射。转化器主体进一步具有：流入管道616(具有构造成与气体源连通的入口616a和与反应腔室612连通的出口616b)；和l形流出管道618(具有与反应腔室612连通的入口618a和构造成与用于已处理气体样本的容器连通的出口618b)。在该实施例中，流入管道的出口616b邻近第一窗口614a。流出管道618具有在两个端部之间纵向延伸的部分618d，使得其入口618a邻近第二窗口614b，并且该流出管道618具有在反应腔室中横向延伸的部分618c。

申请人惊讶地发现并确立，本发明的光解转化器的设计提供了流体样本中的目标分子到产物分子的有效光解离解。特别地，已经确立的是，流体样本中反应物分子的转化(比如气体样本中no2到no的转化)可以在前文所述的干扰/副反应最小化或没有前文所述的干扰/副反应的情况下实现，这产生了在宽范围的操作条件下，以及在环境条件(≤1atm，绝对)的压力下或低于环境条件的压力下，对流体样本中的反应物分子(比如气体样本中的no2)的更具选择性并且更精确的测量。

不受理论的束缚，相信的是，本发明的光解转化器的设计为流体样本移入和/或移出反应腔室提供了受限的路径，从而提供流入和流出反应腔室的有序流动，并且，在某些情况下提供了在反应腔室自身内的有序流动。这种有序流动已经通过烟雾测试和流体模型被证实。相信的是，流体流入和/或流出反应腔室的受限流动降低了反应腔室内随机移动的分子的平均速度，和/或增加了在单位时间内扫过的目标分子的有效体积，这继而减小了光解产物之间再化合反应的可能性/几率并且均一地将流体样本暴露于辐射源，从而提供了对流体样本中目标分子的更具选择性和更精确的测量。除了有序流动之外，通过流动模型确立了，本发明的光解转化器可以在流体穿过腔室时向流体施加非湍流旋风式涡流运动。相信的是，这种非湍流涡流还在流体样本的流动和光解分子的层中提供顺序(使得流体以与其进入顺序相同的顺序离开腔室)，这再次减小了光解产物之间发生再化合反应的可能性/几率。

还相信的是，如图1所示，当气体样本经由流入管道16的出口16b以流动速率f1吸入到反应腔室12中时，在进入反应腔室12中时，在区域z2中导致压力下降，但是基本维持流动速率f1。

气体样本朝向管道18的入口18a被吸引，其中，在区域z3中发生了另一次压力变化，具有类似的流动速率f1。在该实施例中，在被吸入到与光源的传播相同的轴线中之前，样本流动方向在样本进入反应腔室12时最初与光路相交。反应腔室内的双阶段压力波动为样品流动提供了有序的流动模式，其中，在管道18中的目标分子/反应物分子之间的平均自由程大大减小，并且每单位体积的分子大大增加。因此，管道18中的光通量大大增加，使得目标分子有效光解。还相信的是，由于反应腔室的设计，降低了随机移动的目标分子/反应物分子的平均相对速度。

已经观察到，在每分钟0.7升(lpm)的样品流动下，通往检测器的管道18内的驻留时间小于1秒，即便是在0.5m的总长度下也是如此。该新颖设计的意义是，管道18确保了单位时间内扫过的目标分子的有效体积增加，这显著地减少了光解产物之间的再化合反应，克服了现有技术所声称的增加每单位体积的分子应该具有相当增强的再化合反应的问题。

已经确立，使用本发明的光解转化器的no2的选择性波长光解可以以>90％和高达100％的效率实现。在初步测试期间，本发明的光解转化器可以光解在10ppb至37ppm的范围内的no2。这里呈现了样本数据。

图9示出了验证使用本发明的光解转化器将no2线性转化为no的实验的结果。使用与本发明的光解转化器整合的thermofisherscientific(thermo)42c和配备有热钼转化器的thermofisherscientific(thermo)42i分析仪，在0.5-0.7lpm，190-250mmhg的压力下进行实验。使用来自praxair(普莱克斯)的经鉴定的37.3ppm的no2协议气体进行校准。使用api稀释校准器，由37.3ppm的经鉴定的no2协议气体生成各种混合比例的no2，以形成从200ppbv-1000ppbv的no2的浓度(在图9中示出为预期的no2轨迹，并且通过使用校准过的配备有钼催化剂热转化器的thermo42i确认)。用各种比例的零空气(一定体积的空气，检测不到no2或no的量)稀释37.3ppm的经鉴定的协议no2气体得到的各种混合比例在图9中示出为阶段a至g。阶段a至g中的这些混合比例通过thermo42c和thermo42i分析仪二者采样。图9中的轨迹“测得的no2”是来自具有光解转化器的thermo42c分析仪的结果。在阶段g期间，光源关闭，并且如所预期的，虽然973.0ppbv的no2(通过thermo42i测得)正流经光解转化器，但是42c分析仪在no2和nox通道上回归至‘零’读数，这证实了当光源开着时光解转化器如预期地工作。

