分析二氧化碳中杂质的方法技术

本发明专利技术涉及用于检测在应用二氧化碳过程中可以析出并且沉积到工件上的污染物，特别是已经存在并且溶于供应到应用中的新鲜二氧化碳中的污染物的方法和系统。本发明专利技术一个方面包括一种检测溶于二氧化碳流中污染物的方法，包括以下步骤：抽取至少一部分二氧化碳流以形成二氧化碳样品；改变该二氧化碳样品的至少一个物理条件以形成包含气态二氧化碳和至少一种悬浮污染物的气溶胶；并且用至少一个颗粒计数器检测至少一部分该二氧化碳样品中悬浮污染物颗粒的数目。还描述了一种用于连续检测溶于二氧化碳流中的污染物的系统。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请本申请要求2002年1月22日申请的美国临时申请US60/350,688的优先权。上述申请的全部内容引入本文作为参考。
技术介绍
通常提供给食品和饮料消费者的二氧化碳必须满足一系列被称为增强成分等级(EIG)的纯度规格。这种纯度的二氧化碳足以满足在食品和饮料中使用，并且大多数厂家均能生产。一些应用要求纯度比EIG更高的二氧化碳。例如，超临界流体萃取和超临界流体色谱法需要少量纯度更高的二氧化碳。这种纯度更高的二氧化碳的例子包括超临界流体萃取(SFE)和超临界流体色谱法(SFC)等级。这些等级的二氧化碳通常用钢瓶供应。最近开发了需要高纯度的和超高纯度(UHP)二氧化碳的其它应用。这些应用包括制药、半导体加工(光刻胶的除去和晶片清洗)、微电子-机械系统(MEMS)干燥和金属靶清洗。过去，一些方法已经用于测量二氧化碳中的杂质。一种通用的方法为高压液相色谱法(HPLC)。在Zito，R.的“CO2Snow Cleaningof OpticsCuring the Contamination Problem”，Proceeding ofSPIE Vol.4096(2000)中描述了该方法的例子。该方法是耗时、昂贵的，并且灵敏度可能不足以探测UHP二氧化碳中存在的低含量的杂质。而且，由于二氧化碳中污染物的性质往往不是已知的，所以难以设计检测二氧化碳中所含全部潜在杂质的HPLC方法。目前也使用重量法来确定二氧化碳中所含的污染物的含量。在一种方法中，使已知试样体积的二氧化碳穿过或越过介质如预先称重的、用于捕获固体污染物的过滤器。或者，将污染物收集在随后蒸发的少量溶剂中。通过测量该过滤器或溶剂容器的质量变化来估算污染物的重量。二氧化碳的重量可以通过其流量或测量其储存钢瓶重量的减少来计算。从这两个测量值可以计算污染物的浓度。重量法通常是劳动密集的并且以分批方式进行的。这使它们不适合在诸如在线污染物分析这样的连续方法中使用。美国专利US 6,276,169B1公开了液态二氧化碳通过初级喷嘴膨胀而形成二氧化碳雪和蒸汽的混合物。假定液态二氧化碳中所含的污染物捕获到雪颗粒中。然后，该两相物流通过次级喷嘴膨胀而形成低密度、低速度的物流。当二氧化碳气体逸出时，含有杂质的固态二氧化碳被收集于该喷嘴的出口处。然后将收集的冷冻二氧化碳加热至其升华点，驱走二氧化碳并且将浓缩的杂质留在收集容器中。然后分析这些杂质以确定它们的量和组成。例如，将二氧化碳雪沉积到高纯度表面上。随着二氧化碳升华，杂质留在表面上。也使用椭圆计来计量晶片各点处污染物层的厚度，该晶片已经被覆盖在从喷嘴处收集的二氧化碳雪中。通过对整个晶片上膜的厚度取平均计算污染物的体积，用这种方法估算杂质的含量。由于该方法以分批方式收集并测量污染物，所以该方法不适用于污染物的连续在线分析。美国专利US 6,122,954公开了通过使用表面声波(SAW)共振器来测量污染物。SAW共振器的基本理念是测量压电晶体的共振频率的下降，其中由于传感器温度较低导致污染物沉积到该压电晶体上。从本质上说，其起极其灵敏的质量平衡的作用。一旦知道污染物的质量，就可以确定其浓度。该SAW设备不适于测量非气态污染物，并且在它吸附了一定量材料之后必须对其进行清洗。SAW设备与其它压电技术相似，但却使用晶体的表面振荡而非主体振荡。因此，需要适用于分析二氧化碳中杂质、减小上述问题或使上述问题最小的方法和系统。专利技术概述不断涌现出来的应用往往要求具有比从前的方法要求的更低污染物含量的超纯二氧化碳。UHP二氧化碳中的污染物含量如此低，以致大多数传统的检测机制都不能测量它们。