利用在采样期间固定其开启的盒对包含在气溶胶中的纳米对象采样和输送的组件的制作方法

本发明涉及采样和分析易于悬浮存在于空气中的纳米颗粒的领域。

更具体地，本发明涉及用于利用采样盒对包含在气溶胶中的纳米对象采样和输送的组件的设计。

本发明提出改善对这种盒的开启的固定，以便保证采样的完整性。

背景技术：

纳米技术的快速崛起正使得可以观察这些新材料的健康和环境影响，以便具有最佳的安全状态。在过去几年中，已经对纳米颗粒或具有纳米尺寸的颗粒进行了大量的研究，它们的用途已经扩展到各个领域，诸如健康、微电子学、能量技术或普通消费品(如涂料和化妆品)。因此，必须建立对暴露于纳米颗粒的工人、消费者和环境进行评估和监控的方法。

因此，采样和分析气溶胶的可靠方法的发展在公共健康和防止在工作站的风险方面是关键问题。特别地，适于可携带的且作为部件固定至在用于制造纳米对象或处理纳米材料的站的工人的工作服的采样装置的发展会证明是强制性的。

用于采样的选择方法或目前是优选的方法为通过过滤器吸入易于载有颗粒的空气流，然后通过各种技术(重量分析、显微镜检测、XRF等)对该过滤器进行分析。

在现有技术中，已知也被称为盒式采样器的采样装置，这些采样装置是可携带的且必须对在个体的呼吸期间易于通过个体的嘴和鼻子吸入的气溶胶污染物进行采样。

采样器为这样的装置：该装置尤其包括吸气构件，且通常以可拆卸的方式，保持至少一个用于通过吸气对污染物进行采样的过滤器的采样盒被固定在该装置上。

因此，专利US 4,961,916涉及用于气态的且微粒状的污染物的采样装置，其包括盒，在该盒内部堆放3个过滤器，一个在另一个的顶部上，且在这些过滤器的任一侧包括2个开口，一个开口出现在易于被污染的外部环境中，另一个开口注入到连接至抽吸泵的管道中。因此，从上游到下游，在通过泵的吸气期间，第一过滤器能够仅采集气溶胶的微粒组分，先前利用试剂浸渍的第二过滤器能够与一种或多种气态化合物进行选择性的反应，第三过滤器仅具有加强过滤器构件的功能。该专利涉及的采样为存在于污染空气中的气态的且微粒状的异氰酸酯的采集。

就其本身而言，专利US 5,205,155公开了用于易于悬浮在空气中的石棉纤维的采样装置，其所关心的是在容纳在采样盒中的过滤器上的不均匀的沉积。作为补救，该专利提出设计盒的入口，即靠近特定环境的吸气孔的入口，该入口处于向外展开的形状，且使其平滑以便促进颗粒在过滤器上的均匀沉积。

专利申请US 2008/0196514A1涉及用于灰尘的独特的采样装置，其用于采集空中游离微粒的可吸入组分。该专利描述了盒的各种形状比例(长度L和开口的入口直径D之间的比例)，据此其允许通过吸气改善采样。而且，该专利提及，对于通过鼻子吸入的最典型的性质，有利的是提供从底部到顶部吸气的空气流的竖向定向。

专利申请US 2009/0272202A1涉及用于纳米颗粒的独特的采样装置，包括根据颗粒的尺寸具有不同的颗粒选择工作台的盒。所公开的装置包括将不同的工作台与装配板结合在一起的组件，该装配板通过弹簧和用于在装配过程期间进行引导的引导杆被保持在一起。

如所描述的，现有技术中所有的用于对气溶胶采样的方法和装置具有一个或多个主要缺陷，这些缺陷可总结如下：

-用于气溶胶的多数采样方法需要从其盒中原位(即在采样的地方)取出过滤器。实施装置因此被设计成盒被容易地且完全由任何人打开：因此，具有不合时宜的取出的开启会导致过滤器外部的污染、吸附在过滤器上的材料的损失或过滤器的差的可追溯性。特别地，在纳米对象的制造站的工人或处理纳米材料的工人会以不合时宜的方式打开盒、污染过滤器、放回已用过的过滤器等。

-在采样配置(即固定至采样装置(采样器)的配置)中的所有盒仍会被工人打开，这是因为可从所有部分接近盒。在没有确定盒未被拆卸从而样品的分析/采样之后是无效的的情况下，这不允许将采样器留给未被授权开启盒的工人组而处于无人照管的状态。

