AccuSizer® FX Nano 清洗方法

FX Nano傳感器的污染和推薦的清潔方法

在過去的幾年里，已經(jīng)制造了很多FX Nano傳感器，在正常工作條件下，硬件組件（激光模塊和電子電路板）基本上沒有出現(xiàn)故障。簡(jiǎn)而言之，這些硬件組件的可靠性非常出色。電子計(jì)數(shù)器模塊和相關(guān)電源也是如此，在此期間生產(chǎn)的所有系統(tǒng)中的故障可以忽略不計(jì)。

迄今為止，唯_一出現(xiàn)的服務(wù)/維修需求涉及樣品流通池——具體來說，涉及過度的“背景"或“基線"光散射問題。這表現(xiàn)為高濃度 （HG） 散射模式下的異常高電壓值，以及低濃度 （LG） 散射工作模式下相應(yīng)的異常高電壓值。（注意：這兩個(gè)電壓相差一個(gè)恒定系數(shù)，通常在 5 附近，具體取決于各種傳感器的設(shè)計(jì)。因此，僅參考HG模式的背景散射電壓值才有用，因?yàn)閷?duì)于任何給定的傳感器，LG電壓值只是后者的固定部分。

在 HG（和 LG）模式下遇到的異常高電壓幾乎總是由一個(gè)問題引起的：

顆粒粘附或吸附在精密樣品流通池中一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)玻璃表面上。當(dāng)強(qiáng)聚焦激光束撞擊這些吸附的顆粒時(shí)，光會(huì)向各個(gè)方向散射，通常是強(qiáng)烈的。散射光的一部分到達(dá)檢測(cè)器，就像引起散射的粒子自由通過聚焦激光束的照明區(qū)域一樣，從而產(chǎn)生適合粒度分析所需的信號(hào)脈沖。通常，這些表面吸附的顆粒屬于流體系統(tǒng)沖洗不充分后的表現(xiàn)。顆粒的這種“涂層"導(dǎo)致背景光散射水平的增加，如HG（和LG）背景電壓所示的增加。在極_端情況下，特別是在HG模式下，散射的增加將足以導(dǎo)致放大器輸出的“飽和"，從而產(chǎn)生固定的最大顯示電壓10.14 V。在這種情況下，由于粒子流經(jīng)光學(xué)傳感區(qū)域，信號(hào)脈沖將不再被檢測(cè)或記錄以供分析。

在正常操作中，在沒有表面吸附顆粒的情況下，HG（和 LG）模式下的正常（低）背景散射水平有兩個(gè)來源。首先，當(dāng)入射聚焦的激光束通過樣品流通池時(shí)，該光束在玻璃池的外表面（即光束進(jìn)入和離開池的點(diǎn)）存在一定量的反射和漫散射。FX Nano 傳感器的光學(xué)元件的設(shè)計(jì)和對(duì)準(zhǔn)方式使得幾乎所有來自這些入射點(diǎn)和出射點(diǎn)的漫射光都被排除在光散射檢測(cè)器之外。在校準(zhǔn)之前，在每個(gè)傳感器的最終校準(zhǔn)過程中，這種校準(zhǔn)都會(huì)經(jīng)過仔細(xì)優(yōu)化。光學(xué)玻璃流通池的外表面經(jīng)過拋光處理，使撞擊在流通池前表面的入射激光束在空氣玻璃界面處向后反射。玻璃的折射率約為1.5。因此，大約4%的入射光將被流通池的外玻璃表面反射。然而，該表面并未完_全拋光，在各個(gè)方向上擴(kuò)散相對(duì)少量的散射光。因此，這種不需要的背景光中只有極小的一部分到達(dá)探測(cè)器，因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為“空間過濾"散射光的雜散分量，因此實(shí)際上只有很少一部分到達(dá)探測(cè)器。同樣的情況也是如此，它起源于流通池的后表面，聚焦的激光束從流通池中射出。

