專利名稱：便攜式液相色譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液相色譜儀，尤其是涉及一種便攜式液相色譜儀。
背景技術(shù)：
高效液相色譜(簡(jiǎn)稱HPLC)是一門廣泛用于分離分析的技術(shù)，它具有分離效能高、選擇性好、檢測(cè)靈敏度高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)。在環(huán)境分析和生命分析中的廣泛應(yīng)用更使高效液相色譜成為現(xiàn)代分析科學(xué)的核心技術(shù)之一，近年來(lái)液相色譜儀器一直居于分析儀器需求量首位。
現(xiàn)有的高效液相色譜儀一般由輸液系統(tǒng)01、進(jìn)樣系統(tǒng)02、色譜柱03、檢測(cè)系統(tǒng)04、數(shù)據(jù)記錄與處理系統(tǒng)05和溫度控制裝置06等部分組成，檢測(cè)器、泵和色譜柱是HPLC的三大關(guān)鍵部件。樣品由進(jìn)樣器進(jìn)入色譜柱中，輸液系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)相攜帶樣品物質(zhì)流過色譜柱，樣品中的不同組分因其性質(zhì)的不同得以相互分離而先后進(jìn)入檢測(cè)器，按其物理化學(xué)特性轉(zhuǎn)換為易測(cè)量的電信號(hào)，由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)記錄下或?qū)胗?jì)算機(jī)07進(jìn)行顯示處理。其儀器的基本結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。
輸液系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)液裝置、脫氣裝置、輸液泵、梯度洗脫裝置和管路等。儲(chǔ)液裝置的容器通常用不銹鋼、玻璃或聚四氟乙烯塑料等制成，置于儲(chǔ)液容器中的吸液導(dǎo)管一般裝有不銹鋼燒結(jié)的過濾器；流動(dòng)相通過加熱、抽真空、吹氮?dú)饣虺暡ǚ椒ㄟM(jìn)行脫氣后裝入儲(chǔ)液容器中，有的儀器裝有在線脫氣裝置；流動(dòng)相通過高效液相色譜柱時(shí)受到的阻力較大，需要用高壓泵驅(qū)動(dòng)，常用的高壓輸液泵是往復(fù)式柱塞泵，能夠提供高達(dá)40～50MPa的壓力，但因其結(jié)構(gòu)決定，往復(fù)式柱塞泵存在難以避免的存在輸出壓力脈動(dòng)大、輸出流速范圍有限、在超低流量下精度有限等缺陷，且體積重量大、成本較高；在分離過程中可以改變流動(dòng)相組成以求在盡量短的時(shí)間內(nèi)獲得較好的分離效果的方法稱為梯度洗脫，HPLC儀器通常都配置梯度洗脫裝置，用多個(gè)高壓泵驅(qū)動(dòng)的幾個(gè)流動(dòng)相組分在混合器中混合的方式稱為高壓梯度，用電磁比例閥使各組分在低壓下混合再進(jìn)入一個(gè)高壓泵的方式稱為低壓梯度；HPLC中的液體管路通常使用不銹鋼或高聚物材料制成，內(nèi)徑一般為0.1～0.8mm；輸液系統(tǒng)還包括一些輔助設(shè)備如脈動(dòng)阻尼器、壓力測(cè)量裝置和流速測(cè)量裝置等。
高效液相色譜系統(tǒng)的進(jìn)樣裝置要求密封性好、死體積小及具有良好的重復(fù)性，目前HPLC儀器上常用的進(jìn)樣裝置是高壓六通閥，具有定量準(zhǔn)確、抗壓力好等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是它對(duì)樣品的定量是靠一定體積的定量管，進(jìn)樣體積最小值有限，不適合作為微色譜的進(jìn)樣閥。
HPLC的分離柱主要由柱管和填料組成。柱管由管壁和兩端接頭套件及柱頭篩板組成，一般由不銹鋼管或高聚物制成，管內(nèi)壁高度拋光。內(nèi)徑一般在1～4.6mm之間，內(nèi)徑大于4.6mm的一般稱為制備型柱，內(nèi)徑小于1mm的稱為微色譜柱或微柱。不銹鋼柱管強(qiáng)度高、耐壓性好，但抗腐蝕性較差；聚合物材料如聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)等具有極佳的抗腐蝕性能，但抗壓性略遜于不銹鋼，且成本較高。色譜柱的填料是樣品實(shí)現(xiàn)分離的關(guān)鍵，按填料的填充方式可分為填充柱和整體柱。填充柱是把直徑數(shù)微米至數(shù)百微米的球狀固定相顆粒緊密填充于柱管中，顆粒直徑越小，分離效率越高，但通透性越差，工作壓力越大；整體柱的固定相直接聚成在柱管里，優(yōu)點(diǎn)是通透性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但整體柱目前應(yīng)用不多。
高效液相色譜的檢測(cè)器分為通用型檢測(cè)器和專用檢測(cè)器。通用型檢測(cè)器如示差折光檢測(cè)器、電導(dǎo)檢測(cè)器等適用范圍廣，但對(duì)于流動(dòng)相有響應(yīng)而不適合用于梯度洗脫，靈敏度也較低，在儀器上使用并不廣泛。專用檢測(cè)器對(duì)檢測(cè)組分具有而流動(dòng)相組分不具有的某種性質(zhì)產(chǎn)生響應(yīng)，靈敏度較高，對(duì)流動(dòng)相變化不敏感，可以進(jìn)行梯度淋洗的檢測(cè)。應(yīng)用非常廣泛的是紫外-可見吸收檢測(cè)器和熒光檢測(cè)器。
紫外吸收檢測(cè)器是基于朗伯一比爾定律，通過測(cè)量樣品的吸光度測(cè)定其濃度，它只對(duì)有紫外-可見吸收的物質(zhì)有響應(yīng)。紫外-可見吸收檢測(cè)器一般包括光源08、流通池09、光路系統(tǒng)010與011和光電轉(zhuǎn)換器件012。紫外-可見吸收檢測(cè)器常用的光源是低壓汞燈、氘燈、鹵鎢燈等，波長(zhǎng)范圍為190～800nm。光路系統(tǒng)一般由棱鏡、透鏡、光柵等組成，用于光信號(hào)的傳導(dǎo)和分光。流通池的結(jié)構(gòu)通常有Z型、H型和圓錐型等。流通池體積越小，檢測(cè)器死體積越小，對(duì)柱分離效果影響越??；流通池光程越長(zhǎng)，靈敏度越高。紫外-可見吸收檢測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換器件一般有光電倍增管、光電二極管陣列(PDA)等。紫外-可見吸收檢測(cè)器使用方便，應(yīng)用范圍廣泛。目前的商品儀器體積重量都比較大，常見產(chǎn)品的流通池體積為8～10μl、光程為5～10mm，不適合用于微色譜系統(tǒng)，有的產(chǎn)品配備了微小體積的流通池，但其成本較高。紫外檢測(cè)器的基本原理如圖2。
