专利名称：痕量粒子收集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及痕量化学制品的检测，尤其涉及从表面收集物质的粒子以提供这些粒 子的释放、输送和俘获。
2.
背景技术：
存在很多种化学制品分析仪器，一旦粒子样本输送给前述仪器及随后进行蒸发， 前述仪器能够检测和识别痕量化学制品(“目标化学制品”)的目标粒子。例子包括但不限 于离子淌度分光计、质谱仪、气相色谱仪、表面声波传感器、悬臂梁传感器、及电子俘获检测 器。类似地，有几种方式可用于将目标粒子输送给前述仪器，其部分组合在仪器内及部分需 要操作员进行转移。例子包括但不限于将收集的样本以机械方式输送给仪器、真空收集蒸 气或粒子、及涡旋真空取样。目标粒子通过弱化学键、van der Waals力、机械附着在纤维结构或孔隙中、粘附 力、静电吸引、或夹带在粘性材料如油脂中而开始附着到表面上。对于一些化学制品如麻醉 药品和炸药，表面粘着力相当强，这使得目标粒子很难通过简单的低动量转移方法进行去 除，如很难通过吹一阵空气进行去除。通过吹气去除这样强粘着的目标粒子通常只在最大、 最重目标粒子的情况下成功，因为其向喷吹的空气呈现最大的表面积。总的来说，吹气并不 易于从刚性表面去除炸药或麻醉药品目标粒子，只在从柔软表面如布去除粒子时管用，其 中材料的振动运动和高孔隙率提供以机械方式移去目标粒子的手段。即使在布的情况下， 喷吹气流通常需要非常高速度的流动以能起作用，因而只对最大目标粒子有用，从而这种 方法效率非常低。在一些情况下，取样本的过程由操作员或机器在待测试表面(“目标表面”)上物 理擦拭吸收体而开始，吸收体通常为表面粗糙的物质如化学滤纸。之后，感兴趣的化学制品 的目标粒子可通过机械擦拭动作转运并集中在吸收体的表面纹理之上或之中。该中间吸收 体然后被带到检测仪器附近以进行测量。擦拭方法通常可靠且有效地工作，但成本较高，因 为介质必须经常替换，且通常要求经过专门训练的操作员。此外，操作员逐渐变得疲劳从而 不能每次均以完全一样的方式擦拭。有许多应用希望避免通过人工擦拭表面。这些应用包括没有操作员的取样、大面 积取样、远程取样、机器人取样、物理接触不可接受的表面、及频繁替换擦拭材料不可接受 的情形，可能是由于成本高。在这些情形下，需要比简单地喷吹空气更好地、从表面移去目 标粒子的方法。用于清洁硅半导体晶片的无接触装置众所周知。例如参见Rose等的题为 "Aerosol Surface Processing”的U. S. 5，931，721。液态或固态的气溶胶用于从硅晶片表 面清除污染粒子和薄膜，而不会损害先前构建在晶片上的半导体器件。该装置用于清洁晶 片，不需要进行努力即可俘获用于化学分析的粒子。此外，除了气溶胶表面处理之外，还需要其它清洁特征如冲洗晶片。
发明内容
根据在此所述的系统的一方面为用于从目标表面移去和收集目标粒子的装置。该 装置包括气溶胶加压液态二氧化碳(CO2)的储罐、至少一脉冲阀、至少一液态二氧化碳膨 胀室、用于将气溶胶混合物引导到目标表面上的与加压液态二氧化碳源连通的至少两个喷 嘴、至少一脉冲阀、及至少一膨胀室、提供进入孔口的抽吸流的真空(抽吸流夹带来自气溶 胶混合物的冻结二氧化碳(干冰)粒子及通过来自气溶胶混合物的干冰粒子的冲击移去的 目标化学制品粒子)、及用于累积夹带在抽吸流中的粒子的收集介质。膨胀室可包括具有坚 固四壁的、所述脉冲阀下游紧邻的室。进入孔口的抽吸流的四周可由旋转涡流包围。收集 介质可以是下述中的至少一个过滤器、化学涂覆的吸收表面、金属筛、三维编织金属、金属 丝、金属箔、金属和电绝缘体层压制品、或基片上的防护涂层。收集介质可以是实质上垂直 于通过所述收集介质的气流的方向布置的电场的电极。