在HG（和LG）模式下，背景光散射水平有第二個(gè)貢獻(xiàn)。即在流道的兩個(gè)玻璃界面上產(chǎn)生的低水平散射光，其中樣品液體或沖洗/清潔液與流通池的內(nèi)玻璃表面接觸。與歸因于流通池外表面的情況不同，所有來自流道內(nèi)的散射光（即來自流經(jīng)聚焦激光束的可檢測(cè)顆?；騺碜远x后者的玻璃表面）都將到達(dá)檢測(cè)器。然而，與在流通池的兩個(gè)外表面獲得的情況相反，源自流道的玻璃界面（即聚焦激光束撞擊這兩個(gè)表面的地方）的散射光強(qiáng)度要低得多。首先，假設(shè)水的折射率為1.33，玻璃的折射率為1.5，只有約0.4%的入射光束會(huì)在流道中的玻璃界面上被鏡面反射（即只有外部空氣玻璃界面值的十分之一）。其次，玻璃內(nèi)表面故意比玻璃外表面更拋光。因此，由于玻璃和水的折射率更接近，并且這些內(nèi)表面的拋光程度很高，因此來自內(nèi)表面的漫散射光的強(qiáng)度非常小，這有助于HG（和LG）模式下的背景散射光信號(hào)。

各種光學(xué)元件、入射激光束、流通池和光散射探測(cè)器的對(duì)準(zhǔn)差異很小，以及光流通池拋光表面質(zhì)量的微小差異，不可避免地會(huì)引起HG（和LG）模式下背景散射光水平的差異。在最終校準(zhǔn)和后續(xù)校準(zhǔn)后，給定的 FX Nano 傳感器通常會(huì)經(jīng)歷大約 0.5 – 2 V 的 HG 電壓值。上面引用的值看似很大的范圍（三倍），似乎是一個(gè)令人擔(dān)憂的原因。但是，任何落入此范圍內(nèi)的HG電壓值都應(yīng)被視為良好。

關(guān)鍵是，由于單個(gè)粒子通過光學(xué)傳感區(qū)域而檢測(cè)到的信號(hào)脈沖使用眾_所_周_知的“交流耦合"方法進(jìn)行處理，其中恒定的“直流"背景值有效消失。只要該值足夠低（對(duì)于2 V來說肯定是正確的），它基本上對(duì)通過感應(yīng)區(qū)域的可檢測(cè)粒子產(chǎn)生的散射光信號(hào)脈沖的測(cè)量沒有影響。因此，HG（和LG）背景值對(duì)測(cè)得的脈沖高度分布（PHD）和由此產(chǎn)生的粒度分布（PSD）基本上沒有影響。

如前面第 2 節(jié)所述，LG 模式下的背景散射光電壓通常約為 HG 模式下相應(yīng)電壓的五分之一（或 20%）。因此，LG模式下散射光電壓的典型范圍約為0.1 – 0.4 V。與HG模式一樣，電壓越低，流通池和相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)就越“清潔"。和以前一樣，即使是這個(gè)范圍內(nèi)的最高值也是可以接受的低，導(dǎo)致在LG工作模式下對(duì)測(cè)量的脈沖高度沒有影響。

最后，簡(jiǎn)要回顧一下消光（光遮）電壓在 FX Nano 傳感器中的作用是有用的。通過光學(xué)流通池后，入射激光束照射到消光 (LE) 檢測(cè)器上，該檢測(cè)器與 HG 和 LG 光散射操作模式中使用的檢測(cè)器完_全分開。對(duì)于 HG 和 LG 模式，調(diào)整 LE 放大器的增益以產(chǎn)生大約 9.3 V 的 LE 電壓（即遠(yuǎn)低于 10.14 V 的飽和值）。實(shí)際上，從一個(gè)傳感器到下一個(gè)傳感器的該值范圍約為 9.1 – 9.5 V。它跟蹤激光束的功率，并且隨著時(shí)間的推移應(yīng)該幾乎恒定，因?yàn)槭聦?shí)上激光模塊的溫度通過反饋調(diào)節(jié)器。在偶爾使用這種操作模式的情況下，該檢測(cè)器產(chǎn)生的 LE 信號(hào)用于聚焦消光 (FX) 分析。否則，在僅使用 HG 和 LG 光散射模式的更常見情況下，LE 探測(cè)器仍然可用作激光“健康"（即輸出功率水平）的監(jiān)視器?？梢杂^察到，激光器打開后，LE 電壓值將迅速從大約 9.8 – 10 V 的起始值快速降低到大約 9.3 V 的最終靜止值。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是因?yàn)榧す舛O管需要短路溫度升高并與其調(diào)節(jié)的外部達(dá)到平衡的時(shí)間（30 – 45 秒），從而在此過程中將光束強(qiáng)度降低幾個(gè)百分點(diǎn)。

