根据预定颗粒在空气中的形态特性检测预定颗粒浓度的装置和方法

摘要

本发明涉及一种用于检测预定颗粒、特别是病毒在空气(3)中的浓度的装置(1)，所述空气包括有机和/或无机气溶胶颗粒，其中所述装置(1)具有用于将作为颗粒的气溶胶颗粒结合到流体(4)中的供应单元(10)，用于生成包含在所述流体(4)中颗粒的放大图像的、根据扫描电子显微镜功能原理工作的成像单元(20)，用于检测和传输图像的图像检测单元(40)，以及用于评估在图像中成像的颗粒的评估单元(50)，其中所述评估单元(50)设计成自动检测在图像中所示的颗粒的形态特性，将检测的形态特性与预定颗粒的形态特性比较，并且通过比较确定图像中预定颗粒的比例和/或数量以及预定颗粒在空气(3)中的浓度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种装置和相关方法，用于根据预定颗粒、特别是病毒在空气 中的形态特性、特别是其外观或外在形象来检测预定颗粒和特别是病毒的浓度。

背景技术

存在大量疾病或病原体，特别是致病病毒，它们通过空气，特别是通过气 溶胶传播，因此作为气溶胶颗粒存在于空气中。因此希望能够检测空气中的此 类病毒，并能够确定它们在空气中的浓度，从而确定可能的感染风险。

原则上，现有技术中已知非常精确的确定空气中病毒浓度的方法，但这些 方法主要基于实验室方法，分析相对冗长，因此所述已知方法复杂，昂贵，尤 其是耗时。因此，用于执行所述已知方法的装置不能用于病原体的短期警示， 因为分析结果出来之后通常就太迟了。

此外，已知的方法大多是针对单个非常特定的病毒或通常针对单个特定病 原体而定制的，并且通常不能用于其他病原体，因此无法用此类方法确定空气 中各种病原体的浓度或存在。

对于空气中是否存在病原体的初步评估，以及对潜在存在的病原体造成的 危险的评估，通常最初并不是绝对有必要确切知道涉及哪些病原体或病毒，而 只需要知道这些病原体以一定的概率和一定的浓度存在。例如，之前未公开的 申请号为10 2020 120199.0和10 2020 124 740.0的德国专利申请提出了各种解 决方案，通过这些解决方案可以确定具有特定粒径的颗粒的存在，所述颗粒最 有可能是某些病原体。

应该注意的是，气溶胶是固体和/或液体悬浮颗粒在气体，例如空气中的异 质混合物(分散体)。所述悬浮颗粒被称为气溶胶颗粒，其中这种气溶胶颗粒可 以是例如灰尘，花粉，孢子，细菌或病毒，因此对所述气溶胶颗粒的简单测量 并因此评估是否存在病原体是不容易的。