熒光檢測(cè)器是基于檢測(cè)某些化合物吸收光輻射后發(fā)出的熒光強(qiáng)度來(lái)測(cè)定物質(zhì)濃度的專用型檢測(cè)器，熒光檢測(cè)器適用于檢測(cè)能發(fā)熒光或能通過熒光衍生發(fā)熒光的物質(zhì)。其靈敏度是常用檢測(cè)器中最高的，因此應(yīng)用也很廣泛。熒光檢測(cè)器也由光源013、光路系統(tǒng)014與015、流通池016和光電轉(zhuǎn)換器017等部件組成，與紫外-可見吸收檢測(cè)器主要不同之處是檢測(cè)光路與入射光路成一定角度，通常為直角。熒光檢測(cè)器的基本原理如圖3。
目前HPLC儀器的數(shù)據(jù)采集處理以及系統(tǒng)控制通常都由微型計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。某些型號(hào)的儀器還帶有溫度控制系統(tǒng)和柱切換系統(tǒng)等附加裝置。
分析儀器的便攜化是目前國(guó)際環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。研制開發(fā)“便攜式的分析儀器”一方面可以降低分析測(cè)試成本、技術(shù)易于掌握、使用快捷方便，更重要的是便于攜帶，適于野外現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，易于被環(huán)保部門接受。而常用的液相色譜儀器的輸液泵、分離柱、檢測(cè)器、控制器等因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)限制都很難做得小巧輕便。目前還沒有出現(xiàn)商品化的便攜式液相色譜儀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的液相色譜儀難以做得小巧輕便的不足，為了實(shí)現(xiàn)液相色譜儀器的便攜化，提供一種體積小、質(zhì)量輕、功耗低，并且各個(gè)部件具有高集成度，一物多用，結(jié)構(gòu)緊湊的便攜式液相色譜儀。
本發(fā)明的技術(shù)方案是以精密注射泵驅(qū)動(dòng)流動(dòng)相，可以進(jìn)行流動(dòng)相梯度洗脫；以毛細(xì)管整體柱作為預(yù)富集/分離柱，柱末端與檢測(cè)系統(tǒng)的流通池直接相連；檢測(cè)系統(tǒng)以發(fā)光二極管為光源，以光柵光譜儀為光信號(hào)檢測(cè)器，光源、流通池和檢測(cè)器之間以光纖連接；檢測(cè)系統(tǒng)的流通池一物兩用，既可以作為紫外-可見吸收流通池也可以作為熒光流通池使用；根據(jù)樣品的光譜特性，通過改換光纖組件的連接方式就可以選擇紫外-可見吸收或熒光檢測(cè)兩種檢測(cè)模式。不安裝色譜柱時(shí)，便攜式液相色譜儀也可作為流動(dòng)注射式紫外-可見分光光度計(jì)或熒光光度計(jì)使用。
本發(fā)明設(shè)有注射泵、進(jìn)樣閥、光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池及其配套光纖組件、毛細(xì)管整體柱、光柵光譜儀、光電二極管光源、平板式電腦、廢液瓶和電源，所有部件安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。注射泵的注射器出口接進(jìn)樣閥的進(jìn)口，進(jìn)樣閥的樣品出口接毛細(xì)管整體柱的入口，毛細(xì)管整體柱的出口接光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池，光電二極管光源由分岔光纖分別導(dǎo)入光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池和光柵光譜儀，光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的透射光或熒光由光纖導(dǎo)入光柵光譜儀中，光柵光譜儀的吸光度或熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出端接平板式電腦并獲得被測(cè)物的光譜信息和相應(yīng)的譜圖，光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的流路出口管路連接廢液瓶，注射泵的控制端接平板式電腦串口通訊接口。
毛細(xì)管整體柱和光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池最好安裝在一個(gè)可調(diào)式微柱安裝架上，可調(diào)式微柱安裝架設(shè)有固定板、下滑塊和上滑塊，在固定板上設(shè)有縱向溝槽、用于固定圓柱形三通混合器的縱向槽和固定孔，在固定板背面還設(shè)有用于限定連接泵和三通混合器管路的前后兩橫向槽；下滑塊設(shè)于固定板上表面，由螺栓固定于固定板上的縱向溝槽，螺母嵌在縱向溝槽內(nèi)，下滑塊限定于縱向溝槽中移動(dòng)，在下滑塊的上表面設(shè)有半圓槽；上滑塊設(shè)于下滑塊上，由螺栓固定于下滑塊上表面，螺母嵌在下滑塊的固定孔的沉槽中，在上滑塊的下表面設(shè)有半圓槽。所述的縱向溝槽最好為兩段平行縱向溝槽。下滑塊為矩形柱體，半圓槽設(shè)于下滑塊的中部。上滑塊為矩形柱體，半圓槽設(shè)于上滑塊的中部，上滑塊上的半圓槽與下滑塊上的半圓槽對(duì)接。所用的螺栓最好為內(nèi)六角螺栓。夾持在上下滑塊中間的六棱柱狀兩通流路連接器的中心和流通池的入口在一條直線上，這樣毛細(xì)管柱兩端分別固定在兩通流路連接器和流通池上時(shí)不會(huì)受到切相的應(yīng)力。上下滑塊采用分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便于在滑塊中夾緊固定一個(gè)六楞柱形的兩通流路連接器，同時(shí)，在更換毛細(xì)管微柱時(shí)又便于解脫。
兩臺(tái)注射泵上所夾持的注射器用于容納流動(dòng)相，注射器出口各引出一條流動(dòng)相管路，兩條管路在一個(gè)三通混合器上匯合，該三通混合器也固定在可調(diào)式微柱安裝架上。由三通混合器的出口管路連接到微量進(jìn)樣閥的進(jìn)口，從微量進(jìn)樣閥的出口管路連接到一個(gè)六棱柱狀兩通接頭，該兩通接頭被緊固在可調(diào)式微柱安裝架上。
毛細(xì)管整體柱的一端通過卡套接頭連接在兩通接頭上，另一端插入固定在可調(diào)式微柱安裝架一端的紫外-可見吸收/熒光兩用流通池中，通過卡套接頭連接?？烧{(diào)式微柱安裝架上用螺栓固定在一塊平板上，該平板靠支架和螺釘固定在機(jī)箱中，其下方空間容納儀器的電源部分。從光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的流路出口管路連接到一個(gè)廢液瓶，該廢液瓶固定在機(jī)箱中一角，另有一條管路從微量進(jìn)樣閥的排廢液口連接到廢液瓶。