收集介质可位于所述孔口的上游。 收集介质可位于所述孔口内。储罐可以是加压的液化二氧化碳罐。当储罐为加压的液化二 氧化碳罐时，气溶胶混合物的固体粒子可通过所述液化气在膨胀室中自由膨胀期间的冻结 作用形成，其中液体的第一部分通过吸收能量而蒸发，及液体的第二部分通过释放能量而 冻结为粒子。气溶胶混合物可以预定时间间隔脉动传送，及气溶胶粒子可根据加压(X)2气 的传送进行传送，其伴随膨胀室中干冰气溶胶粒子的形成。根据在此所述的系统的另一方面为从目标表面移去和收集目标粒子的方法。提供 包括分散在加压气体中的冻结二氧化碳气溶胶粒子的气溶胶混合物。气溶胶混合物被导向 包括目标粒子的目标表面上。气溶胶粒子冲击目标粒子从而导致从目标表面去除目标粒子 并导致目标粒子包括在具有气溶胶粒子的加压气流中。同样提供抽吸流，目标粒子、气溶胶 粒子和加压气体流均导入其中。夹带在抽吸流中的粒子被收集在过滤基片上。本发明方法 还包括按定时脉冲传送加压气体和气溶胶混合物，及根据前述定时脉冲传送气溶胶粒子。 本发明方法还可包括使加压气体与气溶胶粒子组合以形成气溶胶混合物。抽吸流可产生为 进入孔口的真空抽吸流。进入孔口的真空抽吸流四周可由旋转涡流限制。加压气体和气溶 胶混合物可以0.01秒和1秒之间的定时脉冲进行传送。气溶胶发生器可连接到连同痕量化学制品检测器使用的系统的其它组件。使用气 溶胶混合物去除目标粒子可在没有操作员或无擦拭接触目标表面的情形下完成。粒子去除系统的实施例可包括粒子去除组件、粒子输送组件和粒子收集组件。粒 子去除组件可包括气溶胶发生器，其具有加压气体源以将冻结二氧化碳气溶胶粒子吹向可 能被痕量目标化学制品粒子污染的目标表面。加压气体源可脉动运行。典型脉冲可以在 0. 01秒和1秒之间。至少两个喷嘴可用于将气溶胶混合物导向距目标表面短距离的焦点， 使得该点是粒子去除系统的粒子输送组件的目标。冻结二氧化碳气溶胶粒子可以是固态而不是液态。冻结二氧化碳粒子可在室温下 升华。冻结二氧化碳气溶胶粒子的升华确保它们在脉冲之后不久从粒子收集组件和周围的 环境消失。气溶胶发生器可通过液化二氧化碳自由膨胀到大气压而产生气溶胶粒子，这产生 冻结二氧化碳粒子。所述冻结粒子可进一步夹带和与同时产生的二氧化碳气体混合，或可选地与来自用作促进剂的单独加压气体源的第二流组合。可选择冻结二氧化碳气溶胶粒子材料以对目标表面没有明显损害。具有高硬度的 气溶胶粒子如硅石或氧化铝为磨料及可能因高速冲击而损坏目标表面。二氧化碳为氧化物 及没有闪点，当与微细材料一起工作时这是重要的特性。只要气溶胶不进入眼睛内，冻结二氧化碳气溶胶混合物对人类和动物无毒无害。 冻结二氧化碳气溶胶混合物可脉动以避免过多射入有限空间内，因为二氧化碳气体残留可 取代空气中的氧。冻结二氧化碳气溶胶粒子可冲击目标表面上的目标粒子并提供足够的动量传递 以将目标粒子从目标表面上移去并夹带在输送气溶胶粒子的气体吹气中。之后，移去的目 标粒子和气溶胶粒子由粒子输送组件收集。冻结二氧化碳气溶胶混合物可通过至少下述之 一释放目标粒子气溶胶粒子和目标粒子之间的物理冲击；当气溶胶粒子接触室温下的表 面时突然升华而产生局部气体脉冲；伴随气溶胶混合物的加压气体脉冲；及冷却目标粒子 使得其附着性质改变。粒子输送组件通常可以是简单的进入孔口的真空抽吸流，或进入孔口的四周由旋 转涡流限制的真空抽吸流。气溶胶粒子和移去的目标粒子可被卷入真空抽吸流，然后可被 输送到与粒子去除系统相关联的粒子收集介质。粒子收集组件可以是通常连同粒子收集技术使用的多种粒子过滤器中的任意一 种。例子包括但不限于筛网过滤器、编织的三维筛、由常用的过滤材料制成的过滤器、可被 化学涂覆以增强附着的吸收剂表面、涡旋粒子分离器、静电粒子收集器、及具有精细蚀刻的 开口以通过空气但保留粒子的工程材料。