特别是在根据颗粒的大小确定空气中颗粒的浓度时，可能会发生在浓度确 定中包含的颗粒恰好具有相似的大小并且与所寻找的病原体不对应，因此确定 的浓度是不正确的。

发明内容

因此，本发明的目的是克服上述缺点，并提供一种装置和相关方法，通过 所述装置和相关方法可以快速且高精度地确定空气中特定颗粒以及特别是特定 病毒的浓度。

所述目的通过根据权利要求1的特征组合来实现。

因此根据本发明提出了一种用于检测空气中预定颗粒，特别是病毒的浓度 的装置。空气包括有机和/或无机气溶胶颗粒。所述装置具有供应单元、成像单 元、图像检测单元和评估单元。所述供应单元被设计成将空气中包含的气溶胶 颗粒结合在流体中，使得所述流体包含作为颗粒的、先前包含在空气中的气溶 胶颗粒。流体优选为液体，并且也可以为气体混合物。进一步规定，所述供应 单元被设计成沿着预定的流动路径提供恒定或均匀定时的流体流，在恒定和定 时供应的情况下，所述流体流能够沿着所述流动路径连续输送。所述供应单元 优选地相对于所述流动路径流体技术地连接到所述成像单元，使得所述流体或 液体可以沿着流动路径从所述供应单元流入并通过所述成像单元。所述成像单 元具有带有内部空间的样本通道，所述流体或流体流可以连续或定时地流过所 述内部空间，并且确定所述成像单元内的预定流动路径。所述样本通道也可以 称为测量室。所述成像单元设计成用电子束(初级电子束)扫描所述样本通道 中流体中的颗粒，检测所述电子束(初级电子束)与颗粒相互作用产生的电子 (次级电子)，并且使用检测到的电子(次级电子)创建所述颗粒放大图像，所 述颗粒包含在流经所述样本通道的流体中。所述成像单元可以设计成扫描电子 显微镜或根据这种显微镜的功能原理起作用。此外，成像单元还可以设计成大 气扫描电子显微镜。在连续输送和定时输送中，所述成像单元中都有包含颗粒 的流体，因此可以通过放大颗粒进行“原位测量”或“原位分析”，其中由流经 样本通道的流体形成的样本可以连续变化(定时或连续)。因此特别是无需手动 更换或调整样本，样本载体或装置的其他部件。为了能够对所述成像单元得到 的图像进行快速和自动的分析或评估，所述图像检测单元被设计成检测图像， 特别是通过图像技术，并将所述图像以其检测形式或以数字方式传输到所述评 估单位。相应地，所述评估单元被设计成自动检测所述图像中成像颗粒的形态 特性，将检测到的形态特性与预定颗粒的形态特性进行比较，并通过比较得出所述图像中预定颗粒的比例和/或数量，以及空气中预定颗粒的浓度。所述形态 特性尤其被理解为颗粒或病毒的外观，因此预定的颗粒可以基于它们的外观与 其他颗粒区分开来或可区分开。例如，可以将每预定空气体积，即每立方米的 预定颗粒的数量指定为浓度。

根据样本或流体中的预定颗粒(病毒)的浓度以及获得样本的空气中预定 颗粒(病毒)的浓度，评估单元还可以确定是否从根本上确定了特定颗粒(病 毒)存在、感染风险有多高以及感染风险是否超过预定阈值。

除了预定颗粒的浓度外，还可以记录其他颗粒的浓度。例如，也可以设置 若干个预定颗粒，其中第一个预定颗粒对应于例如第一种病毒或第一种病原体， 而第二个预定颗粒对应于例如第二种病毒或第二种病原体，以便评估单元可用 于确定存在的所述第一预定颗粒和所述第二预定颗粒的浓度。为此，两个颗粒 的形态特性或者在多个预定颗粒的情况下所有预定颗粒的形态特性相应地预先 已知并且存储在所述评估单元中。除了病原体等，所述评估单元还可以确定例 如空气中的灰尘浓度，因为灰尘也只是空气中的颗粒。

基于此，还可以触发警报或将信号传输到通过信号技术连接的系统，通过 所述系统传输浓度，并在必要时发出感染风险警告。

如上文所述，通常已知方法和相关装置可以在从空气中采集的样本中检测 病毒或颗粒，但这些通常只能在实验室条件下由专业人员进行，而不适用于持 续控制和检查空气，特别是室内空气。因此，基本的发明构思是通过所述装置 提供一种可能性，利用所述装置可以连续分析连续的或连续定时的样本流(流 体流)，以检测并至少显示(室内)空气中病毒(颗粒)的浓度。

在供应单元的输入侧，空气可以以预定的体积流被吸入，例如通过抽吸装 置，特别是风扇或鼓风机。

为了能够得出关于空气中预定颗粒浓度的结论，还优选地规定，供应单元 被设计成将包含在预定体积的空气中的气溶胶颗粒以预定体积结合到流体上， 从而根据预定体积的流体中预定颗粒的比例，可以确定预定体积的空气中预定 颗粒的浓度。因此，优选地包含在限定体积的空气中的预定颗粒在结合到流体 中之后存在于限定且已知体积的流体中。

