本發(fā)明涉及加熱的傳輸線，具體地說，涉及在氣相色譜儀與質(zhì)譜儀之間的傳輸線。本發(fā)明涉及具有加熱的傳輸線的GC-MS儀器。

背景技術(shù)：

氣相色譜法(GC)是用于分離并分析可被汽化的化合物的常見分析方法，通常用于確定物質(zhì)的純度或用于分離物質(zhì)混合物的組分。在氣相色譜法中，將樣本注入到呈流動(dòng)相的氣相色譜柱上，其通常是例如氦等惰性氣體。氣相色譜柱通常具有在惰性固體載體上含有微小的聚合物或液體層的固定相。

待分析的化合物與柱壁相互作用，從而取決于化合物的化學(xué)和物理特性而導(dǎo)致化合物的不同洗脫時(shí)間。柱的尺寸還對(duì)洗脫分布起作用。柱設(shè)計(jì)為具有適合于任何給定分析的不同特性，并且通常涉及固定相的極性變化以及特定官能團(tuán)的應(yīng)用。

通常，通過將GC柱放置在烘爐內(nèi)部來加熱所述柱。GC柱的溫度將影響洗脫分布，較高溫度有利于快速洗脫以及與固定相的較小相互作用。

需要檢測(cè)從GC柱洗脫的化合物以建立色譜圖。在許多應(yīng)用中，通過質(zhì)譜儀提供檢測(cè)器，其能夠分別地俘獲、電離、加速和檢測(cè)從GC柱洗脫的不同化合物。氣相色譜法和質(zhì)譜法在本質(zhì)上是互補(bǔ)的，并且其組合為需要高靈敏度和精確性的許多分析應(yīng)用提供強(qiáng)有力的工具。

從GC柱洗脫的化合物需要傳輸?shù)较掠钨|(zhì)譜儀的離子源。通常，氣相色譜儀與離子源之間的連接是適于與離子源介接的固體的半永久性傳輸裝置，其可在真空下，例如在電子轟擊(EI)質(zhì)譜法中；或在大氣壓力下，例如在電感耦合等離子體(ICP)質(zhì)譜法(ICP-MS)中。

在ICP-MS中，通過由ICP炬內(nèi)產(chǎn)生的電感耦合等離子體提供離子源。ICP炬通常由玻璃制成，并且其位置可針對(duì)等離子體條件的優(yōu)化而以三維形式調(diào)整。對(duì)于一些應(yīng)用，質(zhì)譜儀永久地設(shè)置為與氣相色譜儀一起使用，而在其它應(yīng)用中(例如ICP-MS)，到GC儀器的連接可以是任選的，并且與其它樣本提供系統(tǒng)可互換地使用。

用于連接GC和MS儀器的連接或傳輸線在此項(xiàng)技術(shù)中是已知的。US 4650964揭示了一種用于加熱玻璃毛細(xì)管的加熱的傳輸線。對(duì)經(jīng)由第一和第二電流導(dǎo)體包圍玻璃毛細(xì)管的導(dǎo)電加熱器管施加功率，所述第一和第二電流導(dǎo)體附接到加熱器管的相應(yīng)末端。在加熱器管與第一和第二電流導(dǎo)體之間設(shè)置電絕緣，并且在加熱器管和電流導(dǎo)體上設(shè)置熱絕緣的罩蓋以熱隔離加熱器管。

US 5702671描述了一種用于將樣本輸送到GC柱中的氣相色譜傳輸線，其具有玻璃管、圍住玻璃管的鋼管以及圍住鋼管的加熱線圈，并且其中在鋼管與加熱線圈之間布置由具有高熱導(dǎo)率的材料制成的管。

EP 152946揭示了一種用于加熱一段管道的設(shè)備，例如在氣相色譜法中加熱玻璃毛細(xì)管。通過使電流流過包圍玻璃毛細(xì)管的圓柱形加熱器管來施加用于對(duì)玻璃毛細(xì)管加熱的功率。加熱器管由另外的管包圍以用于電和熱絕緣。

US 8759758揭示了一種用于將柱流出物從氣相色譜儀輸送到質(zhì)譜儀的離子源的傳輸線，其具有傳輸線主體和用于將傳輸線主體朝向或遠(yuǎn)離質(zhì)譜儀移動(dòng)的機(jī)制。質(zhì)譜儀的殼體與傳輸線主體之間的氣封防止在傳輸線主體移動(dòng)時(shí)的真空泄漏。

US 7958770揭示了一種用于微波加熱色譜儀器的熱傳輸線組合件。所述傳輸線可以借助于纏繞導(dǎo)熱桿的電線加熱。所述傳輸線被大型絕緣殼體環(huán)繞。

US 8808629揭示了一種用于分析裝置的傳輸單元，其含有可以通過電加熱器以編程方式加熱的管形組合件以及用于接收氣相色譜分離柱的管。所述單元具有布置在所述組合件的內(nèi)壁與蒸發(fā)器管之間的環(huán)形腔室中的溫度傳感器。

US 6530260揭示了一種氣相色譜系統(tǒng)，其包含GC烘爐，所述GC烘爐具有適于與位于烘爐外部的氣相色譜模塊整合的門，所述門具有模塊接收開口，所述模塊在所述開口中固定。在模塊殼體內(nèi)部是一卷毛細(xì)管柱、套在毛細(xì)管柱的自由端上的一對(duì)傳輸線、纏繞在傳輸線上的加熱電線，其中所述電線可以朝向爐腔以每英寸較少卷繞次數(shù)沿著傳輸線的長度纏繞。

US 5736739揭示了一種GC離子遷移譜儀系統(tǒng)，其具有在GC與譜儀之間的加熱的傳輸線。傳輸線經(jīng)過加熱以防止分析物物質(zhì)吸附在傳輸線的壁上。加熱元件電線以單螺旋或雙螺旋方式圍繞傳輸線通道布置，穿過內(nèi)嵌在金屬殼層之間的兩個(gè)粘合的圓柱形半節(jié)絕緣材料中的通孔。為了在通道的整個(gè)長度中提供更一致的溫度分布，增大加熱裝置入口和出口附近的加熱元件電線的繞組密度(節(jié)距)。

這提高了在將流出物從GC柱傳輸?shù)焦庾V儀下游和/或MS離子源期間的分析的質(zhì)量，一致地保持了溫度。流出物傳輸期間的溫度波動(dòng)(具體地說，冷點(diǎn))可能導(dǎo)致來自氣相的冷凝和/或過度的峰增寬。此外，此項(xiàng)技術(shù)中已知的GC-MS傳輸線通常穩(wěn)固地附接到質(zhì)譜儀和氣相色譜儀的殼體，留下最少的或沒有裝置用以調(diào)整(例如)到ICP炬的定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在權(quán)利要求書以及以下描述中說明本發(fā)明。

本發(fā)明涉及橋接裝置，也被稱為傳輸線，其用于將氣相色譜儀(GC)連接到譜儀，例如質(zhì)譜儀或光譜儀，具體來說，連接到質(zhì)譜儀的離子源。通常，此類傳輸線連接到電感耦合等離子體(ICP)離子源。此類橋接裝置所面臨的并且理想地應(yīng)克服的常見問題包含：1)沿著傳輸線的熱量分布應(yīng)是均質(zhì)且恒定的；2)傳輸線應(yīng)足夠柔性以允許以對(duì)ICP炬?zhèn)鹊淖钚〉挚沽ψ杂梢苿?dòng)；以及3)不應(yīng)存在可能導(dǎo)致分析物的冷凝以及因此峰增寬的冷點(diǎn)；4)不應(yīng)存在可能致使所分析化合物的分解的熱點(diǎn)。

本發(fā)明提供一種克服這些以及其它挑戰(zhàn)的傳輸線。用于將樣本從氣相色譜儀傳輸?shù)阶V儀中進(jìn)行分析的傳輸線具有用于連接到氣相色譜柱的入口端和用于與譜儀連接的出口端，并且包括：

柔性傳輸毛細(xì)管，其用于在其中接收氣相色譜柱的末端部分或連接到所述末端部分的毛細(xì)管；

至少第一電阻式加熱布置，其環(huán)繞傳輸毛細(xì)管；

電阻式加熱布置可連接到電源以用于提供電流到加熱布置或加熱層，從而對(duì)加熱布置或加熱層加熱并且由此對(duì)傳輸毛細(xì)管加熱；

其中所述第一電阻式加熱布置劃分成至少一個(gè)中心區(qū)和至少一個(gè)出口區(qū)，并且其中第一電阻式加熱布置調(diào)適成在所述至少一個(gè)中心區(qū)中提供與在所述出口區(qū)中提供的每單位長度不同的散熱，

其中柔性傳輸線是可折疊的。

本發(fā)明還提供一種氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)系統(tǒng)，其包括

-至少一個(gè)氣相色譜儀，

-至少一個(gè)傳輸線，

-至少一個(gè)質(zhì)譜儀，

其中至少一個(gè)傳輸線具有流體地連接到氣相色譜儀的入口端以及流體地連接到質(zhì)譜儀的出口端，并且其中至少一個(gè)傳輸線如本文所揭示。

電阻式加熱布置優(yōu)選地調(diào)適成提供用于對(duì)傳輸線加熱的散熱，其補(bǔ)償以另外的方式將從傳輸線發(fā)生的熱耗散。通常，來自傳輸線的散熱在相應(yīng)末端處最大，其中傳輸線連接到相應(yīng)上游和下游分析組件，例如上游氣相色譜儀和下游譜儀(例如，光譜儀或質(zhì)譜儀)，所述連接可以用作散熱片。

