專利名稱：用于氣相色譜儀的氦保存裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于氣相色譜儀的裝置。
背景技術(shù)：
用于氣相色譜儀的傳統(tǒng)分流/不分流(SSL)或者程控的溫度蒸發(fā)(PTV)注入端口典型地消耗了大量體積的載氣，因為它被用在分流排氣口和隔膜清洗排氣口處而不是用于實際的分析分離(柱流量)。為了進(jìn)行說明，一個約I標(biāo)準(zhǔn)立方厘米每分鐘(sccm)的毛細(xì)管柱流量具有50Sccm或者更多的分流量以及5Sccm的隔膜清洗流量。一種現(xiàn)有技術(shù)的、用于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量。然而，將該分流量減少到過低的一個值，可以導(dǎo)致所不希望的、升高的基線。這可能是由從該樣品基質(zhì)中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0形圈)的脫氣、注入端口隔膜和/或這種隔膜的去芯(coring)而造成的，或者是由該柱固定相的氧化 (由于更大濃度的氧氣已經(jīng)反向擴(kuò)散穿過該隔膜)造成的。在傳統(tǒng)上已經(jīng)通過使用大的分流量進(jìn)行稀釋來實現(xiàn)了這些污染物的減少。
圖I展示了一個典型的現(xiàn)有技術(shù)的氣相色譜儀入口系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個分流/ 不分流(SSL)注入器，用于注入液體樣品。通過一個電子壓力控制器而將一種載氣遞送到該注入器。一種氣體供應(yīng)，例如氦氣，在壓力下被引入一個氣體配件中。一個細(xì)的多孔性過濾器，例如一種不銹鋼玻璃料，移除了可能妨害該比例閥的操作的任何微粒物質(zhì)。該比例閥維持了在該注射器本體內(nèi)的一個設(shè)定點的壓力以便在一個分析柱中建立一個計算出的流量。該比例閥可以通過使用一個壓力傳感器(該壓力傳感器為該控制電路(未示出)提供了一個反饋回路)來感測該注入器的壓力而受到控制。可任選地，其中包括一個化學(xué)收集器以便洗滌含有潛在污染物(例如烴類和/或氧氣)的載氣。另外的比例閥通過計算穿過該限流器的壓降而允許對從隔膜清洗排氣口以及分流排氣口處對應(yīng)地遞送的一些載氣進(jìn)行清洗和排出。
圖2展示了圖I中所示的現(xiàn)有技術(shù)SSL注入器的一個詳細(xì)的實例。一個隔膜(通過一個隔膜螺母保持在位)是由一個小注射器(未示出)的針尖穿透的，以便允許液體被閃蒸在該入口襯里之內(nèi)。一個加熱器塊的溫度是通過一個加熱器組件(未示出)來調(diào)節(jié)的。 進(jìn)入該注入器組件的氣體供應(yīng)在該毛細(xì)管柱中建立了一個流動。存在兩種操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管線的分流量。離開該分流管線的流量是通過圖I的電子壓力控制器來進(jìn)行控制的。這種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的檢測系統(tǒng)的飽和。
在不分流的操作模式中，該分流管線在注入過程中是關(guān)閉的，以便使大批的樣品材料傳遞到該毛細(xì)管柱中。在一個指定的時間間隔之后，將該分流排氣口打開以便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。
在這兩種模式下，被用于分流量以及隔膜清洗流量的載氣的量值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求用于氣相色譜法(GC)的、進(jìn)行分析分離的柱流量的量值。在一個分流或者不分流的注入之后，典型地維持大量體積的分流量，以稀釋殘余污染物的脫氣作用。這導(dǎo)致高純度氣體(例如氦)的大量消耗。
氦正逐漸變得昂貴并且在世界上的某些區(qū)域是難以獲得的。氦經(jīng)常是優(yōu)選的氣體選擇，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。替代性的載氣，例如氫氣或者氮氣，可以用于某些例子中。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)，而氮氣會導(dǎo)致電荷交換反應(yīng)， 并且已知作為載氣是效率較低的。發(fā)明內(nèi)容