紫外-可見吸收/熒光兩用流通池設(shè)有池體、光導(dǎo)石英毛細(xì)管、聚醚醚酮(PEEK)襯管、自聚焦透鏡、密封墊圈、墊片、光纖和液體流路管路。光導(dǎo)石英毛細(xì)管安裝在聚醚醚酮襯管內(nèi)并裝填在池體的管腔中；自聚焦透鏡設(shè)置在光線入口方向，與池體以密封墊圈密封并固定；墊片位于自聚焦透鏡和聚醚醚酮襯管之間，墊片的缺口對(duì)準(zhǔn)流路方向，其作用是填補(bǔ)二者之間行成的多余空間；入口光纖和出口光纖及進(jìn)出液管分別由接頭和卡套固定在池體上構(gòu)成密封流路。光導(dǎo)石英毛細(xì)管的管壁為三層同心管狀結(jié)構(gòu)，外層為聚酰亞胺涂層，向內(nèi)依次是摻雜石英層和純石英內(nèi)壁層，摻雜石英層與純石英內(nèi)壁層之間的界面為全反射界面。
用于便攜式液相色譜儀檢測(cè)系統(tǒng)的光纖組件包括單股光纖和雙股分岔光纖兩種光纖組件。單股光纖設(shè)有石英光纖和聚四氟乙烯套管，石英光纖設(shè)于聚四氟乙烯套管中，在聚四氟乙烯套管向外依次包覆有硅橡膠保護(hù)層和熱收縮套管保護(hù)層。雙股分岔光纖設(shè)有兩根平行排列的石英光纖和聚四氟乙烯套管，兩根平行排列的石英光纖設(shè)于聚四氟乙烯套管中，在聚四氟乙烯套管向外依次包覆有硅橡膠保護(hù)層和熱收縮套管保護(hù)層。使用時(shí)單股光纖可連接在紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的光路出口端，另一端在進(jìn)行紫外可見吸收檢測(cè)時(shí)連接光柵光譜儀，進(jìn)行熒光檢測(cè)時(shí)以遮光帽封閉。雙股分岔光纖的雙股端連接在紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的光路進(jìn)口端，一根單股端連接光源，另一根單股端在在進(jìn)行熒光檢測(cè)時(shí)連接光柵光譜儀，進(jìn)行紫外可見吸收檢測(cè)時(shí)以遮光帽封閉。
檢測(cè)器模塊安裝在光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池下方的機(jī)箱底部，由二極管光源、光柵光譜儀，散熱風(fēng)扇和三片固定架組成。檢測(cè)器模塊與光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池之間由光纖組件進(jìn)行連接。光纖組件分為一條單股光纖和一條雙股分岔光纖。單股光纖一段連接在兩用流通池的光路出口端，另一端在進(jìn)行紫外可見吸收檢測(cè)時(shí)連接光柵光譜儀，進(jìn)行熒光檢測(cè)時(shí)以遮光帽封閉。雙股分岔光纖的雙股端連接在兩用流通池的光路進(jìn)口端，一根單股端連接光源，另一根單股端在進(jìn)行熒光檢測(cè)時(shí)連接光柵光譜儀，進(jìn)行紫外可見吸收檢測(cè)時(shí)以遮光帽封閉。用于控制和數(shù)據(jù)采集的平板式電腦安裝于箱體上蓋中，平板電腦通過串口通訊控制兩臺(tái)注射泵，通過USB連線控制光柵光譜儀并采集數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的簡(jiǎn)要原理及流程如下由平板式電腦控制的注射泵驅(qū)動(dòng)流動(dòng)相，樣品從微量進(jìn)樣閥注入流路，將樣品帶入毛細(xì)管整體柱進(jìn)行預(yù)富集/分離；樣品中各組分依次通過光纖式紫外-可見/熒光兩用流通池；光源發(fā)出的光由光纖導(dǎo)入流通池，透射光或熒光由光纖導(dǎo)入光柵光譜儀中；由光譜儀將采集到的吸光度或熒光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)換并輸入到平板式電腦中，經(jīng)過處理得到被測(cè)物的光譜信息及相應(yīng)的譜圖。
由于毛細(xì)管整體柱的柱床通透性好，可以在較低壓力下工作，并且需要的樣品量比常規(guī)色譜柱少得多。因此使體積小、質(zhì)量輕的注射泵作為流動(dòng)相輸送泵成為可能。隨著現(xiàn)代光學(xué)儀器技術(shù)的進(jìn)步，手掌大小的微型光源和微型光譜檢測(cè)儀器已經(jīng)面市，為集成化、微型化的色譜檢測(cè)器的出現(xiàn)鋪平了道路。


圖1為現(xiàn)有的高效液相色譜儀器基本結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為現(xiàn)有的高效液相色譜儀紫外檢測(cè)器基本原理圖。
圖3為現(xiàn)有的高效液相色譜儀熒光檢測(cè)器基本原理圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例整體外觀結(jié)構(gòu)示意圖。在圖5中各部分名稱如下51上蓋；52箱體；53電纜束；54上蓋面板；55平板式電腦觸摸屏；56鍵盤接口；57鼠標(biāo)接口；58注射泵電源開關(guān)；59平板式電腦電源開關(guān)；510USB接口；511面板螺絲釘；512配件盒蓋板；513活動(dòng)蓋板；514硅橡膠鍵盤；515檢測(cè)器模塊；516電源蓋板；517微量進(jìn)樣閥。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例上蓋面板結(jié)構(gòu)示意圖。在圖6中各部分名稱如下61上蓋面板背面；62平板式電腦機(jī)殼；63橫向加強(qiáng)條；64螺絲釘；65縱向加強(qiáng)條；66螺絲釘；67電源插口；68USB端口；69RS-232串口；610鼠標(biāo)接口；611鍵盤接口；612USB集線器；613兩個(gè)外接USB端口；614平板式電腦電源開關(guān)；615注射泵電源開關(guān)；616鼠標(biāo)接口；617鍵盤接口；618缺口。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例除去配件盒蓋板和活動(dòng)蓋板后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖。在圖7中各部分名稱如下71安裝底板；72接線盒；73配件箱；74、75縱隔板；76橫隔板；77檢測(cè)器模塊；78光譜儀光纖接口；79光源光纖接口；710廢液瓶固定平臺(tái)；711廢液瓶；712內(nèi)六角扳手放置孔；713一號(hào)注射泵；714二號(hào)注射泵；715一號(hào)注射器；716二號(hào)注射器；717注射泵固定螺絲；718注射器管路接頭；719流動(dòng)相管路；720三通混合器；721毛細(xì)管柱安裝架；722安裝架固定螺絲；723電源蓋板；724流動(dòng)相管路；725微量進(jìn)樣閥；726進(jìn)樣器廢液排放管；727柱前管路；728六角形兩通接頭；729毛細(xì)管色譜柱；730流通池；731流通池光纖出口；732流通池光纖入口；733流通池廢液排放管；734零件盒；735電源散熱風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例除去注射泵和電源蓋板后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)俯視圖。在圖8中各部分名稱如下81安裝底板；82 12V電源變壓器；83 5V電源變壓器；84風(fēng)扇安裝架；85進(jìn)樣閥讓位槽；86注射泵固定螺釘孔；87光柵光譜儀；88檢測(cè)器模塊散熱風(fēng)扇；89二極管光源；810檢測(cè)器模塊固定架；811光源脈沖控制線；812電源面板固定螺釘孔。
