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。簡而言之，這些硬件組件的可靠性非常出色。電子計數(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。

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：這兩個電壓相差一個恒定系數(shù)，通常在 5 附近，具體取決于各種傳感器的設(shè)計。因此，僅參考HG模式的背景散射電壓值才有用，因為對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問題引起的：

顆粒粘附或吸附在精密樣品流通池中一個或兩個內(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，光會向各個方向散射，通常是強(qiáng)烈的。散射光的一部分到達(dá)檢測器，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，信號脈沖將不再被檢測或記錄以供分析。

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來源。首先，當(dāng)入射聚焦的激光束通過樣品流通池時，該光束在玻璃池的外表面（即光束進(jìn)入和離開池的點）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)計和對準(zhǔn)方式使得幾乎所有來自這些入射點和出射點的漫射光都被排除在光散射檢測器之外。在校準(zhǔn)之前，在每個傳感器的最終校準(zhǔn)過程中，這種校準(zhǔn)都會經(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，在各個方向上擴(kuò)散相對少量的散射光。因此，這種不需要的背景光中只有極小的一部分到達(dá)探測器，因為光學(xué)系統(tǒng)被設(shè)計為“空間過濾"散射光的雜散分量，因此實際上只有很少一部分到達(dá)探測器。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貢獻(xiàn)。即在流道的兩個玻璃界面上產(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顆?；騺碜远x后者的玻璃表面）都將到達(dá)檢測器。然而，與在流通池的兩個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。

各種光學(xué)元件、入射激光束、流通池和光散射探測器的對準(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，由于單個粒子通過光學(xué)傳感區(qū)域而檢測到的信號脈沖使用眾_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（對于2 V來說肯定是正確的），它基本上對通過感應(yīng)區(qū)域的可檢測粒子產(chǎn)生的散射光信號脈沖的測量沒有影響。因此，HG（和LG）背景值對測得的脈沖高度分布（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工作模式下對測量的脈沖高度沒有影響。

最后，簡要回顧一下消光（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) 檢測器上，該檢測器與 HG 和 LG 光散射操作模式中使用的檢測器完_全分開。對于 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）。實際上，從一個傳感器到下一個傳感器的該值范圍約為 9.1 – 9.5 V。它跟蹤激光束的功率，并且隨著時間的推移應(yīng)該幾乎恒定，因為事實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，該檢測器產(chǎn)生的 LE 信號用于聚焦消光 (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)象是因為激光二極管需要短路溫度升高并與其調(diào)節(jié)的外部達(dá)到平衡的時間（30 – 45 秒），從而在此過程中將光束強(qiáng)度降低幾個百分點。

如前所述，流動池內(nèi)表面上的樣品顆粒或其他污染物的吸收通常對LE電壓值的影響可以忽略不計，不像它們對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，在實踐中，人們很少遇到這種影響，因為這種濁度可能會導(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，除了會導(dǎo)致LE電壓下降之外，不能僅僅因為這個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，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任務(wù)，如下所述。

首先，最_簡單的清潔程序只是讓水長時間流過傳感器（即，使用自動稀釋 （AD） 模塊在連續(xù)沖洗模式下運(yùn)行，最好打開排水閥 （V11） 和高速流動泵）。以極快的速度通過狹窄流道的水（例如，流速為 15 mL/min 時為 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推動一定量的酒精（例如乙醇、甲醇或丙醇）通過傳感器樣品流通池，然后推動一定量的丙酮通過傳感器。來回推/拉動作通常會提高丙酮的清潔效果，因為推拉丙酮和空氣通過流道會產(chǎn)生“清潔泡沫"動作。 同時，這一動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淦魇謩訉⒁欢康脑撛噭ㄓ眠^濾水按 1：1 預(yù)稀釋）引入傳感器模塊。

警告：流通池的內(nèi)玻璃表面長時間暴露在這種苛性溶液中可能會導(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。