具体实施方式

在各种实施方案的以下描述中，参考了上文标识的并且形成本文件的一部分的附图，附图中通过例示的方式示出了可以实践本文所述的方面的各种实施方案。应当理解，在不脱离本文所述的范围的情况下，可利用其他实施方案并且可进行结构和功能修改。各个方面能够具有其他实施方案并且能够以各种不同的方式来实践或实施。

作为对以下更详细地描述的主题的一般介绍，本文所述的方面涉及用于通过多于一个测试部件分析含有粒子(诸如金属粒子)的粘性样品的设备和方法，其中每个测试部件包括不同的分析技术。所述多于一个测试部件可在集成系统中彼此耦合，该集成系统提供了一种更有效且更具成本效益的分析液体样品的方法。结果能相对较快地获得并且更加准确和可重复。

应当理解，本文使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为限制。相反，本文使用的短语和术语将被赋予其最广泛的解释和含义。“包括”和“包含”及其变体的使用意味着涵盖其后列出的项目及其等效物以及另外的项目及其等效物。术语“安装”、“连接”、“耦合”、“定位”、“接合”和类似术语的使用意在包括通过本领域技术人员已知的任何合适方法进行的直接和间接，以及固定或可移除的安装、连接、耦合、定位和接合。术语“上游”和“下游”通常是指系统中的液体样品流的方向。举例来说，下游部件从上游部件接收液体样品。

用于测试液体样品的分析仪器可与一个或多个系统一起被操作，以在集成系统中测试样品的各种特性。该分析仪器特别适用于测试含有金属和其他粒子的液体样品，诸如油、冷却剂或润滑剂样品(液压流体、传动流体和齿轮油)。从源获得的样品通常是粘性的。在利用本文呈现的系统之前，将样品稀释。本系统涉及分析仪器，诸如粒子计数器和组成分析器。

如图1中所示，用于分析液体样品的系统100可包括样品准备(samplepreparation)部件102、样品递送系统110、粒子计数器120、进料系统130、组成分析器140和数据加工部件150。特别地，样品递送系统110、粒子计数器120、进料系统130和组成分析器140在单个系统中内联(inline)工作以在同一样品中实现粒子和元素分析。

尽管图1的元件以框图的形式示出，但本公开没有受到如此限制。特别地，图1中的框中的一个或多个可组合成单个框，或者由单个框执行的功能可跨多个现有框或新框划分。举例来说，虽然样品准备102在图1中被可视地描绘为耦合到样品递送系统110附近，但图1考虑了样品源准备102可被定位成远离样品递送系统110或者可与样品递送系统110间隔开，或者可发生在厂区外(offsite)。

样品源包括但不限于含有金属和其他粒子的粘性液体。粘性液体可为油、润滑剂、液压流体等。在其他方面，样品可包括乳液，诸如在药物应用、冷却剂和其他含有金属和其他粒子的流体中。

将粘性样品稀释至期望浓度。这种稀释可诸如在小型实验室中由操作员手动进行，或在高通量实验室中由独立稀释器进行。也可将校准标准品、载体和其他流体或物质添加到样品中以加强加工和结果的生成。举例来说，可添加一个或多个内标以帮助校准系统100的一个或多个部件。在一些方面，样品准备102包括混合室，在该混合室中，诸如通过添加溶剂将样品稀释至期望比例。稀释技术和设备是已知的并且可利用任何合适的稀释技术。重要的是，将经稀释的样品提供给样品递送系统。

用于样品稀释的合适溶剂包括有机和水性溶剂等，包括煤油或煤油型溶剂。用于其他应用领域的类似类型的溶剂可为基于水的溶剂。稀释比率适合于提供一定浓度的经稀释的样品，以使经稀释的样品更易流动，以便在系统100中进行后续加工和分析。在某些实施方案中，液体样品与溶剂的稀释比率为1:10。然而，如可理解的，可根据需要调节稀释比率，以提供具有如所期望的适合于穿过系统100的粘度和其他流动特性的液体。举例来说，稀释比率可较低，诸如1:1、1:5或1:10，或较高，诸如1:15或1:20，或在介于1:1与1:20之间，或介于1:5与1:15之间的范围内。典型的稀释比率可为1:10。根据来自液体样品源102的液体样品的初始粘度和相关特性，也可使用其他稀释比率。