如前所述，流動(dòng)池內(nèi)表面上的樣品顆粒或其他污染物的吸收通常對(duì)LE電壓值的影響可以忽略不計(jì)，不像它們對(duì)HG（和LG）背景電壓水平的強(qiáng)烈影響。相比之下，樣品懸浮液的顯著濁度可以預(yù)期在某種程度上降低LE電壓值。然而，在實(shí)踐中，人們很少遇到這種影響，因?yàn)檫@種濁度可能會(huì)導(dǎo)致HG（和LG）背景電壓不可接受的大幅增加，并可能導(dǎo)致飽和，在任何情況下都足以導(dǎo)致最終PSD結(jié)果的顯著失真，因此，除了會(huì)導(dǎo)致LE電壓下降之外，不能僅僅因?yàn)檫@個(gè)原因而容忍這種顯著濁度。

總之，HG、LG和LE背景電壓的預(yù)期可接受范圍大致如下：

如果HG（和LG）模式下的背景散射電壓明顯高于其“正常"值（在校準(zhǔn)時(shí)，如校準(zhǔn)文件中的“屬性"所示），包括達(dá)到放大器“飽和"值10.14 V的極_端情況，則必須采用清潔程序以去除已被吸收到流通池內(nèi)玻璃表面的顆粒。同樣，這是異常高背景散射電壓的唯_一來源。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)三種不同的清潔程序可有效完成這項(xiàng)任務(wù)，如下所述。

首先，最_簡(jiǎn)單的清潔程序只是讓水長時(shí)間流過傳感器（即，使用自動(dòng)稀釋 （AD） 模塊在連續(xù)沖洗模式下運(yùn)行，最好打開排水閥 （V11） 和高速流動(dòng)泵）。以極快的速度通過狹窄流道的水（例如，流速為 15 mL/min 時(shí)為 62 cm/sec，高速流速為 >100 cm/sec）如果顆粒僅微弱地吸附在流道的內(nèi)表面上，則通常能夠通過此法將顆粒脫落。

其次，在吸附顆粒由聚合物組成的情況下（例如PSL標(biāo)準(zhǔn)顆粒）或生物聚合物（例如，蛋白質(zhì)或其他大分子），丙酮是一種不錯(cuò)的清潔劑。它有效地溶解了吸附的聚合物或生物聚合物顆粒，這些顆粒是強(qiáng)背景散射的來源。推薦的程序是，使用玻璃注射器首先手動(dòng)推動(dòng)一定量的酒精（例如乙醇、甲醇或丙醇）通過傳感器樣品流通池，然后推動(dòng)一定量的丙酮通過傳感器。來回推/拉動(dòng)作通常會(huì)提高丙酮的清潔效果，因?yàn)橥评涂諝馔ㄟ^流道會(huì)產(chǎn)生“清潔泡沫"動(dòng)作。 同時(shí)，這一動(dòng)作將減少所需的丙酮總量。然后，在將水泵入傳感器以最終沖洗流通池之前，應(yīng)再次使用酒精。

第三，在吸附顆粒由無機(jī)材料組成的其他情況下，包括各種氧化物，例如二氧化硅或氧化鋁（例如;CMP 漿料），建議使用基于高 pH 值表面活性劑的清潔溶液——特別是 Contrad 70?？梢允褂靡淮涡宰⑸淦魇謩?dòng)將一定量的該試劑（用過濾水按 1：1 預(yù)稀釋）引入傳感器模塊。

警告：流通池的內(nèi)玻璃表面長時(shí)間暴露在這種苛性溶液中可能會(huì)導(dǎo)致這些表面的“微蝕刻"，這將導(dǎo)致在 HG（和 LG）模式下，背景散射電壓永_久升高，需要更換流通池。因此，這種清潔劑應(yīng)在流通池中僅停留 1 分鐘。然后必須用過濾水沖洗流通池幾分鐘，以去除清潔劑的所有痕跡。

在許多（但不是全部）情況下，此操作將導(dǎo)致樣品流通池更清潔，并且在某些情況下，將背景電壓降低到校準(zhǔn)時(shí)原始值。如有必要，如果在第一次嘗試后觀察到良好的效果（較低的背景電壓），則可以重復(fù)該過程第二次或第三次。