用于氣相色譜儀注入器的可抽真空入口的制作方法
【專利摘要】涉及一種用于氣相色譜儀注入器的可抽真空入口。公開一種氣相色譜法（GC）系統(tǒng)，包括：一個樣品注入器，該樣品注入器被適配用來將一個液體樣品接收到一個其內(nèi)部空腔中并使該液體樣品揮發(fā)；一個GC柱，該GC柱被配置成接收來自該樣品注入器的該揮發(fā)的樣品；一個載氣入口管線，該載氣入口管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個氣體入口端口；一個隔膜清洗通風(fēng)管線，該隔膜清洗通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第一氣體出口端口；一個分流通風(fēng)管線，該分流通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第二氣體出口端口；以及一個真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)被配置成將真空施加于該隔膜清洗通風(fēng)管線、該分流通風(fēng)管線以及該樣品注入器的該內(nèi)部空腔?？商娲兀撜婵障到y(tǒng)可以聯(lián)接到該樣品注入器的一個真空端口。一個單獨的氦氣流可以被供應(yīng)于該GC柱的一個入口。
【專利說明】用于氣相色譜儀注入器的可抽真空入口
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及氣相色譜法，并且更具體地說，涉及用作氣相色譜儀注入器和柱中的載氣的氣體的節(jié)約方法。
【背景技術(shù)】
[0002]用于氣相色譜儀的傳統(tǒng)分流/不分流(SSL)或者程序升溫蒸發(fā)(PTV)注入端口典型地消耗了大量體積的載氣，因為它被用在分流通風(fēng)口和隔膜清洗通風(fēng)口處而不是用于實際的分析分離(柱流動)。為了進行說明，一個約I標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)的毛細管柱流動可具有50Sccm或者更多的分流動以及5Sccm的隔膜清洗流動?，F(xiàn)有技術(shù)的一種減少這種消耗的方法，例如“氣體節(jié)約裝置”，可以在一個注入時段之后減少該分流動。然而，將該分流動減少到過低的一個值，可能導(dǎo)致所不希望的、升高的基線。這可能是由從樣品基質(zhì)引入的更高分子量的污染物的一種連續(xù)脫氣、聚合物密封件(如O形環(huán))的脫氣、注入端口隔膜和/或這種隔膜的去芯(coring)造成的，或者是由柱固定相的氧化(由于更大濃度的氧氣已經(jīng)反向擴散穿過該隔膜)造成的。在傳統(tǒng)上已經(jīng)通過使用大的分流動進行稀釋實現(xiàn)了這些污染物的減少。因此，甚至在色譜儀閑置時段過程中，也可能消耗大量的載氣。
[0003]圖1示出了一種常規(guī)氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)25以及現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)分流/不分流注入器I。分流/不分流(SSL)注入器I被提供來用于接收來自一個注射器(未示出)的液體樣品的注入，用于通過施加熱量來閃蒸(f I ash vaporizing)液體樣品,用于混合揮發(fā)的樣品材料與一種載氣，以及用于向一個氣相色譜儀柱20提供揮發(fā)的樣品材料的一部分。載氣供應(yīng)(例如氦氣)在壓力下通過一個氣體配件3被引入到氣體入口管線7中。通過一個電子壓力控制器(未示出)將一個受控的載氣壓力提供給注入器，這導(dǎo)致通過柱20的一個受控的載氣流動。一個細孔隙過濾器4 (例如，一個不銹鋼熔塊)除去可能阻礙安置在氣體入口管線7下游的一個比例閥5的操作的任何微粒物質(zhì)。該比例閥5響應(yīng)于由壓力傳感器8所提供的測量而在注入器I的主體內(nèi)維持一個設(shè)定點壓力，以便根據(jù)泊肅葉方程式(Poiseuille equation)在分析柱中建立一個計算的流動。壓力傳感器8向電子壓力控制器的一個控制電路提供一個反饋回路。任選地，在氣體入口管線7中包括一個化學(xué)捕集器6以便凈化含有潛在污染物(例如烴類和/或氧氣)的載氣。
[0004]如所已知的，通常僅揮發(fā)的樣品材料和載氣流動的一部分(并且，經(jīng)常是僅一小部分)實際進入柱20。揮發(fā)的樣品材料和載氣流動的余下部分通過隔膜清洗通風(fēng)管線13并且經(jīng)常地通過分流通風(fēng)管線14而從系統(tǒng)中排出。對應(yīng)地安置在隔膜清洗通風(fēng)管線13和分流通風(fēng)管線14中的流動限制器11和流動限制器18在處于周圍壓力下的排出端口 12、19與鄰近注入器I的這些通風(fēng)管線13、14的更高壓區(qū)段之間維持一個壓力差。壓力傳感器10、17測量了通風(fēng)管線13、14的高壓區(qū)段的壓力。這個信息作為對電子壓力控制器的連續(xù)反饋被提供，該電子壓力控制器計算橫跨流動限制器11、18的壓力差并且操作比例閥9、16以便根據(jù)數(shù)學(xué)計算或校準(zhǔn)的查詢表在通風(fēng)管線13、14中維持所希望的流動速率。在分流通風(fēng)管線14中可以包括一個化學(xué)捕集器15以防止比例閥16被可能從樣品中揮發(fā)或從注入器部件中脫氣的各種油類和油脂類污染。在隔膜清洗通風(fēng)管線13中也可以包括另一個類似的化學(xué)捕集器(未不出)。