稀释比率取决于初始样品的粘度和进入系统的期望粘度。举例来说，溶剂和液压流体的粘度范围往往是[email protected]。发动机油通常在10-80cSt的范围内。其他润滑剂高达约[email protected]。这种粘度约与使用自动化系统进行稀释时使用的粘度一样高。任何其他润滑剂(有相当多)都将用溶剂按重量手动稀释。对于在这个系统上供粒子计数器和ICP用的这些润滑剂，1/10稀释仍然有效。

经稀释的样品比粘性样品更易于处理，因为其流动性和穿过系统的能力更高。需要来自样品源的样品较少。此外，在样品测试后清洁分析仪所需的溶剂更少。

将经稀释的样品手动或自动地转移至样品递送系统110。举例来说，可将样品放置在放置在自动取样机上的自动取样机机架中。对于大多数繁忙的实验室，自动稀释器会直接在这些已经放置了样品管的机架上稀释样品。完成后，将机架从稀释器手动移至自动取样机。对于手动稀释，操作员会将样品稀释到样品管中，然后将管放入自动取样机机架中。

样品递送系统110可为以一致方式将经稀释的样品递送至粒子计数器120的任何合适的系统。样品递送系统可包括适合于收集期望体积的经稀释的样品并且将该样品引入到第一分析设备120中的部件，其实例可为机械臂、泵、管道、阀等。样品递送系统可为手动的，或者部分或完全自动的。

在一个方面，样品递送系统是自动取样机，例如CETAC 7400、7600或其等效物，其通常配备有用于在分析前均质化样品的搅拌器、注射器泵模块以及用于防止纤维或其他污染物堵塞装备(例如管)的网状探头。粒子计数器可安装在自动取样机Z驱动器的顶部。

粒子计数器120可为被配置成检测经稀释的样品的粒子特征(例如，数量、尺寸和分布)的任何合适的仪器，例如粒子计数器可包括被配置用于粒子计数分析的测量流动通道。合适的粒子计数器是孔阻塞粒子计数器、遮光型粒子计数器和激光直接成像粒子计数器。合适的粒子计数器描述于例如美国专利5,835,211和美国专利6,794,182中。合适的粒子装置是可商购获得的，诸如由PSS或PerkinElmer制造的粒子计数器。如上所指出的，粒子计数器可安装在自动取样机上。

在某些方面，第一分析设备120包括如图2中所示的遮光型粒子计数器。当激光照射穿过样品时，液体样品流过传感器的单元。根据传感器的模式，测量被液体中的粒子阻挡的光的量(消光模式)，并以脉冲形式测量被液体中的粒子散射的光的量(求和模式)。来自传感器的脉冲被传送至脉冲高度分析器(计数器)，该分析器通过使用校准曲线将脉冲转换为粒子尺寸。然后，通过考虑系统的流速和每次重复的测量时间，将这些原始计数转换为粒子计数浓度(每毫升粒子计数)。

重要的是，粒子计数器120对经稀释的样品是非破坏性的。换句话说，进入粒子计数器的经稀释的样品原封不动地离开粒子计数器，从而与随后被引入到组成分析器140中的经稀释的样品基本相同。

样品从粒子计数器120传递至组成分析器140，该组成分析器可为提供样品的元素组成分析的任何合适的仪器。合适的组成分析器包括但不限于电感耦合等离子体光学发射光谱(ICP-OES)部件。

进料系统130通过系统100抽取经稀释的样品并且提供了经稀释的样品流经粒子计数器120并流向组成分析器140的恒定流速。在某些方面，进料系统130包括设置在粒子计数器120与组成分析器140之间的泵(具有样品回路)，并且还可包括在粒子计数器120与组成分析器140之间的内联的附加泵和/或辅助部件。