本专利技术认识到在高压下，UHP二氧化碳常常包含溶解的污染物。条件的改变可以导致该溶解的污染物析出，形成气体二氧化碳和悬浮污染物颗粒的气溶胶。可以检测这些悬浮颗粒以监测该溶解的污染物。本专利技术一般涉及溶于二氧化碳中的污染物的检测。在一个实施方案中，本专利技术涉及一种检测溶于二氧化碳流中的污染物的方法，包括以下步骤a)抽取至少一部分二氧化碳流以形成二氧化碳样品；b)改变该二氧化碳样品的至少一个物理条件以形成包含气态二氧化碳和至少一种悬浮污染物的气溶胶；和c)用至少一个颗粒计数器检测至少一部分二氧化碳样品中悬浮污染物颗粒的数目。在另一个实施方案中，本专利技术涉及一种用于监测送往工件的二氧化碳流中污染物的方法，包括以下步骤a)在校准过程中通过检测至少一部分溶解的污染物的颗粒数目确定一个参考值，其中所述参考值表示溶解的污染物将析出并以可接受的低含量沉积在工件上，所述校准过程包括以下步骤i)抽取至少一部分可接受二氧化碳流以形成可接受的二氧化碳样品；ii)改变该可接受的二氧化碳样品的条件以形成气态二氧化碳和析出污染物的气溶胶，由此至少一部分污染物处于悬浮液滴形式；和iii)用至少一个颗粒计数器检测至少一部分可接受的二氧化碳样品中颗粒的数目；由此确定所述参考值；b)随后将二氧化碳流送往工件；c)抽取所述二氧化碳流以在监测过程中，通过检测与用于确定参考值基本相等部分的溶解的污染物的颗粒数目来确定至少一个测量值，其中所述测量值表示污染物是否会从该二氧化碳样品流中析出，并以可接受的低含量沉积到该工件上，所述监测过程包括以下步骤i)抽取至少一部分所述二氧化碳流以形成二氧化碳样品；ii)改变该二氧化碳样品的条件以形成气态二氧化碳和析出污染物的气溶胶；和iii)用至少一个颗粒计数器检测该部分二氧化碳样品中颗粒的数目；由此确定所述测量值；和d)将测量值与参考值对比以确定从随后输送的二氧化碳中析出并以可接受的低含量沉积到工件上的溶解颗粒的数目，由此监测二氧化碳流的污染物。本专利技术也涉及用于连续检测溶于流经溶剂进料管线(feedline)的二氧化碳流中的污染物的系统，包括a)用于移取样品流的抽样装置，其中所述样品流为流经溶剂进料管线的二氧化碳流的至少一部分；b)与该抽样装置流体连接的调整装置，其中所述调整装置改变样品流的条件以形成气态二氧化碳和悬浮污染物的气溶胶；c)与该调整装置流体连接的至少一个污染物测量区；和d)至少一个颗粒计数装置，其中所述颗粒计数装置可以用至少一个颗粒计数器检测在该污染物测量区中的至少一部分悬浮污染物。本专利技术的使用者可以检测溶于二氧化碳中的杂质，甚至溶于UHP二氧化碳中的杂质。使用者也可以确定二氧化碳流是否具有含量足够低的杂质以便其在二氧化碳过程中使用会产生可接受的结果。本专利技术的使用者可以防止在二氧化碳使用过程中污染物特别是那些已经存在于供应到过程中的新鲜二氧化碳中的污染物沉积到工件上。本专利技术还提供一种测量溶于二氧化碳中的污染物的实际浓度的方法。这通过将来自污染物含量未知的二氧化碳中的悬浮污染物的颗粒数目与由具有已知污染物含量的二氧化碳获得的污染物颗粒的数目相互关联而实现。由于本专利技术的使用者可以检测溶于二氧化碳中的污染物，本专利技术的使用者也可以确定何时应该采取措施从二氧化碳中除去至少一部分污染物以使该二氧化碳污染物含量落在可接受的范围之内。现有检测污染物的方法主要适用于分批检测。本专利技术提供可以连续检测二氧化碳流中污染物的检测方法和系统。附图简述附图说明图1是说明本专利技术的一个实施方案的示意图，其中用颗粒分析器检测悬浮颗粒。图2是说明本专利技术的一个实施方案的示意图，其中第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测溶于二氧化碳流中污染物的方法，其包括以下步骤：ａ）抽取至少一部分二氧化碳流以形成二氧化碳样品；ｂ）改变该二氧化碳样品的至少一个物理条件以形成包含气态二氧化碳和至少一种悬浮污染物的气溶胶；和ｃ）用至少一个颗粒计数器检测至少一部分二氧化碳样品中悬浮污染物颗粒的数目。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MC约翰逊，CJ黑姆，JF比林哈姆，ML马尔切夫斯基，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]