本专利申请的发明人在专利申请FR 2981154中已提出两件式采样盒，该盒的部件通过从外部不能接近的夹紧构件而被装配。因此，在两个部件装配在一起的配置中，这些夹紧构件仅可以通过分别嵌入在孔口中的销而被物理上接近，但该接近不能从来自盒外部的空间被手动地或通过随便使用工具来完成。由于盒不能以不合时宜的方式打开，因为其用于样品的实际分析的开启需要将盒的两个部件分开的适当的工具，因此盒由于夹紧构件而被固定。

虽然这种盒的开启的固定在多数情况下是完全足够的，然而发明人判定，在当未授权的人具有用于将盒的两个部件与彼此拆开的销的情况下，仍存在不合时宜的开启的情况。换句话说，根据申请FR 2981154，仍存在开启采样盒的风险，尽管该风险是最低的。

本发明的总体目的因此是减轻现有技术的一些或全部缺陷，尤其是改进根据专利申请FR2981154的盒，从而提出保证通过用于对易于存在于气溶胶中的纳米对象采样和输送的装置完成的采样的完整性的解决方案，以及即使在未授权的人具有用于将在装配配置中的装置的盒打开的适当构件的情况下，确保直到元素分析正确的时刻的采样的可追溯性。

将注意到，元素分析是能够确定哪些原子元素(肽、碳、镍等)存在以及它们在样品中的原子百分比的分析。另一方面，元素分析不能够确定结构或这些元素与彼此如何组合。

本发明的一个特别的目的是提出生产简单且成本低的这样一种装置。

技术实现要素：

为了实现这点，本发明首先涉及用于出于分析的目的对易于存在于气溶胶中的纳米对象采样和输送的组件，该组件包括：

-包括多孔采样过滤器、盒和至少一个垫圈的装置，该多孔采样过滤器能够捕获易于悬浮在气溶胶中的纳米对象；该盒由具有相互装配的构件和保持过滤器的构件的第一部件和第二部件构成，该第一部件和第二部件在它们的装配配置中限定腔室，该过滤器在被保持的同时被嵌入在该腔室中；该至少一个垫圈能够在该腔室和外部之间产生紧密性，该相互装配的构件包括与第一部件整合在一起的第一夹紧构件、与第二部件整合在一起的且能够与第一夹紧构件配合以将两个部件夹紧的第二夹紧构件；

-包括吸气构件和座的采样装置，当该两个部件在装配配置中时，该盒可以以可拆卸的方式被固定在该座中，以通过该吸气构件完成污染物的采样。

根据本发明，用于相对于夹紧构件固定盒的座的边缘的布置使得，当所述盒在其被固定至所述采样装置的配置中时，在部件的装配配置中，夹紧构件不能物理上被够到，也不能手动地或通过工具(甚至适于夹紧构件的松开的工具)而被够到。

短语“从外部不能接近”指的是当盒在其固定至采样装置的配置中时，从在盒的装配配置中的装置的外部的空间不能物理上够到夹紧构件，也不能手动地或通过使用用于盒的部件的夹紧构件的松开工具够到夹紧构件。

因此，与根据专利申请FR 2981154的采样盒相比，由于当盒被固定至采样装置时，甚至适于松开部件的夹紧构件的工具都不能够物理上够到这些夹紧构件，因此盒的开启的固定被改善。

根据本发明的盒的开启的固定可以限制过滤器的污染的风险。污染的来源可以分成三类，可被列举如下：

-会人为地增加盒上的颗粒的数量的随后的污染(沉积)，

-被采样在过滤器上的颗粒的数量的减少(刮擦)；

-具有不同于被采样的颗粒的性质的性质的污染物。

而且，过滤器的污染的风险，盒被未授权的使用者的开启，会导致对应于不同工人的过滤器的不成功的交换，该不同的工人会导致工人和过滤器的错误的匹配，从而导致工人在其工作站暴露的错误监控。这种可追溯性链的断裂会危害暴露于纳米材料的工人的监控。

本发明可以增强该采样的固定：盒一旦插入在其采样装置上的固定座中，就不允许使用工具打开盒。盒首先需要从其固定座中取出。因此，然而试图打开盒的未授权的使用者将不得不从盒被固定至的采样装置中去除该盒。可以布置，这将具有停用采样装置的吸气构件的直接后果。而且，整合在采样装置中的适当的检测系统(诸如声音报警器和/或可见报警器)于是允许检测盒的不想要的去除以及采样的中断。此外，于是可以对该中断进行登记。