一種清掃氣相色譜儀系統(tǒng)的方法根據(jù)本發(fā)明包括在一個第一和一個第二模式之間進(jìn)行選擇。該第一模式允許最大的氦保存，而該第二模式允許最小的方法影響，例如保留時間以及檢測器響應(yīng)。
當(dāng)選擇最大氦保存時，用一種非氦的輔助氣體對入口進(jìn)行供應(yīng)；非氦氣體的壓力設(shè)置為與一個給定的柱流量相對應(yīng)。在一個注入時段中，將一個共軸的氦流量建立在分析毛細(xì)管柱的端部周圍，其中該共軸的氦流量是小于該柱流量的。在該注入時段之后，將一個共軸的氦流量建立在分析毛細(xì)管柱的端部周圍，其中該共軸的氦流量是大于該柱流量的。
當(dāng)選擇最小方法影響時，用氦對入口進(jìn)行供應(yīng)并且該氦氣的壓力被設(shè)置為與一個給定的柱流量相對應(yīng)。在一個注入時段中，將一個共軸的氦流量建立在分析毛細(xì)管柱的入口端部周圍，其中該共軸的氦流量是小于該柱流量的。在該注入時段之后，將一個共軸的氦流量建立在分析柱的入口端部周圍，其中該共軸的氦流量是大于該柱流量的。然后將該入口用一種輔助氣體進(jìn)行供應(yīng)。該輔助氣體可以是氫氣、氮氣、或氬氣。
用于氣相色譜儀(GC)系統(tǒng)的、根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案包括一個氦氣源以及一個非氦輔助氣源。一個導(dǎo)管包圍了一個分析柱的輸入端。一個三通閥門接收了輔助氣體與氦氣之一。一個電子壓力控制器(EPC)連接到了該三通閥門上，從而允許上述兩種操作模式。一個分離的開關(guān)閥接收來自一個校準(zhǔn)過的限流器的氦氣。該閥門允許在一個T形連接件處設(shè)置兩個流量水平，該連接件介于該注入器與該分析柱之間。一個氣相色譜儀檢測器連接到該分析柱的輸出端上。該注入器可以在分流的或不分流的操作模式中進(jìn)行操作。 一個可任選的、被加熱的前置柱介于該注入器的輸出端與該T形連接件之間。
用于氣相色譜儀(GC)系統(tǒng)的、根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案包括一個注入器，該注入器在一個終端具有一個螺紋柄。該螺紋柄包括一個導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有在該螺紋柄的上端處的一個輸入端以及在該螺紋柄的下端處的一個輸出端。在該注入器本體之內(nèi)，存在一個注入端口襯里，導(dǎo)管在該注入端口襯里之內(nèi)，一個分析柱被該導(dǎo)管所包蓋，一個箍被同中心地定位在該導(dǎo)管的周圍、在該注入端口襯里之內(nèi)，并且一個襯里支撐物以及底座被定位為與該注入器本體相鄰并且靠近該螺紋柄，這樣使得該箍是被壓縮的。一個有凹槽的墊片介于該底座與該螺紋柄之間。該有凹槽的墊片的每個面包括一個環(huán)形凹槽。一個通孔在這些環(huán)形凹槽之間延伸。一個閥門與一個導(dǎo)管的輸入端相連通，該導(dǎo)管將氦進(jìn)料給該注入器的底座。使用了多個流量限制器，以便建立到達(dá)該分析柱的輸入端的兩種氦流速之一。


圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的分流/不分流注入系統(tǒng)。圖2顯示了現(xiàn)有技術(shù)的分流/不分流注入器。圖3顯示了圖2的分流/不分流注入器的下端，使用了本發(fā)明的一個短而窄的孔 管組件。圖4展示了本發(fā)明的、用于一個現(xiàn)有的現(xiàn)場氣相色譜儀的另一個實施方案。圖5展示了描述本發(fā)明的保存氦的操作的流程圖。圖6展示了使用氮氣作為輔助氣體并且氦氣作為載氣而收集的不分流數(shù)據(jù)。圖7展示了僅以常規(guī)方式使用氦而收集的不分流數(shù)據(jù)。