加熱布置可以包括電阻性材料，使得當(dāng)電流施加到加熱布置時(shí)，產(chǎn)生熱量并且熱量傳輸或散發(fā)到加熱布置或加熱層所環(huán)繞的傳輸毛細(xì)管。

電阻式加熱布置可以呈電阻式加熱層的形式，在一些實(shí)施例中，其包括呈可以環(huán)繞傳輸毛細(xì)管的支承薄片或屏蔽形式提供的材料。支承薄片經(jīng)優(yōu)選地調(diào)適以沿著其長度提供不同散熱，以便補(bǔ)償傳輸線末端處的更大散熱。例如，支承薄片可以在傳輸線的末端處或朝向傳輸線的末端包括較高密度的電阻材料，因此當(dāng)對(duì)支承薄片施加功率時(shí)，在傳輸線的末端附近發(fā)生每單位長度更大的散熱。

電阻式加熱布置可以包括環(huán)繞傳輸毛細(xì)管的一個(gè)或多個(gè)電阻式電線，因此當(dāng)對(duì)電阻式電線施加功率時(shí)，在電線中產(chǎn)生熱量并且熱量耗散到傳輸毛細(xì)管，由此對(duì)傳輸毛細(xì)管加熱。優(yōu)選地，電阻式電線分層或纏繞傳輸毛細(xì)管，因此在操作期間在傳輸毛細(xì)管中沿著其完整長度存在大致一致的溫度。

可以通過電線自身的特性或通過電線纏繞傳輸毛細(xì)管的方式調(diào)節(jié)由電阻式電線提供的散熱。例如，可以改變電阻式電線沿著傳輸毛細(xì)管的節(jié)距。在此上下文中，“節(jié)距”是沿著傳輸線的軸線測(cè)得的相鄰繞組之間(相應(yīng)中點(diǎn)之間)的距離，即，電線圍繞傳輸毛細(xì)管的一個(gè)整匝的寬度。

通過朝向傳輸毛細(xì)管的一端或兩端具有較小的電線節(jié)距(更緊密的卷繞)，可以在對(duì)電線施加功率時(shí)增加末端處的加熱。中心區(qū)中的電阻式電線的節(jié)距可以大于入口區(qū)中的節(jié)距和出口區(qū)中的節(jié)距約5％到約35％的范圍，更優(yōu)選地，大于約10％到約35％，甚至更優(yōu)選地，大于約15％到35％。

中心區(qū)中的節(jié)距還可以大于入口區(qū)中的節(jié)距和出口區(qū)中的節(jié)距約15％到約25％的范圍。

末端區(qū)(分別是出口區(qū)和入口區(qū))中的每一個(gè)的長度可以是中心區(qū)的長度的5-10％，例如，約5％。在一些實(shí)施例中，可以存在中間區(qū)，例如，在入口區(qū)與中心區(qū)之間的中間區(qū)以及在入口區(qū)與中心區(qū)之間的中間區(qū)。每個(gè)中間區(qū)可以是中心區(qū)長度的5-10％，例如，約5％。中間區(qū)所具有的電線節(jié)距可以介于電線在中心區(qū)中繞組的節(jié)距與電線在中間區(qū)所位于其間的相應(yīng)末端區(qū)中繞組的節(jié)距之間。例如，中間區(qū)可以具有比中心區(qū)小10％的節(jié)距，并且末端區(qū)可以具有比中間區(qū)小10％的節(jié)距。

如從上文所理解的，在許多有用的實(shí)施例中，傳輸線具有至少一個(gè)入口區(qū)(鄰近GC)、至少一個(gè)中心區(qū)以及至少一個(gè)出口區(qū)。

然而，在某些實(shí)施例中，不存在具有通過電阻式加熱布置或?qū)邮┘拥牟煌瑹崃康奶囟ㄈ肟趨^(qū)，而是替代地通過在GC烘爐或GC的類似加熱構(gòu)件內(nèi)部并入合適長度的傳輸線和/或傳輸線的傳輸毛細(xì)管的延伸端，并使用其中的熱量來維持傳輸線的入口端的所需溫度，將來自入口端的熱耗散減到最少。

還可以存在兩個(gè)或更多個(gè)入口和/或出口區(qū)，每個(gè)區(qū)具有其自身的電線繞組線型或節(jié)距。例如，電阻式電線繞組可以包括至少兩個(gè)入口區(qū)，其中第一入口區(qū)更遠(yuǎn)離中心區(qū)且第二入口區(qū)更接近中心區(qū)，使得第一入口區(qū)中的繞組節(jié)距小于第二入口區(qū)中的節(jié)距，第二入口區(qū)中的節(jié)距又小于中心區(qū)中的節(jié)距。

還可以存在至少兩個(gè)出口區(qū)，其中第一出口區(qū)更遠(yuǎn)離中心區(qū)且第二出口區(qū)更接近中心區(qū)，使得第一出口區(qū)中的繞組節(jié)距小于第二出口區(qū)中的節(jié)距，第二出口區(qū)中的節(jié)距小于中心區(qū)中的節(jié)距。

換句話說，沿著傳輸毛細(xì)管的長度可以存在不同的區(qū)，每個(gè)區(qū)具有其唯一的繞組線型(節(jié)距)以便沿著傳輸線產(chǎn)生可變且獨(dú)特的加熱功率。

不同的區(qū)可以具有任何合適的長度，例如，在一些實(shí)施例中，出口區(qū)和任選的入口區(qū)可以各自在傳輸線的總長度的5-10％的范圍內(nèi)或10-40％的范圍內(nèi)，例如，分別為2cm、4cm、5cm、10cm或20cm。入口區(qū)可以具有與出口區(qū)相同或不同的長度。如下文進(jìn)一步的細(xì)節(jié)中所描述，在一些情形中，傳輸線的入口端延伸到傳輸線所連接到的GC烘爐中。在此類情況下，傳輸線內(nèi)的傳輸毛細(xì)管可以比加熱布置延伸得更遠(yuǎn)，例如，加熱布置可以經(jīng)配置以在傳輸線適當(dāng)?shù)剡B接到GC時(shí)圍住傳輸毛細(xì)管在GC烘爐外部的部分和位于壁自身內(nèi)(延伸通過壁的孔)的部分，而不是圍住GC烘爐壁內(nèi)部的部分。此類實(shí)施例可以具有如本文所描述的比中心區(qū)具有更多加熱的入口區(qū)，其中入口區(qū)布置在加熱布置的遠(yuǎn)端上，使得入口區(qū)優(yōu)選地延伸到GC烘爐壁中而不是延伸到GC烘爐的爐腔中。

在一些實(shí)施例中，每個(gè)相應(yīng)區(qū)內(nèi)的電阻式電線節(jié)距可以是一致的或相等的。當(dāng)然，節(jié)距也可以在每個(gè)區(qū)內(nèi)逐漸地改變。例如，可以沿著入口區(qū)從所述區(qū)的遠(yuǎn)端到所述區(qū)的近端使節(jié)距逐漸增大(優(yōu)選地，不以離散步長增大)。還可以沿著出口區(qū)從所述區(qū)的遠(yuǎn)端到所述區(qū)的近端使節(jié)距逐漸增大。節(jié)距還可以在某些區(qū)內(nèi)是一致的而在其它區(qū)內(nèi)具有梯度。任何給定區(qū)中的節(jié)距的梯度優(yōu)選地是一致的，即線性的，但是區(qū)內(nèi)的節(jié)距的梯度也可以是非線性的，即，節(jié)距的增大或減小可以線性地或非線性地改變。

任何給定區(qū)末端處的節(jié)距可以與相鄰區(qū)的鄰近末端處的節(jié)距大體上相同。例如，入口區(qū)的近端和出口區(qū)的近端處的節(jié)距可以與鄰近入口和出口區(qū)的中心區(qū)中的節(jié)距相同。

電線的繞組線型也可以模塊化方式改變。例如，沿著傳輸毛細(xì)管可以存在繞組的“脈沖寬度”調(diào)制，使得沿著傳輸線以可變距離重復(fù)單元線圈，由此產(chǎn)生電線的不同散熱。沿著傳輸毛細(xì)管，單元線圈可以相同(即，含有具有相同節(jié)距的相同卷繞次數(shù))或不同。當(dāng)不同時(shí)，單元線圈之間的空間可以一致，但是沿著傳輸線的散熱將歸因于每個(gè)單元線圈不同的事實(shí)而不同。