然而，预定颗粒可以以非常低的浓度存在于流体中，使得流体和颗粒的溶 液可以非常“稀”。为了提高样本某一区域的浓度，即流经样本通道的流体的某 一区域的浓度，从而简化评估，也可以规定流体或液体为电解质溶液，即包含 电解质，并且供应单元和/或成像单元具有产生电场的等速电泳装置。所述等速 电泳装置设计成将结合在电解质溶液中的颗粒通过不同的离子迁移率分段分 离，从而使流经所述样本通道的流体具有分段区域，其中具有相同离子迁移率 的颗粒被浓缩。因此，在所述样本中存在这样的区域，其中预定颗粒以比流体 周围区域更高的浓度存在，并且所述样本的基本上所有预定粒子都存在于其中， 因为它们具有相同的离子迁移率。在所述区域之前和之后有相应的其他区域， 其中所述样本中包含的具有不同离子迁移率的其他粒子以增加的浓度存在。通 过所述成像单元，可以有针对性地放大预定颗粒浓度增加的样本区域，或者可 以放大基本上整个样本。为此，所述等速电泳装置也可以具有两个电压钳，其 中第一钳被布置在所述成像单元的流体技术输入侧，第二钳被布置在所述成像 单元的流体技术输出侧，所述流体通过所述电压钳在所述样本通道内可承受电 压或电场。

为了能够驱动来自供应单元的流体流通过样本通道，进一步的实施变体规 定，所述装置还包括泵，所述泵被设计成沿着流动路径驱动所述流体流，以及 将来自于所述供应单元的液体或流体以优选稳定的体积流或以连续脉冲定时地 泵送或输送通过成像单元。

为了提高样本或流过样本通道的流体中的预定颗粒或所有颗粒的可见性， 还优选地规定，供应单元被设计成将造影剂混合到流体中，由此可以实现负对 比度，使得成像单元生成的图像中的颗粒或颗粒的形状和外观更好地可见或可 识别。造影剂尤其可以是磷钨酸。

样本的分析或评估可以进一步简化，因为样本中存在更少本来不应该被检 测到的颗粒，这些颗粒与预定颗粒不同。为此，可以有利地规定，供应单元具 有入口侧预过滤器，所述预过滤器设计用于过滤在入口侧流入所述供应单元的 空气，使得空气中包含的有机和/或无机气溶胶颗粒(所述气溶胶颗粒不是所述 预定颗粒)在结合到流体中之前至少部分地过滤掉，使得所述气溶胶颗粒相应 地不存在于流体中。由于最重要类型的预定颗粒具有小于300nm的直径，因此 特别考虑尺寸过滤作为预过滤器，通过所述尺寸过滤基本上所有直径大于300 nm的颗粒被过滤掉。

预过滤器也可以具有多个过滤器，也可以基于不同的过滤原理。例如，所 述预过滤器可以具有尺寸过滤器，通过所述过滤器优选地将基本上所有直径大 于预定颗粒直径的气溶胶颗粒过滤掉，从而获得过滤的空气，因此优选仅保留 直径相同于和/或小于预定颗粒直径的气溶胶颗粒。因此，在将空气中所含的气 溶胶颗粒结合到液体或流体中时，所述液体或流体中包含作为颗粒的、预先包 含在过滤空气中的直径等于或小于预定颗粒直径的气溶胶颗粒。

通过将空气引导到尺寸过滤器中，可以更精确地确定浓度，因为流体中的 “破坏性”颗粒较少，这可能会使测量结果失真。这种尺寸过滤器也可以由多 个过滤器顺序地排列组成，因此所述尺寸过滤器基本上可以是过滤器装置，其 可以将直径大于预定颗粒直径的连续颗粒在其余颗粒结合在流体中之前过滤 掉。

由于空气中存在带电和/或不带电粒子，其浓度的确定优选不需要取决于待 检测的病原体(预定粒子或病毒)，一个进一步有利的变体规定，预过滤器具有 电荷过滤器，通过所述电荷过滤器从空气中过滤掉具有正电荷的气溶胶颗粒和/ 或具有负电荷的气溶胶颗粒和/或不带电荷的气溶胶颗粒，从而获得过滤空气， 所述过滤空气优选地相应仅包含具有预定电荷的气溶胶颗粒，所述预定电荷对 应于预定颗粒的电荷。在此所述电荷可以理解为正电荷，负电荷和无电荷。因 此，当空气中包含的气溶胶颗粒结合到流体时，所述流体基本上只包含作为颗 粒的、先前包含在过滤空气中的具有预定电荷的气溶胶颗粒，这可以通过例如 具有四极电极的线性质谱仪来实现。

