復(fù)合管中的液體的可控水平除氣的制作方法
【專利說(shuō)明】復(fù)合管中的液體的可控水平除氣
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年3月15日提交的題為"DEGASSING OF A LI卵ID TO CONTROLLED LEVEL IN COMPOS口E TUBE(復(fù)合管中的液體的可控水平除氣）"美國(guó)臨時(shí)專利 申請(qǐng)第61/788, 146號(hào)的優(yōu)選權(quán)，為了所有目的，其W參見(jiàn)的方式納入本文。 陽(yáng)00引發(fā)明背景
[0004] 為了分析和制備目的，液體色譜法在很多工業(yè)中用于純化化學(xué)和生物化合物。在 液體色譜法中W及在諸如微流控技術(shù)的其它液體處理努力中，溶解氣濃度的控制是精確測(cè) 定液體、探測(cè)感興趣的種類(lèi)W及將運(yùn)些種類(lèi)從污染物中分離出來(lái)的前提。溶解氣，尤其是溶 解〇2,可W與感興趣的種類(lèi)、攜帶運(yùn)些種類(lèi)的液體W及運(yùn)些種類(lèi)可通過(guò)的媒介（例如，管道、 色譜柱）反應(yīng)，從而使純化過(guò)程復(fù)雜化。氣體還可W吸收光并干擾液流中的種類(lèi)的光學(xué)探 巧。。運(yùn)些問(wèn)題因除氣、溶解氣由于例如液體壓力下降、溫度上升或溶液成分變化而析出的現(xiàn) 象變得更加嚴(yán)重。
[0005] 降低液體中的氣體濃度的已知方法包括例如鼓泡和真空除氣。鼓泡包括使諸如氮 氣的微溶氣體通過(guò)液體起泡，從而從液體置換和除去諸如氧氣的更多可溶氣體。真空除氣 包括諸如通過(guò)抽空在液體上方的空間或緊靠與液體接觸的可透氣膜抽真空將真空施加到 液體。在存在真空下，液體中的氣體溶解度會(huì)根據(jù)亨利定律下降，并且氣體會(huì)逸出液體。在 Bakalyar等人的J.Qiromatogra地y158, 277-293, 1978 中、在Snyder等人的Introduction toModernLiquidQiromatogra地y, 3rded.,化WYork:Wiley, 2010 中W及其它地方討論 了除氣策略。
[0006] 運(yùn)些方法是勞動(dòng)密集的并且在真空除氣的情況下，需要外部真空源和鄰接液體的 空間的正確密封等因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本文提供了液體消泡或除氣的裝置、方法和系統(tǒng)。
[0008] 在第一方面，提供了裝置。在某些實(shí)施例中，該裝置包括管，該管包括空屯、管腔和 包圍所述管腔的透氣不透液的壁；W及包住管的多孔外護(hù)套。多孔外護(hù)套可W包括例如含 氣聚合物或編織過(guò)的不誘鋼。管的長(zhǎng)度可W是至少1cm。在某些實(shí)施例中，管具有圓形橫截 面，而在某些實(shí)施例中，管腔的平均直徑可W在l-20mm范圍內(nèi)。在某些實(shí)施例中，壁的平均 厚度在0.l-5mm的范圍內(nèi)。壁可包括例如P0RIDEX?或Teflon巧AF并且可W選擇性讓氧氣 透過(guò)。
[0009] 在某些實(shí)施例中，管還包括上游端并且裝置還包括驅(qū)動(dòng)液體進(jìn)入管的累，所述累 連接到上游端。累可W例如是容積累。在某些實(shí)施例中，管還包括下游端并且裝置還包括阻 止液體流出管的設(shè)備，所述設(shè)備連接到下游端。設(shè)備可W是例如累，色譜柱或壓力調(diào)節(jié)器。
[0010] 在第二方面，提供了液體消泡或除氣的方法。該方法包括步驟：提供如上所述的裝 置；將液體通過(guò)裝置的管；W及允許氣體通過(guò)管壁逸出，使得液體中的氣體濃度在液體進(jìn) 入管時(shí)比在其離開(kāi)管時(shí)高。在某些實(shí)施例中，離開(kāi)管的液體具有至少1、5或lOppm的氧氣 濃度。
[0011] 或者，該方法可W包括：提供包括空屯、管腔和包圍所述管腔的透氣不透液的壁的 管；W及允許氣體通過(guò)管壁逸出，其中，與管的外部接觸的氣體總壓力是至少0. 5己絕對(duì)壓 力。在某些實(shí)施例中，沒(méi)有真空施加到管的外部。在某些實(shí)施例中，與管的外部接觸的氣體 是環(huán)境空氣，或包括例如氧氣或氮?dú)?。與管的外部接觸的氣體總壓力可W在例如0. 5-10己 絕對(duì)壓力的范圍內(nèi)。
