光学粒子分析仪的校准验证制造技术

提供了粒子分析仪和用于验证粒子分析仪的校准状态的相关方法，包括独立于粒子的存在或不存在。该方法和分析仪包括使用不同且非干扰的时频域：中频时域和低频时域，以及可选地高频时域。高频时域产生激光刻面驱动电流频率调制，以防止激光刻面空间跳模。中频时域用于粒子检测。低频时域用于校准状态，包括激光

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光学粒子分析仪的校准验证
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求各自于2019年11月8日提交的题为“CalibrationVerificationforOpticalParticleAnalyzers”的国际申请序列号PCT/US2019/060607和美国申请号16/678,968的优先权权益，其各自要求于2018年11月12日提交的美国申请号62/759,953的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术介绍

[0003]本专利技术属于光学粒子分析仪的领域。本专利技术总体上涉及用于验证光学粒子分析仪的校准状态和性能的校准验证系统和方法。
[0004]大部分微污染工业依赖于光学粒子分析仪的使用，例如在各种美国专利中描述的，包括美国专利号3,851,169、4,348,111、4,957,363、5,085,500、5,121,988、5,467,188、5,642,193、5,864,399、5,920,388、5,946,092和7,053,783。美国专利号4,728,190、6,859,277和7,030,980也公开了光学粒子分析仪，并且其全部内容通过引用并入本文。气溶胶光学粒子分析仪用于测量洁净室和洁净区域中的空气传播粒子污染。液体粒子分析仪通常用于光学测量水处理和化学加工工业中的粒子污染。
[0005]用于这些应用的光学粒子分析仪通常每年进行至少一次校准程序。可获得“国际标准，例如JISB9921：光散射自动粒子计数器，ASTMF328
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98：使用单分散球形粒子校准气载粒子计数器的标准实践，以及ISO/FDIS21501
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4：确定粒子尺寸分布
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单粒子光相互作用方法
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第4部分：用于清洁空间的光散射气载粒子计数器”，其详细描述了光学粒子分析仪的校准要求。
[0006]光学粒子分析仪的校准过程是复杂的，并且通常需要来自光学粒子分析仪制造商的训练有素的代表来执行校准。校准过程以使用经认证的粒度标准物为中心。仅作为示例，在美国，这些标准是水悬浮聚苯乙烯球，其起源于国家标准与技术研究所(NIST)。
[0007]用于向气溶胶光学粒子分析仪提供校准标准粒子的典型粒子生成系统使用泵将过滤的空气吸入系统中。由于校准标准粒子是水悬浮的，因此它们必须被雾化以通过气溶胶光学粒子分析仪进行检测。将水和粒子混合物放入喷雾器中，在喷雾器中用由粒子发生器泵产生的加压空气流雾化水和粒子混合物。以这种方式，使用已知尺寸的单分散粒子来校准粒子分析仪的每个相应的粒子通道。例如，使用1.0μm粒子来校准1.0μm通道。这确保了被测单元的每个粒子通道精确地确定粒子尺寸。
[0008]除了上述测试之外，通常还需要将测试仪器与参考粒子分析仪进行相互比较，该参考粒子分析仪除了被测试仪器所使用的流动系统之外还包括完全不同的流动系统。这样做例如是为了确保测试仪器在其规定的第一通道粒子尺寸下实现50％的计数效率，并且在其规定的第一通道粒子尺寸的1.5倍至2.0倍下实现100％的计数效率。
[0009]通常还需要用NIST可追踪流量计测量和确认被测单元的流速，以及执行零计数(假计数率)测试。对于一些应用，通常需要仪器在95％的置信上限下在五分钟内显示小于一个计数的可实现的假计数率。该测试非常耗时，并且可能需要超过一小时的延长的总采
样时间。
[0010]完整的光学粒子分析仪校准是复杂的，因此通常必须由来自粒子分析仪制造商的训练有素的代表来执行。完全校准通常需要大量的非便携式测试设备。通常，测试中的光学粒子分析仪必须带到校准设备位置。
[0011]出于成本原因和易于实施，粒子分析仪用户通常将校准限制为一年的校准周期(如粒子分析仪制造商通常推荐的)。粒子分析仪用户必须假设粒子分析仪将在整个一年的校准周期内维持适当的校准，但是有时情况并非如此。
[0012]气溶胶粒子分析仪用户分成多个行业。例如，半导体和制药工业是粒子测量在其中起重要作用的两个工业。半导体用户通常监测气溶胶污染以便改进或维持晶片良率水平。如果气溶胶光学粒子分析仪在这些清洁区域中的一个中偏离校准，则粒子分析仪可能对清洁区域中的粒子水平计数过高或计数不足。如果粒子分析仪计数不足，则清洁区域可能比用户认为的更脏。在最坏的情况下，由于这种未检测到的粒子污染，用户可能经历晶片产量的下降。虽然产量的下降是不期望的，但是用户至少得到来自晶片产量的质量控制监测的实时反馈，并且将具有一些动力以调查该特定清洁区域内的可能问题。最终，将揭示未校准的粒子分析仪晶片是产量下降的原因。
[0013]未校准的粒子分析仪也给药物使用者带来了显著的问题。药物使用者必须监控处理或加工药物的清洁区域。在美国，该监测由食品和药物管理局(FDA)授权。处理区域必须维持在为某些药物产品建立的规定清洁水平。如果粒子分析仪计数不足，则清洁处理区域可能比用户认为的更脏。用户没有手段来检测校准粒子分析仪之外，因为不存在将指示问题的任何过程的实时反馈。用户可以在粒子分析仪的年度校准周期的剩余时间内继续在可疑清洁区域中处理药物，然后最终被通知粒子分析仪在其下一次调度的校准时未校准。