替代地或另外，電線的電阻率可以是可變的。由此，即使當(dāng)電線沿著傳輸毛細(xì)管具有一致的節(jié)距時(shí)，也將存在歸因于電線的可變電阻率而導(dǎo)致的電線的不均勻散熱。第一入口區(qū)中的電線的電阻因此可以不同于中心區(qū)中的電線的電阻(例如，更高)。當(dāng)存在超過一個(gè)入口區(qū)時(shí)，第一入口區(qū)中的電線的電阻可以因此不同于所述第二入口區(qū)中的電線的電阻(例如，更高)，所述第二入口區(qū)中的電線的電阻又可以不同于中心區(qū)中的電線的電阻(例如，更高)。類似地，出口區(qū)中的電線的電阻可以因此不同于中心區(qū)中的電線的電阻(例如，更高)。當(dāng)存在超過一個(gè)出口區(qū)時(shí)，第一出口區(qū)中的電線的電阻可以不同于所述第二出口區(qū)中的電線的電阻，所述第二出口區(qū)中的電線的電阻又可以不同于中心區(qū)中的電線的電阻。在一個(gè)或多個(gè)區(qū)內(nèi)也可以沿著傳輸線存在不同類型的電線，以便提供不同電阻，從而針對(duì)所施加的相同功率產(chǎn)生電線的不同散熱。此類可變電阻也可以與可變繞組線型組合，如上文中所描述。

還可能將沿著傳輸毛細(xì)管的不同區(qū)段或區(qū)內(nèi)的電阻電線分別地連接到不同電源，或以獨(dú)立的方式控制施加到每個(gè)電線的功率。換句話說，應(yīng)用于入口區(qū)中的電阻式電線的功率可以獨(dú)立地施加到中心區(qū)中的另一電阻式電線。應(yīng)用于出口區(qū)中的電阻式電線的功率也可以獨(dú)立地施加到中心區(qū)中的電阻式電線。當(dāng)存在多個(gè)入口區(qū)、中心區(qū)和/或出口區(qū)時(shí)，也可以獨(dú)立地施加應(yīng)用于每個(gè)區(qū)的功率。以此方式，可以獨(dú)立地控制每個(gè)此類區(qū)內(nèi)的散熱，甚至在每個(gè)區(qū)具有相同的電線組成和/或節(jié)距的情況下。

可以存在優(yōu)選地環(huán)繞第一層的電阻式加熱布置的第二層或甚至更多層。此類更多層可以作為緩沖提供以維持沿著傳輸線的穩(wěn)定溫度，并且同時(shí)可以提供對(duì)通過第一層不足以補(bǔ)償?shù)娜魏螠囟炔▌?dòng)的補(bǔ)償。第二加熱布置和/或加熱層可以與第一加熱布置的類型相似。替代地，它們可以具有不同類型，即，加熱層(例如，薄片)可以環(huán)繞加熱布置(例如，電線)，或加熱布置(例如，電線)可以環(huán)繞加熱層(例如，薄片)。

因此，可以存在環(huán)繞電阻式電線的第一繞組的電阻式電線的第二繞組，并且所述第二繞組優(yōu)選地也以螺旋方式纏繞傳輸毛細(xì)管。第二繞組(第一層)可以經(jīng)過分層以便疊加在第一繞組上或第一繞組頂部上。第二繞組也可以與第一層交織。第二繞組可以用于進(jìn)一步使傳輸線的溫度分布平穩(wěn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，外部第二繞組以恒定的(一致的)節(jié)距纏繞，所述節(jié)距優(yōu)選地大于中心區(qū)，更優(yōu)選地大于第一繞組層的中心區(qū)10-20％(更優(yōu)選地，15％)。此第二繞組層優(yōu)選地具有恒定節(jié)距，以便用作產(chǎn)生所需絕緣效果的絕熱材料，而不具有與傳輸線的主動(dòng)加熱部分接觸的常規(guī)絕緣材料所攜載的更高熱質(zhì)量的非所需“散熱器”效果。

第二層可以具有一致的節(jié)距。第二層也可以具有不均勻的節(jié)距或與第一層相反的節(jié)距線型(例如，其中出口區(qū)和入口區(qū)具有比中心區(qū)更寬的節(jié)距)，或以另外的方式實(shí)施以便提供沿著傳輸線的不均勻的散熱，如上文中關(guān)于第一層所描述。在一些實(shí)施例中，第二層(例如，具有比第一層更一致的節(jié)距)可以位于第一層下方而不是環(huán)繞第一層。

電阻式加熱布置優(yōu)選地跨寬廣溫度范圍具有相對(duì)穩(wěn)定的電阻率。優(yōu)選地，加熱布置跨寬廣溫度范圍具有小于20％的電阻率變化，所述寬廣溫度范圍優(yōu)選地至少在100到400℃范圍內(nèi)，更優(yōu)選地200到400℃，更優(yōu)選地250到320℃，甚至更優(yōu)選地300到320℃。電阻電線的電阻率可以在從約1Ohm/m到500Ohm/m的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，電阻電線的電阻率可以在從約100μOhm/cm或從約120μOhm/cm到約140μOhm/cm或到約150μOhm/cm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地約130μOhm/cm。電阻式電線可以由任何合適的電阻式材料制成。優(yōu)選地，電線可以由Ni-Cr合金制成，例如不銹鋼或類似者。

電阻式材料，例如電阻式電線，可以涂布有應(yīng)能耐受所需溫度的電絕緣材料或涂層。示例性材料包含聚酰亞胺材料，例如卡普頓(Kapton)和含氟聚合物類，例如聚四氟乙烯。在電線層與繞組之間可以另外或替代地存在電絕緣層或屏蔽。此類電絕緣層可以由任何合適的且柔性的材料制成，例如玻璃纖維、纖維巖石或氧化硅固化凝膠。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，用以選擇性地控制散熱的以上特征可以任何所需方式組合在傳輸線內(nèi)。換句話說，可以組合地使用上文所描述的不同方法或方式以選擇性地應(yīng)用對(duì)傳輸線的合適溫度控制。

熱質(zhì)量是物體的質(zhì)量特性，使物體能夠儲(chǔ)存熱量，由此提供針對(duì)溫度波動(dòng)的“慣性”。

熱質(zhì)量相當(dāng)于熱電容或熱容量，是主體儲(chǔ)存熱能的能力。其通常由符號(hào)C_th指代并以J/℃或J/K(其等效)為單位來測(cè)量。此量度因此用利于表征傳輸線維持穩(wěn)定溫度以及所需功率的能力。

一般來說，熱質(zhì)量可以定義為：

C_th＝Q/ΔT

其中Q是所傳輸?shù)臒崮?，且ΔT是溫度變化?？梢酝ㄟ^兩種方式來估算根據(jù)本發(fā)明的傳輸線的熱質(zhì)量，所述熱質(zhì)量可以跨典型工作溫度范圍近似為恒定的：

a)通過觀測(cè)到的加熱速率和所施加的功率。在一個(gè)配置中，所施加的功率是180W，并且溫度在9s內(nèi)從室溫斜升到295℃，并且因此

P＝180W＝180J/s；并且Q＝180J/s*9s＝1620J

ΔT＝(295°-25°)＝270°

并且因此

C_th＝1620J/270＝6[J/K]

對(duì)于具有0.5m長度的傳輸線，每長度的相關(guān)熱質(zhì)量將為12[J/(K·m)]。

對(duì)于具有25g質(zhì)量的傳輸線，得出比熱容為

6(J/K)/0.025kg＝240[J/(kg·K)]

b)總熱容量可以估算為由柔性傳輸毛細(xì)管的基底材料的比熱容控制，如果使用不銹鋼，那么比熱容為約450[J/(kg K)](其它有用的金屬通常具有相似值，例如，鎳具有440[J/(kg K)]的比熱容：

C_th＝450[J/(kg K)]*0.025kg＝11[J/K]

顯然，傳輸線的變化，例如，更長傳輸線，包括具有不同熱容量的內(nèi)管的傳輸線，或具有其它厚度的傳輸線，將具有不同的比熱和熱容量。

傳輸線一般可以具有從約100J/(kg K)，例如從約200J/(kg K)，例如從約300J/(kg K)，或從約400J/(kg K)，到例如約1000J/(kg K)，或到約800J/(kg K)，例如到約600J/(kg K)，或到約500J/(kg K)的范圍內(nèi)的比熱容。傳輸線可以具有小于1000J/(kg K)，小于約800J/(kg K)，小于約600J/(kg K)或小于約500J/(kg K)的比熱。

根據(jù)本發(fā)明的傳輸線具有其熱質(zhì)量低并且因此其需要相對(duì)極少的功率來加熱的優(yōu)點(diǎn)。一般來說，根據(jù)本發(fā)明的傳輸線的熱質(zhì)量可以小于約50J/K，小于約40J/K，小于約30J/K，小于約20J/K，或小于約15J/K。傳輸線的熱質(zhì)量可以大于約5J/K，或大于約10J/K。熱質(zhì)量可以在約5到約50J/K，約5到約40J/K，約5到約30J/K，約5到約20J/K的范圍內(nèi)，或在約5到約15J/K的范圍內(nèi)。

每單位長度的傳輸線的熱質(zhì)量可以小于約100[J/(K·m)]，小于約50[J/(K·m)]，小于約40[J/(K·m)]，小于約30[J/(K·m)]，或小于約25[J/(K·m)]。每單位長度的熱質(zhì)量也可以在約5到30[J/(K·m)]的范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在約10到25[J/(K·m)]的范圍內(nèi)。