[0012] 在本文所述方法中，液體可W在例如至少0.1己表壓、或在0.1-1己表壓的范圍內(nèi) 的正向壓力下通過(guò)管。在某些實(shí)施例中，正向壓力可W對(duì)應(yīng)于至少1、5或lOppm的液體中 的氧氣溶解度。液體可例如0. 1-lOOmL/min的速度通過(guò)管。
[0013] 在第=方面，提供了液體消泡或除氣的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括：管，該管包括空屯、管腔、 包圍所述管腔的透氣不透液的壁、上游端和下游端；包住管的多孔外護(hù)套；連接到管的上 游端的累；W及連接到管的下游端的設(shè)備，其中，累驅(qū)動(dòng)液體進(jìn)入管，設(shè)備阻止液體流出管， 并且氣體允許通過(guò)管壁逸出。
[0014] 在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)還包括連接到管的上游端或下游端的消泡器。
[0015] 系統(tǒng)的設(shè)備可W是例如累，色譜柱或壓力調(diào)節(jié)器。在系統(tǒng)的某些實(shí)施例中，與管的 外部接觸的氣體總壓力是至少0. 5己絕對(duì)壓力。在某些實(shí)施例中，液體在至少0. 1己表壓 的正向壓力下通過(guò)管。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的除氣裝置的示意圖。
[0017] 圖2示出了表示氣體濃度的變量可相對(duì)于除氣裝置確定的情況。
[0018] 圖3示出了在上游端連接到的累和在下游端阻止液體離開(kāi)管的設(shè)備的除氣裝置 的管。
[0019] 圖4示出了作為通過(guò)系統(tǒng)的距離的函數(shù)的液體色譜法系統(tǒng)中的溶解氧的濃度。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 發(fā)明人已經(jīng)作出了關(guān)于液體除氣方面的發(fā)現(xiàn)。例如，在某些方面，發(fā)明人已經(jīng)驚奇 地發(fā)現(xiàn)，除氣可W在大氣壓力下（即，沒(méi)有施加外部真空）通過(guò)在壓力下使液體通過(guò)透氣管 實(shí)現(xiàn)。運(yùn)可W可選地通過(guò)用包圍管的護(hù)套加強(qiáng)管實(shí)現(xiàn)。因此，本文提供了液體除氣的裝置。 裝置包括液體通過(guò)的管（圖1)。管又包括空屯、管腔和包圍管腔的透氣不透液的壁。管中的 液體壓力驅(qū)動(dòng)氣體穿過(guò)壁到壁外的空間，并且由此提供除氣的驅(qū)動(dòng)力。
[0021] 裝置還可用于消泡。如在領(lǐng)域中所理解的術(shù)語(yǔ)，除氣指的是溶解氣的從液體去除， 而消泡指的是未溶解氣的去除。對(duì)于容納在封閉容器中的液體，氣體分子在溶解狀態(tài)和未 溶解狀態(tài)之間處于平衡狀態(tài)，并且平衡狀態(tài)可由于壓力或其它條件變化而改變，從而導(dǎo)致 氣體溶解或析出。同一裝置或方法可W同時(shí)用于實(shí)施消泡和除氣。
[0022] 術(shù)語(yǔ)'透氣的'具有本領(lǐng)域中所普遍理解的含義。如果諸如氧氣的氣體可大 于諸如10、100、1000、10000或lOOOOOcentibarrers(厘己）的從業(yè)者所需的闊值的速度 或程度穿過(guò)壁，則管壁被認(rèn)為是'透氣的'。壁的物理特性部分地確定氣體分子穿過(guò)壁的輸 送性質(zhì)。運(yùn)些物理特性包括例如壁厚和壁中的氣孔大小。在裝置的某些實(shí)施例中，管壁具 有在0.l-5mm范圍內(nèi)的平均厚度。氣孔大小是制成壁的一種或多種材料、即壁包括的材料 (各種材料）的性質(zhì)。在某些實(shí)施例中，壁包括PORIDEX?或諸如Teflon渡AF的非晶全氣化 (perfluorinated)聚合物。氣體分子可W沿兩個(gè)方向穿過(guò)壁：從在管內(nèi)的液體到在管外的 空間，W及沿相反的方向。