[0014]由于液体粒子分析仪通常用于光学测量净化水和化学流中的粒子污染，因此当液体粒子分析仪计数不足时，水或化学流可能包括高于用户相信的粒子水平。例如，如果液体源包括高于预期的粒子水平，则这可能导致最终产品，其中作为组分的该液体具有高于预期的污染水平。如上所述，这可能造成重大问题，例如如果最终产品是药物组合物的情况。可选地，如果在半导体设备的处理期间使用液体(例如)作为冲洗液、洗涤液或溶剂，那么可导致半导体设备的粒子污染，从而导致半导体设备产量降低。
[0015]一旦粒子分析仪被定义为未校准，则其在整个校准循环(通常为一年)内监测的清洁区域的状态是有问题的。如果确定粒子分析仪计数足够少，使得其监测的实际清洁区域高于允许的FDA规定的污染限制，则全年在该区域生产的所有产品都变得可疑。用户可能被迫召回在可疑地区生产的全年药品。由于许多原因，这是根本的问题，包括财政，例如使药物使用者在消失的产品中损失数百万美元。
[0016]光学粒子分析仪可能由于许多原因而变得错误校准，这些原因包括检测电子器件中的漂移；这种错误校准的粒子分析仪仍然可以正确地计数粒子的总数，但是可能错误地识别粒子的实际尺寸。至少一些已知的用于评估光学粒子分析仪的校准状态的系统和方法采用实际粒子来测试光学粒子分析仪。尽管通常不像执行完整校准程序那样昂贵和耗时，但是使用实际粒子评估光学粒子分析仪的校准状态不是一个微不足道的程序。因此，采用用于有效地评估不需要使用实际粒子的光学粒子分析仪的校准状态的系统和方法将是有益的。
[0017]美国专利No.5,684,585(Girvin)描述了通过以模拟正常使用下的粒子检测的方式调制粒子照明源来验证光学粒子计数器的校准状态。然而，Girvin受到激光束中粒子的存在的影响，因此在没有实际粒子活动的情况下表现最佳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于独立于粒子确定光学粒子分析仪的校准状态的方法，所述方法包括以下步骤：提供光学粒子分析仪，所述光学粒子分析仪包括：电磁辐射(EMR)源，用于产生所述EMR的射束；腔室，用于容纳样品介质并用于接收所述EMR的射束；光学组件，所述光学组件与所述EMR源光学连通，用于将所述EMR的射束引导到所述腔室；检测器，用于检测来自所述EMR的射束的散射辐射；光学收集系统，用于将来自所述腔室的所述EMR的射束的所述散射辐射引导到所述检测器；调制施加到所述EMR源的功率；响应于所述调制步骤，诱发具有低频时域的检测器信号波形；分析所述检测器信号波形以确定与所述EMR源、所述光学组件、所述腔室、所述检测器和所述光学收集系统中的一个或多个相关联的至少一个诊断参数的值；基于所述至少一个诊断参数的一个或多个确定的值来确定所述光学粒子分析仪的所述校准状态；其中，对于存在于所述光学粒子分析仪中的一个或多个粒子，并且响应于调制施加到所述EMR源的功率的步骤，生成具有高于所述低频时域的中频时域的粒子检测信号，从而避免检测器信号的所述低频时域与所述粒子检测信号的所述中频时域之间的不期望的干扰；从而独立于粒子确定所述光学粒子分析仪的所述校准状态。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述EMR源是激光器。3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括以下步骤：施加高频时域激光器刻面驱动电流频率，以在高频时域调制施加到所述激光器的电流，以防止空间跳模；其中，所述高频时域具有比所述中频时域更高的频率，并且不干扰所述中频时域或所述低频时域中的任何一个。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的方法，其中：所述高频时域大于或等于100MHz，包括约249MHz；所述中频时域选自1kHz/7kHz与200MHz之间的范围；和/或所述低频时域范围小于或等于500Hz。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的方法，其中，所述光学粒子分析仪中的所述一个或多个粒子来自：所述分析仪的残留污染物；和/或来自在确定所述校准状态的同时由所述光学粒子分析仪分析的样品中的粒子。6.根据权利要求1所述的方法，其中，在存在与所述EMR的射束相互作用的粒子的情况下确定所述校准状态。7.根据权利要求1
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6所述的方法，进一步包括利用低频带通滤波器和高频带通滤波器对粒子检测系统进行滤波以获得所述中频时域的步骤。8.根据权利要求1
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7中任一项所述的方法，其中，所述腔室包括流动腔室。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的方法，其中，所述样品介质是流体，所述方法进一
步包括在所述调节步骤期间使所述流体流过所述流动腔室。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述流动步骤包括过滤所述流动腔室上游的所述流体。11.根据权利要求1
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10中任一项所述的方法，其中，所述样品介质包括粒子。12.根据权利要求1