为了实现这样的电荷过滤器，可以例如使用电场，通过所述电场，带电的 (气溶胶)颗粒从它们的运动路径偏转，并因此从空气流中去除。以这种方式 实现的电荷过滤器也可以与一个或多个尺寸过滤器组合。

电荷过滤器也可以设计成静电过滤柱或静电过滤器。

此外，预过滤器或预过滤器的过滤器可以设计成“冲击”过滤器，其中在 入口侧流入的空气或通常的空气流被偏转，从而使待去除的大于预定颗粒的颗 粒通过其更大的质量以及颗粒固有的动量从气流中被撕裂。

还可以规定，预过滤器具有或提供不均匀的电场，可极化的气溶胶颗粒通 过所述电场被极化。此外，不均匀电场或产生所述场的装置被设计成将极化的 气溶胶颗粒通过所述电场的非均匀路径引导到收集装置上，或者使所述气溶胶 颗粒偏离其轨迹并收集在收集装置上。所述极化的气溶胶颗粒相应地收集在所 述收集装置上，并且当包含在空气中的气溶胶颗粒结合在流体中时，在所述收 集装置上从所述收集装置出发被结合到流体中。

收集装置可以例如是供应单元的电容器，这将在后面阐述，并且可以进行 相应的调温，使得极化的气溶胶颗粒在收集装置上凝结。引导空气通过不均匀 电场，相应地基本上代表从空气中过滤和收集可极化颗粒，可以与前端电荷过 滤器和一个或多个前端尺寸过滤器组合。

如果预定颗粒不可极化但具有已知电荷，则收集装置也可以设计成相应地 带相反电荷的表面，所述表面吸引预定颗粒和已知电荷。这种带相反电荷的设 置为收集装置的表面也可以被加热。

为了将颗粒结合到流体中，优选地规定，供应单元具有用于通过冷凝将空 气中包含的气溶胶颗粒结合到流体或液体中的电容器。因此具有包含在其中的 颗粒的空气可以在所述冷凝器上冷凝形成冷凝液(冷凝水)并从中排出。为此， 所述冷凝器可以进行调温导致冷凝水的形成，例如可以设计成珀耳帖元件。

成像单元优选地根据扫描电子显微镜的原理起作用，扫描电子显微镜可以 简称为REM。根据一个有利实施例，用作REM的成像单元还包括产生初级电 子束的初级电子源，多个引导所述初级电子束并充当所述初级电子束透镜的磁 体，以及真空占主要并且被所述初级电子束通过的真空室。此外，所述成像单 元具有用于扫描初级电子束偏转的至少一个扫描装置和用于检测次级电子的检 测器。为了扩大包含在样本中的颗粒，样本通道优选地穿过所述真空室或与所 述真空室相邻，所述样本通道布置在真空室中或真空室上，使得所述初级电子 束碰上所述样本通道，以及特别是连续流过所述样本通道的流体，从而在此过 程中产生次级电子。尽管所述真空室中存在真空或非常低的气压，但所述样本 通道中仍可能存在超压或大气压。

如果包含在空气中的颗粒结合在(常规)水或其他导电液体中，则可以省 略样本的相应制备，因为这或流体本来已经是导电的。

初级电子束的直径最好在大约1nm到10nm之间，可以在预定格栅部分上 相应进行扫描引导到样本通道上，以便所述初级电子束扫描样本，产生次级电 子，并且根据已知的REM功能原理逐行构建放大的图像。

由于使用了REM，样本通道对于由REM产生的初级电子束应该至少部分 透明或几乎完全可穿透，因此一个有利的变体规定，所述样本通道至少部分由 氮化硅、优选的薄铝箔或用于初级电子束或初级电子束的电子和次级电子可穿 透的其他材料制成，其中氮化硅，铝箔或其他合适的材料以压力密封的方式同 时将所述样本通道的内部空间相对于真空室密封。

此外，样本通道可以在面向初级电子束的一侧具有格栅部分，所述初级电 子束在所述格栅部分上被扫描装置扫描和引导。所述样本通道由氮化硅，铝箔 或其他初级电子束和次级电子可穿透的材料优选地形成在所述格栅部分中，同 时将所述样本通道的内部空间相对于真空室以压力密封的方式密封。