[0005]注入器I包括兩種基本的工作模式:分流和不分流。在分流注入模式中，建立了一個離開該分流通風(fēng)管線14的分流動。這種工作模式被用于濃縮的分析物的注入，以便防止該柱的過載或者防止用于該柱的終端處的檢測系統(tǒng)的飽和。在不分流的工作模式中，該分流通風(fēng)管線14在樣品注入過程中是關(guān)閉的(B卩，比例閥16是關(guān)閉的)，以使得樣品材料的本體轉(zhuǎn)移到該毛細管柱中。在一個指定的時間間隔之后，將該分流通風(fēng)管線再次打開以排出殘余溶劑蒸氣并且稀釋可能從受污染的表面脫氣的任何污染物。
[0006]在分流和不分流的兩種模式下，被用于分流動以及隔膜清洗流動的載氣的量遠遠大于進行分析分離的氣相色譜法(GC)柱流動所要求的。在一個分流或者不分流注入之后的閑置時間過程中，典型地維持大量體積的分流動，以稀釋殘余污染物的脫氣作用。甚至在閑置時間過程中，當(dāng)色譜系統(tǒng)不處于使用狀態(tài)并且該柱被冷卻到室溫時，注入器保持在一個高于周圍的溫度下和一個連續(xù)的氣流下。這導(dǎo)致高純度氣體(例如氦)的大量消耗。
[0007]氦是一種有限的自然資源，正逐漸變得昂貴并且在世界上的一些地區(qū)是難以獲得的。氦經(jīng)常是優(yōu)選的氣體，這是由于靈敏度、有效性、化學(xué)惰性、安全性或者其他的考慮。替代的載氣，例如氫氣或者氮氣，可以用于一些情況中。對于一個基于質(zhì)譜儀檢測的系統(tǒng)，氫氣減少了對電子電離(EI)的靈敏度并且可以導(dǎo)致該離子源中的脫鹵化氫反應(yīng)，而氮氣可以導(dǎo)致電荷交換反應(yīng)，并且已知作為載氣是效率較低的。因此，本領(lǐng)域存在對如下氣相色譜法系統(tǒng)的需要:通過將應(yīng)用氦氣流動的次數(shù)限制為僅當(dāng)需要這類氦氣流動時的那些次數(shù)并且將在這類次數(shù)時的氦流動速率限制為不顯著大于所需要的最小流動速率而節(jié)約氦。
實用新型內(nèi)容
[0008]本實用新型的發(fā)明人已認(rèn)識到，在注入器閑置或備用時間過程中通過簡單地停止載氣流動而不是對注入器施加真空，可以實現(xiàn)與通過一個色譜儀注入器的氦和其他載氣的流動有關(guān)的很多有益方面。因此，用于一臺氣相色譜儀/質(zhì)譜儀的一個注入器(或注入端口)可以被配置成允許將真空施加于隔膜清洗通風(fēng)口和分流量通風(fēng)口而且同時停止載氣流動。這允許在儀器處于備用狀況下時節(jié)約氦氣而沒有柱氧化的危險。另外，由于沒有施加氣體負載，還可以通過關(guān)閉初級泵(如旋葉式機械泵)同時使一個高真空泵(如渦輪分子泵或油擴散泵)保持活動來節(jié)約動力。在一些實施例中，可以將一小股殘余清洗氣流遞送到注入器入口管線或者可以將一股氦氣流遞送到柱入口。這使得能夠高溫低壓烘烤入口部件。一個電子控制器可以按自動化形式執(zhí)行烘烤和/或備用操作，確保前級管線壓力在機械泵停止之前已經(jīng)降到一個最小值。如果壓力上升到一個預(yù)定閾值，那么該控制器可重新啟動機械泵，或者如果循環(huán)速率因系統(tǒng)中的泄漏(例如，一個過渡去芯的隔膜)而過大，那么該控制器允許它繼續(xù)打開。所披露的設(shè)備允許切斷到一臺色譜儀中的氦載氣，以便減少在非運行時間過程中的氦消耗，而沒有GC柱過度氧化的危險。另外，通過施加熱量和真空，也可以減少總的系統(tǒng)功耗并且可以有效地清潔入口。
[0009]因此，在本傳授內(nèi)容的一個第一方面，一種氣相色譜法(GC)系統(tǒng)包括:一個樣品注入器，該樣品注入器被適配用來將一個液體樣品接收到其內(nèi)部空腔中并使該液體樣品揮發(fā)；一個GC柱,該GC柱被配置成接收來自該樣品注入器的揮發(fā)的樣品；一個載氣入口管線，該載氣入口管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個氣體入口端口 ；一個隔膜清洗通風(fēng)管線，該隔膜清洗通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第一氣體出口端口 ；一個分流通風(fēng)管線，該分流通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第二氣體出口端口；以及一個真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)被配置成將真空施加于該隔膜清洗通風(fēng)管線、該分流通風(fēng)管線以及該樣品注入器的內(nèi)部空腔。
[0010]根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個第二方面，一種氣相色譜法(GC)系統(tǒng)包括:一個樣品注入器，該樣品注入器被適配用來將一個液體樣品接收到其內(nèi)部空腔中并使該液體樣品揮發(fā)；一個GC柱，該GC柱被配置成接收來自該樣品注入器的揮發(fā)的樣品；一個載氣入口管線，該載氣入口管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個氣體入口端口 ；一個隔膜清洗通風(fēng)管線，該隔膜清洗通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第一氣體出口端口 ；一個分流通風(fēng)管線，該分流通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第二氣體出口端口；以及一個真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個真空端口。
[0011]根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個第三方面，提供了一種用于操作一種包括(a)在一個加熱爐中的一個GC柱、和(b) —個樣品注入器，該樣品注入器流體地聯(lián)接到該GC柱并且具有一個載氣入口端口、一個隔膜清洗出口端口以及一個分流出口端口的氣相色譜法(GC)系統(tǒng)的方法，其中該方法包括:(i)停止該加熱爐對該GC柱的加熱；(ii)停止一種載氣向該載氣入口端口中的流動；以及(iii)將隔膜清洗出口端口和分流通風(fēng)出口端口的輸出導(dǎo)入到一個真空系統(tǒng)，以使得真空被施加到該注入器的一個內(nèi)部空腔。該方法可以進一步包括:(iv)提供氦氣，以便使它在大體上朝向該GC柱的一個入口的方向上圍繞著該GC柱的一個外部表面周向地流動，以使得氦氣的一部分進入該柱入口。