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11中任一项所述的方法，其中，所述调制步骤进一步包括将施加到所述EMR源的功率从第一功率电平切换到第二功率电平。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述切换步骤还包括根据切换波形切换施加到所述EMR源的功率，所述切换波形具有频率、占空比、对应于所述第一功率电平的第一切换幅度以及对应于所述第二功率电平的第二切换幅度。14.根据权利要求1
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13中任一项所述的方法，进一步包括：将施加到所述EMR源的功率维持在所述第二功率电平达1ms至1s的范围内选择的时间。15.根据权利要求1
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14中任一项所述的方法，其中，所述诱导步骤包括：由所述检测器首先以与施加到所述EMR源的第一功率电平相对应的第一辐射功率电平接收来自所述EMR的射束或所述激光束的散射辐射；以及由所述检测器随后以与施加到所述EMR源的第二功率电平相对应的第二辐射功率电平接收来自所述EMR的射束或所述激光束的散射辐射；以及其中，所述检测器信号波形具有：前沿；第一信号幅度；以及第二信号幅度。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述检测器信号波形的所述前沿由前沿函数定义。17.根据权利要求15
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16中任一项所述的方法，其中，所述光学粒子分析仪进一步包括放大电路，所述放大电路可操作地连接到所述检测器，用于响应于所述诱导步骤而放大检测器信号，并且其中，所述第二接收步骤包括将所述放大电路的通电状态从对应于所述第一辐射功率电平的第一状态改变到对应于所述第二辐射功率电平的第二状态。18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述检测器信号波形的所述前沿对应于所述放大电路的通电状态从所述第一状态到所述第二状态的改变。19.根据权利要求17
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18中任一项所述的方法，其中，所述至少一个诊断参数进一步与所述放大电路相关联。20.根据权利要求15
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19中任一项所述的方法，其中，所述至少一个诊断参数包括检测器信号波形峰值幅度，所述检测器信号波形峰值幅度被定义为所述第一信号幅度的值与所述第二信号幅度的值之间的差值，并且其中，所述分析步骤还包括确定：所述第一信号幅度的值；所述第二信号幅度的值；以及所述第一幅度值与所述第二幅度值之间的差的值。21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述光学粒子分析仪进一步包括放大电路，所述放大电路可操作地连接到所述检测器，用于响应于所述诱导步骤而放大检测器信号，并且其中，所述检测器信号波形峰值幅度与所述EMR源、所述腔室、所述光学组件、所述光学收
集系统、所述检测器和所述放大电路的操作条件相关联。22.根据权利要求15
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21中任一项所述的方法，其中，所述至少一个诊断参数包括所述前沿的经过时间，并且其中，所述分析步骤包括确定所述前沿的经过时间。23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述光学粒子分析仪进一步包括用于所述EMR源的驱动电路，并且其中，所述前沿的经过时间与所述驱动电路的操作条件相关联。24.根据权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个诊断参数包括所述前沿函数，并且其中，所述分析步骤包括确定所述前沿的所述前沿函数。25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述前沿函数与所述光学粒子分析仪的所述EMR源、所述光学组件、所述腔室、所述检测器和所述光学收集系统的操作条件相关联。26.根据权利要求1
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25中任一项所述的方法，其中，所述确定步骤进一步包括将所述至少一个诊断参数的一个或多个确定值与在所述光学粒子分析仪的先前校准时确定的相应校准参数中的至少一个的对应值进行比较。27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定所述至少一个诊断参数的所述一个或多个确定值与在所述先前校准时确定的每个相应校准参数的所述对应值之间的差。28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述确定校准状态的步骤包括基于所确定的差来确定光学粒子分析仪的所述校准状态。29.一种光学粒子分析仪，包括：EMR源，用于产生所述EMR的射束；腔室，用于容纳样品介质并用于接收所述EMR的射束；光学组件，所述光学组件与所述EMR源光学连通，用于将所述EMR的射束从所述EMR源引导到所述腔室；检测器，用于检测来自所述EMR的射束的散射辐射；光学收集系统，用于将来自所述腔室的所述EMR的射束的散射辐射引导到所述检测器；以及处理器，所述处理器可操作地连接到所述EMR源和所述检测器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯，
申请(专利权)人：粒子监测系统有限公司，
类型：发明
国别省市：