样本通道也可以具有几个由初级电子束可以通过的材料制成的窗状部分。

此外，样品通道可以由一个、两个或多个相邻的膜组成，在所述膜之间形 成通道，与真空室相邻和/或面向初级电子束的膜可以让初级电子束和次级电子 通过，并由例如氮化硅或另一种合适的材料制成。

此外，样本通道或初级电子束可以通过的样本通道的一部分优选地根据其 厚度来选择，使得可以通过REM生成尽可能精确和清晰的图像或放大图。

与传统的REM相比，目前提出的REM可以有利地这样设计，专门设计用 于在先前已知和不可改变的位置上固定或定时替换但相似的样本的优选恒定放 大，但样本的替换不需要更换样本载体等。因此，根据有利变体提出的REM不 必被设计成基本上在焦点上或总体上可调节，并且也不必考虑或能够替换样本 的载玻片。相应地进一步优选地规定，磁体设计成永磁体或设计成电磁体并且 被供应恒定的或基本上不变的电压，从而初级电子束以单一的预定方式被所述 磁体聚焦在流过样本通道的流体上，特别是可以通过扫描装置以扫描方式引导 在所述样本通道的格栅部分上。替代地，磁体也可以设置成线圈的形式。此外， 磁体特别被布置为围绕真空室的环形磁铁。如果设置具有恒定电压的电磁体， 则不需要复杂的电压调节和相关控制。此外，REM通常包括多个磁体或由磁体 形成的磁体系统，因此例如根据所需的磁场，REM的第一个磁体可以设计成永 磁体，而REM的第二个磁铁设计成供应恒定电压的电磁体。如果REM包括孔 径，也可以设计成不可变的或固定的。电子源也可以设计成产生具有恒定预定 特性的不可变或固定的电子束。

如上所述，所提出的REM优选地基本上是不可调节的。然而可以规定，REM 或REM的各个部件可以在狭窄限定和预定的范围内调节，以便能够进行精细校 准，生成图像的聚焦和老化现象的补偿。为此，例如，磁铁可以是可更换的， 或者可能存在的孔径可以非常有限的调节。

此外，样本通道可以持续地连接到真空室，并且针对于真空室特别是以固 定的方式连接。真空室和样本通道彼此一体式设计，不可分离地连接，也是有 利的。

此外，在这种特殊变体中，REM的真空室不必设计成反复生成高真空。因 此，真空室可以是完全压力密封的，并且还被设计成永久地保持其中存在的真 空，从而确定真空的压力降低只需执行一次，例如在装置或真空压力室的制造 或生产时，然后永久地，优选地在装置的整个使用寿命期间保持。

扫描装置优选地还被设计成静电地和/或电磁地偏转初级电子束，从而以扫 描方式将所述初级电子束引导到样本通道上，特别是样本通道的格栅部分上。

为了检测并且特别是数字化所生成的图像，图像检测单元优选地是A/D转 换器，其被设计成将次级电子通过检测器检测的模拟图像转换成数字图像。

替代地，特别是当次级电子被转换成模拟图像时，图像检测单元也可以是 CCD传感器或相机。所述相机或CCD传感器设计成检测成像单元生成的模拟图 像，从而将其数字化或转换为数字图像。

此外，图像检测单元还可以设计成包括闪烁体和光电倍增管的单元，也可 以代替REM的检测器，并由此向评估单元提供图像信号。

所述装置的一种变体也具有优势，其中图像检测单元和成像单元彼此一体 地形成，从而根据扫描电子显微镜的原理放大样本通道中的颗粒，并根据光电 析像管、正析像管或超正析像管的原理检测放大的图像。可以优选地规定，至 少部分光电析像管/正/超正析像管代替REM的检测器，或者光电析像管/正/超正 析像管的玻璃窗被具有闭锁部分的样本通道代替。

在一个所述装置的变体中，作为成像单元的REM和作为图像检测单元的超 正析像管彼此一体地形成，所述超正析像管也用作REM，用于次级电子的评估 单元设置在真空室中，从而取代了REM的检测器。代替具有光敏层的玻璃窗， 如常规超正析像管所惯用的，存在样本通道或样本通道的格栅部分，其至少部 分地由初级电子束和次级电子可穿透的材料(例如氮化硅或铝箔)形成。为此， 格栅部分例如可以具有大约10μm x 10μm的几个薄部分(“窗口”)，厚度大约 为10-30nm。REM设计成使成像分辨率可达10nm或更高。可以添加额外的电 极和线圈，用于初级电子束的聚焦，扫描偏转或调整(微调)。