[0012]根據(jù)本傳授內(nèi)容的另一個方面，提供了一種用于操作一種包括(a)在一個加熱爐中的一個GC柱、和(b) —個樣品注入器，該樣品注入器流體地聯(lián)接到該GC柱并且具有一個載氣入口端口、一個隔膜清洗出口端口、一個分流出口端口以及一個真空端口的氣相色譜法(GC)系統(tǒng)的方法，其中該方法包括:(i)停止該加熱爐對該GC柱的加熱；(ii)停止一種載氣向該載氣入口端口中的流動；關(guān)閉該隔膜清洗出口端口和該分流通風(fēng)出口端口，以便防止氣體流動穿過其中；以及(iii)將真空端口放置成與一個真空系統(tǒng)流體地聯(lián)通，以使得真空被施加到該注入器的一個內(nèi)部空腔。該方法可以進一步包括:(iv)提供氦氣，以便使它在大體上朝向該GC柱的一個入口的方向上圍繞著該GC柱的一個外部表面周向地流動，以使得氦氣的一部分進入該柱入口。
[0013]根據(jù)本傳授內(nèi)容的又另一個方面，提供了一種用于操作一種包括(a)在一個加熱爐中的一個GC柱、和(b) —個樣品注入器，該樣品注入器流體地聯(lián)接到該GC柱并且具有一個載氣入口端口、一個隔膜清洗出口端口以及一個分流出口端口的氣相色譜法(GC)系統(tǒng)的方法，其中該方法包括:(i)停止一種載氣向該載氣入口端口中的流動；(ii)將隔膜清洗出口端口和分流通風(fēng)出口端口的輸出導(dǎo)入到一個真空系統(tǒng)，以使得真空被施加于該注入器的一個內(nèi)部空腔，其中該加熱爐被維持在一個高于周圍的工作溫度下；以及(iii)提供氦氣，以便使它在大體上朝向該GC柱的一個入口的方向上圍繞著該GC柱的一個外部表面周向地流動，以使得氦氣的一部分進入該柱入口。可以選擇氦氣的流動速率以便足以防止該GC柱在工作溫度下的降解但不足以防止在該樣品注入器的一個內(nèi)部空腔內(nèi)維持真空。【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1示出了用于一臺氣相色譜儀的一個常規(guī)氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)以及分流/不分流注入器。
[0015]圖2示出了用于根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個實施例的一臺氣相色譜儀的一個第一氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)。
[0016]圖3示出了用于根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個實施例的一臺氣相色譜儀的一個第二氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)。
[0017]圖4示出了用于根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個實施例的一臺氣相色譜儀的一個第三氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)。
[0018]圖5示出了用于根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個實施例的一臺氣相色譜儀的一個第四氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)的一部分，其中該系統(tǒng)包括使用一個短窄孔管組件的一個分流/不分流注入器。
[0019]圖6是根據(jù)本傳授內(nèi)容的三種示例性方法的一組流程圖。
【具體實施方式】
[0020]本披露描述了改進的氣相色譜儀注入器系統(tǒng)以及用于操作氣相色譜儀注入器的方法。以下說明的提出是為了使本領(lǐng)域的任何普通技術(shù)人員能夠進行和使用本實用新型，并且是在特定的應(yīng)用和其要求的背景下提供的。對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，對所描述的實施例的各種修改將是顯而易見的，并且在此的一般原則可以應(yīng)用到其他實施例。因此，本實用新型并非旨在局限于所示出的實施例和實例，而是要根據(jù)所示出和所描述的特征和原則而被給予最寬的可能范圍。為了更具體地了解本實用新型的特征，讀者可參照圖2到圖6并結(jié)合以下說明。
[0021]圖2示出了用于根據(jù)本傳授內(nèi)容的一臺氣相色譜儀的一個第一氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)30。與圖1所示的常規(guī)氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)25類似，圖2所示的系統(tǒng)30可以通過氣體入口管線7、隔膜清洗通風(fēng)管線13以及分流通風(fēng)管線14而流體地聯(lián)接到一個分流/不分流注入器設(shè)備I。在圖1和圖2中類似地編號的各種部件具有相似的功能并且因此這類部件的說明不在此詳細重復(fù)。