根据本发明的解决方案可以增加采样盒、用于盒的生产工具以及盒的开启工具的紧凑性和稳健性，且使得它们的成本降低。从人体工程学的观点以及从操作或存储中的一者来看，盒尺寸的减小是有利的。材料成本方面的增益与下面的事实相关联：根据本发明的盒比根据专利申请FR 2981154的盒更加紧凑。这种紧凑性意味着用于制造盒的工具(注塑模具)的成本也是比根据专利申请FR 2981154的盒的制造盒的工具的成本低。

本发明同样涉及用于上述组件的采样装置，其中保持过滤器的构件包括两个肩部，一个形成在第一部件的内边缘上，另一个形成在第二部件的内边缘上，包括过滤器支架的装置通过挤压保持在两个肩部之间。

根据一个有利的变型，部件中的至少一者包括笔直地穿过环形垫圈的凹槽，过滤器支架包括舌部，该舌部与凹槽互补，且过滤器的识别元件被固定至该舌部，使得在部件的装配配置中且在盒固定至采样装置的配置中，该识别元件与外部环境接触。

短语“与外部环境接触”指的是当盒被固定至采样装置时，在盒的装配配置中，识别元件出现在设备和装置的外部的空间中。

识别元件优选为类型电子芯片或射频ID标签(RFID)或二维条形码。识别元件可通过粘合技术、通过雕刻、通过二次成型或通过超声波焊接(tampography)被固定。识别元件也可以仅仅是数字和/或字母，以便直接被人看到和读取。

可以以累加的方式或替选的方式提供过滤器的由至少一个射频ID标签(RFID)构成的识别元件，RFID标签嵌入在第一部件和/或第二部件中。优选地，RFID标签可嵌入在盒的下部件中。该变型具有的优势是，保存对过滤器本身的识别且能够使过滤器受到会改变RFID标签的电子线路的分析。特别地，通过将RFID标签嵌入在盒的一个部件和/或另一个部件中，不再有任何电子器件直接整合在过滤器和过滤器支架中，从而被过滤器经历的分析不会中断标签的电子线路。这同样具有允许RFID芯片靠近采样装置，从而降低其天线的传输功率的优势。

优选地，通过压缩过滤器支架是可变形的，以便在装配配置中被第一部件和第二部件压平，从而形成单个垫圈。

可以提供至少一个倚靠至少一个肩部的弹性体密封件。

过滤器可以由膜制成，该膜由氧化铝；二氧化硅、石英或硼硅酸盐纤维；纤维素或其衍生物，例如甲基纤维素(MCE)；聚偏二氟乙烯(PVDF)；聚酯砜(PES)；聚苯乙烯(PS)；聚四氟乙烯(PTFE)；聚碳酸酯(PC)制成。通常，该过滤器为数微米至数十微米厚，例如10微米至200微米。典型地，过滤器具有5μm和30μm之间的厚度。

有利地，第一部件、第二部件和过滤器支架是基于热塑性材料，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺6(PA6)、聚酰胺66(PA66)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)或聚甲醛共聚物(POM-C)。

根据一个有利的实施方式，第一夹紧构件由数目等于n的可弹性变形的脚部构成，该脚部的端部包括开口，该脚部设置在第一部件上且通过等于π/n的角位置隔开，第二夹紧构件通过相同数目n的具有与开口互补的形状的突出部构成且布置在第二部件上，所述突出部通过与脚部相同的等于π/n的角位置隔开。