REM还可以设计成使初级电子源的阳极电压能达到120kV或更高。

此外，图像检测单元可以将以此方式检测的图像以电子方式或以信号技术 方式传输至评估单元。静止图像和运动图像，例如连续的视频信号，都可以传 输到所述评估单元。

为了对传输的图像进行分析或评估，根据一个有利实施例的评估单元具有 数据存储器，其中例如通过算法以表格形式或作为对比图存储预定颗粒的形态 特性以及特别是外观。此外，所述评估单元设计成通过图像处理和对象识别以 及例如神经网络或人工智能来确定有多少在图像中示出的颗粒具有形态特性， 特别是对应于特性的外观，特别是预定颗粒的外观，由此确定预定颗粒。如果 以此方式确定了样本中的颗粒数量，即预定颗粒，则可以通过所述数量确定所 述预定颗粒在样本或空气中的比例或数量。

评估单元也可以由大量相互联网的计算机组成，或者通过“云”解决方案 实现。相应地，所述评估单元进行的评估或分析也可以在“云”中进行。

根据另一有利的改进方案，所述装置还具有用于破坏颗粒以及特别是用于 破坏预定颗粒的辐射源。辐射源与样本通道对齐，从而可以破坏样本通道中的 颗粒。辐射源例如可以是氘灯，或者特别是在病毒的情况下作为预定颗粒的UV 光源，通过所述UV光源产生使预定颗粒破碎的UV光。因此，预定颗粒的破碎 或破坏可以“实时”或使用REM实时记录，从而也可以从评估单元对连续的检 测的图像的评估推断出样本中预定颗粒的存在。为此，评估单元可以比较顺序 检测的图像，并且可以从破坏或破碎的颗粒数量推导出样本中预定颗粒的数量。 将带有未破坏颗粒的第一幅图像与带有破坏颗粒的第二幅稍后检测的图像以及 由此得出的所述颗粒是预定颗粒的评估进行比较，在此也被用作对所述颗粒形 态特性的检测和评估的理解。相应地，所述颗粒的可破坏性的评估在确定空气 中预定颗粒的浓度时提供了进一步的自由度，这可以替代或补充图像中颗粒的 外观与先前已知的形态特性的比较。

如果使用这样的发光辐射源，可以调节所述辐射源的光频率，波长和/或光 强度，使得预定颗粒和/或作为预定颗粒将被破坏的颗粒的破碎或破坏可调节。

本发明的另一方面涉及一种使用根据本发明的装置检测空气中预定颗粒， 特别是病毒浓度的方法，所述空气包括有机和/或无机气溶胶颗粒。规定通过供 应单元将空气中包含的气溶胶颗粒结合到流体中，使得所述流体包含作为颗粒 的、先前包含在空气中的气溶胶颗粒，然后沿着预定的流动路径提供连续或均 匀定时的流体流。然后通过成像单元生成颗粒的放大图像，所述颗粒包含在流 过样本通道的流体中。以这种方式生成的图像由图像检测单元检测，并传输至 评估单元。所述评估单元自动检测所述图像中成像颗粒的形态特性，然后将检 测的形态特性与预定颗粒的形态特性进行比较。通过比较确定所述图像中预定 颗粒的比例和空气中预定颗粒的浓度。所述颗粒形态特性的检测和随后的比较 被理解为尤其是指由成像单元产生的图像或在其上示出的颗粒的图像与预定颗 粒的比较图像的比较。

此外，本发明的另一方面涉及一种用于在房间的意义上确定空间中预定颗 粒的运动和浓度的系统。所述系统包括中央评估单元和多个根据本发明的装置。 所述装置根据预定模式，特别是根据预定格栅分布在所述空间中。所述中央评 估单元，也可以包括所述装置的评估单元或一体化地形成，被设计成通过所述 装置确定的浓度来确定和/或预测所述空间中颗粒的浓度和/或预定颗粒在所述 空间中的分布和/或预定颗粒在所述空间中的运动。为此，还可以在更长的时间 内确定和观察或分析浓度。特别是也可以使用神经网络，人工智能或外推法确 定运动的浓度和预期的，即未来的行为。