圖9為本發(fā)明實(shí)施例電源電路組成圖。
圖10為本發(fā)明實(shí)施例信號(hào)流程圖。
圖11為本發(fā)明實(shí)施例檢測(cè)系統(tǒng)以紫外可見吸收模式PAR光度法檢測(cè)水中Cd2+的信號(hào)圖。在圖11中，橫坐標(biāo)為Time(sec)，縱坐標(biāo)為Absorbance。樣品中Cd2+的濃度為1μg mL-1，PAR濃度為5×10-5mol L-1。
圖12為本發(fā)明實(shí)施例檢測(cè)系統(tǒng)以熒光檢測(cè)模式檢測(cè)水中熒光素的信號(hào)圖。在圖12中，橫坐標(biāo)為Time(sec)，縱坐標(biāo)為Intenstity。樣品濃度為20μg mL-1。
圖13為本發(fā)明實(shí)施例毛細(xì)管整體柱對(duì)六種苯系物的分離色譜圖。在圖13中，橫坐標(biāo)為Time(min)，縱坐標(biāo)為Absorbance(mAU)。流動(dòng)相為6∶4的乙腈/水溶液，流速60μL min-1，出峰順序?yàn)?硫脲、2苯酚、3苯、4甲苯、5乙苯、6異丙苯。
圖14為本發(fā)明實(shí)施例的可調(diào)式微柱安裝架正面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖15為本發(fā)明實(shí)施例的可調(diào)式微柱安裝架背面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖16為本發(fā)明實(shí)施例的紫外-可見吸收/熒光兩用流通池結(jié)構(gòu)組成示意圖。在圖16中各部分名稱標(biāo)記池體31；光導(dǎo)石英毛細(xì)管32；PEEK襯管33；C字型墊片34；自聚焦透鏡35；密封墊圈36；墊片37；光路進(jìn)口光纖及接頭38；光路出口光纖及接頭39；流路進(jìn)口管路及接頭310；流路進(jìn)口管路及接頭311。
圖17為本發(fā)明實(shí)施例的光纖組件中的單股光纖結(jié)構(gòu)示意圖。在圖17中各部分名稱標(biāo)記為石英光纖11；聚四氟乙烯套管12；硅橡膠保護(hù)層13；熱收縮套管保護(hù)層14。
圖18為本發(fā)明實(shí)施例的光纖組件中的雙股分岔光纖結(jié)構(gòu)示意圖。在圖18中各部分名稱標(biāo)記為石英光纖21；聚四氟乙烯套管22；硅橡膠保護(hù)層23；熱收縮套管保護(hù)層24。
具體實(shí)施例方式
以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
參見圖4，本發(fā)明設(shè)有光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池1及其配套光纖組件、毛細(xì)管整體柱2、微型光柵光譜儀3、光電二極管光源4、注射泵5、進(jìn)樣閥6、平板式電腦7、廢液瓶8和電源，所有部件安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)。進(jìn)樣閥6的樣品出口接毛細(xì)管整體柱2的入口，毛細(xì)管整體柱2的出口接光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池1，光電二極管光源4由分岔光纖9分別導(dǎo)入光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池1和光柵光譜儀3，光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池1的透射光或熒光由直通光纖10導(dǎo)入光柵光譜儀3中，光柵光譜儀3的吸光度或熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出端接平板式電腦7并獲得被測(cè)物的光譜信息和相應(yīng)的譜圖。該微型光柵光譜儀的尺寸為89.1mm×63.3mm×34.4mm，重190克，較之通常意義上的光柵光譜儀其大小明顯縮小。從光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池1的流路出口管路連接到一個(gè)廢液瓶8，該廢液瓶8固定在機(jī)箱中一角(參見圖7)，另有一條管路從微量進(jìn)樣閥的排廢液口連接到廢液瓶8。
參見圖5，本發(fā)明實(shí)施例整體外觀設(shè)計(jì)成為手提箱形，分為鉸鏈連接的上蓋51和箱體52，尺寸為48cm×38cm×20cm，箱體由高強(qiáng)度工程塑料制成，抗壓性和防腐蝕性好，鉸鏈左端有電纜束53，兩端分別連接上蓋51與箱體52。上蓋51內(nèi)裝有信號(hào)處理部分，在上蓋51內(nèi)有上蓋面板54，由6個(gè)螺絲釘511固定于上蓋51上。上蓋面板54上主要的部分是帶觸摸屏的平板式電腦55，由4個(gè)螺絲釘固定在上蓋面板上。在上蓋面板下部，分布有一些接口和開關(guān)，自左到右分別是鍵盤接口56、鼠標(biāo)接口57、注射泵電源開關(guān)58、平板式電腦電源開關(guān)59、兩個(gè)外接USB端口510。箱體中裝有儀器的主要各部分，箱體左邊部分有配件盒蓋板511和活動(dòng)蓋板512，活動(dòng)蓋板上放置超薄型硅橡膠鍵盤513。該硅橡膠鍵盤輕薄防水，可以卷折收藏，通過數(shù)據(jù)線與上蓋的鍵盤接口514連接(圖中未畫出)?；顒?dòng)蓋板下是兩臺(tái)注射泵(圖中未畫出)和可調(diào)式毛細(xì)管安裝架(圖中未畫出)。箱體右部表面無(wú)蓋板，內(nèi)部有檢測(cè)器模塊515、電源蓋板516和微量進(jìn)樣閥517等部件。以下對(duì)各部分分別作介紹。
參見圖6，從在上蓋面板61背面看，平板式電腦機(jī)殼62安裝在上蓋面板的矩形空間中，兩條橫向縱貫全長(zhǎng)的“∏”形鋁合金結(jié)構(gòu)加強(qiáng)條63分別位于平板式電腦的上下，各以2個(gè)螺絲釘64固定，兩條較短的縱向“∏”形鋁合金結(jié)構(gòu)加強(qiáng)條65分別位于平板式電腦的左右，各以兩個(gè)螺絲釘66將平板式電腦面板、上蓋面板和縱向“∏”形鋁合金結(jié)構(gòu)加強(qiáng)條固定在一起。平板式電腦機(jī)殼下側(cè)有各種接口，從背面自左向右分別是電源插口67、USB端口68、RS-232串口69、鼠標(biāo)接口610、鍵盤接口611。在上蓋面板背面左邊有一個(gè)四端口的USB集線器612，以魔術(shù)貼(帶不干膠的尼龍粘扣)固定。上蓋面板下端有一排外接端口，從背面自左向右分別為兩個(gè)外接USB端口613、平板式電腦電源開關(guān)614、注射泵電源開關(guān)615、鼠標(biāo)接口616、鍵盤接口617。上蓋面板背面右下角有一個(gè)缺口618，用于容納連接到主機(jī)箱體的電纜束。