傳輸毛細(xì)管是優(yōu)選地化學(xué)上惰性的，至少其內(nèi)表面上是化學(xué)上惰性的，以避免在毛細(xì)管與從GC柱傳遞通過傳輸線的樣本之間的不合需要的化學(xué)反應(yīng)。因此，傳輸毛細(xì)管可以在至少其內(nèi)表面上涂布合適的惰性材料。傳輸毛細(xì)管可以包括在其內(nèi)表面上具有惰性涂層的金屬管道(例如，鎳管道)。惰性涂層可以是硅基涂層，包含sulfinert，或其它玻璃態(tài)涂層，或聚合物涂層。優(yōu)選地，涂層是或包括聚酰亞胺涂層，例如卡普頓(Kapton)或維斯佩爾(Vespel)。

柔性傳輸毛細(xì)管優(yōu)選地調(diào)適成接收GC柱，使得GC柱在柔性傳輸毛細(xì)管的加熱的區(qū)中的一個(gè)區(qū)內(nèi)終止。傳輸毛細(xì)管還可以接收連接到GC柱的惰性毛細(xì)管。毛細(xì)管可以在加熱的區(qū)的末端處或附近、在中心區(qū)內(nèi)或在入口區(qū)內(nèi)終止。優(yōu)選地，GC柱或連接到其上的惰性毛細(xì)管在距入口區(qū)遠(yuǎn)端約1cm到約5cm處、優(yōu)選地約1cm到約3cm處，更優(yōu)選地約2cm處終止。

柔性傳輸毛細(xì)管可以進(jìn)一步調(diào)適成在其到惰性載氣(優(yōu)選地，氬氣)供應(yīng)源的入口端處或附近連接，使得載氣可以在傳輸毛細(xì)管與插入的GC柱之間的空間(間隙)中在朝向傳輸毛細(xì)管的出口端的方向上流動(dòng)。因此，傳遞通過GC柱的樣本將從GC柱的末端流動(dòng)到傳輸毛細(xì)管中，其中所述樣本通過載氣流朝向下游譜儀載送。載氣可以是ICP離子源(例如，氬、氦或氫)的等離子體形成氣體或毛細(xì)管下游裝置的任何處理氣體。通常，在GC柱與傳輸毛細(xì)管之間的間隙中，屏蔽氬氣連同來自GC柱的He一起流入ICP離子源中。

電阻式加熱布置可以沿著大體上其完整長度環(huán)繞傳輸毛細(xì)管。加熱布置還可以在距傳輸線的入口端預(yù)定距離處終止，因此在操作期間，傳輸毛細(xì)管未被加熱布置圍住的部分定位在傳輸線所連接到的氣相色譜儀的烘爐內(nèi)。因此，傳輸毛細(xì)管未通過電阻式加熱布置加熱的部分通過GC烘爐加熱，并且因此保持在適當(dāng)溫度。電阻式加熱布置可以例如距傳輸線的入口端約1cm到約20cm，或約2cm到約15cm的范圍內(nèi)的距離處終止。傳輸線設(shè)計(jì)為跨越從GC烘爐外部的GC到質(zhì)譜儀的入口的距離。

柔性傳輸毛細(xì)管可以具有在約0.40mm到約1.0mm范圍內(nèi)的內(nèi)徑以及在約1.0mm到約2.5mm范圍內(nèi)的外徑。包含加熱布置的傳輸線可以具有在約1.5mm到約5mm范圍內(nèi)的外徑。

傳輸線可以進(jìn)一步包含沿著其至少一部分的外部電絕緣和/或絕熱套管。包含此類絕緣套管的傳輸線的外徑可以在約2.0到約10mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，約2.0到約5mm。外部套管可以在電流流過電阻電線時(shí)防止使用者接觸電阻電線。此外，傳輸線可以位于保護(hù)罩或保護(hù)蓋下以防止使用者接觸傳輸線的熱表面。保護(hù)罩或保護(hù)蓋優(yōu)選地是剛性的和/或優(yōu)選地與傳輸線間隔開。

傳輸線可以具有從約20cm，例如從約30cm，例如從約40cm，到約100cm，或到約80cm，例如到約70cm，甚至更優(yōu)選地約50cm的范圍內(nèi)的總長度。

氣相色譜傳輸線極具柔性，從而允許容易地折疊或彎曲傳輸線，而不會(huì)對(duì)線產(chǎn)生極度的應(yīng)力也不會(huì)造成線的折斷。此處，術(shù)語“柔性”是指?jìng)鬏斁€自身的功能。在使用中，例如對(duì)于將傳輸線與質(zhì)譜儀的可移動(dòng)ICP炬或其它可移動(dòng)組件介接，需要在使用期間可以折曲傳輸線，至少在初步設(shè)置期間，例如，在調(diào)諧或?qū)?zhǔn)ICP炬時(shí)可以折曲傳輸線。傳輸線優(yōu)選地足夠柔性使得其可折疊，由此當(dāng)在其出口端處連接到ICP源并且ICP源移動(dòng)(通常以三維形式移動(dòng))時(shí)對(duì)ICP源產(chǎn)生極少應(yīng)力或不產(chǎn)生應(yīng)力(大體上無應(yīng)力)。優(yōu)選地，傳輸線具有小于約40mm的彎曲半徑，更優(yōu)選地小于約35mm，更優(yōu)選地小于約30mm，更優(yōu)選地小于約25mm，更優(yōu)選地小于約20mm，更優(yōu)選地小于約15mm，并且甚至更優(yōu)選地小于約12mm。如本文所使用的術(shù)語彎曲半徑是指?jìng)鬏斁€在不會(huì)形成任何損壞(例如扭折)的情況下可以彎曲至的最小半徑(測(cè)量到內(nèi)部曲率)。因此較小彎曲半徑指示更大柔性。

傳輸線還較輕，因此對(duì)其所附接到的組件產(chǎn)生極少應(yīng)力。優(yōu)選地，傳輸線具有小于約100g的重量，優(yōu)選地小于約50g，并且更優(yōu)選地小于30g。顯然，傳輸線的重量取決于其長度。然而，傳輸線的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其低密度。優(yōu)選地，傳輸線具有小于約200g/m的每單位長度的重量，優(yōu)選地小于約100g/m，并且更優(yōu)選地小于50g/m。

一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器可以附接到傳輸線或作為傳輸線的一部分，以提供關(guān)于傳輸線的或傳輸線內(nèi)的實(shí)際溫度的反饋。優(yōu)選地，溫度傳感器經(jīng)定位使得與傳輸毛細(xì)管接觸。理想地，此類溫度傳感器放置在傳輸毛細(xì)管內(nèi)。此類溫度傳感器可以提供對(duì)溫控單元的反饋。溫控單元優(yōu)選地可以包括計(jì)算機(jī)或處理器，并且可以使用軟件而基于溫度反饋來控制電源。溫控單元可以介接到提供功率到電阻式加熱布置的電源，以便控制電源到電阻式加熱布置的輸出并且由此控制柔性傳輸毛細(xì)管的溫度。

溫控單元和電源可以是烘爐控制單元的用于控制容納GC柱的GC烘爐的溫度的部分。由此，可以使用同一控制單元來控制GC烘爐中和傳輸毛細(xì)管中的溫度。可以優(yōu)選的是，GC烘爐和傳輸毛細(xì)管的溫度相同或幾乎相同。烘爐控制單元因此可以用于同時(shí)使柔性傳輸毛細(xì)管的溫度和GC烘爐的溫度斜變。因此，傳輸線的加熱可以調(diào)適成在與傳輸線所連接到的GC系統(tǒng)的相應(yīng)溫度改變大體上同時(shí)地改變傳輸毛細(xì)管的溫度。烘爐控制單元可以用于控制傳輸毛細(xì)管和GC烘爐的溫度，因此在使用中，傳輸毛細(xì)管和GC烘爐兩者具有大體上相同的溫度。在一個(gè)實(shí)施例中，通過GC的程序升溫汽化(PTV)單元控制GC系統(tǒng)的溫度改變，所述單元由此用作烘爐控制單元。在一個(gè)實(shí)施例中，GC系統(tǒng)能夠控制程序升溫汽化(PTV)單元，在一些實(shí)施例中，所述單元遵循GC烘爐的溫度斜變。優(yōu)選地，這兩者(GC烘爐和傳輸毛細(xì)管)的溫度差在約40℃內(nèi)，更優(yōu)選地在約30℃內(nèi)，甚至更優(yōu)選地在約20℃內(nèi)，又更優(yōu)選地在約10℃內(nèi)，并且最優(yōu)選地在約5℃內(nèi)。相比而言，在現(xiàn)有技術(shù)GC-MS傳輸線中，缺少對(duì)加熱的軟件控制，并且在物理上不可能具有在斜變的GC溫度程序期間足夠迅速地響應(yīng)GC烘爐的溫度改變以有效地處于與GC烘爐相同的溫度下的傳輸線：快速變熱和冷卻的能力取決于本發(fā)明的傳輸線的較小熱質(zhì)量。