[0022]與圖1所示的氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)25相比，圖2所示的系統(tǒng)30中，通風(fēng)管線13、14不具有單獨的排出端口，而是相反地,通過一個T形接頭(tee-junction)32流體地聯(lián)接，該T形接頭還流體地聯(lián)接到一個三端口閥31的一個公共端口。三端口閥31的另一個端口流體地聯(lián)接到一個排出端口 12。該三端口閥的剩余端口通過真空管線33流體地聯(lián)接到渦輪分子泵35的一個通風(fēng)端口或級間端口。真空泵35的前級管線端口排出到使真空泵35流體地聯(lián)接到一個低真空或“初級”泵37 (如旋葉式機械泵)的前級管線36。一個壓力傳感器(真空傳感器)38可以監(jiān)測真空管線33的壓力；第二個這樣的傳感器39可以監(jiān)測前級管線36的壓力。
[0023]在注入器的正常操作過程中，三端口閥31被配置成使得來自隔膜清洗通風(fēng)管線13和分流通風(fēng)管線14 二者的流動被導(dǎo)入到單個排出端口 12。然而，在系統(tǒng)備用過程中，在氣相色譜柱已經(jīng)冷卻之后，三端口閥31可以被配置成使得來自通風(fēng)管線13、14 二者的流動被導(dǎo)入到真空管線33中。與三端口閥31被配置成將排出氣體發(fā)送到真空管線的時間同時或者僅在此之前，關(guān)閉入口管線比例閥5，從而切斷載氣(典型地為氦)的流動。在這些條件下，系統(tǒng)30的所有氣體管線(除連接到排出端口 12的管線之外)和注入器I本身被放置于真空下?？梢詫⒁粋€流動限制元件34 (如一個熔塊、毛細管或孔)添加到管線33上以便防止超過泵35的臨界前級管線壓力。這種新穎配置允許在儀器處于備用狀況下時節(jié)約氦氣而沒有柱氧化的危險。另外，由于沒有施加氣體負載，還可以通過關(guān)閉初級泵37同時使中等或高真空泵35保持活動來節(jié)約動力。
[0024]在一些實施例中，一小股殘余清洗氣流可以通過將比例閥5維持在一個稍微打開的狀況下而被遞送到系統(tǒng)30的入口管線7。一個電子壓力控制器26可以監(jiān)測由壓力傳感器8和/或壓力傳感器38所記錄的系統(tǒng)的低于周圍的壓力(sub-ambient pressure)并且可以通過操作比例閥5將殘余清洗流動速率控制在一個預(yù)定值下以便維持一個目標(biāo)壓力。將注入器維持在工作溫度下，這使得能夠高溫、低壓烘烤入口和注入器部件。與真空傳感器38,39電子地聯(lián)接的一個電子控制器27可以按自動化形式執(zhí)行烘烤和/或備用操作，確保前級管線壓力在機械泵停止之前已降到一個最小值。如果壓力上升到一個預(yù)定閾值，那么該控制器可重新啟動機械泵，或者如果循環(huán)速率因系統(tǒng)中的泄漏(例如，一個過渡去芯的隔膜)而過大，那么該控制器允許它繼續(xù)打開。
[0025]圖3示出了用于根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個實施例的一臺氣相色譜儀的一個第二氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)。圖3所示的系統(tǒng)40包括僅從一個常規(guī)系統(tǒng)(例如，參見圖1)稍微修改的一個氣體供應(yīng)和排出子系統(tǒng)41并且還包括一個單獨的真空子系統(tǒng)42。與一個常規(guī)注入器相比，對系統(tǒng)40的注入器101的修改在于，它包括將注入器流體地聯(lián)接到真空系統(tǒng)42的一個真空管線33的一個另外的真空端口 33p。因此，除可能通過作為一個中間部件的注入器101之外，真空子系統(tǒng)42沒有流體地聯(lián)接到氣體供應(yīng)和排出子系統(tǒng)41。
[0026]系統(tǒng)40 (圖3)的氣體供應(yīng)和排出子系統(tǒng)41可以包括對應(yīng)地安置在隔膜清洗通風(fēng)管線13和分流通風(fēng)管線14中的截止閥43、44，以便防止吸力在注入器101處于真空下的時間期間被施加于這些管線中。如果比例閥5抑或化學(xué)捕集器6不適合與真空一起使用，那么可以任選地將另一個截止閥(未示出)安裝在氣體入口管線7中。同樣地，真空管線33還可以包括另一個截止閥45以防止真空在注入時段過程中或在柱工作過程中被施加于注入器101。一個化學(xué)捕集器46可以被安置在真空管線33中以便防止污染物在它處于真空中時反向擴散到注入器中。
[0027]系統(tǒng)40的其他部件具有與圖1-2所示的類似地編號的部件相類似的功能，并且這類部件的討論不在此重復(fù)。如已參考圖2所討論的，一個電子壓力控制器(未確切示出)可以監(jiān)測這些壓力傳感器，并且可以相應(yīng)地操作這些閥門，以便維持所希望的流動速率。一個單獨的電子控制器(未示出)可以關(guān)于真空子系統(tǒng)執(zhí)行類似的功能。
[0028]在注入器101 (圖3)的正常工作過程中，關(guān)閉真空子系統(tǒng)的截止閥45并且使氣體供應(yīng)和排出子系統(tǒng)41的截止閥43、44維持打開，以使得真空清洗通風(fēng)管線13和分流通風(fēng)管線14執(zhí)行它們的正常功能。然而，在系統(tǒng)備用過程中，在氣相色譜柱已冷卻之后，關(guān)閉截止閥43、44。同時，可以關(guān)閉比例閥5 (或其他截止閥)，以便停止氦從入口管線7到注入器中的流動。同時抑或緊接著，打開截止閥45以便將注入器放置于真空下。在一些實施例中，在注入器處于真空下時，一小股殘余清洗氣流可以通過將比例閥5維持在一個稍微打開的狀況下而被遞送到系統(tǒng)30的入口管線7。將注入器101維持在工作溫度下，以這種方式將真空施加于注入器使得能夠高溫、低壓烘烤入口和注入器部件。應(yīng)理解，另外的流動限制元件可以被放置在管線33中以便防止在打開閥門45時超過泵35的臨界前級壓力。