參見圖7，以下給出箱體中各部件的位置關(guān)系，箱體底部有與箱底同樣尺寸的安裝底板71，所有部件均直接或間接固定在安裝底板上。圖7中底板左上角是接線盒72，連接上蓋和箱體內(nèi)各部分的電源線與信號(hào)線在此處連接，儀器總電源線也由此引出。接線盒旁邊被縱隔板74、75和橫隔板76分隔出的空間作為配件盒，可以收藏卷折起來(lái)的硅橡膠鍵盤。配件盒蓋板和活動(dòng)蓋板也分別鉸接在橫隔板76上，可以向上掀起打開。檢測(cè)器模塊77包括光柵光譜儀、發(fā)光二極管光源、散熱風(fēng)扇及3個(gè)金屬固定架組成，由3個(gè)螺絲釘固定在安裝底板上。其中光柵光譜儀上有光纖接口78，光源上有光纖接口79。圖中右上角與檢測(cè)器模塊相鄰的是廢液瓶固定臺(tái)710，其上有一個(gè)大圓孔容納廢液瓶711，還有一個(gè)小圓孔712用于放置常用工具內(nèi)六角扳手。注射泵713、714由4個(gè)長(zhǎng)螺釘717固定在底板上，其上分別夾持有注射器715、716，在注射器出口連接有帶鎖緊的接頭718，分別由流動(dòng)相管路719連接到三通混合器720的兩個(gè)接口。三通混合器嵌在毛細(xì)管柱安裝架721上的銑槽中，毛細(xì)管柱安裝架是由兩個(gè)安裝架固定螺絲722固定在電源蓋板723上。電源蓋板與安裝底板之間是儀器的電源變壓器及其散熱風(fēng)扇(圖中未畫出電源及風(fēng)扇)。從三通混合器720的中間出口引出的流動(dòng)相管路724連接到微量進(jìn)樣閥725的進(jìn)口，從進(jìn)樣閥到廢液瓶711之間有一根進(jìn)樣器廢液排放管726。進(jìn)樣閥由兩個(gè)螺絲釘從反面固定在電源蓋板上，一根柱前管路727從進(jìn)樣閥底端引出，穿過電源蓋板連接到六角形兩通接頭728的一端。六角形兩通接頭固定在毛細(xì)管柱安裝架721上，另一端連接毛細(xì)管色譜柱729。毛細(xì)管色譜柱上有一保護(hù)套(圖中未畫出)，進(jìn)口端接在六角形兩通接頭728上，出口端直接旋在流通池730上。流通池上有光纖出口731和光纖進(jìn)口732，分別用光纖(圖中未畫出)連接到光譜儀光纖接口78和光源光纖接口79上。從流通池于毛細(xì)管色譜柱相反的一面引出一根廢液排放管733通入廢液瓶711中。電源蓋板723上粘接了一個(gè)圓形淺盒734作為零件盒，用來(lái)放置實(shí)驗(yàn)中臨時(shí)用到的小零件。電源蓋板上還開了一個(gè)圓形的電源散熱風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)口。
參見圖8，以下給出箱體底層各部件的位置關(guān)系，在安裝底板81上有兩個(gè)電源變壓器，分別是12V電源變壓器82和5V電源變壓器83，分別以螺絲釘固定在底板上。在電源變壓器右側(cè)有一個(gè)框形電源風(fēng)扇安裝架84，其上裝有一個(gè)垂直向下吹風(fēng)的風(fēng)扇，風(fēng)扇下面與底板有一段距離，由于受橫隔板和電源蓋板的限制，風(fēng)扇吹出的風(fēng)向左流經(jīng)電源變壓器和注射泵底部的空間流出，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源變壓器的散熱。在風(fēng)扇安裝架上與電源蓋板上進(jìn)樣閥位置對(duì)應(yīng)處開有一個(gè)讓位槽85，用于容納進(jìn)樣閥底部的結(jié)構(gòu)。底板右上方的檢測(cè)器模塊中，自上而下分別是光柵光譜儀87、檢測(cè)器模塊散熱風(fēng)扇88和二極管光源89，由三片固定架810以螺絲固定在底板上。從光源有一根光源脈沖控制線811連接到光柵光譜儀。在橫隔板右端及風(fēng)扇安裝架右下角分別有一個(gè)電源蓋板固定螺絲孔812。
參見圖9，以下給出電源電路部分的連接關(guān)系，使用AC 220V照明電路進(jìn)行供電，通過2個(gè)電源變壓器(12V 3A，5V 10A)分別得到12V和5V的直流電源。12V電源通過開關(guān)K1為兩臺(tái)注射泵91和92以及二極管光源93提供電力；5V電源通過開關(guān)K2分別為平板式電腦94、USB集線器95和光柵光譜儀96提供電力。儀器中各主要金屬部件均有良好接地。
參見圖10，以下給出控制信號(hào)和數(shù)據(jù)采集線路的簡(jiǎn)單介紹，平板式電腦7的USB(通用串行總線)端口連接到USB集線器101；從USB集線器101引出的一條USB電纜連接到光柵光譜儀3上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和對(duì)光譜儀的控制；一根脈沖信號(hào)電纜連接光柵光譜儀和二極管光源102，用于光譜儀和光源的發(fā)光脈沖同步；兩個(gè)USB外接端口USB1和USB2分別從USB集線器引出到上蓋面板上，以提供到其他外部設(shè)備的連接；從平板式電腦7的RS-232串口COM上引出串口信號(hào)線到一臺(tái)注射泵105的上行接口，從第一臺(tái)注射泵106的下行接口有一條信號(hào)線連接到第二臺(tái)注射泵的上行接口，平板式電腦通過串連式泵網(wǎng)絡(luò)可以控制兩臺(tái)注射泵。
注射泵可采用美國(guó)New Era公司的NE-501型注射泵。微色譜系統(tǒng)要求液體輸送泵必須在極低的流速下具有較高的精密度和穩(wěn)定性。常用的蠕動(dòng)泵、往復(fù)式平流泵都難以滿足這些條件，而注射泵能夠滿足上述要求。NE-501型注射泵以RS-232串口與計(jì)算機(jī)通信，通過計(jì)算機(jī)程序控制可實(shí)現(xiàn)所有功能；可以運(yùn)行多達(dá)41個(gè)步驟的泵程序。可以在兩臺(tái)注射泵上夾持兩個(gè)直徑不同的注射器實(shí)現(xiàn)兩種流動(dòng)相的梯度洗脫，也可以通過控制兩臺(tái)注射泵的推送速度不同實(shí)現(xiàn)梯度洗脫。另外該泵還帶有停止檢測(cè)器，可以自動(dòng)檢測(cè)因超壓或機(jī)械故障并報(bào)警；兩個(gè)注射泵上夾持的注射器出口上各有一條流動(dòng)相管路連接到一個(gè)三通混合器的兩個(gè)進(jìn)口，另一根管路從三通混合器的出口連接到微量進(jìn)樣閥的流動(dòng)相進(jìn)口。三通混合器以嵌入的方式安裝在毛細(xì)管微柱-流通池安裝架上的銑槽中。
微量進(jìn)樣閥可采用美國(guó)Rheodyne公司制造的7520型微量進(jìn)樣閥，該進(jìn)樣閥的進(jìn)樣體積為0.2～1μl，適合微色譜系統(tǒng)的進(jìn)樣要求。
使用的毛細(xì)管聚合物整體微柱以長(zhǎng)15～20cm，內(nèi)徑為0.53mm，外包聚酰亞胺涂層的石英毛細(xì)管為外壁，以整體聚合合成的十八烷基型甲基丙烯酸酯為固定相。該毛細(xì)管聚合物整體微柱安裝在可調(diào)式毛細(xì)管微柱-流通池安裝架上，進(jìn)口端由一條管路與進(jìn)樣閥相連，出口端直接插入檢測(cè)系統(tǒng)的流通池中。