可以優(yōu)選的是，烘爐控制單元控制傳輸毛細(xì)管的溫度，因此其溫度在低于GC烘爐的溫度約30℃到高于GC烘爐的溫度約10℃的范圍內(nèi)，優(yōu)選地，在低于GC烘爐的溫度約30℃到與GC烘爐的溫度大約相同的范圍內(nèi)。

傳輸線具有其溫度可以快速地斜變的優(yōu)點(diǎn)，并且其溫度沿著其長度保持基本上恒定。因此，傳輸線和傳輸線所連接到的溫度控制器可以調(diào)適成使傳輸線的溫度以約10℃/min到約200℃/min的范圍內(nèi)的速率斜變，優(yōu)選地，約10℃/min到約100℃/min，更優(yōu)選地約10℃/min到約60℃/min。

傳輸線可以加熱到并保持為一定溫度范圍內(nèi)的溫度，所述溫度范圍包括至少從約50℃到約350℃的范圍，優(yōu)選地約200℃到約320℃，其中傳輸線能夠跨其長度的至少90％保持小于±5％溫度變化的溫度分布。

更優(yōu)選地，傳輸線可以加熱到并保持為一定溫度范圍內(nèi)的溫度，所述溫度范圍包括至少從約50℃到約350℃的范圍，優(yōu)選地約200℃到約320℃，其中傳輸線能夠跨其長度的至少95％保持小于±15％溫度變化的溫度分布，更優(yōu)選地小于±10％溫度變化，甚至更優(yōu)選地小于±5％溫度變化，甚至更優(yōu)選地±3％溫度變化。

此外，傳輸線可以加熱到并保持為一定溫度范圍內(nèi)的溫度，所述溫度范圍包括至少從約200℃到約320℃的范圍，其中傳輸線能夠跨其長度保持溫度分布，優(yōu)選地跨其長度的至少95％，更優(yōu)選地跨其由電阻式布置或?qū)铀h(huán)繞的所有長度，具有小于20％的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，優(yōu)選地小于15％，更優(yōu)選地小于10％。

根據(jù)本發(fā)明的傳輸線有用于在分析系統(tǒng)的個(gè)別組件之間傳輸氣態(tài)樣本。傳輸線尤其有用于將流出物(包括載體和洗脫樣本組分)從氣相色譜儀傳輸?shù)较掠巫V儀。譜儀可以例如是光譜儀或質(zhì)譜儀。傳輸線可以因此調(diào)適成通過其入口端連接到氣相色譜柱并且通過其出口端連接到質(zhì)譜儀或光譜儀。具體來說，傳輸線可以在傳輸毛細(xì)管的出口端處調(diào)適成連接到電感耦合等離子體(ICP)離子源，優(yōu)選地，質(zhì)譜儀或光譜儀的ICP源。傳輸線的重量輕且柔性的優(yōu)點(diǎn)是此類配置的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閷?dǎo)致ICP源的ICP炬或其電機(jī)在所述炬的移動(dòng)期間損壞的風(fēng)險(xiǎn)減到了最小。

因此，傳輸線可以連接到包括可通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)以三維形式(x、y、z)移動(dòng)的ICP炬的ICP電離源，其中z方向一般是傳輸線的軸向方向并且x、y軸垂直于z。ICP電機(jī)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)范圍可以例如沿著三維x、y、z中的任何者在2到20mm范圍內(nèi)。例如，移動(dòng)范圍可以沿著z方向多達(dá)約10到20mm，優(yōu)選地多達(dá)約15mm，并且沿著x和y方向多達(dá)2到6mm，優(yōu)選地多達(dá)約4mm。當(dāng)傳輸線的其余部分固定時(shí)，傳輸線可以使用于傳輸線的出口端的位移的力匹配為小于電機(jī)的致動(dòng)力。每個(gè)維度(x、y、z)上的位移力(當(dāng)入口端固定時(shí)，電機(jī)移動(dòng)、抬升或彎曲傳輸線出口端所需的力)可以小于約10N，小于約5N，小于約2N，小于約1N，小于約0.5N。優(yōu)選地，位移力小于約2N，更優(yōu)選地小于約1.5N，甚至更優(yōu)選地小于約1N，又更優(yōu)選地小于約0.5N。

當(dāng)入口端連接到GC接口時(shí)，傳輸線的柔性因此允許所述線的以及具體地說出口端的三維移動(dòng)(即，升高、降低、向左或向右移動(dòng)出口端，并且還包含使出口端在遠(yuǎn)離或朝向GC烘爐的方向上移動(dòng)，以及以上一般移動(dòng)方向的任何組合，并且還包含將傳輸線折疊為“彎曲的”形狀或“彈簧”形狀。如所提及，優(yōu)選地以較小位移力(例如上述值內(nèi)的位移力)完成任何此類移動(dòng)。通常，如上所述，當(dāng)入口端連接到氣相色譜儀時(shí)，GC MS布置中的傳輸線的出口端的移動(dòng)可以通過安裝在質(zhì)譜儀噴射器(接收傳輸線出口端)處的三個(gè)正交電機(jī)來提供，其中在每個(gè)方向上的位移力優(yōu)選地小于1N。

還提供一種制造氣相色譜法傳輸線的方法，具體地說，制造如上文中所描述的包括電阻式電線的傳輸線的方法。所述方法可以包括以下步驟：

a.提供傳輸毛細(xì)管和纏繞傳輸毛細(xì)管的至少一個(gè)電阻電線；

b.將電阻電線在分配點(diǎn)處分配到傳輸毛細(xì)管上，同時(shí)使傳輸線以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；

其中分配點(diǎn)相對(duì)于傳輸毛細(xì)管的縱向移動(dòng)(或反之亦然，傳輸毛細(xì)管相對(duì)于分配點(diǎn)的縱向移動(dòng)，或同時(shí)這兩種移動(dòng))可變以產(chǎn)生電阻電線沿著傳輸毛細(xì)管的所需節(jié)距。

替代地，所述方法可以包括以下步驟：

a.提供傳輸毛細(xì)管和纏繞傳輸毛細(xì)管的至少一個(gè)電阻電線；

b.沿著傳輸毛細(xì)管的長度以恒定速度移動(dòng)電線分配點(diǎn)，同時(shí)使傳輸毛細(xì)管以可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)以便產(chǎn)生電阻電線沿著傳輸毛細(xì)管的所需節(jié)距。

在另一替代方案中，為了產(chǎn)生電阻電線沿著傳輸毛細(xì)管的所需節(jié)距，所述方法可以包括以上方法兩者，即，沿著毛細(xì)管的長度改變電線分配點(diǎn)和傳輸毛細(xì)管的相對(duì)移動(dòng)的速度，同時(shí)使傳輸毛細(xì)管以可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

傳輸毛細(xì)管可以是任何合適的傳輸毛細(xì)管，如上文中所描述，例如，其可以是可以包括在其內(nèi)表面上具有惰性涂層的金屬管道的傳輸毛細(xì)管，所述金屬管道例如不銹鋼管、鎳管、或其它合適的金屬或金屬合金管。

傳輸毛細(xì)管可以沿著其長度具有預(yù)先形成的凹槽，所述凹槽沿著傳輸毛細(xì)管的長度以螺旋方式形成，與電阻電線的預(yù)期節(jié)距相匹配。凹槽可以用來輔助電線在其分配期間的定位。因此，所述方法可以包含提供此類毛細(xì)管用于圍繞其卷繞電線。

還可以提供用于將電阻電線固定到傳輸毛細(xì)管的膠粘劑。膠粘劑可以優(yōu)選地是能夠耐受傳輸線的長期工作溫度的高溫膠粘劑，例如，在約200℃到約350℃范圍內(nèi)的溫度。作為一實(shí)例，可以使用具有-65℃到+300℃溫度范圍的高溫硅酮橡膠密封劑。所述方法可以因此進(jìn)一步包括使用高溫膠粘劑以固定電阻電線在傳輸毛細(xì)管上的位置。

根據(jù)本發(fā)明的傳輸線可以尤其在連接包括氣態(tài)樣本的其中溫度穩(wěn)定性和/或溫度控制重要的分析系統(tǒng)時(shí)使用。因此，本發(fā)明還提供包含如本文所描述的傳輸線的分析系統(tǒng)，例如包含氣相色譜儀和光譜儀的系統(tǒng)或包含氣相色譜儀和質(zhì)譜儀的系統(tǒng)。此類系統(tǒng)可以包含如上文中所描述的任何傳輸線，并且還可以包含一個(gè)或多個(gè)電源、控制器、溫度傳感器和溫度控制器等，包含上文中所描述的那些。

分析系統(tǒng)可以例如是氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)系統(tǒng)，其可以包括氣相色譜儀、如本文所描述的一個(gè)或多個(gè)傳輸線以及質(zhì)譜儀，并且其中所述系統(tǒng)和傳輸線具有連接構(gòu)件使得傳輸線具有可以流體地連接到氣相色譜儀的入口端以及可以流體地連接到質(zhì)譜儀的出口端。因此樣本可以連續(xù)地從氣相色譜儀流動(dòng)經(jīng)過傳輸線到質(zhì)譜儀中，特別是其離子源中。