[0029]本實用新型的某些實施例可以采用如名稱為“用于氣相色譜儀的氦節(jié)約裝置(Helium Conservation Device for a Gas Chromatograph)” 的美國專利 8，371，152 所述的技術(shù)和設(shè)備部件，所述專利被轉(zhuǎn)讓給本實用新型的受讓人并且通過引用以其全部內(nèi)容結(jié)合在此。簡單地說，上述專利描述了清洗一種氣相色譜儀系統(tǒng)的多種方法，包括在第一模式與第二模式之間選擇。該第一模式允許最大的氦節(jié)約，而該第二模式允許對色譜方法(例如對保留時間以及檢測器響應(yīng))的最小不利影響。
[0030]根據(jù)上述美國專利，當(dāng)選擇最大氦節(jié)約時，用一種非氦的輔助氣體對一個注入器入口進行供應(yīng)，并且該非氦氣體的壓力被設(shè)定為與一個給定的柱流動相對應(yīng)。在一個注入時段過程中，在分析毛細管柱的端部周圍建立一個來自氣體入口的氦流動，其中該氦流動是小于該柱流動。在該注入時段之后，在分析毛細管柱的端部周圍建立一個氦流動，其中該氦流動是大于該柱流動。
[0031]根據(jù)上述美國專利，當(dāng)選擇最小方法不利影響時，用氦對注入器入口進行供應(yīng)并且該氦氣的壓力被設(shè)定為與一個給定的柱流動相對應(yīng)。在一個注入時段過程中，在分析毛細管柱的入口端周圍建立一個來自第二氣體入口的氦流動，其中該共軸的氦流動是小于該柱流動。在該注入時段之后，在分析柱的入口端周圍建立一個氦流動，其中該氦流動是大于該柱流動。隨后用一種非氦的輔助氣體對主要注入器入口進行供應(yīng)。該輔助氣體可以是氫氣、氮氣或氬氣。
[0032]如以下所述，可以通過一個氦氣入口管線來提供建立在分析毛細管柱端部周圍的氦氣流，該氦氣入口管線與載氣入口管線分開并且被配置成供應(yīng)氦氣以便使它在大體上朝向氣相色譜柱的入口的方向上圍繞著氣相色譜柱的一個外部表面周向地流動，以使得氦氣的一部分進入該柱入口。具有氦周向地流動所圍繞著的外部表面的GC柱的該部分可以被包括在通過一個T形聯(lián)接裝置流體地聯(lián)接在注入器與GC柱之間的前置柱管的一個短長度內(nèi)。該前置柱管可以包含幾厘米長度的0.53mm內(nèi)徑(ID)熔融硅石管、包鋼的熔融硅石管、有玻璃襯的不銹鋼管等。可替代地，具有氦周向地流動所圍繞著的外部表面的GC柱的該部分可以被包括在延伸到注入器的一個內(nèi)部空腔(例如，一個揮發(fā)室)中的熔融硅石管的一個短區(qū)段內(nèi)。該熔融硅石管可以包括具有一個大到足以含有有效分析GC柱的內(nèi)徑(ID)的一個去活化GC柱管，在分析柱的周圍留出空間以用于氣體流動。
[0033]圖4示出了用于根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個實施例的一臺氣相色譜儀的一個第三氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)。圖4所不的系統(tǒng)50包括與圖2所不的系統(tǒng)30相同的一個子系統(tǒng)30。應(yīng)注意，系統(tǒng)50可以通過由圖3所示的子系統(tǒng)41、42替換子系統(tǒng)30并且通過由經(jīng)過修改的注入器101替換所示注入器I來進行修改。相對于上述實施例，系統(tǒng)50進一步包括用于供應(yīng)一種非氦輔助氣體并用于提供來自第二入口的氦以便在一個分析柱的入口端周圍建立一個氦流動的其他裝置。
[0034]在系統(tǒng)50 (圖4)中，通過用都安置在一個小的加熱過的區(qū)域80內(nèi)的前置柱76和低死體積T形聯(lián)接78的一個短區(qū)段配備一個常規(guī)注入器I而對它進行修改。加熱過的區(qū)域80的溫度控制可以由一個外部控制器或者由一個未使用的輔助加熱器通道(它經(jīng)?？梢娪诘湫偷腉C系統(tǒng)上)來提供。前置柱76優(yōu)選是盡可能短的并且包含幾厘米長度的0.53mm內(nèi)徑(ID)熔融硅石管、包鋼的熔融硅石管、有玻璃襯的不銹鋼管等。分析柱20的入口應(yīng)優(yōu)選通過T形聯(lián)接78并且在加熱過的前置柱76中、優(yōu)選在前置柱最接近注入器的一端的一厘米內(nèi)終止。一個3通選擇閥84 (如一個常見的電磁閥)允許選擇來自氣體管線86的一種輔助氣體或來自氣體管線88的氦氣中的一個。閥門84允許(任選地)在注入時段過程中在氦與一種輔助氣體之間進行選擇。如果在氦與輔助氣體之間的優(yōu)良隔離是所希望的，那么三通閥84可以可替代地包括一對開/關(guān)閥。
[0035]一個開/關(guān)型截止閥90經(jīng)由被設(shè)定為超過分析柱流動(如2sCCm)的一個流動的一個流動限制器92接收來自氣體管線88的氦流動。限制器92和另一個限制器94的尺寸可以基于氣體管線88的輸入壓力進行選擇以便基于注入器I的壓力波動建立一個給定的流動范圍。實際的流動可以變化，例如2-4sCCm，而不影響性能。第二流動限制器94被安置于導(dǎo)管96的流動路徑之內(nèi)，以遞送一個用于補償空隙體積影響的低清洗流動。由毛細管限制器94遞送的流動是小于分析柱的流動，并且為了展示的目的可以是0.05sCCm。
[0036]可以打開截止閥90以在運行時間的時段過程中將大于柱流動(例如，2sCCm流動)的一個He流動遞送到T形聯(lián)接78。另外，在注入時段過程中、在GC爐冷卻過程中或在任何非運行時間時段過程中可以關(guān)閉閥門90。對于未在使用儀器工作的時間，在非運行時間過程中關(guān)閉該閥門可以將氦消耗減少到接近于零(0.05)，而是將輔助氣體用于柱流動。閥門84、90的啟動可以使用大多數(shù)現(xiàn)代的氣相色譜儀的時間事件程控特征來完成。