根据在此所述的系统，用于从目标表面移去和收集目标粒子的装置包括液化和加 压二氧化碳的储罐、与前述储罐连通的至少一脉冲阀、与前述至少一脉冲阀连通并用于形 成冻结二氧化碳粒子和二氧化碳气体的气溶胶混合物的至少一膨胀室、与前述至少一膨胀 室连通的至少两个喷嘴(用于导引气溶胶混合物喷雾使得实质上重叠在至少两个喷嘴下 游的单一焦点处)、提供进入孔口的抽吸流的真空(抽吸流夹带来自气溶胶混合物的粒子 及通过来自气溶胶混合物的粒子的冲击移去的目标粒子)、及用于累积夹带在抽吸流中的 粒子的收集介质进入孔口的抽吸流四周可由旋转涡流包围。膨胀室可包括截面比出口孔小 的入口孔。收集介质至少可包括过滤器、化学涂覆的吸收表面、金属筛、三维编织金属、金 属丝、金属箔、金属和电绝缘体层压制品、和/或基片上的防护涂层收集介质可位于所述孔 口的上游。收集介质可位于所述孔口内。加压液化二氧化碳当部分转换为冻结二氧化碳的 固体粒子及部分在膨胀室中膨胀到大气压时转换为二氧化碳气体时可形成气溶胶混合物。 气溶胶混合物可以预定时间间隔脉动传送，及所述气溶胶粒子可根据加压气体的传送进行 传送。阀可提供大于10毫秒小于1秒持续时间的液态二氧化碳脉冲。本发明装置还可包 括第二加压气体源以帮助输送气溶胶混合物。第二加压气体源可通过添加到膨胀室内或 与来自喷嘴的气溶胶混合物流同轴同向进行传送。第二加压气体源可以是空气、氮、氩、和 /或二氧化碳。本发明装置还可包括帮助操作员将装置定位在距目标表面最佳距离处的手 段。前述定位装置的手段可以是超声波距离测量、至少两个固态激光器指示、和/或光反射 传感器。本发明装置还可包括确定二氧化碳液体流是否足以收集目标粒子的手段。确定液 体流的手段可以是安装在喷嘴上的温度传感器、查看气溶胶混合物的反射率的光反射传感器、查看气溶胶混合物的不透明度的光传输传感器、和/或感测二氧化碳液体或气体的密 度的超声波传感器。进一步根据在此所述的系统，从目标表面移去和收集目标粒子包括提供包括分 散在加压气体中的气溶胶粒子的冻结二氧化碳气溶胶混合物；将气溶胶混合物导向包括目 标粒子的目标表面上，气溶胶粒子冲击目标粒子从而导致从目标表面去除目标粒子并导致 目标粒子包括在具有气溶胶粒子的加压气流中；提供抽吸流，目标粒子、气溶胶粒子和加压 气体流均导入其中；及收集夹带在抽吸流中的粒子。从目标表面移去和收集目标粒子的方 法还可包括按定时脉冲传送加压气体及根据前述定时脉冲传送气溶胶粒子。从目标表面移 去和收集目标粒子的方法还可包括使加压气体与气溶胶粒子组合以形成气溶胶混合物。抽 吸流可产生为进入孔口的真空抽吸流。进入孔口的真空抽吸流四周可由旋转涡流限制。
本发明系统在此将结合几个附图进行描述，其中图1为现有技术的空气喷射痕量粒子去除系统的实施例。图2为可连同在此公开的方法一起使用的冻结二氧化碳痕量粒子去除系统的实 施例。图3为可连同在此所述的系统一起使用的冻结二氧化碳痕量粒子去除系统的第
二实施例。图4为可连同在此所述的系统一起使用的冻结二氧化碳痕量粒子去除系统的第
三实施例。
具体实施例方式现在参考图1，示出了现有技术的空气喷射痕量粒子去除系统的实施例10。空气 喷射系统10包括加压气体源11、控制阀12、连通管道13、和与出口喷嘴17连通的管16。加 压气体从喷嘴17按区域18输出。空气喷射10通过喷嘴17导向目标表面19，在那里空气 将粒子20吹离目标表面19，从而去除粘附的粒子。粒子输送通过抽吸泵21进行，其内部的 流输送周围空气和目标粒子20。目标粒子20收集在过滤介质22上。当已收集好样本时， 过滤介质22被输送到痕量化学制品检测器的入口孔。