所述系統(tǒng)還可以包括一個(gè)或多個(gè)電源、溫度傳感器和溫度控制器，以便提供功率到傳輸線并能夠調(diào)節(jié)傳輸線的溫度。此類電源線、傳感器和控制器可以如上文中所描述。

例如，用于調(diào)節(jié)傳輸線溫度的溫控單元和電源可以是氣相色譜儀的烘爐控制單元的用于控制容納氣相色譜儀的GC烘爐的溫度的部分。烘爐控制單元可以用于同步地斜變?nèi)嵝詡鬏斆?xì)管的溫度和GC烘爐的溫度，使得傳輸毛細(xì)管和GC烘爐具有大體上相同的溫度。

可以校準(zhǔn)溫度傳感器，使得針對(duì)傳輸線內(nèi)部溫度與跨相關(guān)溫度范圍在傳感器位置處的明顯溫度的比率或所述溫度之間的差校正溫度傳感器的讀數(shù)或讀回。換句話說，即使在溫度傳感器不提供傳輸毛細(xì)管內(nèi)的溫度的精確測(cè)量的情況下，也可以基于針對(duì)任何給定設(shè)置確定傳輸毛細(xì)管中的真實(shí)溫度而校準(zhǔn)溫度傳感器的讀數(shù)，并且可以在正常操作期間相應(yīng)地調(diào)整溫度傳感器的讀數(shù)或讀回。此類校正可以基于傳輸線內(nèi)部溫度與工作溫度范圍內(nèi)在傳輸線中的傳感器位置處的明顯或測(cè)得溫度的比率或所述溫度之間的差。如若需要，可以針對(duì)不同溫度范圍執(zhí)行此類校準(zhǔn)，并且適用校正適用于任何給定溫度范圍。

在以下實(shí)例中進(jìn)一步描述以上特征以及本發(fā)明的額外細(xì)節(jié)，以下實(shí)例意圖進(jìn)一步說明本發(fā)明但并不意圖以任何方式限制本發(fā)明的范圍。

附圖說明

技術(shù)人員將理解下文所述的圖式僅出于說明的目的。這些圖式不打算以任何方式限制本傳授內(nèi)容的范圍。

圖1示出沿著現(xiàn)有技術(shù)傳輸線(A)和改進(jìn)的現(xiàn)有技術(shù)傳輸線(B)的溫度分布，其中線的末端具有額外的熱絕緣。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸線的內(nèi)管的側(cè)視圖。經(jīng)涂布電阻式電線(導(dǎo)線)纏繞內(nèi)管。所示有三個(gè)區(qū)(I、II、III)，在其中的每一個(gè)中，繞組分別具有d1、d2和d3的節(jié)距。

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸線的側(cè)視圖。所示為插入到傳輸線的內(nèi)管中的GC柱，沿著所述GC柱纏繞兩層電阻式電線(通過例如玻璃纖維等電絕緣材料的套管分隔開)，第一層具有區(qū)(II、III)，具有改變的節(jié)距(d2、d3)，并且第二層具有一致的節(jié)距(d4)。所述管通過隔熱層封裝。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明的傳輸線的溫度分布。

圖5示出第一層(A)和第二層(B)電阻式電線對(duì)傳輸線的溫度分布的作用。

圖6示出三個(gè)替代實(shí)施例的示意性圖示，通過所述替代實(shí)施例可以改變沿著傳輸線的溫度。(A)電線繞組的脈沖寬度調(diào)制，其中在接近傳輸線的任一末端的區(qū)內(nèi)以較短距離重復(fù)間或隔開的線圈單元；(B)脈沖寬度調(diào)制的變化，其中沿著傳輸線改變線圈單元寬度；(C)其中沿著傳輸線存在三個(gè)單獨(dú)電線的配置，提供改變施加到每個(gè)電線的功率以沿著長度產(chǎn)生可變加熱的可能性。

圖7示出包含根據(jù)本發(fā)明的傳輸線的GC-MS儀器設(shè)備的示意圖。

圖8示出傳輸線的選擇對(duì)GC-MS中的分析解析度的作用。在(A)中示出使用現(xiàn)有技術(shù)傳輸線的色譜圖，而(B)中示出使用根據(jù)本發(fā)明的傳輸線獲得的色譜圖。

圖9示出使用根據(jù)本發(fā)明的傳輸線可以減少分析分離程序的運(yùn)行時(shí)間的程度。所示有(A)30min運(yùn)行的結(jié)果以及(B)20min運(yùn)行的結(jié)果。

圖10示出傳輸線出口端與ICP之間的可能連接的圖示。

圖11示出與GC烘爐介接的傳輸線的特寫圖。

圖12示出連接在GC系統(tǒng)(GC)與質(zhì)譜儀(MS)之間的柔性傳輸線

具體實(shí)施方式

在下文中，將參考圖式描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。提供這些實(shí)例以提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解而不限制其范圍。

在以下描述中，描述一系列步驟。技術(shù)人員將了解，除非上下文要求，否則步驟次序?qū)τ谒门渲煤推湫?yīng)并非至關(guān)重要。另外，技術(shù)人員將顯而易見的是無關(guān)于步驟次序，步驟之間的時(shí)間延遲的存在或不存在可存在于描述的步驟中的一些或全部之間。

轉(zhuǎn)向圖1，示出了現(xiàn)有技術(shù)傳輸線的溫度分布。典型現(xiàn)有技術(shù)傳輸線存在其末端處具有鋼連接件的缺點(diǎn)。在這些鋼連接件不絕緣的情況下，將歸因于連接件的高熱導(dǎo)率而存在明顯的熱量損耗。這通過圖1中的溫度分布示出，其中在傳輸線的兩端處發(fā)生從線中間約320℃的溫度開始的非常大的溫度下降。溫度下降導(dǎo)致對(duì)于傳輸線兩端的明顯熱量損耗，這導(dǎo)致在典型GC-MS分析期間的明顯峰增寬。

圖2中示出了用于沿著傳輸線提供一致的溫度分布的解決方案。示出了傳輸線1，其具有包括熱傳導(dǎo)材料的管或毛細(xì)管4，通常是在其內(nèi)表面上涂布有惰性材料的金屬管，例如涂布有惰性硅基涂層(例如，Sulfinert^TM)的Ni管。管的重要特征是如本文中所述的其具有較小的熱質(zhì)量且為柔性的(較小彎曲半徑)。當(dāng)就位時(shí)，管4包圍插入到傳輸線中的GC柱毛細(xì)管2的末端部分。在管4的內(nèi)表面與GC柱毛細(xì)管2的外表面之間存在環(huán)形空間，例如用于氣體的流動(dòng)，如下文所描述。在此實(shí)施例中，GC毛細(xì)管插入到傳輸線中以便接近傳輸線的末端延伸，保留到質(zhì)譜儀末端上的傳輸線末端約5到10cm的距離。然而，設(shè)備測(cè)試已經(jīng)顯示當(dāng)GC毛細(xì)管插入管4的入口端內(nèi)部?jī)H較短距離(例如，2到5cm內(nèi)，2、3或4cm)時(shí)也可能獲得高質(zhì)量色譜圖。電阻式電線3以螺旋方式纏繞熱傳導(dǎo)管4。電線的繞組在入口端區(qū)(入口區(qū)III)中具有節(jié)距d3，朝向管的相對(duì)末端(末端區(qū)I)具有節(jié)距d1，其小于管的中間(中心區(qū)II)的節(jié)距d2。末端處減小的節(jié)距提供了對(duì)管的末端的增大的加熱，以補(bǔ)償末端處的熱量損耗，并且由此提供整個(gè)管1中的一致的熱量。取決于管中使用的材料、管的長度、管在任一末端處的分離和連接，可以按需要調(diào)整節(jié)距d1、d2和d3，以便在正常操作期間提供整個(gè)管長度中的適當(dāng)溫度。每個(gè)末端或入口區(qū)可以占據(jù)傳輸毛細(xì)管的總長度的10％到40％。例如，對(duì)于50cm的傳輸線，末端或入口區(qū)可以占據(jù)傳輸線的5到20cm。

電阻式電線3還可以圍繞內(nèi)管4以兩層或繞組纏繞。具有此類雙繞組的傳輸線在圖3中示出。GC毛細(xì)管2由熱傳導(dǎo)管4包圍。電阻式電線以兩層纏繞管4(其覆蓋有例如玻璃纖維等電絕緣材料的套管)。通過卷繞電線3使得朝向管1的末端的節(jié)距d3比朝向所述管的中間的節(jié)距(d2)小來提供第一層。優(yōu)選地還在所述管的另一末端處提供更小的節(jié)距d1，在此圖示中并未顯示。

提供電線的第二層/繞組，第二繞組具有一致的節(jié)距d4并圍住第一繞組。在兩個(gè)繞組之間提供例如玻璃纖維等電絕緣材料的套管13。優(yōu)選地，電線還涂布有電絕緣材料，例如卡普頓(Kapton)薄膜。包封外部繞組的是一層熱絕緣材料，例如玻璃棉套管。