[0023] 術(shù)語(yǔ)'不透液的'也具有本領(lǐng)域中所普遍理解的含義。如果諸如水的液體W不超 過(guò)從業(yè)者所需的闊值的速度或程度穿過(guò)壁，則管壁被認(rèn)為是'不透液的'。例如，在運(yùn)行條件 下，在某些實(shí)施例中，穿過(guò)壁的水的總量不超過(guò)每小時(shí)0. 〇〇1、〇. 〇1、〇. 1、1、1〇或lOOmL。結(jié) 合起來(lái)，術(shù)語(yǔ)'透氣的'和'不透液的'，當(dāng)應(yīng)用于管壁時(shí)，可W被理解成意味著壁選擇性讓氣 體透過(guò)，因?yàn)楸谠试S氣體比液體更容易通過(guò)。在裝置的某些實(shí)施例中，管壁可W選擇性地讓 氧氣透過(guò)，該氣體使液體色譜法中的樣品純化復(fù)雜化并且可W是除氣努力的目標(biāo)。
[0024] 除了管外，裝置還可包括包住管的多孔外護(hù)套（圖1)。護(hù)套賦予管機(jī)械強(qiáng)度，例 如允許管更容易彎曲并且防止管由于液體壓力而膨脹。護(hù)套可W具有與管的長(zhǎng)度相等的長(zhǎng) 度，但運(yùn)不是必須的。在某些實(shí)施例中，護(hù)套直接位于管上并且與管的外部（即，管壁的外 偵。接觸。護(hù)套可W沿管長(zhǎng)的一些或全部接觸外部，或在外部的某些區(qū)域或全部區(qū)域上面。 護(hù)套是'多孔的'，因?yàn)槠湓试S被驅(qū)動(dòng)從液體穿過(guò)壁的氣體逸出到裝置外的空間，并且允許 在壁和護(hù)套之間的空間中的氣體與在裝置外的氣體快速平衡。因此，不管護(hù)套是否存在，存 在于裝置外的氣體都被認(rèn)為與管的外部接觸。沒(méi)有限制，護(hù)套可W包括含氣聚合物或編織 過(guò)的不誘鋼或者兩者。
[00巧]遍及或包圍裝置的條件被稱為'環(huán)境'，并且它也影響除氣的效率。運(yùn)些條件包括 例如溫度、可能存在于裝置外的各種氣體的分壓力W及大約等于運(yùn)些分壓力之和的總氣體 壓力。亨利定律規(guī)定在平衡狀態(tài)的液體中的氣體溶解度與在液體上方的該氣體的分壓力成 比例。在亨利定律的反映下，與管的外部接觸的氣體壓力影響在管內(nèi)的氣體溶解度，但壁的 存在能減緩內(nèi)外之間的氣體分子交換，使得該平衡狀態(tài)在液體通過(guò)管的時(shí)間刻度上不一定 實(shí)現(xiàn)。當(dāng)在沒(méi)有液體壓力下將液體直接暴露于氣體（沒(méi)有介于中間的管壁或護(hù)套）并允許 平衡狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)存在的液體中的氣體溶解度或等效地在飽和狀態(tài)的液體中的氣體濃度在 此被稱為其環(huán)境溶解度（Oa)。環(huán)境溶解度依賴于環(huán)境條件，并且通常在越高的壓力和越大 的溫度下越高。
[00%] 在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，裝置可W放在密閉容器中，從而允許控制裝置暴露于 的環(huán)境條件。例如，裝置可W沉浸在可控壓力下的諸如氧氣或氮?dú)饣蛴邢藿M合的氣體的純 化氣體。在某些情況下，要求選擇足夠高的壓力W防止過(guò)度除氣，如下所述。
[0027] 因此，管暴露于的氣體總壓力可W例如是高達(dá)10己（絕對(duì)壓力）。
[0028] 在其它實(shí)施例中，諸如當(dāng)密閉容器不存在時(shí)，與管的外部接觸的氣體（或氣體混 合物）是周?chē)諝?，并且總氣體壓力僅僅是普遍的大氣壓力。類(lèi)似地，環(huán)境溫度可W是室溫 或裝置位于的環(huán)境中的溫度。大氣壓力通常根據(jù)海拔和天氣條件等因素從大約0.5己（絕 對(duì)壓力）變化到1. 1己（絕對(duì)壓力）。因此，在某些實(shí)施例中，與管的外部接觸的氣體總壓 力是至少0. 5、0. 6、0. 7、0. 8或0. 9己（絕對(duì)壓力）。在某些實(shí)施例中，不管密閉容器是否存 在于裝置周?chē)?，都沒(méi)有真空施加到管的外部。
[0029] 沒(méi)有真空簡(jiǎn)化了裝置的構(gòu)造和操作并且使裝置與本領(lǐng)域中的其它已知除氣器區(qū) 分開(kāi)。具體地說(shuō)，沒(méi)有真空可W減少對(duì)管的機(jī)械加強(qiáng)的需求。當(dāng)大壓差存在于管的管腔和 外部之間時(shí)，運(yùn)種加強(qiáng)可w有利于防止管膨脹或爆裂。包住管并提供機(jī)械強(qiáng)度的多孔外護(hù) 套可W用于本發(fā)明的任何實(shí)施例中，但當(dāng)環(huán)境氣體壓力足夠高或管的管腔和外部之間的壓 差足夠低時(shí)不必存在。
[0030] 管中驅(qū)動(dòng)除氣的液體壓力被稱為'