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TN-AccuSizer FXNano清洗方法说明及建议

 更新时间:2023-12-07  点击量:574

AccuSizer® FX Nano 清洗方法

FX Nano传感器的污染和推荐的清洁方法

 

在过去的几年里,已经制造了很多FX Nano传感器,在正常工作条件下,硬件组件(激光模块和电子电路板)基本上没有出现故障。简而言之,这些硬件组件的可靠性非常出色。电子计数器模块和相关电源也是如此,在此期间生产的所有系统中的故障可以忽略不计。

 

迄今为止,唯_一出现的服务/维修需求涉及样品流通池——具体来说,涉及过度的“背景"或“基线"光散射问题。这表现为高浓度 HG 散射模式下的异常高电压值,以及低浓度 LG 散射工作模式下相应的异常高电压值。(注意:这两个电压相差一个恒定系数,通常在 5 附近,具体取决于各种传感器的设计。因此,仅参考HG模式的背景散射电压值才有用,因为对于任何给定的传感器,LG电压值只是后者的固定部分。

 

 HG(和 LG)模式下遇到的异常高电压几乎总是由一个问题引起的:

颗粒粘附或吸附在精密样品流通池中一个或两个内玻璃表面上。当强聚焦激光束撞击这些吸附的颗粒时,光会向各个方向散射,通常是强烈的。散射光的一部分到达检测器,就像引起散射的粒子自由通过聚焦激光束的照明区域一样,从而产生适合粒度分析所需的信号脉冲。通常,这些表面吸附的颗粒属于流体系统冲洗不充分后的表现。颗粒的这种“涂层"导致背景光散射水平的增加,如HG(和LG)背景电压所示的增加。在极_端情况下,特别是在HG模式下,散射的增加将足以导致放大器输出的“饱和",从而产生固定的最大显示电压10.14 V。在这种情况下,由于粒子流经光学传感区域,信号脉冲将不再被检测或记录以供分析。

 

在正常操作中,在没有表面吸附颗粒的情况下,HG(和 LG)模式下的正常(低)背景散射水平有两个来源。首先,当入射聚焦的激光束通过样品流通池时,该光束在玻璃池的外表面(即光束进入和离开池的点)存在一定量的反射和漫散射。FX Nano 传感器的光学元件的设计和对准方式使得几乎所有来自这些入射点和出射点的漫射光都被排除在光散射检测器之外。在校准之前,在每个传感器的最终校准过程中,这种校准都会经过仔细优化。光学玻璃流通池的外表面经过抛光处理,使撞击在流通池前表面的入射激光束在空气玻璃界面处向后反射。玻璃的折射率约为1.5。因此,大约4%的入射光将被流通池的外玻璃表面反射。然而,该表面并未完_全抛光,在各个方向上扩散相对少量的散射光。因此,这种不需要的背景光中只有极小的一部分到达探测器,因为光学系统被设计为“空间过滤"散射光的杂散分量,因此实际上只有很少一部分到达探测器。同样的情况也是如此,它起源于流通池的后表面,聚焦的激光束从流通池中射出。

 

HG(和LG)模式下,背景光散射水平有第二个贡献。即在流道的两个玻璃界面上产生的低水平散射光,其中样品液体或冲洗/清洁液与流通池的内玻璃表面接触。与归因于流通池外表面的情况不同,所有来自流道内的散射光(即来自流经聚焦激光束的可检测颗粒或来自定义后者的玻璃表面)都将到达检测器。然而,与在流通池的两个外表面获得的情况相反,源自流道的玻璃界面(即聚焦激光束撞击这两个表面的地方)的散射光强度要低得多。首先,假设水的折射率为1.33,玻璃的折射率为1.5,只有约0.4%的入射光束会在流道中的玻璃界面上被镜面反射(即只有外部空气玻璃界面值的十分之一)。其次,玻璃内表面故意比玻璃外表面更抛光。因此,由于玻璃和水的折射率更接近,并且这些内表面的抛光程度很高,因此来自内表面的漫散射光的强度非常小,这有助于HG(和LG)模式下的背景散射光信号。

 

各种光学元件、入射激光束、流通池和光散射探测器的对准差异很小,以及光流通池抛光表面质量的微小差异,不可避免地会引起HG(和LG)模式下背景散射光水平的差异。在最终校准和后续校准后,给定的 FX Nano 传感器通常会经历大约 0.5  2 V  HG 电压值。上面引用的值看似很大的范围(三倍),似乎是一个令人担忧的原因。但是,任何落入此范围内的HG电压值都应被视为良好。

 

关键是,由于单个粒子通过光学传感区域而检测到的信号脉冲使用众_所_周_知的“交流耦合"方法进行处理,其中恒定的“直流"背景值有效消失。只要该值足够低(对于2 V来说肯定是正确的),它基本上对通过感应区域的可检测粒子产生的散射光信号脉冲的测量没有影响。因此,HG(和LG)背景值对测得的脉冲高度分布(PHD)和由此产生的粒度分布(PSD)基本上没有影响。

 