样品的流速通常由使用一个或多个合适的机械泵(例如真空泵、旋转泵或注射器驱动泵或其组合)的进料系统来维持。在某些情况下，注射器驱动泵被用来从自动取样机抽拉经稀释的样品穿过粒子计数器120到达组成分析器140的进料机构。液体样品穿过系统100的稳定流速在粒子计数器120与组成分析器140之间提供了更一致的数据和数据相关性，这进而为液体样品的分析提供了改进的结果。合适的进料系统是CETAC的ParticleXpress，其包括控制塔和位置注射阀，10ml注射器驱动器。

进料系统130将经稀释的样品连同载体一起注入到组成分析器140中。样品回路在粒子计数单元之后充满样品，然后回路改变成注入，因此需要载体将经稀释的样品推入雾化器和ICP的样品引入系统中。所述载体通常是用于稀释ICP标准品和样品的溶剂。掺入到稀释溶液中的内标不需要成为载体溶液的一部分。合适的载体包括但不限于煤油或基于煤油的溶剂。

如上所述，组成分析器可为ICP-OES装置。ICP-OES将电感耦合等离子体电离源耦合至光学发射光谱仪。简而言之，将样品(最常见的是通过雾化产生的气溶胶)注入到通过将射频(rf)能量耦合到流动的氩气流中而获得的高温大气压等离子体中。所得等离子体的特征在于高温(约7000K)和相对高浓度(约10¹⁵cm^-3)的等量电子和正离子。假设雾化样品的粒子足够小，如上所述，该样品在流过等离子体时会迅速汽化、原子化和离子化。

如所指出的，样品作为气溶胶小滴被引入到氩等离子体中。等离子体使气溶胶干燥，使分子离解，形成基态原子，然后形成每种元素的多种形式的激发原子和/或离子。

一些ICP-OES仪器包括以下部件：由雾化器和喷雾室组成的样品引入系统；用于生成作为原子和离子源的氩等离子体的ICP炬和RF线圈；光学光谱仪，其检测激发原子和/或离子的发射；以及数据处理和系统控制器，其控制用于获得最终浓度结果的仪器控制和数据处理的各个方面。

ICP中激发的中性原子和离子的发射的检测可提供对样品的元素组成的定量测定。许多当前的ICP-OES仪器提供阵列检测，以便进行跨越大部分元素周期表的真正的同时测定。

组成分析器140中用于使样品粒子汽化、原子化和离子化的部件可包括辉光启电源、石墨炉和电容耦合等离子体装置或其他合适的装置。优选地，使粒子汽化、原子化和离子化的部件包括电感耦合等离子体(ICP)装置，该装置具有使晶胞在它们在等离子体中的短停留时间内分解、汽化、原子化和离子化的能力。ICP的其他优点是它对伴随材料特别耐受，对等离子气体组成的变化很稳健，并且是一种高效的原子化器和离子化器。

应当理解，术语“用于汽化、原子化和激发或离子化的部件”包括可能不需要执行原子化的部件，因此该术语可包括或者可不包括汽化后直接离子化。在某些应用，诸如例如光学发射光谱分析(OES)中，使样品离子化并不是必需的；来自原子物质的发射可能就已足够。对于OES，只需要激发原子(或离子)以引起发射。因此，例如，“汽化、原子化和离子化”应理解为对于OES表示汽化、原子化以及离子化或激发(原子和离子之一或两者)。

在操作中，可根据本领域技术人员已知的校准技术使用液体标准品来校准本文所述的组成分析器140。所述系统可使用液体样品操作并使用液体标准进行校准。

图3以及图3A和图3B描绘了根据一个或多个示例性实施方案的在同一系统中的粒子计数器和组成分析器的一种可能布置。该图描绘了递送系统(自动取样机)–CETAC 7400、粒子计数器(Accusizer7000)、进料系统(Particle Express)和组成分析器(ICP-OES-Avio500)。具体地，样品管310的托盘被放置在具有网320的抽吸探头附近。抽吸探头将样品递送至与粒子计数器332连通的粒子传感器330。样品通过连接管340离开粒子传感器并行进到两个位置注射回路342。10mL注射器344作为粒子计数器(抽取样品穿过粒子计数器)和注射回路的进料机构进行运转。控制器348控制系统中的注射器和阀。两个位置注射回路342由注射器344填充，并且回路内容物经由由蠕动泵346泵送通过样品回路的载体溶液被转移到雾化器350和喷雾室352。载体溶液360将样品推向雾化器350和喷雾室352，然后在ICP-OES354完成元素分析后被用来冲洗来自雾化器350和喷雾室352的样品。