本发明还涉及设计成对盒的两个部件进行松开的工具，该工具包括销，该销通过与突出部相同的位置与彼此隔开且能够垂直于盒的纵向轴线对突出部施加推力。

工具还可包括机械引导构件，其能够在具有突出部的部件下面引导工具以促进销同时横向推向突出部。

最后，本发明涉及如上文所描述的组件作为用于监控在制造站的暴露于纳米对象的工人的组件的用途、处理纳米材料的用途、或容纳该纳米材料的产品的用途。

附图说明

参照下面的附图，通过细读下面的作为说明而非受此限制而给出的具体实施方式，将更加清晰地呈现其他优势和特征，其中：

-图1为根据本发明的采样装置的采样盒的侧视图，该盒处于装配配置中；

-图1A为图1的盒的底视图；

-图2为图1和图1A的盒的分解透视图，其示出处于非装配配置的盒的两个部件；

-图3为图1至图2的盒的截面图，其进一步示出根据本发明的用于盒的固定开启的工具；

-图4为示出根据本发明的采样组件的透视图，该采样组件具有整合有吸气泵的装置以及根据图1至图2的处于固定至该装置的配置中的盒；

-图4A为图4的详细截面图；

-图5为图1的示出用于整合RFID识别标签的一个变型的盒的底视图；

-图6和图7分别为根据图1至图2的安装在其部件的开启工具中的盒的透视图和顶视图；

-图8和图9为分别在开启盒的部件之前和之后，沿着图7的A-A的截面图。

具体实施方式

为了对易于包含在气溶胶中的纳米对象进行采样，根据本发明的装置首先包括过滤器(未示出)，其适合于捕获易于悬浮在空气中的纳米对象，该过滤器嵌入且保持在由闭合配置中的盒形成的腔室中。

因此，根据本发明的采样方法包括对闭合的盒进行定向，使得被分析的空气通过未示出的泵吸入，该泵被整合在盒所附接的采样装置6中，空气从孔20吸入，通过孔10离开盒，然后到达泵。

该吸气当然可以沿着逆向路径进行，即从孔10至孔20。被如此吸入的微米尺寸的纳米对象或纳米颗粒将被采集在保持在盒中的过滤器上。在根据本发明的采样方法中，盒被定向成使得通过位于距呼吸道小于30cm，采样尽可能代表呼吸。

正如被示出的，根据本发明的装置允许具有完美的可追溯性的采集样品且输送以固定方式而被捕获的纳米对象。

根据本发明的用于采样和输送纳米对象的组件因此包括具有盒和过滤器的装置以及采样装置6，该盒在采样期间固定至该采样装置6，且该采样装置6整合有吸气泵。

正如在图1至图2中所示，盒由大体圆柱形状的部件1、部件2构成。

上部件2设置有脚部21，该脚部21是柔性的，换句话说，该脚部21是可弹性变形的，该脚部21的端部包括开口210。

下部件1设置有腔室11，利用包括分别互补于开口210的突出部的一个端部，该腔室11分别互补于脚部21。当然，在本发明的范围内，可以以相反的方式，即利用分别在部件2的腔室中的突出部和在部件1上的具有开口的脚部，提供互补的开口或突出部的布置。

上部件2的柔性脚部21之间的相对的角度布置与下部件1的腔室11的相对的角度布置一致。

因此，在相互装配的配置中，具有其开口210的脚部21刚好放入在腔室11中且刚好夹紧在腔室11中，且围绕突出部110(图1A和图2)。

图4和图4A示出具有部件1、部件2的盒，该部件1、部件2被装配在一起，使得该盒被固定至整合有用于污染物的吸气泵的采样装置6。

正如可以在这些图4和图4A中看到的，在该部件1、部件2的相互装配的配置中，且利用盒固定至采样装置6，从外部不能接近夹紧构件11、夹紧构件110、夹紧构件21、夹紧构件210，甚至利用如下文所描述的可拆卸的部件1、部件2的适当的工具5，从外部也不能接近夹紧构件11、夹紧构件110、夹紧构件21、夹紧构件210。换句话说，盒的固定座60的边缘相对于夹紧构件被布置成：夹紧构件不能物理上被够到，也不能手动地或通过适于它们的松开的工具而被够到。

由于本发明，盒在分析实验室外面的任何不合时宜的开启被阻止，该分析实验室被指定精确地分析留在过滤器上的颗粒。

因此，与根据专利申请FR 2981154的盒相比，由于盒一旦插入在其采样装置上的固定座60中，就甚至不允许使用用于打开盒的松开工具，故采样的固定被加强。盒首先需要从其固定座中取出。因此，然而试图打开盒的未授权的使用者将需要从盒被固定至的采样装置中去除该盒。人们会提出这将具有停用采样装置的吸气构件的直接后果。而且，整合在采样装置中的适当的检测系统(诸如声音报警器和/或可见报警器)于是允许检测盒的不想要的去除以及采样过程的中断。此外，于是可以对该中断进行登记。