傳輸線沿著其長度提供非常穩(wěn)定的溫度分布。因此，如圖4中所示，當(dāng)加熱到約320℃時(shí)，沿著傳輸線的溫度非常恒定，僅在傳輸線的末端處具有微小偏差。總體而言，沿著所述線的溫度波動(dòng)具有僅約21℃的標(biāo)準(zhǔn)偏差，這對(duì)應(yīng)于約6.7％的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。

為了進(jìn)一步說明具有兩個(gè)繞組的電阻配線的優(yōu)勢(shì)，其中第一繞組具有不均勻節(jié)距(朝向末端更密集)且第二繞組具有一致節(jié)距，圖5中示出的數(shù)據(jù)指示每個(gè)繞組如何促成所述溫度分布。因此，在圖5A中，示出當(dāng)僅應(yīng)用第一繞組時(shí)傳輸線的溫度分布。雖然總體而言非常一致，但是溫度分布顯示出接近任一末端時(shí)的微小峰值，以傳輸線的中間為中心具有較小的大致對(duì)稱的下降。相比之下，圖5B中表示具有僅第二線的溫度分布。所述分布朝向任一末端具有溫度下降，在末端之間具有升高的溫度，其在傳輸線的中間具有峰值。因此，可以看出第二繞組能穩(wěn)定和均衡沿著傳輸線的溫度分布，并且補(bǔ)償?shù)谝浑娋€繞組的溫度分布中的微小不足。

兩個(gè)電阻式電線繞組彼此互補(bǔ)，兩者的總體效果如圖4中所示。由第一繞組引起的柱的末端處的微小峰值通過因第二繞組引起的下降而得以補(bǔ)償，且朝向傳輸線的中間反之亦然?？傮w結(jié)果是傳輸線具有非常一致的溫度分布，如圖4中所指示。

圖6中示出了用于實(shí)現(xiàn)沿著傳輸線的可變加熱的替代實(shí)施例。在A中，示出傳輸管，其具有以所謂的脈沖寬度配置(間或隔開的、相對(duì)較短的纏繞電線單元(“單元線圈”))纏繞其的電線。單元線圈相較于整體傳輸線長度相對(duì)較短。因此，存在單元線圈(通過每隔一定間隔重復(fù)的三個(gè)繞組指示)，其在朝向所述管的一個(gè)末端的單元之間以第一距離d1重復(fù)，在所述管的中心區(qū)段中以第二距離d2重復(fù)，在朝向所述管的另一末端以第三距離d3重復(fù)。通過使距離d2大于d1和/或d3，通過所述管的中心區(qū)域中的線圈進(jìn)行的熱傳輸可以比所述管的任一末端處減小，從而補(bǔ)償相應(yīng)末端處的更大熱量損耗。

在B中，示出替代實(shí)施例。此處，沿著所述管存在以固定間隔d1重復(fù)的兩個(gè)不同類型的“單元線圈”。在所述管的兩端處重復(fù)的第一單元比在所述管的中心區(qū)域中重復(fù)的第二單元更寬(更多次卷繞)?？傮w效果與A中的效果類似，即，在所述管的末端處的熱傳輸比所述管中間的熱傳輸更大。

C中示出第三替代實(shí)施例，其中示出三個(gè)電線纏繞所述管。第一電線纏繞在所述管的一個(gè)末端處，第二電線纏繞在另一末端處，并且第三電線纏繞在所述管的中心區(qū)域中。通過改變施加到電線的功率，可以例如通過在所述管的末端處施加更大功率來提供更大熱量而任意地改變來自每個(gè)電線的加熱。

根據(jù)本發(fā)明的傳輸線可以應(yīng)用于需要恒定溫度下組件之間的連接的儀器應(yīng)用中。例如，傳輸線可以非常有利于將氣相色譜儀(GC)連接到質(zhì)譜儀或光譜儀。在此類應(yīng)用中，GC柱起到分離所注入的樣本的不同組分的功能，并且下游質(zhì)譜儀和/或光譜儀可以用于在樣本由GC柱輸送時(shí)檢測(cè)樣本的組分和/或提供樣品組分的額外分離。

圖7中示出了利用傳輸線的示例性GC-MS儀器設(shè)備。示出的是氣相色譜儀20，其含有通常在熱控空間(例如，烘爐)中提供的GC柱21。GC柱經(jīng)由氣密T型頭22連接到傳輸線1的傳輸管4。GC柱與T型頭在一側(cè)上進(jìn)行氣密連接并且延伸穿過連接件并進(jìn)入連接到T型頭的相對(duì)端的傳輸管4中。在此實(shí)施例中，GC柱延伸到傳輸毛細(xì)管中約12cm，傳輸毛細(xì)管的10cm延伸到傳輸線的加熱的入口區(qū)之外并且定位在GC的熱控制空間(爐腔)內(nèi)。因此，在此配置中GC柱延伸到傳輸線的加熱的區(qū)域中約2cm。用于提供氬氣(Ar)到傳輸線中的氣體管線31也連接到T型頭。在其另一端處，氣體管線31連接到質(zhì)譜儀的氣體供應(yīng)。氣體管線可以由任何合適的惰性材料制成。例如，所述管可以由涂布sulfinert的鎳制成。在此實(shí)例中，傳輸線的管4的長度是50cm。GC柱的典型直徑范圍是ID＝0.1-0.25mm，OD＝0.32mm。在此實(shí)例中，管4的直徑(ID和OD)是ID＝0.46mm、OD＝1.53mm。

在操作期間，Ar氣體通過氣體管31饋送并進(jìn)入傳輸線1的管4中。Ar氣體管線通過GC烘爐加熱，這確保Ar氣體在進(jìn)入傳輸線時(shí)就已經(jīng)加熱。避免可能由冷的Ar氣體進(jìn)入傳輸線的管而引起的冷凝是很重要的。Ar氣體管線到傳輸線的連接因此優(yōu)選地在GC烘爐內(nèi)部，因此Ar在進(jìn)入傳輸線時(shí)處于適當(dāng)溫度下。Ar氣體通過圍繞GC柱的被包圍的末端的所述管朝向質(zhì)譜儀30饋送。隨著樣本氣體離開GC柱，樣本氣體將與流過管4的Ar氣體混合。

GC柱或其惰性延伸部分(例如，GC柱的毛細(xì)管延伸部分)將延伸到加熱的柔性傳輸線中，即延伸到柔性傳輸毛細(xì)管4中。GC柱的末端必須至少足夠遠(yuǎn)離譜儀側(cè)柔性傳輸毛細(xì)管的出口端，使得可以在樣本混合物進(jìn)入譜儀之前建立毛細(xì)管流出物和氬氣的混合物的層流。

在譜儀側(cè)，GC柱可以延伸到距傳輸線的入口端約5到10cm。然而，可為優(yōu)選的是GC柱(或其延伸部分)延伸到傳輸線的入口區(qū)中約1到10cm的范圍，優(yōu)選地延伸到傳輸線的入口區(qū)中約1到5cm，或約2cm。內(nèi)管中氣體流量通常為約1L/min，其比流過GC柱的氣體流量大得多(流過GC柱的氣體流量通常為約1.6mL/min)。

通過連接到所述管的溫度傳感器監(jiān)測(cè)傳輸線的溫度，并且將傳感器信號(hào)發(fā)送到GC的控制單元(未示出)，所述控制單元是用于控制容納GC柱的GC烘爐的同一控制單元。因此，可通過連接到GC的計(jì)算機(jī)和軟件以及任選地ICP MS(例如)使用GC的延伸控制孔口來控制傳輸線的溫度。因此，可能基于烘爐的溫度控制傳輸線溫度。在此實(shí)施例中，還可能使傳輸線溫度與GC烘爐同步地斜變，使得GC烘爐中的溫度和傳輸線中的溫度相同或大體上相同。因此，傳輸線可以被視為GC烘爐的有效“延伸部分”。

ICP炬的位置通過所述炬的三維移動(dòng)來優(yōu)化。因此，傳輸線必須具有柔性，以便允許IPC源和連接到IPC源的傳輸線末端的此類三維移動(dòng)。傳輸線必須具有柔性，使得所連接的傳輸線末端的此類三維移動(dòng)不會(huì)對(duì)ICP源產(chǎn)生應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明的傳輸線適用于此要求，因?yàn)槠浞浅］p而且還具有高度柔性，這意味著在靜止時(shí)傳輸線對(duì)ICP源產(chǎn)生最小的應(yīng)力，同時(shí)還具有柔性以允許在具有來自所連接的傳輸線的最小阻力下的ICP源的三維移動(dòng)。用于傳輸線的出口端(附接到ICP源的末端)的位移的力可以匹配為小于驅(qū)動(dòng)ICP炬的電機(jī)的致動(dòng)力。電機(jī)的致動(dòng)力可以在三個(gè)維度上不同(例如，在x和y方向上為40N，在z方向上為170N)，并且可以調(diào)整傳輸線以便具有小于沿著ICP炬的任何方向的位移力，例如10N或更小。