檢測(cè)器模塊中使用的光源可采用美國(guó)Ocean Optics公司的LS-450型發(fā)光二極管光源。該光源可以通過更換發(fā)光二極管在380～680nm范圍內(nèi)提供光源，體積小、質(zhì)量輕，可以以連續(xù)發(fā)光模式或通過RS-232接口與USB2000光譜儀連接而以脈沖發(fā)光模式工作，適合可見光波段的吸收光譜和熒光光譜檢測(cè)。另外以美國(guó)Micropack公司制造的DH-2000-CAL小型氘燈/鹵鎢燈光源作為外置的補(bǔ)充光源。DH-200-CAL型氘/鹵鎢燈光源的發(fā)光范圍可以從200～800nm，且發(fā)光強(qiáng)度大，可以作為紫外-可見全波段的吸收和熒光激發(fā)光源。
檢測(cè)器模塊中的流通池是一種光纖式紫外-可見/熒光兩用流通池，固定在毛細(xì)管安裝架的一端。流通池的流路進(jìn)口直接連接毛細(xì)管微柱的出口，流路出口有一根管路連接到廢液瓶。流通池的光路進(jìn)口接有一根雙股份岔光纖，光路出口接有一根單股光纖。通過改變光纖與光檢測(cè)器件的不同連接形式，可以實(shí)現(xiàn)紫外-可見吸收檢測(cè)模式和熒光檢測(cè)模式的轉(zhuǎn)換。
檢測(cè)器模塊中的光檢測(cè)器件可以采用美國(guó)Ocean Optics公司制造的USB2000型光柵光譜儀。該光柵光譜儀以光柵為分光器件，以光電耦合器件(CCD)為檢測(cè)器件，具有體積小(89.1mm×63.3mm×34.4mm)、質(zhì)量輕(190克)、功耗低、光譜檢測(cè)范圍寬、光譜分辨率高等特點(diǎn)。USB2000光柵光譜儀與電腦通過USB接口連接，使用配套的OOIBase32軟件控制和采集數(shù)據(jù)，擁有測(cè)量光強(qiáng)度、吸光度、透過率、時(shí)間采集等多種工作模式。
檢測(cè)器性能的評(píng)價(jià)本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)以紫外-可見吸收檢測(cè)模式，應(yīng)用于4(2-吡啶偶氮)間苯二酚(PAR)光度法測(cè)定水中的重金屬元素鎘，檢測(cè)限為10ng mL-1，重復(fù)測(cè)試6次的RSD為2％。重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖見圖11。本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)以熒光檢測(cè)模式，應(yīng)用于檢測(cè)熒光物質(zhì)熒光素，檢測(cè)限為1μg mL1-1，重復(fù)測(cè)試17次的RSD為3.8％。重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖見圖12。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集和控制可采用深圳市德特康電子有限公司制造的PPC-121T/BEL型工業(yè)級(jí)平板式電腦。該平板式電腦裝有400MHz的Intel Celeron M移動(dòng)處理器；內(nèi)置256M內(nèi)存和1G的CF閃存卡；12.1英寸觸摸式液晶顯示屏。該平板式電腦被安裝于實(shí)例樣機(jī)的箱體上蓋中。
本發(fā)明所述的毛細(xì)管整體柱可采用十八烷基型毛細(xì)管整體柱，用于分離硫脲、苯酚和四種苯同系物的混合物，結(jié)果見圖13。
如圖14和15所示，可調(diào)式微柱安裝架設(shè)有固定板41、下滑塊421和上滑塊422，在固定板41上設(shè)有縱向溝槽46、用于固定圓柱形三通混合器的縱向槽47和固定孔43，在固定板41背面還設(shè)有用于限定連接泵和三通混合器管路的前后兩橫向槽48；下滑塊421設(shè)于固定板41上表面，由內(nèi)六角螺栓44固定于固定板41上的縱向溝槽46，螺母45嵌在縱向溝槽46內(nèi)，下滑塊421限定于縱向溝槽46中移動(dòng)，在下滑塊421的上表面中部設(shè)有半圓槽4211；上滑塊422設(shè)于下滑塊421上，由內(nèi)六角螺栓44固定于下滑塊421上表面，螺母45嵌在下滑塊421的固定孔49的沉槽中，在上滑塊422的下表面中部設(shè)有半圓槽4221，上滑塊422上的半圓槽4221與下滑塊421上的半圓槽4211對(duì)接。使用時(shí)可使毛細(xì)管柱的木端直接接進(jìn)固定在另一端的流通池中，由柱長(zhǎng)確定滑塊的位置后，依次旋緊上下滑塊的螺栓即可。夾持在上下滑塊中間的六棱柱狀兩通流路連接器的中心和流通池的入口在一條直線上。
以下給出十八烷基型毛細(xì)管整體柱的制備方法。1)毛細(xì)管內(nèi)壁活化依次用丙酮、鹽酸、二次水、NaOH溶液、二次水清洗活化毛細(xì)管內(nèi)壁，氮吹干燥，使毛細(xì)管內(nèi)壁獲得豐富的游離型硅羥基；2)毛細(xì)管內(nèi)壁的預(yù)聚合在毛細(xì)管內(nèi)壁鍵合一層帶烯基的硅烷化試劑γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)；3)制備甲基丙烯酸十八烷基酯—乙二醇二甲基丙烯酸酯整體柱反應(yīng)混合物包括反應(yīng)單體混合物、引發(fā)劑和致孔劑，按質(zhì)量百分比(下同)反應(yīng)單體混合物占整個(gè)反應(yīng)混合物的40％～70％，引發(fā)劑偶氮二異丁腈為反應(yīng)單體混合物的0.5％～3％，余為致孔劑；反應(yīng)單體混合物中的甲基丙烯酸十八烷基酯(OMA)與乙二醇二甲基丙烯酸酯(EDMA)的含量比例為OMA為70％～40％，EDMA為30％～60％，致孔劑為由正丙醇和1，4丁二醇構(gòu)成的二元混合物，按比例稱取OMA、EDMA和致孔劑，混合氮吹超聲震蕩脫氣后注入已預(yù)鍵合的毛細(xì)管中，一端封口，超聲震蕩后封住另一端，水浴中反應(yīng)，用高壓泵驅(qū)動(dòng)乙腈沖洗后即得到多孔結(jié)構(gòu)的連續(xù)整體式液相色譜微柱，可在μ-LC模式下對(duì)其進(jìn)行色譜評(píng)價(jià)。在步驟1)中，所述的毛細(xì)管內(nèi)壁依次用丙酮清洗15～30min，1mol L-1NaOH沖洗0.5～3h，二次水沖洗0.5h，0.1mol L-1HCl在50～70℃下沖洗2h，二次水沖洗0.5h，然后置于氣相色譜柱溫箱中，120～300℃，最好160℃緩慢氮吹過夜，爾后兩端封口并置于干燥器中保存，使毛細(xì)管內(nèi)壁獲得豐富的游離型硅羥基。在步驟2)中，所述的毛細(xì)管內(nèi)壁的預(yù)聚合是按體積百分比用加入0.25％～0.5％的有機(jī)酸的γ-甲基丙烯酸氧丙基三甲氧基硅烷(γ-MAPS)注入經(jīng)過活化干燥的毛細(xì)管內(nèi)，兩端封口，室溫過夜，然后用氮?dú)獯祾?0min，重復(fù)一次，最后用氮?dú)獯祾?.5～3h。有機(jī)酸為乙酸或甲酸。在步驟3)中，致孔劑由70％的正丙醇和30％的1，4丁二醇構(gòu)成?；旌弦鹤⑷胍杨A(yù)鍵合的毛細(xì)管中，一端封口超聲震蕩脫氣的時(shí)間為15～30min，水浴中反應(yīng)，水浴溫度為50～70℃，水浴中反應(yīng)時(shí)間為15～24h，然后截成適當(dāng)長(zhǎng)度，用高壓泵驅(qū)動(dòng)乙腈沖洗5～10h后即可得到多孔結(jié)構(gòu)的連續(xù)整體式液相色譜微柱。