该现有技术实施例的缺点在于，对于 从大多数类型的目标表面19去除粒子，吹送空气18效率低，且抽吸泵21在距离其入口孔 短距离之外的地方的粒子输送效率低。现在参考图2，示出了可连同在此所述的粒子去除系统方法一起使用的痕量粒子 收集系统的第一实施例。在各个实施例的细节可能不同的同时，图2示出了在此所述的系 统的基本特征。图2中所示的粒子收集系统100为手持便携式系统，但原理可应用于更大的 非移动系统。系统的粒子去除部分包括液态二氧化碳的储罐111、连接管112、脉冲阀113、 膨胀室114、到喷嘴116的连接管115、及喷在目标表面118上的包含冻结二氧化碳粒子和 加压气体的气溶胶混合物的喷雾117。系统的粒子输送部分包括构造为涡流吸引子的叶轮 风扇119。风扇119吹送向外流动的气流120，其绕叶轮风扇119的轴旋转并通过周围的外 壳121导向目标表面118。向内流动的气流122夹带痕量粒子123并将它们输送到收集基 片 124。
尽管图2中所示的实施例包括三个喷嘴116和连到单一膨胀室114的连接管115， 粒子去除组件的实施例可包括变化数量的这些组件，但提供至少两个喷嘴用于调配气溶胶 混合物。至少两个喷嘴116的目标在于将其气溶胶混合物喷雾117集中在共同的点处，如 图2中所示。该焦点可位于距目标表面118短距离的地方。当按这种方式配置时，气溶胶 混合物喷雾117彼此及与目标表面118相互作用并将气溶胶混合物喷雾117的实质部分向 后朝向收集基片1 反射。如果仅采用一个喷嘴116，气溶胶混合物喷雾117和目标表面 118的相互作用可能导致喷雾117平行于目标表面118径向向外散布，而不是朝向收集基片 124。气溶胶粒子可以是冻结二氧化碳。冻结二氧化碳气溶胶粒子可在室温下升华。液 态二氧化碳从脉冲阀113释放到膨胀室114内使液体的第一部分吸收能量并变成气态二氧 化碳，及使液体的第二部分释放能量并凝固为小的冻结二氧化碳粒子，从而形成气溶胶混 合物喷雾117.可选择冻结二氧化碳气溶胶混合物117以对目标表面没有明显损害。例如，具有 电路器件图案的半导体晶片通常可被喷雾而不损害电路。二氧化碳气溶胶混合物117为氧 化物及没有闪点，当与微细材料一起工作时这是重要的特性。二氧化碳气溶胶混合物喷雾 117包含二氧化碳气体，其取代氧气且不支持燃烧。只要不进入眼睛内，二氧化碳气溶胶混 合物117对人类和动物无毒无害。冻结二氧化碳气溶胶混合物117可脉动以避免过多射入 有限空间内，因为二氧化碳气体残留可取代空气中的氧。结合图2-4所示的气溶胶发生器的实施例包括将气溶胶粒子喷雾吹向目标表面 的加压气体源，前述目标表面可能被痕量目标化学制品如麻醉药品或炸药污染。加压气体 源可连续运行或可脉动。典型脉冲可在0.01秒和1秒之间，使得气体和气溶胶粒子根据脉 冲定时传送。除了由膨胀室114提供的二氧化碳气体之外，可选地，还可组合另外的加压气体 源以用作促进剂、使冻结二氧化碳粒子与周围的热空气隔离因而以更慢的速率升华、或使 气溶胶混合物喷雾能从喷嘴传播更大的距离。可选的另外的加压气体源可在膨胀室114中 与二氧化碳气溶胶混合物组合，或可与周围的来自喷嘴116出口的流同轴提供并与其方向 实质上平行进行导向。可选的加压气体的压力可小于120磅每平方英寸，即用小压缩器容 易获得的值。根据加压气体的可用性、成本和安全限制，也可使用高得多或低得多的压力。 例如，由于因不正确运转导致爆炸的风险，高压气罐在公共场所不可接受。实施例可使用多 种不同气体中的任一气体，例如包括空气、氮、氩及二氧化碳。实施例也可使用前述气体中 的一个或多个单独组合或与一种或多种其它气体组合。图2-4的喷嘴116、216、316用于引导气溶胶粒子的混合物并将气体吹向目标表面 上的点使得该点是粒子去除系统的粒子输送组件的目标，如下详细所述。冻结二氧化碳气溶胶粒子可冲击目标表面上的目标粒子并提供足够的动量传递 以将目标粒子从目标表面上移去并夹带在伴随的输送气溶胶粒子的二氧化碳气体吹气中。 之后，移去的目标粒子和气溶胶粒子由粒子输送组件收集。冻结二氧化碳气溶胶混合物可 通过至少下述之一释放目标粒子气溶胶粒子和目标粒子之间的物理冲击；当气溶胶粒子 接触室温下的表面时突然升华而产生局部气体脉冲；伴随气溶胶混合物的加压气体脉冲； 及冷却目标粒子使得其附着性质改变。