[0037]通過導(dǎo)管96遞送到T形聯(lián)接78的氦氣流動可以使用一個數(shù)學(xué)模型進行計算，或者通過在監(jiān)測被遞送給柱20的氣體中輔助氣體的存在的同時調(diào)節(jié)該流動來憑經(jīng)驗進行優(yōu)化。在將一個樣品注入到圖4的注入器I中的過程中，進入導(dǎo)管96中的氦的流動可以通過關(guān)閉該開/關(guān)閥90來中斷，以使得所遞送的氦流動被降低到該柱流動之下。從氣體管線86提供的該輔助氣體然后會將樣品組分清掃到該分析柱20上。在注入過程中，優(yōu)選將通過導(dǎo)管96的He流動減少到該柱流動的一個分?jǐn)?shù)(而不是完全地停止)，到一個低的數(shù)值(例如0.05sccm),以便幫助清掃空隙體積、減少峰拖尾并且防止溶劑蒸氣反向擴散到氣體管線中。在注入該樣片并且將該樣品轉(zhuǎn)移到分析柱20之后，通過打開閥門90重新建立導(dǎo)管96中的氦流動，以使得該色譜過程將該柱內(nèi)的氦用于分析分離的大部分，同時將輔助氣體用于清洗該注入器。
[0038]圖5示出了用于根據(jù)本傳授內(nèi)容的一個實施例的一臺氣相色譜儀的一個第四氣體供應(yīng)和排出系統(tǒng)的一部分。與圖4所不的系統(tǒng)50類似,系統(tǒng)60 (它的一部分不出在圖5中)包括用于供應(yīng)一種非氦輔助氣體并用于提供來自一個第二入口的氦以便在一個分析柱的入口端周圍建立一個氦流動的裝置。
[0039]在系統(tǒng)60中，相對于一個常規(guī)注入器修改SSL注入器201的下部，以便允許氦氣選擇性地越過一個分析柱的端部。一個導(dǎo)管138的上端(例如，去活化的、熔融硅石管的短區(qū)段)被定位在一個注入端口襯里(未示出)的范圍之內(nèi)。分析柱20被定位在管138中，如插圖113中的放大圖所示。熔融硅石管138的短區(qū)段被選擇為具有稍微大于該分析柱20的外徑的一個內(nèi)徑。例如，0.53mm ID的大孔管(Megabore tubing)適合于具有0.25或
0.32mm ID的內(nèi)徑的大多數(shù)分析柱。優(yōu)選地，管138已經(jīng)是去活化的并且不含固定相。管的這個區(qū)段可替代地可以是用有玻璃襯的不銹鋼管、Silcosteel?管或者其他適合的惰性材料來制造的。在這個說明性實例中，該分析柱20優(yōu)選延伸到該管138的最上端的Icm之內(nèi)。這種定位允許使柱進口位于熱注入器主體之內(nèi)，使空隙體積影響降到最低，并且允許在分析過程中有一個充分的對該輔助氣體的反向擴散屏障。
[0040]注入器201的一個襯里支撐物142和底座144在螺紋柄146處擰在一起以便允許壓縮被封裝的石墨箍148。這種配置在該熔融硅石管138與該底座144之間維持了一個氣密的密封部。一個軟的金屬墊片150被定位在底座144與注入器主體110的終端IlOA之間，以在底座144與注入器主體110之間形成一個密封部。一個緊固螺母(未示出)將底座144固定到注入器主體110的螺紋部分152上。
[0041]系統(tǒng)60的注入器201的墊片150 (圖5)包括在金屬墊片150的每一面上切割的呈環(huán)形凹槽形式的一對氣體通道154a、154b。在插圖111的俯視圖中示出的墊片150還包括一個孔156，該孔位于該墊片150的中心線上以在上部和下部凹槽通道154a、154b之間形成流體聯(lián)通。底座144的終端158是帶螺紋的，以使得一個緊固螺母和箍(為了簡明而未示出)可以在分析柱20與底座144之間形成一個密封部。流體地聯(lián)接到氣體管線96的一個導(dǎo)管160向上部凹槽通道154a供應(yīng)了一個氦流動。氦圍繞著上部凹槽通道流動直到它找到孔156。它然后穿過孔156進入下部凹槽通道154b中并且在進入點155處進入到底座144中。底座144允許氦圍繞該熔融硅石管138的外側(cè)向下流動以清掃空隙體積，然后向上進入管138中并且在穿過分析柱20的輸入端之后最終進入注入器內(nèi)部。在樣品注入之后，所建立的、進入到該導(dǎo)管160中的流動應(yīng)該稍微高于計算出的、在注入時段之后遞送到柱20的柱流動。為了展示，可以將2sccm的導(dǎo)管流動用于Isccm的計算出的柱流動。在這個說明性實例(圖5)中，導(dǎo)管160可以包括一個0.9mm外徑(0D)、0.5mm ID以及300mm長度的304不銹鋼管。該導(dǎo)管附接到熱注入器主體110。
[0042]通過將一個注入器入口抽真空系統(tǒng)(例如，圖2-3)與圍繞著柱進口(例如，圖4-5)提供一個輔助非氦清洗和分流流動以及一個單獨的氦流動的能力結(jié)合，實現(xiàn)了氣體節(jié)約的靈活性。使用者在樣品注入過程中和當(dāng)正在分析樣品時的多次注入之間使用上述美國專利8，371，152所述的氦節(jié)約技術(shù)，以便節(jié)約氦載氣。另外，當(dāng)氣相色譜儀被放置于備用或閑置模式中時，使用者可以采用在此傳授的注入器抽真空技術(shù)，從而節(jié)約所有氣體。
[0043]另外，如果在備用時段過程中將氣相色譜儀柱維持在它的正常工作溫度下是所希望的，那么可以將注入器抽真空技術(shù)與從一個單獨的入口處圍繞著柱進口提供一個低氦氣流動并將其提供到該柱進口中的技術(shù)結(jié)合來使用。以這種方式提供一個保護性氦氣流動可以使柱在閑置時段過程中能夠保持是熱的，同時該注入器內(nèi)部處于部分真空下，而不會導(dǎo)致柱降級。如果氣相色譜儀柱是一組柱中的一個，而這些柱的單獨的洗脫液被導(dǎo)向一個單一檢測器(例如，聯(lián)接到一臺質(zhì)譜儀的一個單一電離源的兩個單獨的柱)，那么將該柱維持在它的正常工作溫度下可能是希望的。這樣一個系統(tǒng)可以允許交替分析從每個柱提供的樣品。在這樣一個系統(tǒng)中，在一個延長的時間段內(nèi)，可以將一個柱放置于備用模式下，而向第二個柱供應(yīng)有待由檢測器進行分析的材料。