如前面第 2 节所述,LG 模式下的背景散射光电压通常约为 HG 模式下相应电压的五分之一(或 20%)。因此,LG模式下散射光电压的典型范围约为0.1  0.4 V。与HG模式一样,电压越低,流通池和相关光学系统就越“清洁"。和以前一样,即使是这个范围内的最高值也是可以接受的低,导致在LG工作模式下对测量的脉冲高度没有影响。

 

最后,简要回顾一下消光(光遮)电压在 FX Nano 传感器中的作用是有用的。通过光学流通池后,入射激光束照射到消光 (LE) 检测器上,该检测器与 HG  LG 光散射操作模式中使用的检测器完_全分开。对于 HG  LG 模式,调整 LE 放大器的增益以产生大约 9.3 V  LE 电压(即远低于 10.14 V 的饱和值)。实际上,从一个传感器到下一个传感器的该值范围约为 9.1  9.5 V。它跟踪激光束的功率,并且随着时间的推移应该几乎恒定,因为事实上激光模块的温度通过反馈调节器。在偶尔使用这种操作模式的情况下,该检测器产生的 LE 信号用于聚焦消光 (FX) 分析。否则,在仅使用 HG  LG 光散射模式的更常见情况下,LE 探测器仍然可用作激光“健康"(即输出功率水平)的监视器。可以观察到,激光器打开后,LE 电压值将迅速从大约 9.8  10 V 起始值快速降低到大约 9.3 V 的最终静止值。出现这种现象是因为激光二极管需要短路温度升高并与其调节的外部达到平衡的时间(30  45 秒),从而在此过程中将光束强度降低几个百分点。

 

如前所述,流动池内表面上的样品颗粒或其他污染物的吸收通常对LE电压值的影响可以忽略不计,不像它们对HG(和LG)背景电压水平的强烈影响。相比之下,样品悬浮液的显著浊度可以预期在某种程度上降低LE电压值。然而,在实践中,人们很少遇到这种影响,因为这种浊度可能会导致HG(和LG)背景电压不可接受的大幅增加,并可能导致饱和,在任何情况下都足以导致最终PSD结果的显著失真,因此,除了会导致LE电压下降之外,不能仅仅因为这个原因而容忍这种显著浊度。

 

总之,HGLGLE背景电压的预期可接受范围大致如下:

 

HG scattering mode

0.5  2.0 V

LG scattering mode

0.1  0.4 V

LE extinction mode

9.1  9.5 V

如果HG(和LG)模式下的背景散射电压明显高于其“正常"值(在校准时,如校准文件中的“属性"所示),包括达到放大器“饱和"值10.14 V的极_端情况,则必须采用清洁程序以去除已被吸收到流通池内玻璃表面的颗粒。同样,这是异常高背景散射电压的唯_一来源。迄今为止,已发现三种不同的清洁程序可有效完成这项任务,如下所述。

 

首先,最_简单的清洁程序只是让水长时间流过传感器(即,使用自动稀释 AD 模块在连续冲洗模式下运行,最好打开排水阀 V11 和高速流动泵)。以极快的速度通过狭窄流道的水(例如,流速为 15 mL/min 时为 62 cm/sec,高速流速为 >100 cm/sec)如果颗粒仅微弱地吸附在流道的内表面上,则通常能够通过此法将颗粒脱落。

 

其次,在吸附颗粒由聚合物组成的情况下(例如PSL标准颗粒)或生物聚合物(例如,蛋白质或其他大分子),丙酮是一种不错的清洁剂。它有效地溶解了吸附的聚合物或生物聚合物颗粒,这些颗粒是强背景散射的来源。推荐的程序是,使用玻璃注射器首先手动推动一定量的酒精(例如乙醇、甲醇或丙醇)通过传感器样品流通池,然后推动一定量的丙酮通过传感器。来回推/拉动作通常会提高丙酮的清洁效果,因为推拉丙酮和空气通过流道会产生“清洁泡沫"动作。 同时,这一动作将减少所需的丙酮总量。然后,在将水泵入传感器以最终冲洗流通池之前,应再次使用酒精。

 

第三,在吸附颗粒由无机材料组成的其他情况下,包括各种氧化物,例如二氧化硅或氧化铝(例如;CMP 浆料),建议使用基于高 pH 值表面活性剂的清洁溶液——特别是 Contrad 70。可以使用一次性注射器手动将一定量的该试剂(用过滤水按 11 预稀释)引入传感器模块。

警告:流通池的内玻璃表面长时间暴露在这种性溶液中可能会导致这些表面的“微蚀刻",这将导致在 HG(和 LG)模式下,背景散射电压永_久升高,需要更换流通池。因此,这种清洁剂应在流通池中仅停留 1 分钟。然后必须用过滤水冲洗流通池几分钟,以去除清洁剂的所有痕迹。img1

 

在许多(但不是全部)情况下,此操作将导致样品流通池更清洁,并且在某些情况下,将背景电压降低到校准时原始值。如有必要,如果在第一次尝试后观察到良好的效果(较低的背景电压),则可以重复该过程第二次或第三次。