收集基片1 可以是多种不同材料中的任何一种，并可根据实施方式是否对收集 介质124电充电而改变。收集介质可以是过滤器。收集介质可包括下述之一或多个化学 涂覆的吸收表面、金属筛、三维编织金属、金属丝、金属箔、金属及电绝缘体层压制品、和/ 或基片上的防护涂层。非导电收集介质的例子包括由棉花、纸、芳族聚酰胺、聚酰亚胺、碳氟 化合物、及硅石制成的材料。金属和金属涂层的例子包括不锈钢、铝、钛、镍、铬、银、碳、钼和
^^ ο粒子收集组件可以是连同粒子收集技术使用的多种组件中的任一组件。例子包括 但不限于筛网过滤器、编织的三维筛、由常用的过滤材料制成的过滤器、可被化学涂覆以增 强附着的吸收剂表面、涡旋粒子分离器、静电粒子收集器、及具有精细蚀刻的开口以通过空 气或另一气体但也能保留粒子的工程材料。在实施例中，粒子输送组件可以是简单的进入喷嘴的真空抽吸流，或进入喷嘴的 四周由旋转涡流限制的真空抽吸流。气溶胶粒子和移去的目标粒子可被卷入真空抽吸流， 然后可被输送到与粒子去除系统相关联的粒子收集介质。现在参考图3，示出了可连同在此所述的粒子去除系统方法一起使用的痕量粒子 收集系统的第二实施例。在各个实施例的细节可能不同的同时，图3示出了在此所述的系 统的基本特征。图3中所示的粒子收集系统200为手持便携式系统，但原理可应用于更大的 非移动系统。系统的粒子去除部分包括液态二氧化碳的储罐211、连接管212、脉冲阀213、 膨胀室214、到喷嘴216的连接管215、及喷在目标表面218上的包含冻结二氧化碳粒子和 加压二氧化碳气体的气溶胶混合物的喷雾217。系统的粒子输送部分包括构造为涡流吸引 子的叶轮风扇219。风扇219吹送向外流动的气流220，其绕叶轮风扇219的轴旋转并通过 周围的外壳221导向目标表面218。向内流动的气流222夹带痕量粒子223并将它们输送 到收集基片224。图3还示出了使用提供给操作员的辅助设备确定痕量粒子收集系统与目标表面 218之间的最佳距离。在该实施例中，两个固态激光器225具有其定向成在目标表面218位 于正确距离时会聚到共同焦点的光束。其它可能的实施例可使用超声波距离检测器或光学 反射传感器。这些其它可能的实施例需要在已达到最佳距离时通知操作员的手段。前述手 段可以是可视形式，如照亮的指示器；或可以是听得见的形式，如有特色的声音；或可以是 能触知的形式，如振动器。应注意，根据使用在此所述的技术和/或通过引用组合于此的专利和/或未决专 利申请中描述的技术的具体应用，最佳距离指示器可以是多种不同类型的传感器中的任何一种。现在参考图4，示出了可连同在此所述的粒子去除系统方法一起使用的痕量粒子 收集系统的第三实施例。在各个实施例的细节可能不同的同时，图4示出了在此所述的系 统的基本特征。图4中所示的粒子收集系统300为手持便携式系统，但原理可应用于更大的 非移动系统。系统的粒子去除部分包括液态二氧化碳的储罐311、连接管312、脉冲阀313、 膨胀室314、到喷嘴316的连接管315、及喷在目标表面318上的包含冻结二氧化碳粒子和 加压二氧化碳气体的气溶胶混合物的喷雾317。系统的粒子输送部分包括构造为涡流吸引 子的叶轮风扇319。风扇319吹送向外流动的气流320，其绕叶轮风扇319的轴旋转并通过 周围的外壳321导向目标表面318。向内流动的气流322夹带痕量粒子323并将它们输送