傳輸線的另一優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)不使用時(shí)可以簡(jiǎn)單地折疊或收放所述傳輸線。此外，傳輸線可以制得極其長以適用于不同應(yīng)用。當(dāng)不需要全部長度的傳輸線時(shí)，例如當(dāng)GC與MS之間的距離較短時(shí)，可以折疊多余的傳輸線并放置在儀器的罩蓋內(nèi)部或以螺旋方式纏繞。這是優(yōu)于許多現(xiàn)有技術(shù)傳輸線的一大改進(jìn)，許多現(xiàn)有技術(shù)傳輸線沉重且不具有柔性，因此需要在兩個(gè)儀器之間的固定幾何形狀，并且還對(duì)ICP炬產(chǎn)生高負(fù)載以及在三維移動(dòng)期間對(duì)所述炬產(chǎn)生明顯應(yīng)力。

圖12示意性地示出了當(dāng)傳輸線1連接在GC系統(tǒng)(20)與質(zhì)譜儀(30)的ICP炬入口之間時(shí)的柔性。其高度柔性使傳輸線能夠跨越GC與MS之間的一定范圍的距離。傳輸線的長度比GC與MS之間的介接距離更長(通常大體上更長)以及其高度柔性意味著傳輸線可以折疊以便配合系統(tǒng)之間的空隙，例如，當(dāng)傳輸線連接在兩個(gè)系統(tǒng)之間時(shí)折疊成如圖所示的螺旋類或彎曲形狀。

傳輸線的又一優(yōu)點(diǎn)是歸因于其窄外徑，可以經(jīng)由極小的出口狹縫或出口孔將傳輸線饋送到GC外。

通過在GC-MS應(yīng)用中使用根據(jù)本發(fā)明的傳輸線能獲得明顯的分析改進(jìn)。此改進(jìn)通過圖8中示出的有機(jī)錫化合物的混合物的色譜圖示出。使用連接氣相色譜儀和質(zhì)譜儀的常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)傳輸線獲得上方的色譜圖。在上方的色譜圖(現(xiàn)有技術(shù))中解析度和信噪比較小，因此對(duì)于許多應(yīng)用，較低強(qiáng)度峰(特別是稍后的洗脫峰(p))存在的信號(hào)以及分析是不可接受的。相比而言，使用根據(jù)本發(fā)明的傳輸線獲得下方的色譜圖。相較于上方的色譜，可以看出峰寬和峰距的極大改進(jìn)，這說明通過具有沿著傳輸線的一致溫度而獲得的改進(jìn)。

增大的解析度的另一優(yōu)點(diǎn)是可以減少任何給定分析性分析的運(yùn)行時(shí)間。這在比較圖9中示出的時(shí)間信號(hào)時(shí)顯而易見。針對(duì)30分鐘長時(shí)間的分析運(yùn)行獲得上方的色譜，而在相同分析樣本的20分鐘的運(yùn)行期間獲得下方的色譜。在下方的色譜中獲得適當(dāng)峰距，并且減少的運(yùn)行時(shí)間意味著儀器的輸送量明顯增大。

傳輸線的又一優(yōu)點(diǎn)是可以易于執(zhí)行需要快速溫度改變的復(fù)雜分析程序，使得沿著傳輸線在任何給定時(shí)間的溫度恒定。例如，分析方法可能要求初始溫度(T1)在時(shí)間t2快速斜變到第二溫度(T2)，在第三時(shí)間t3斜變到第三溫度T3，等等。使用不適于快速溫度斜變的常規(guī)傳輸線不易于實(shí)現(xiàn)此類方法。因此，本發(fā)明的傳輸線提供適用復(fù)雜分析方法的唯一可能性。此類方法的一個(gè)實(shí)例(圖8的下方的軌跡圖示出使用此方法獲得的色譜圖)涉及GC-MS應(yīng)用，其中執(zhí)行以下步驟：

a)35℃的初始階段持續(xù)1min。

b)以25℃/min的速率斜升到160℃。

c)以12℃/min的速率斜升到220℃。

d)以40℃/min的速率斜升到320℃。

e)保持320℃的溫度持續(xù)0.5min。

通過謹(jǐn)慎選擇這些參數(shù)，并且能夠(a)沿著傳輸線長度快速且均勻地改變溫度以及(b)沿著傳輸線保持適當(dāng)溫度，可以針對(duì)任何分析挑戰(zhàn)視需要設(shè)計(jì)分離方法。

圖10示出在傳輸線出口端與ICP炬(例如，ICP-MS的ICP炬)之間的可能連接的實(shí)例。傳輸線1的傳輸毛細(xì)管4優(yōu)選地延伸到炬40中，在所述炬的內(nèi)管41內(nèi)部，在所示出的情況下距所述炬的中心管的朝向等離子體的末端大致3cm(距離a)(通常在1到5cm的范圍內(nèi))處終止。示出了用于引入等離子氣體和輔助氣體的孔口42。

圖11示出跨越氣相色譜儀20的GC烘爐的壁23的介接的特寫圖。傳輸線1的主動(dòng)加熱區(qū)1a延伸到GC烘爐的壁23中而不是延伸到烘爐的爐腔內(nèi)部。GC柱21延伸穿過T-形接管22并進(jìn)入傳輸線的管4中(GC烘爐內(nèi)的裸管4表示傳輸線1的非主動(dòng)加熱部分)。通常，毛細(xì)管2延伸到主動(dòng)加熱區(qū)1a中在GC柱的1到5cm內(nèi)，并且在上文圖7中示出的配置中，GC柱毛細(xì)管的此部分是2cm。氬氣通過氣體管線31饋送到傳輸線中。

從以上內(nèi)容顯而易見根據(jù)本發(fā)明的傳輸線提供了優(yōu)于此項(xiàng)技術(shù)中已知的傳輸線的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，包含：

a.所述傳輸線提供了非常均質(zhì)的溫度分布，既不具有可能導(dǎo)致冷凝的“冷點(diǎn)”，也不具有可能導(dǎo)致熱不穩(wěn)定的化合物的劣化的“熱點(diǎn)”。

b.歸因于具有較小熱質(zhì)量，所述傳輸線中的溫度可以非?？焖俚氐男弊?。類似地，傳輸線中的溫度可以非?？焖俚乩鋮s。

對(duì)傳輸線加熱的功耗相較于現(xiàn)有技術(shù)的大型設(shè)計(jì)(例如，用于加熱的功耗可能是約80W，用于保持315℃的溫度的功耗為約15W)非常小。

c.所述傳輸線由于改進(jìn)的溫度分布而在GC-MS和/或GC光譜儀分析期間提供優(yōu)越的峰距。

d.相較于此項(xiàng)技術(shù)中通常沉重、巨大且不靈活的傳輸線，所述傳輸線具有較小的外徑和較輕的重量。

e.所述傳輸線具有極大柔性，這對(duì)于連接到例如對(duì)外部連接提供的應(yīng)力敏感的ICP炬來說至關(guān)重要。

f.所述傳輸線的能效極佳。

g.所述傳輸線可以連接到GC電子設(shè)備，從而提供適宜的電子溫度控制，并且其可以例如經(jīng)過編程使得所述傳輸線的溫度分布模仿GC柱的溫度分布。

h.所述傳輸線歸因于其簡(jiǎn)單的構(gòu)造和較小的質(zhì)量而可以相對(duì)低的成本來制造(和更換)。

如本文所用，包括在權(quán)利要求書中，除非上下文另外指示，否則術(shù)語的單數(shù)形式應(yīng)理解為也包括復(fù)數(shù)形式，并且反之亦然。因此，應(yīng)注意，除非上下文另外明確規(guī)定，否則如本文所用，單數(shù)形式“一”和“所述”包括多個(gè)參考物。

在整個(gè)說明書和權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”、“包含”、“具有”和“含有”以及其變化形式應(yīng)理解為意指“包含(但不限于)”，且并不意圖排除其它組分。

在項(xiàng)、特征、值和范圍等結(jié)合例如約、大約、通常、大體上、基本上、至少等術(shù)語使用時(shí)，本發(fā)明也涵蓋確切的這些項(xiàng)、特征、值和范圍等(即，“約3”也將涵蓋確切3，或“大體上恒定”也將涵蓋確切恒定)。

術(shù)語“至少一個(gè)”應(yīng)理解為意指“一個(gè)或多個(gè)”，并且因此包含具有一個(gè)或多個(gè)組件的兩個(gè)實(shí)施例。此外，參考用“至少一個(gè)”描述特征的獨(dú)立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求在所述特征被提及為“所述”以及“所述至少一個(gè)”時(shí)均具有相同含義。

應(yīng)了解，可對(duì)本發(fā)明的前述實(shí)施例作出改變而仍屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。除非另外說明，否則說明書中所揭示的特征可經(jīng)用于相同、等效或類似目的的替代特征替換。因此，除非另外說明，否則所揭示的每個(gè)特征表示一系列通用等效或類似特征的一個(gè)實(shí)例。

使用例如“舉例來說”、“例如”等的示例性語言僅意圖更好地說明本發(fā)明而不指示對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，除非如此要求。除非上下文另外明確指示，否則說明書中描述的任何步驟可按任何次序或同時(shí)進(jìn)行。

說明書中所揭示的所有特征和/或步驟可按任何組合來組合，至少一些特征和/或步驟相互排斥的組合除外。確切地說，本發(fā)明的優(yōu)選的特征適用于本發(fā)明的所有方面且可以任何組合形式使用。