图4中描绘了本发明的操作方面的图示。粒子传感器通常在以下三种状态下运转：分析、冲洗、待机。注射器通常在以下三种状态下运转：抽吸、分配、待机。阀在以下两种状态下运转：加载、注入。

步骤1：样品中的样品探头

1–将探头插入待分析样品中

2–注射器抽拉样品以填充粒子传感器(确定粒子尺寸和数量)

3–注射器将样品抽拉到注射回路中

步骤2：完成粒子分析

1–切换阀以将回路内容物注入ICP-OES中

2–ICP-OES采集样品，执行元素分析

3–用冲洗液清洗注射器和粒子传感器(注射器吹扫)

步骤3：冲洗

1–ICP-OES分析完成–回路切换至加载–注射器内容物冲洗溶液被推动通过回路进行清洗。

一旦在本文所述的系统中加工了含粒子的液体样品，就可通过本领域技术人员已知的技术对由数据加工部件150生成的数据进行分析，所述技术包括在PerkinElmer美国专利申请公开号2015/0235833中描述的技术，该专利申请的公开内容以其全部内容并入本文。在一些方面，可使由粒子计数器120生成的数据与由组成分析器140生成的数据相关联，以便进一步验证结果。样品结果可被输出至外部数据系统(LIMS))。输出格式通常为CSV或TXT，但也可以采用其他格式。

为了简化确定润滑剂整体清洁度的过程，已经制定了许多标准，如ISO 4406、NAS1638。该软件可自动报告ISO 4406、NAS 1638和许多其他标准品的结果。

应当理解，虽然示例性粒子计数器和ICP-OES在本文中用作分析设备的实例，但任何其他粒子计数器或组成分析器都被认为是等效的并且可以替代地使用。

正如本领域技术人员可了解的，每个分析设备的特定配置和运转可因系统而异。在系统100的某些实施方案中，粒子计数器120和组成分析器140可为彼此靠近定位并流体耦合的独立仪器，其中组成分析器140被内联地定位在粒子计数器120的下游。在系统100的某些其他实施方案中，系统100被实施为具有设置在单个壳体(未示出)内的粒子计数器120和组成分析器140的集成仪器。举例来说，在一些方面，粒子计数器120和组成分析器140以及进料系统例如可被封装在壳体内，以使得它们各自的部件零件(component part)不暴露于周围环境。

因此，本发明组合了粒子计数和粒子分析，例如经稀释的样品的组成(ICP)分析；从而将具有两个样品准备部件的两个独立分析组合成使用同一样品的单个粒子和元素分析。通过将粒子计数与如所述的将经稀释的样品进料到组成分析器中内联在一起，消除了关于粘性样品的问题，从而使得润滑剂样品，诸如齿轮油、传动流体、转向流体和液压流体，或其他通常为粘性的样品能被快速且容易地分析。所述系统提供快速的样品分析(例如每个样品30秒至45秒对比两个单独的样品超过3分钟)，使用更少的样品进行分析(例如少于1mL的样品对比20-30mL的样品)和更少的溶剂(有机废物)，因为粒子计数器同时用ICP溶剂冲洗。所有这些特征都为这些每天加工300至3000个样品的大容量润滑剂实验室带来了非常高的价值，从而提高了这些实验室的效率并节省了这些实验室的成本。

尽管特别就润滑剂进行了讨论，但本申请涉及任何类型的含有粒子的流体，诸如在食品和饮料工业、航空航天工业、汽车工业、半导体工业、化妆品工业和医疗保健工业中发现的流体。

尽管已经用特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应理解，在所附权利要求书中限定的主题不必限于上面描述的具体特征或动作。相反，上面描述的特定特征和动作被描述为所附权利要求的示例实现方式。