9到收集基片324。图4还示出了使用液态二氧化碳传感器在液态二氧化碳已断气及不再产生二氧 化碳气溶胶混合物时向操作员提供信息。在该实施例中，在连接管315上采用光传输传感 器326。光传输传感器3 通过连接管315的透明部分查看连接管315的内含物。如果只 有二氧化碳气体进入连接管315，则内含物将光学上透明并提供第一信号电平。如果该管包 含二氧化碳气溶胶混合物，则内含物将反射光并提供第二信号电平。也可提供其它可能的具有液态二氧化碳传感器的实施例。例如，温度传感器可安 装在喷嘴上以感测源自冻结二氧化碳的冷温度，光反射传感器可查看二氧化碳气体对二氧 化碳气溶胶混合物的反射率的差，及超声波传感器可用于感测相较于二氧化碳气体更高密 度的二氧化碳液体的存在。所有可能的具有液态二氧化碳传感器的实施例需要在液态二氧化碳已断气时通 知操作员的手段。前述手段可以是可视形式，如照亮的指示器；或可以是听得见的形式，如 有特色的声音；或可以是能触知的形式，如振动器。在此所述的系统可组合其它特征，如通过引用组合于此的普通转让的共同未决申 请和/或授权美国专利中描述的特征，没有限制的包括普通转让的美国专利中描述的特 征授予 Belyakov 等的题为"Flash vapor sampling for a tracechemical detector，， 的美国专利7, 098，672 ；授予Belyakov等的题为‘‘Pulsed vapor desorber”的美国专利 7, 244, 288 ；授予Krasnobaev等的题为“Virtual wall gas sampling for an ion mobility spectrometer” 的美国专利 6，888，128 ；授予 Krasnovaev 等的题为 “Modified vortex for an ion mobility spectrometer” 的美国专利 6，870，155 ；授予 Motchkine 等的题为 “Cyclone sampling nozzle for an ion mobility spectrometer，，的美国专利6，861，646 ; 授予 KrasncAaev 等的题为"Explosive detection system”的美国专利 6，拟8，795 ；Bunker 等申请的题为"Photoelectric ion source photocathode regeneration system，，的美国 公开专利申请 2006-0214580A1 ；及 Motchkine 等申请的题为"Radiative sample warming for an ion mobility spectrometer” 的美国公开专利申请 2003-0155504A1 ；所有这些专 利和专利申请均通过引用组合于此。通过虑及在此公开的本发明的说明书或实施方式，本发明的其它实施方式对本领 域技术人员而言将显而易见。说明书和例子仅应视为示例性的，本发明的真实范围和精神 由权利要求书指明。
权利要求
1.用于从目标表面移去和收集目标粒子的装置，所述装置包括液化和加压二氧化碳的储罐；与所述储罐连通的至少一脉冲阀；与所述至少一脉冲阀连通并用于形成冻结二氧化碳粒子和二氧化碳气体的气溶胶混 合物的至少一膨胀室；与所述至少一膨胀室连通的至少两个喷嘴，用于导引气溶胶混合物的喷雾使得重叠在 所述至少两个喷嘴下游的单一焦点处；提供进入孔口的抽吸流的真空，所述抽吸流夹带来自气溶胶混合物的粒子及通过来自 气溶胶混合物的粒子的冲击移去的目标粒子；及用于累积夹带在所述抽吸流中的粒子的收集介质。