作为预定粒子的运动，可以不仅是检测空间内的宏观运动，而是通过适当 的装置布置检测颗粒的布朗分子运动。

除了可在浓度超过优选预定限值时触发的警报外，如果空间中的预定颗粒， 即气溶胶云，沿特定方向或到特定位置移动，也可产生警报或信号。

所述系统优选地被设计成稳定和自主，使得所述系统可以在本地用作传感 器。

上面公开的特征可以根据需要进行组合，只要这在技术上是可行的并且它 们彼此不矛盾。

附图说明

本发明的其它有利改进在从属权利要求中表征或在下面参照附图连同本发 明的优选实施例的描述一起更详细地示出。其示出：

图1示出所述装置的第一个变体；

图2示出所述装置的第二个变体。

具体实施方式

附图是示意性示例。图中相同的参考符号表示相同的功能和/或结构特征。

装置1的基本原理是在空气入口2处吸入或接收空气3和例如室内空气， 以将所述空气3中包含的颗粒在供应单元10中结合在作为流体的液体4中，并 且通过成像单元20提供稳定的液体或流体流，所述成像单元既可以是连续的也 可以是定时的，以便由此能够对结合在所述液体4中的颗粒进行“原位分析”， 其中待分析的样本，即液体4，或更准确地说是流过所述成像单元20的液体4， 连续地或以定时地改变。与所述液体4一起，通过REM或通过所述成像单元20 提供稳定的颗粒流，通过它们所述颗粒被放大成像，使得包含在样本中或液体4 中的颗粒之后可以被进行分析。

在当前情况下，供应单元10具有预过滤器11，通过所述预过滤器从空气3 中过滤出由于其尺寸，电荷或其他因素而不可能是预定颗粒的颗粒。为此，所 述预过滤器11可以具有多个过滤级并应用不同的过滤原理。

通过预过滤器11过滤的空气3然后由冷凝器12冷凝，使得冷凝物形成为 液体4，其中结合了先前包含在过滤空气3中的颗粒。

冷凝物或液体4然后沿着预定的流动路径从供应单元10泵入或通过成像单 元20，为此使用布置在成像单元20的输出侧的泵60。

在液体4中，预定颗粒和其中所含的所有颗粒最初相对均匀地分布，使得 需要确定在空气中浓度的所寻或预定颗粒均匀地分布在液体4的区域中，并且 不好找到或很难找到。为了改进和简化分析，成像单元20具有带有第一电压钳 25和第二电压钳25'的等速电泳装置。所述第一电压钳25流体技术地布置在所 述成像单元20或样本通道29的输入侧，并且所述第二电压钳25'流体技术地布 置在所述成像单元20或样本通道29的输出侧，这些在所述样本通道29中构成 电场，使得在流过所述样本通道29的液体4中形成多个区域，每个区域具有具 有相同或近似相同离子迁移率的颗粒。在这些区域中的一个中，基本上存在离子迁移率等于预定颗粒的离子迁移率的所有颗粒，因此基本上存在所有预定粒 子，使得仅对所述区域用成像单元20成像，用图像检测单元40检测或者用评 估单元50评估就足够了。

实现为REM的成像单元20不必针对不同的测量方法或样本载体的更换等 而设计，因此所述REM专用于本应用。为此REM具有完全且持续密封的真空 室31，在真空室中产生一次真空(高真空)并持续保持。初级电子束30被初级 电子源21发射到所述真空室中，所述真空室也可以被称为测量柱，并且穿过所 述真空室31的长度。所述初级电子束30的束强度总是由维内特圆柱体 (Wehneltzylinder)22校准，并通过固定和不可调节的孔径23和几个磁铁体26、 27引导或聚焦到样本通道29上。附加地或替代地，所述维内特圆柱体22也可 以被供应固定的，不可改变的电压并且因此被校准，由此所述初级电子束30的 强度被固定地校准，或者所述初级电子束30被聚焦。为了能够引导在所述样本 通道29的预定闭锁部分34上方以扫描方式引导所述初级电子束30，并由此产 生布置在所述样品通道29中的样本的放大图像，还设置了扫描装置24，所述扫 描装置根据预定模式偏转所述初级电子束30，并且根据预定格栅扫描样本。