以下給出紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的結(jié)構(gòu)組成實(shí)施例及其工作模式與原理，參見圖16，紫外-可見吸收/熒光兩用流通池設(shè)有池體31、光導(dǎo)石英毛細(xì)管32、聚醚醚酮(PEEK)襯管33、C字型墊片34、自聚焦透鏡35、密封墊圈36與37、光纖38與39、液體流路管路310與311等零部件。光導(dǎo)石英毛細(xì)管32安裝在PEEK襯管33內(nèi)并裝填在池體31的管腔中；自聚焦透鏡35設(shè)置在光線入口方向，與池體31以密封墊圈36與37密封并固定；C字型墊片34位于自聚焦透鏡35和PEEK襯管33之間，C字型墊片34的缺口對(duì)準(zhǔn)流路方向，其作用是填補(bǔ)二者之間行成的多余空間；入口光纖38和出口光纖39及進(jìn)出液管310、311分別由接頭和卡套固定在池體上構(gòu)成密封流路。
紫外可見吸收和熒光檢測(cè)兩種工作模式的工作原理是在紫外-可見吸收檢測(cè)模式下，從光源發(fā)出的光由雙股分岔光纖的一股導(dǎo)入流通池，經(jīng)過樣品溶液吸收后由出口單股光纖導(dǎo)入微型光柵光譜儀，測(cè)定其吸光度；在熒光檢測(cè)模式下，從光源發(fā)出的光由雙股分岔光纖的一股導(dǎo)入流通池，照射激發(fā)樣品中的熒光活性物質(zhì)，熒光活性物質(zhì)受激發(fā)后發(fā)出的熒光沿與入射光相反的方向沿雙股分岔光纖的另一股進(jìn)入微型光柵光譜儀，測(cè)定其光強(qiáng)度，扣除雜散光背景后得到熒光強(qiáng)度。
紫外-可見吸收/熒光兩用流通池中的光導(dǎo)石英毛細(xì)管的管壁為三層同心管狀結(jié)構(gòu)，外層為聚酰亞胺涂層，向內(nèi)依次是摻雜石英層和純石英內(nèi)壁層，摻雜石英層與純石英內(nèi)壁層之間的界面為全反射界面。為了解決因光導(dǎo)石英毛細(xì)管內(nèi)徑較小造成的光路連接困難問題，采用了光導(dǎo)纖維連接流通池光路，光導(dǎo)纖維和光導(dǎo)毛細(xì)管之間的光路耦合使用了自聚焦透鏡作為聚光器件。通過自聚焦透鏡將光纖射出的具有一定發(fā)散角的光匯聚進(jìn)入光導(dǎo)石英毛細(xì)管，由于光導(dǎo)石英毛細(xì)管內(nèi)壁能夠使光線沿管內(nèi)全反射傳導(dǎo)，不會(huì)被管壁吸收而損失，可以在較小的光路截面上保持較高的光密度。池體可由聚酰亞胺材料整體加工而成，長(zhǎng)寬高尺寸分別為47.2mm×22.4mm×20mm。沿池體中軸線有一內(nèi)徑1.6mm的通孔，孔兩端內(nèi)徑加粗并加工有與光纖接頭配合的內(nèi)螺紋。池體兩個(gè)側(cè)面上各有一條內(nèi)徑1.6mm的條孔道，與中心孔道相通，構(gòu)成一條Z字型流路，這兩條孔道的外端也加工有內(nèi)螺紋，用于連接液體流路管路接頭。在池體頂面對(duì)角位置鉆有兩個(gè)通孔，用于固定流通池時(shí)穿過螺栓。這兩個(gè)螺栓孔不與池體內(nèi)部的孔道連通。流通池光路進(jìn)口處各零部件介紹如下PEEK襯管33內(nèi)徑0.38mm，外徑1.58mm，長(zhǎng)20mm；光導(dǎo)石英毛細(xì)管32內(nèi)徑0.25mm，外徑0.375mm，長(zhǎng)20mm；C字型墊片34為聚四氟乙烯材料制成，其上開有一條寬的0.6mm的缺口；自聚焦透鏡35為特種光學(xué)玻璃制成，直徑1.8mm，長(zhǎng)5.8mm；密封墊圈36以橡膠制成；墊片37為聚四氟乙烯材料制成，光路進(jìn)口光纖及接頭38包括光纖襯管、錐形卡套和手緊接頭，具體結(jié)構(gòu)另行描述。
流通池光路進(jìn)口處各零部件安裝位置關(guān)系介紹如下PEEK襯管33裝填在池體31的中央孔道中；光導(dǎo)石英毛細(xì)管32裝填在PEEK襯管33中。C字型墊片34位于PEEK襯管33和自聚焦透鏡35之間，被二者夾持固定，其缺口對(duì)準(zhǔn)流路管路；自聚焦透鏡35插入池體31中央孔道的一端約一半長(zhǎng)度；流路出口管路310插入池體中一端出口正好對(duì)準(zhǔn)PEEK襯管出口；密封墊圈36兩個(gè)為一組套在自聚焦透鏡的柱體上；墊片37兩個(gè)為一組套在自聚焦透鏡的柱體上；光纖套管靠手緊接頭上的螺紋旋入池體中央孔道一端的螺紋孔中，錐形卡套向內(nèi)壓緊自聚焦透鏡及墊片，墊片壓迫密封圈變形使自聚焦透鏡與池體之間得以密封。
流通池光路出口端與進(jìn)口端類似，但沒有安裝自聚焦透鏡及密封圈、墊片，靠光纖接頭上的錐形卡套和手緊接頭與池體連接密封。進(jìn)出流通池的流路管路靠錐形卡套和手緊接頭與池體連接密封。該流通池光程長(zhǎng)度為20mm，大于目前常見的大多數(shù)流通池。池體積約為1μL，可以滿足毛細(xì)管微柱色譜的使用要求。
參見圖17和18，在單股光纖中，核心是一根外徑0.46mm的石英光纖11，套在一根內(nèi)徑0.5mm的聚四氟乙烯套管12中，向外依次包覆有硅橡膠保護(hù)層13和熱收縮套管保護(hù)層14。雙股分岔光纖中，核心是平行排列的兩根外徑0.46mm的石英光纖21，套在一根內(nèi)徑0.8mm的聚四氟乙烯套管22中，聚四氟乙烯套管22可發(fā)生形變而容納兩根光纖，向外也依次包覆有硅橡膠保護(hù)層23和熱收縮套管保護(hù)層24。三層保護(hù)層使光纖在使用中能夠進(jìn)行一定的彎曲而不易折斷。同時(shí)防止環(huán)境光進(jìn)入光纖。使用時(shí)單股光纖和雙股分岔光纖分別與紫外-可見吸收/熒光兩用流通池連接。光纖組件與紫外-可見吸收/熒光兩用流通池連接端接頭的結(jié)構(gòu)以單股光纖的接頭為例，石英光纖11套在聚四氟乙烯套管12中，錐形卡套和手緊接頭依次套在聚四氟乙烯套管外，錐形卡套和手緊接頭可采用標(biāo)準(zhǔn)連接件。當(dāng)擰緊手緊接頭時(shí)，錐形卡套和手緊接頭之間的錐形配合面迫使錐形卡套尖端收縮形變，向內(nèi)箍緊聚四氟乙烯套管，聚四氟乙烯套管也發(fā)生形變箍緊石英光纖實(shí)現(xiàn)密封。雙股分岔光纖與流通池連接端接頭的結(jié)構(gòu)與單股光纖相同，但不依靠錐形卡套和手緊接頭實(shí)現(xiàn)密封。