因此限制了采样过程的污染的风险，由于留在过滤器上的颗粒数目的减少(刮擦)或者具有与被采样的颗粒不同的性质的颗粒的增加，这些实际上不代表采样过程且有可能发生。

正如在图4A中更好地示出的，在盒1、2固定至采样装置6的配置中，盒的下部件1的孔10与设置在采样装置6的主体中的吸气孔61紧密地流体连通。

下部件1设置有孔口13，其同时出现在外侧上和在突出部110所设置的区域中(即，在突出部110通过利用脚部21的夹紧与其相应的开口210配合的区域的范围内)。因此，存在与互补的夹紧构件一样多的孔口13。

上部件2具有3个柔性脚部21，其相对于彼此成120°设置，其刚好放入到下部件1的腔室11中。

一旦采样完成，采样装置的泵被停用，然后将盒从其采样装置的固定座60中去除，然后打开采样盒，即，将部件1、部件2松开。

为了进行部件1、部件2的松开，进行如下操作。

首先，将盒的下部件1面向销50放置在工具5的顶部上。

将具有足够的长度的销50插入在每个孔口13中以在脚部21的开口210关于突出部110被夹紧的位置中抵达该脚部21(图8)。因此，在嵌入在孔口13中的销50上的向上的推力在脚部21上产生横向的推力，于是脚部21从它们相应的突出部110中解开，这使部件1、部件2分离(图9)。

有利地，如图6至图9所示所有的销50固定至工具5，工具5同样包括彼此隔开的刚性脚部51，以允许下部件1的圆柱主体的就位。换句话说，这些刚性脚部51充当引导件以促进销50同时推向脚部21。

替选地，脚部可以位于下部件和上部件上的孔口上，而不脱离本发明的范围。

至于过滤器，其由过滤器支架支撑。在部件1、部件2的装配配置中，过滤器支架3保持挤压在肩部14和肩部24之间，肩部14和肩部24中的每一者被形成在部件1、部件2中的一者的内部垫圈上。

有利地，过滤器支架3选自可弹性变形的材料，于是其起到盒的下部件1和上部件2之间的垫片的补充作用。换句话说，有利地，可以提供具有比盒的下部件1和上部件2的材料较小的硬度的过滤器支架3，以便过滤器支架3在夹紧过程期间通过压力倚靠相对的肩部14、肩部24而变平整。当过滤器支架3具有机械支撑过滤器的作用时，其可以具有整体上环形的构造或者由单个的整块部件制成，该整块部件被通过在部件的厚度中的直通道排空的多个孔穿过，该多个孔于是适当地构成了过滤器。

在任何情况下，将确保产生吸气区域中的压头损失的最小量。

根据一个变型，盒的部件1、部件2各自包括笔直地穿过环形垫圈的凹槽12、凹槽22。过滤器支架3包括舌部4，该舌部4与凹槽12、凹槽22互补，且在该舌部4上制有过滤器的识别元件，使得在部件的装配配置中且在盒固定至采样装置的配置中，该识别元件与外部环境接触。

如图4A和图5中所示，也可以提供由容纳在盒的下部件1中的射频识别(RFID)标签4’构成的过滤器的识别元件。通过夹紧在出于该目的设置在下部件1的部分中的保持脚部16中，可以有利地完成RFID标签4’的固定，该保持脚部16构成了物理上免受外部影响的底座。该变型具有的优势是，保存对过滤器本身的识别且允许过滤器受到会改变RFID标签4’的电子线路的分析。特别地，通过将RFID标签4’座接在盒的部件1中，不再有任何电子器件直接整合在过滤器和过滤器支架3中，从而被过滤器经历的分析不会中断标签的电子线路。这同样具有允许RFID芯片靠近采样装置，从而降低其天线的传输功率的优势。

根据需要，可以以累加的方式或替选的方式使用识别元件4和/或识别标签4’。例如，可以使用对于人的肉眼从外部可见的数字代码和/或字母代码4以及固定在下部件1中的标签4’。也可以仅使用数字代码和/或字母代码4或仅使用RFID标签4’。

为了进一步改善部件1和部件2的相互装配，可以在每个部件上提供环形垫圈15、环形垫圈25，以除了提供夹紧之外还在部件的装配位置中提供部件之间的相互邻接表面。

有利地，如在图4中所示，降低吸气噪音的装置7被固定至上部件2，正如在申请人今日递交的题目为“用于利用具有适于在采样期间降低吸气噪音的模块的盒对包含在气溶胶中的纳米对象进行采样和输送的装置”的专利申请中所描述的且要求保护的。

可以进行其它变型和改进，而不脱离本发明的范围。

本发明不受限于刚描述的实施例；特别地，在未示出的变型的情况下，可以将所示实施例的特征组合。