2.根据权利要求1的装置，其中进入孔口的所述抽吸流四周由旋转涡流包围。
3.根据权利要求1的装置，其中所述膨胀室包括截面比出口孔小的入口孔。
4.根据权利要求1的装置，其中所述收集介质包括下述中的至少一个过滤器、化学涂 覆的吸收表面、金属筛、三维编织金属、金属丝、金属箔、金属和电绝缘体层压制品、或基片 上的防护涂层。
5.根据权利要求1的装置，其中所述收集介质位于所述孔口的上游。
6.根据权利要求1的装置，其中所述收集介质位于所述孔口内。
7.根据权利要求1的装置，其中所述储罐为液化二氧化碳气体的加压容器。
8.根据权利要求1的装置，其中加压液化二氧化碳当部分转换为冻结二氧化碳的固体 粒子及部分在膨胀室中膨胀到大气压时转换为二氧化碳气体时形成气溶胶混合物。
9.根据权利要求8的装置，其中所述气溶胶混合物以预定时间间隔脉动传送，及所述 气溶胶粒子根据加压气体的传送进行传送。
.根据权利要求9的装置，其中所述阀提供大于10毫秒小于1秒持续时间的液态二氧 化碳脉冲。
10.根据权利要求1的装置，其中所述真空由涡旋吸引子的叶轮提供。
11.根据权利要求1的装置，还包括第二加压气体源以帮助输送气溶胶混合物。
12.根据权利要求11的装置，其中所述第二加压气体源通过下述中的至少一个进行传 送添加到所述膨胀室内；与来自所述喷嘴的气溶胶混合物流同轴同向。
13.根据权利要求11的装置，其中所述第二加压气体源是下述中的至少一个空气、 氮、氩、和二氧化碳。
14.根据权利要求1的装置，还包括帮助操作员将所述装置定位在距目标表面最佳距 离处的手段。
15.根据权利要求14的装置，其中定位装置的手段是下述中的至少一个超声波距离 测量、至少两个固态激光器指示、光反射传感器。
16.根据权利要求1的装置，还包括确定二氧化碳液体流是否足以收集目标粒子的手段。
17.根据权利要求16的装置，其中确定液体流的手段是下述中的至少一个安装在喷 嘴上的温度传感器、查看气溶胶混合物的反射率的光反射传感器、查看气溶胶混合物的不 透明度的光传输传感器、感测二氧化碳液体或气体的密度的超声波传感器。
18.从目标表面移去和收集目标粒子的方法，该方法包括提供包括分散在加压气体中的气溶胶粒子的冻结二氧化碳气溶胶混合物； 将所述气溶胶混合物导向包括目标粒子的目标表面上，所述气溶胶粒子冲击所述目标 粒子从而导致从所述目标表面去除所述目标粒子并导致所述目标粒子包括在具有所述气 溶胶粒子的加压气流中；提供抽吸流，所述目标粒子、所述气溶胶粒子和所述加压气体流均导入其中；及 将夹带在所述抽吸流中的粒子收集在基片上。
19.根据权利要求18的方法，该方法还包括 按定时脉冲传送所述加压气体；及根据所述定时脉冲传送所述气溶胶粒子。
20.根据权利要求19的方法，该方法还包括使所述加压气体与所述气溶胶粒子组合以形成所述气溶胶混合物。
21.根据权利要求18的方法，其中所述抽吸流产生为进入孔口的真空抽吸流。
22.根据权利要求21的方法，其中所述进入孔口的真空抽吸流四周由旋转涡流限制。
全文摘要
痕量粒子收集系统累积粘附到目标表面上的那些材料的痕量粒子。这些粒子被从所述表面去除、输送并收集在粒子收集介质中，然后提供给检测仪器。痕量粒子通常顽强粘附到目标表面上，简单的技术如吹送空气仅可去除最大的粒子甚或根本不能去除粒子。在此描述痕量粒子的去除，其利用气流中的冻结二氧化碳气溶胶粒子的气溶胶混合物冲击，从而更有效地从表面上去除目标粒子。
文档编号G01N1/02GK102099665SQ200880130373
公开日2011年6月15日 申请日期2008年5月14日 优先权日2008年5月14日
发明者S·N·邦克 申请人:植入科学公司