[0044]圖6以流程圖形式提供了用于操作根據(jù)本傳授內(nèi)容的一臺氣相色譜儀的三種示例性方法的比較。方法300可以例如與圖2的系統(tǒng)30或一個類似系統(tǒng)結(jié)合來使用。在步驟302中，關(guān)閉柱加熱器(典型地是其中安置該柱的一個爐)并允許該柱冷卻。隨后，在步驟304中，停止載氣(典型地是氦)的流動。這個步驟可以例如通過關(guān)閉控制載氣向一個入口管線中流動的一個閥門(如圖2中的比例閥5)來完成。隨后，在步驟306中，將隔膜清洗和分流管線的輸出流動導(dǎo)向一個真空管線，以便對這些管線以及注入器抽真空。這個步驟可以例如通過重新配置三端口閥(例如，三端口閥31)以使得通過管線13和14 二者的流動被導(dǎo)入到真空管線33中來執(zhí)行。這一組步驟可以用于將氣相色譜儀系統(tǒng)放置于備用或閑置模式中。為了使該系統(tǒng)返回到正常操作，可以顛倒步驟的順序，其中在顛倒的程序中每個這樣的步驟執(zhí)行圖6所示的功能的一個相反的功能(例如，代替如圖所示關(guān)閉柱加熱器，在顛倒的步驟中打開柱加熱器)。
[0045]方法310是與步驟300相類似的(方法310的步驟312和314對應(yīng)地是與方法300的步驟302和304相同的)并且可以與圖3的系統(tǒng)30或包括對一個注入器具有一個專用的真空管線的單獨真空子系統(tǒng)的一個類似系統(tǒng)結(jié)合來使用。在步驟315中，隔膜清洗通風(fēng)管線和分流通風(fēng)管線是通過例如關(guān)閉圖3中的截止閥43和44而與注入器隔開的(S卩，從與注入器內(nèi)部流體聯(lián)通中移除)。隨后，在步驟316中，該注入器通過例如打開在導(dǎo)向注入器入口的一個專用端口(例如,端口 33p)的一個真空管線(例如，管線33)上的一個閥門(例如，截止閥45)來暴露于真空中。這一組步驟可以用于將氣相色譜儀系統(tǒng)放置于備用或閑置模式中。為了使該系統(tǒng)返回到正常操作，可以顛倒步驟的順序，其中在顛倒的程序中每個這樣的步驟執(zhí)行圖6所示的功能的一個相反的功能。
[0046]方法320可適用于例如一個系統(tǒng)，如圖4所不的系統(tǒng)40,該系統(tǒng)40將一個可抽真空注入器入口與一個用于從單獨的入口圍繞著柱進口供應(yīng)一個低氦氣流動并將其供應(yīng)到柱進口中的裝置結(jié)合。在實踐方法320的過程中，允許將該色譜柱保持在它的工作溫度下。在步驟324中,停止清洗氣體(氦抑或一種輔助氣體,如氮氣或氬氣)的流動。隨后,在步驟325中，從一個另外的氣體入口在柱周圍提供一個低保護性氦流動(如果還沒有流動的話)以便流入到柱中。來自該另外的氣體入口的流動速率稍微大于標(biāo)稱柱流動速率，例如，一又二分之一倍的柱流動速率或兩倍的流動速率。隨后，在步驟326中，將隔膜清洗和分流管線的輸出流動導(dǎo)向一個真空管線，以便對這些管線以及注入器抽真空。氦進入柱中的低流動速率防止了柱在高溫下的降級，但不會使注入器內(nèi)部的真空顯著降級。這一組步驟可以用于將氣相色譜儀系統(tǒng)放置于備用或閑置模式中。為了使該系統(tǒng)返回到正常操作，可以顛倒步驟的順序，其中在顛倒的程序中每個這樣的步驟執(zhí)行圖6所示的功能的一個相反的功倉泛。
[0047]本申請中所包括的論述是旨在用作基本的說明。盡管已經(jīng)根據(jù)所顯示和描述的不同實施例對本實用新型進行了說明，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，可以存在對這些實施例的變更，并且這些變更將是在本實用新型的范圍之內(nèi)的。讀者應(yīng)意識到，該具體的論述可能沒有明確地描述所有可能的實施例；許多替代方案是隱含的。因此，在不脫離本實用新型的范圍的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以做出許多修改。說明書和術(shù)語都不是旨在限制本實用新型的范圍一本實用新型僅由權(quán)利要求書限定。在此提到的任何專利、專利公布或其他公布通過引用以其各自的整體內(nèi)容結(jié)合在此。
【權(quán)利要求】
1.一種氣相色譜法(GC)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 一個樣品注入器，該樣品注入器被適配用來將一個液體樣品接收到其一個內(nèi)部空腔中并使該液體樣品揮發(fā)； 一個GC柱，該GC柱被配置成接收來自該樣品注入器的該揮發(fā)的樣品； 一個載氣入口管線，該載氣入口管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個氣體入口端Π ； 一個隔膜清洗通風(fēng)管線，該隔膜清洗通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第一氣體出口端口； 一個分流通風(fēng)管線，該分流通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第二氣體出口端口 ；以及 一個真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)被配置成將真空施加于該隔膜清洗通風(fēng)管線、該分流通風(fēng)管線以及該樣品注入器的該內(nèi)部空腔。
2.如權(quán)利要求1所述的氣相色譜法系統(tǒng)，其中該隔膜清洗通風(fēng)管線的一個輸出和該分流通風(fēng)管線的一個輸出二者都是可開關(guān)控制的，以便將它們導(dǎo)向該真空系統(tǒng)亦或?qū)蛞粋€排出端口。
3.如權(quán)利要求2所述的氣相色譜法系統(tǒng)，其中該隔膜清洗通風(fēng)管線和該分流通風(fēng)管線二者都流體地聯(lián)接到一 個三通閥的一個公共端口，其中該真空系統(tǒng)流體地聯(lián)接到該三通閥的一個第二端口并且其中該排出端口聯(lián)接到該三通閥的一個第三端口。