流过样本通道29的液体4因此总是以单一预定方式被初级电子束30撞击， 由此产生次级电子33，所述次级电子撞击REM的检测器32，并由此产生存在 于液体4中颗粒的图像。

由检测器32捕获的次级电子33可以转换为模拟图像，然后可以转换为数 字图像。替代地，所述次级电子33或由其表示的图像可以由图像检测单元40 直接转换为数字图像，而无需生成模拟图像作为中间步骤。然后将数字图像传 输到评估单元50。

由A/D转换器41生成图像的部分5以示例的方式示出，其中大量颗粒是可 见的。特别地，四个预定颗粒42、42’、42”以示例的方式在那里示出，它们仅 部分地或隐蔽地可见。这些也可以被其他颗粒43、44覆盖。此外，预定颗粒的 外观52作为所述预定颗粒的比较图像6或形态特性被存储在评估单元50或其 数据存储器51中。借助图像处理，现在将图像的部分5中的颗粒与目标颗粒或 预定颗粒的外观52进行比较。如果与所述比较图像6的对应程度足够高，则所 述部分5中的分析的颗粒分别被识别为预定颗粒并进行计数。因此，可以通过 它们的外观或通过它们的外部形状将预定颗粒或病毒与其他颗粒区分开来。例 如，虽然颗粒43的大小大致相同，如果根据大小来判断，会被错误地识别为病 毒或预定颗粒，但具有完全不同的轮廓或表面形状，因此被当前提出的装置正 确分类为非预定颗粒或病毒。

在图2中，成像单元20和图像检测单元40彼此一体地形成，其中装置1 由此生成为超正析像管和REM的集成。

根据图2的装置1的基本结构对应于超正析像管的结构，即具有次级电子 33的集成处理(光电倍增器，电子倍增器)的显像管。次级电子33根据SEM 的功能原理由初级电子束30产生。

基于传统的超正析像管，装置1具有由氮化硅(SiN)形成的格栅部分34， 而不是其带有光敏层的玻璃窗。为此，将所述格栅部分34设计成氮化硅板，它 具有一个或多个区域(10μm x 10μm)，所述区域可以称为窗口。氮化硅板或格 栅部分34至少在窗口区域中的厚度测量，使得初级电子束30可以进入格栅部 分34直到后面直接相邻的样本通道29中的样本，并可以相应地扫描。为此，“窗 口”的厚度在10和30nm之间的范围内是特别有利的。

装置1或成像单元20的另外的结构被选择为使得在成像期间高达10nm和 更高的分辨率是可能的。这种决定分辨率的结构也特别由格栅部分34和用于聚 焦的磁体26、27的尺寸决定。

为了能够提供具有足够精度的初级电子束30用于扫描或放大样本中包含的 颗粒，装置1或成像装置20可以具有另外的电子透镜，即具有作为透镜作用于 初级电子束30的另外的磁体或线圈26、27。

为了能够进行微调，本装置还具有用于调整初级电子束30的磁体或线圈28。 有利地这样设计所述结构，使得高达120kV或更高的阳极电压是可能的。

由维内特圆柱体22产生的初级电子束30被格栅单元根据预定的格栅模式 偏转，并在格栅部分34上被引导，所述格栅单元特别是由磁体或线圈24形成。 作为线圈偏转的替代方案，所述格栅单元可以设计成静电偏转初级电子束30。 在此产生的次级电子33然后被作为光电倍增管和信号阳极37的一部分由倍增 电极36检测，替代或形成REM的检测器32。

由信号阳极37检测到的信号然后用信号放大器38放大，并且作为图像信 号39传递到在图2中未示出的评估单元50。

为了能够基于所检测的图像进一步确定图像中的哪些颗粒是预定颗粒，根据 图2的装置1还具有辐射源35，所述辐射源产生将预定颗粒碎裂并从而破坏的 辐射。如果所述预定颗粒是病毒，则所述辐射源35产生紫外线，使病毒振动并 由此将它们破开，从而可以根据顺序记录的多个图像确定哪些颗粒已被破坏。 被破坏或破碎的颗粒是预定颗粒，从而可以确定它们在图像中的数量和它们在 空气中的浓度。