图10a和图10b示出了，在实验室配置下，使用本发明的示例性实施例测得的no2与使用已知技术测得的no2的关联图。图10a中所示的结果是在使用稀释的来自经鉴定的37.3ppm气瓶的no2的对比实验期间、使用与thermo42i分析仪联接的实验室级的光解设备、并且与使用钼转化器的thermo42c分析仪作对比得到的。该结果证实了，使用本发明的光解转化器可以实现100％的光解。图9b中呈现的结果是使用相对于先前的测试具有改进的机械设计和新部件(例如，光源、壳体设计)的预生产原型获得的。该光解设备与thermo42i分析仪联接，并与实验室级的直接no2测量设备(crds)比较。结果证实了用预生产模型实现了92.7％的光解。

接着在高浓度的no2下测试预生产原型，以确定其线性。经鉴定的no2气体直接输送至分析仪，并且结果显示光解转化器系统转化了91.2％的未稀释的经鉴定的协议no2气体(37.3ppm)。这些结果证实了光解转化器的宽线性动态范围(在±5％的可接受的仪器误差内)，并且测试的范围仅由经鉴定的no2气体的可用性限制。

图11示出了现场试验的结果。所呈现的数据是显示来自用与整合有thermo42i化学发光分析仪的光解设备进行的现场试验的原始no2数据的图，并且该图对照在环境监测站处操作的现有的具有热转化器的thermo17i化学发光分析仪测得的no2而绘制。在现场试验期间，从每个设备获得的no2测量结果之间存在很强的关联性。

图12a示出了置于底座711内部的光解转化器的实施例的俯视图。图12b示出了图12a所示实施例的剖视图。该光解转化器包括：壳体712，该壳体围封转化器主体714，转化器主体714限定了反应腔室716；流入管道，其具有入口718a；以及流出管道720，其具有入口720a和出口720b。led模块722a与722b设置在壳体712内部，使得来自led模块722a与722b的电磁辐射与反应腔室连通。led模块722a和722b分别与散热器724a和724b热连通，所述散热器724a和724b继而附接至壳体的壁。

该实施例中的壳体由金属制成，并且在壳体壁中具有切开的窗口部分，在窗口部分中定位有led。反应腔室与壳体的结构元件对准，使得反应腔室的中心与led的中心成一条线。led的光穿过反应腔室的窗口，并且与流动通过该腔室的样本气体相交。风扇726a和726b分别与散热器724a和724b整合，以在垂直于led的方向上散热，使得来自led的热不会被吹动穿过反应腔室和/或壳体。

图13是光解转化器系统811与化学发光分析仪812整合的示意图，光解转化器系统811包括转化器主体714和电磁源，该电磁源被壳体712围封并且放置在底座711中，图13示出了与化学发光分析仪812内部的热转化器的断开点814。分析仪812的样本入口820与光解转化器系统811的入口端口816流体连通，并且光解转化器系统811的出口端口818与分析仪812的检测室822流体连通。

在进入光解转化器底座711中时，未处理流体样本(比如包含no2的气体样本)穿过壳体712，进入反应腔室714，与led的光相互作用，并且被光解成已处理流体样本(即，包括no的气体样本)。接着，已处理流体样本离开反应腔室、壳体、以及光解转化器底座，并且反向输送到现有的化学发光分析仪812中。已处理流体样本再次进入化学发光分析仪管道系统，并且被运送至分析仪812中的检测室822。

显然，本发明的前述实施例是示例，并且可以以多种方式变化。这些现在或将来的变型不应被视为脱离本发明的精神和范围，并且对于本领域技术人员来说将很明显的所有这些修改旨在包括在所附权利要求的范围内。

权利要求的范围不应受说明书中阐述的优选实施例的限制，而应给出与整个说明书一致的最广泛的解释。