4.如權(quán)利要求1所述的氣相色譜法系統(tǒng),其中該真空系統(tǒng)包括: 一個真空管線，該真空管線具有第一端和第二端，該第一端流體地聯(lián)接到該隔膜清洗通風(fēng)管線和該分流通風(fēng)管線二者； 一個高真空泵，該高真空泵流體地具有一個流體地聯(lián)接到該真空管線的該第二端的輸入端口和一個前級管線端口； 一個初級真空泵；以及 一個前級管線真空管線，該前級管線真空管線流體地處于該高真空泵的該前級管線端口與該初級真空泵的一個輸入端口之間。
5.如權(quán)利要求4所述的氣相色譜法系統(tǒng)，其中該真空系統(tǒng)進一步包括: 一個傳感器，該傳感器被配置成測量在該前級管線真空管線內(nèi)的一個真空壓力；以及一個電子控制器，該電子控制器電子地聯(lián)接到該傳感器和該初級真空泵二者，并且被配置成取決于該所測量的前級管線真空壓力而將該初級泵切換到一個打開狀態(tài)或一個關(guān)閉狀態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的氣相色譜法系統(tǒng)，該氣相色譜法系統(tǒng)進一步包括一個氦氣入口管線，該氦氣入口管線被配置成供應(yīng)氦氣以便使它在大體上朝向該氣相色譜柱的一個入口的方向上圍繞著該GC柱的一個外部表面周向地流動，以使得該氦氣的一部分進入該柱入□。
7.如權(quán)利要求3所述的氣相色譜法系統(tǒng)，該氣相色譜法系統(tǒng)進一步包括一個電子控制器，該電子控制器電子地聯(lián)接到該三通閥并且聯(lián)接到被安置在該氦氣入口管線內(nèi)的一個截止閥，并且被配置成在真空被施加于該隔膜清洗通風(fēng)管線、該分流通風(fēng)管線以及該樣品注入器的該內(nèi)部空腔時啟動該氦氣流。
8.如權(quán)利要求6所述的氣相色譜法系統(tǒng)，該氣相色譜法系統(tǒng)進一步包括一個選擇閥，該選擇閥流體地聯(lián)接到該載氣入口管線，聯(lián)接到一個氦氣源以及聯(lián)接到一個非氦氣源，以使得通過該載氣入口管線向該樣品注入器提供的載氣是在該氦氣與該非氦氣之間可選擇的。
9.一種氣相色譜法(GC)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 一個樣品注入器，該樣品注入器被適配用來將一個液體樣品接收到其一個內(nèi)部空腔中并使該液體樣品揮發(fā)； 一個GC柱，該GC柱被配置成接收來自該樣品注入器的該揮發(fā)的樣品； 一個載氣入口管線，該載氣入口管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個氣體入口端Π ； 一個隔膜清洗通風(fēng)管線，該隔膜清洗通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第一氣體出口端口； 一個分流通風(fēng)管線，該分流通風(fēng)管線流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個第二氣體出口端口 ；以及 一個真空系統(tǒng)，該真空系統(tǒng)流體地聯(lián)接到該樣品注入器的一個真空端口。
10.如權(quán)利要求9所述的氣相色譜法系統(tǒng)，其中該真空系統(tǒng)包括: 一個真空管線，該真空管線具有第一端和第二端，該第一端流體地聯(lián)接到該樣品注入器的真空端口； 一個高真空泵，該高真空泵流體地具有一個流體地聯(lián)接到該真空管線的該第二端的輸入端口和一個前級管線端口； 一個初級真空泵；以及 一個前級管線真空管線，該前級管線真空管線流體地處于該高真空泵的該前級管線端口與該初級真空泵的一個輸入端口之間。
11.如權(quán)利要求10所述的氣相色譜法系統(tǒng)，其中該真空系統(tǒng)進一步包括: 一個傳感器，該傳感器被配置成測量在該前級管線真空管線內(nèi)的真空壓力；以及 一個電子控制器，該電子控制器電子地聯(lián)接到該傳感器和該初級真空泵二者，并且被配置成取決于該所測量的前級管線真空壓力而將該初級泵切換到一個打開狀態(tài)或一個關(guān)閉狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求9所述的氣相色譜法系統(tǒng)，該氣相色譜法系統(tǒng)進一步包括一個截止閥，該截止閥被安置在該真空系統(tǒng)與該樣品注入器的該真空端口之間并且在樣品注入過程中可工作以將該真空系統(tǒng)與該注入器隔開。
13.如權(quán)利要求9所述的氣相色譜法系統(tǒng)，該氣相色譜法系統(tǒng)進一步包括安置在該隔膜清洗通風(fēng)管線中的一個截止閥和安置在該分流清洗通風(fēng)管線中的另一個截止閥，所述截止閥對應(yīng)地可工作以防止該真空系統(tǒng)將真空施加于該隔膜清洗通風(fēng)管線和該分流通風(fēng)管線。
14.如權(quán)利要求9所述的氣相色譜法系統(tǒng)，該氣相色譜法系統(tǒng)進一步包括一個氦氣入口管線，該氦氣入口管線被配置成供應(yīng)氦氣以便使其在大體上朝向該GC柱的一個入口的方向上圍繞著該GC柱的一個外部表面周向地流動，以使得該氦氣的一部分進入該GC柱入□。
15.如權(quán)利要求14所述的氣相色譜法系統(tǒng)，該氣相色譜法系統(tǒng)進一步包括一個選擇閥，該選擇閥流體地聯(lián)接到該載氣入口管線，聯(lián)接到一個氦氣源以及聯(lián)接到一個非氦氣源，以使得通過該載氣入口管線向該樣品注入器提供的載氣是在該氦氣與該非氦氣之間可選擇 的。
【文檔編號】G01N30/02GK203798783SQ201420100847
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月7日
【發(fā)明者】E·B·麥克考雷 申請人:薩默費尼根有限公司