光纖組件與光源/光譜儀連接端接頭連接時(shí)，石英光纖21套在聚四氟乙烯套管22中，標(biāo)記23為硅橡膠保護(hù)層(熱收縮套管未畫出)，前端伸出的一段石英光纖和聚四氟乙烯套管上套有一段外徑4mm的接頭內(nèi)套管，硅橡膠保護(hù)層外套有一段硅橡膠材料的接頭外套管并伸出與接頭內(nèi)套管等長(zhǎng)，接頭內(nèi)外套管之間為筒狀空腔。當(dāng)把光纖插在光源或光譜儀的光纖接頭上時(shí)，接頭內(nèi)套管插入光源或光譜儀的光纖接頭為光纖定位，接頭外套管套在光源或光譜儀的光纖接頭上承受作用力。
權(quán)利要求
1.便攜式液相色譜儀，其特征在于設(shè)有注射泵、進(jìn)樣閥、光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池及其配套光纖組件、毛細(xì)管整體柱、光柵光譜儀、光電二極管光源、平板式電腦、廢液瓶和電源，所有部件安裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，注射泵的注射器出口接進(jìn)樣閥的進(jìn)口，進(jìn)樣閥的樣品出口接毛細(xì)管整體柱的入口，毛細(xì)管整體柱的出口接光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池，光電二極管光源由分岔光纖分別導(dǎo)入光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池和光柵光譜儀，光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的透射光或熒光由光纖導(dǎo)入光柵光譜儀中，光柵光譜儀的吸光度或熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出端接平板式電腦并獲得被測(cè)物的光譜信息和相應(yīng)的譜圖，光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的流路出口管路連接廢液瓶，注射泵的控制端接平板式電腦串口通訊接口。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式液相色譜儀，其特征在于所述的毛細(xì)管整體柱和光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池安裝在一個(gè)可調(diào)式微柱安裝架上，可調(diào)式微柱安裝架設(shè)有固定板、下滑塊和上滑塊，在固定板上設(shè)有縱向溝槽、用于固定圓柱形三通混合器的縱向槽和固定孔，在固定板背面還設(shè)有用于限定連接泵和三通混合器管路的前后兩橫向槽；下滑塊設(shè)于固定板上表面，由螺栓固定于固定板上的縱向溝槽，螺母嵌在縱向溝槽內(nèi)，下滑塊限定于縱向溝槽中移動(dòng)，在下滑塊的上表面設(shè)有半圓槽；上滑塊設(shè)于下滑塊上，由螺栓固定于下滑塊上表面，螺母嵌在下滑塊的固定孔的沉槽中，在上滑塊的下表面設(shè)有半圓槽。
3.如權(quán)利要求2所述的便攜式液相色譜儀，其特征在于所述的縱向溝槽為兩段平行縱向溝槽，下滑塊為矩形柱體，半圓槽設(shè)于下滑塊的中部，上滑塊為矩形柱體，半圓槽設(shè)于上滑塊的中部，上滑塊上的半圓槽與下滑塊上的半圓槽對(duì)接。
4.如權(quán)利要求1所述的便攜式液相色譜儀，其特征在于所述的注射泵上所夾持的注射器用于容納流動(dòng)相，注射器出口各引出一條流動(dòng)相管路，兩條管路在一個(gè)三通混合器上匯合，該三通混合器也固定在可調(diào)式微柱安裝架上，由三通混合器的出口管路連接到微量進(jìn)樣閥的進(jìn)口，從微量進(jìn)樣閥的出口管路連接到一個(gè)六棱柱狀兩通接頭，該兩通接頭被緊固在可調(diào)式微柱安裝架上。
5.如權(quán)利要求1或2所述的便攜式液相色譜儀，其特征在于毛細(xì)管整體柱的一端通過卡套接頭連接在兩通接頭上，另一端插入固定在可調(diào)式微柱安裝架一端的紫外-可見吸收/熒光兩用流通池中，通過卡套接頭連接，可調(diào)式微柱安裝架上用螺栓固定在一塊平板上，該平板靠支架和螺釘固定在機(jī)箱中，其下方空間容納儀器的電源部分。
6.如權(quán)利要求1所述的便攜式液相色譜儀，其特征在于所述的光纖式紫外-可見吸收/熒光兩用流通池的流路出口管路連接到一個(gè)廢液瓶，廢液瓶固定在機(jī)箱中一角，另有一條管路從微量進(jìn)樣閥的排廢液口連接到廢液瓶。
7.如權(quán)利要求1所述的便攜式液相色譜儀，其特征在于紫外-可見吸收/熒光兩用流通池設(shè)有池體、光導(dǎo)石英毛細(xì)管、聚醚醚酮襯管、自聚焦透鏡、密封墊圈、墊片、光纖和液體流路管路，光導(dǎo)石英毛細(xì)管安裝在聚醚醚酮襯管內(nèi)并裝填在池體的管腔中；自聚焦透鏡設(shè)置在光線入口方向，與池體以密封墊圈密封并固定；墊片位于自聚焦透鏡和聚醚醚酮襯管之間，墊片的缺口對(duì)準(zhǔn)流路方向；入口光纖和出口光纖及進(jìn)出液管分別由接頭和卡套固定在池體上構(gòu)成密封流路，光導(dǎo)石英毛細(xì)管的管壁為三層同心管狀結(jié)構(gòu)，外層為聚酰亞胺涂層，向內(nèi)依次是摻雜石英層和純石英內(nèi)壁層，摻雜石英層與純石英內(nèi)壁層之間的界面為全反射界面。
8.如權(quán)利要求1所述的便攜式液相色譜儀，其特征在于所述的光纖組件包括單股光纖和雙股分岔光纖兩種光纖組件，單股光纖設(shè)有石英光纖和聚四氟乙烯套管，石英光纖設(shè)于聚四氟乙烯套管中，在聚四氟乙烯套管向外依次包覆有硅橡膠保護(hù)層和熱收縮套管保護(hù)層，雙股分岔光纖設(shè)有兩根平行排列的石英光纖和聚四氟乙烯套管，兩根平行排列的石英光纖設(shè)于聚四氟乙烯套管中，在聚四氟乙烯套管向外依次包覆有硅橡膠保護(hù)層和熱收縮套管保護(hù)層。
全文摘要
便攜式液相色譜儀，涉及一種液相色譜儀，尤其是涉及一種便攜式液相色譜儀。提供一種體積小、質(zhì)量輕、功耗低，并且各個(gè)部件具有高集成度，一物多用，結(jié)構(gòu)緊湊的便攜式液相色譜儀。設(shè)有注射泵、進(jìn)樣閥、光纖式紫外－可見吸收/熒光兩用流通池及光纖組件、毛細(xì)管整體柱、光柵光譜儀、光電二極管光源、電腦、廢液瓶和電源，注射泵出口接進(jìn)樣閥進(jìn)口，進(jìn)樣閥出口接毛細(xì)管整體柱入口，毛細(xì)管整體柱出口接流通池，光源導(dǎo)入流通池和光柵光譜儀，流通池的透射光或熒光由光纖導(dǎo)入光柵光譜儀中，光柵光譜儀的吸光度或熒光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換信號(hào)輸出端接電腦并獲得被測(cè)物的光譜信息和相應(yīng)的譜圖，流通池的流路出口管路連接廢液瓶，注射泵控制端接電腦串口通訊接口。
文檔編號(hào)G01N30/02GK1815221SQ200610055109
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月20日
發(fā)明者王秋泉, 付強(qiáng), 徐振東 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)