具體實施例方式圖3展示了本發(fā)明的一個實施方案。在此實施方案中，ー個35し注入器的下部被 設(shè)計為允許氦氣選擇性地越過一個分析柱的末端。將一種氦以外的氣體以一種常規(guī)的方式 引入到該注入器中，以便對該入口增壓并且提供分流量以及隔膜的清洗流量。這種新穎的 35し注入器本體可以用于圖1中披露的系統(tǒng)中。一個導(dǎo)管的上端，例如，去活的、熔凝的硅石管38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)。定位在該管38之內(nèi)的是分析柱40。一個襯里支撐物42和 底座44在一個螺紋柄46處以螺紋擰在一起以便允許壓縮該包封的石墨箍48。這在該熔凝 的硅石管38與該底座44之間維持了一個氣密的密封部。一個軟的金屬墊片50被定位在 底座44與注入器的終端10ム之間，以便在底座44與注入器本體10之間產(chǎn)生一個密封部。 一個保持螺母(未示出)將底座44固定到注入器本體10的螺紋部分52上。熔凝的硅石管38的短區(qū)段被選擇為具有稍大于該分析柱40外徑的一個內(nèi)徑。例 如，0. 53mm ft*_Megabore管適合用于大多數(shù)具有的內(nèi)徑為0. 25或0. 32mm內(nèi)徑的分析 柱。優(yōu)選該管已經(jīng)是去活的并且不包含固定相。管的這個區(qū)段可以替代性地是用有玻璃襯 的不銹鋼管、Silcosteel @管、或者其他適合的惰性材料來制造的。在這個說明性的實例中，該分析柱40優(yōu)選延伸到該管38的最上端的1_之內(nèi)。這 允許將該柱入口定位在該熱的注入器本體之內(nèi)、使空隙體積影響最小化、并且允許在分析 的過程中有一個充分的對該輔助氣體的反向擴(kuò)散阻擋層。墊片50包括在該金屬墊片50的 各個面上的、處于ー個環(huán)形的凹槽切ロ形式的ー對氣體通道54ム、548。在俯視圖中作為11 示出的墊片50還包括一個孔56，該孔位于該墊片50的中心線上以便在該上部和下部的凹 槽通道54Α、54Β之間產(chǎn)生流體連通。該底座44的終端58是帶螺紋的，這樣使得一個保持 螺母和箍(為了簡明未示出)可以在分析柱40與底座44之間產(chǎn)生一個密封部。一個導(dǎo)管 60向該上部的凹槽通道54ム提供了ー個氦流。這些氦圍繞著上部的凹槽通道流動直到它找 到孔56。然后它穿過孔56進(jìn)入到下部的凹槽通道MB中并且在進(jìn)入點55處進(jìn)入到底座 44中。底座44允許氦圍繞該熔凝的硅石管38的外側(cè)向下流動以便清掃空隙體積，然后向 上進(jìn)入管38中并且在穿過分析柱40的輸入端之后最終進(jìn)入注入器的內(nèi)部。在該注入時段 之后，所確立的、進(jìn)入到該導(dǎo)管60中的流量應(yīng)該稍微高于該計算出的、遞送到柱40中的柱 流量。為了展示，可以將2sccm的導(dǎo)管流量用于lsccm的計算出的柱流量。通過導(dǎo)管60遞送的流量可以使用一個數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，或者通過在監(jiān)測遞送給柱40的氣體中輔助氣體的存在的同時調(diào)節(jié)該流量來進(jìn)行經(jīng)驗式的優(yōu)化。為了展示，如果氮氣是遞送到該注入器的輔助氣體，并且該檢測系統(tǒng)采用了一個質(zhì)譜儀，則該空氣/水光譜可以針對氮在柱排放液中的豐度進(jìn)行監(jiān)測。該氦流量可以相應(yīng)地被調(diào)節(jié)為使氦的消耗最小化同時防止氮不適當(dāng)?shù)胤聪驍U(kuò)散到該柱中。
在將一個樣品注入到圖3的注入器10的過程中，進(jìn)入導(dǎo)管60中的氦流動可以通過關(guān)閉該開關(guān)閥62來中斷，使得遞送的氦流量被降低到該柱流量之下。該輔助氣體然后會將樣品成分清掃到該分析柱40上。優(yōu)選將該流量減少到該柱流量的一個分?jǐn)?shù)(而不是完全停止)、至一個低的數(shù)值，例如0. 05sccm,以便清掃空隙體積、減少峰值拖尾、并且防止溶劑蒸氣反向擴(kuò)散到該氣體管線中。在注入該樣片并且該樣品轉(zhuǎn)移到分析柱40上之后，通過打開閥門62重新確立導(dǎo)管60中的氦流量，這樣該色譜過程將氦用于分析分離的本體部分， 同時輔助氣體被用于清掃該注入器。
圖3的實施方法使用了可以從用于對柱進(jìn)行維護(hù)和定位的目的的系統(tǒng)中移除、同時還允許重新組裝的硬件，這些組件的旋轉(zhuǎn)定位作用對該硬件是無效的。這提供了顯著的易使用性。
通過一個GC毛細(xì)管柱的流量典型地是通過設(shè)置一個入口壓力而確立的。該流量可以是計算出的并且由此受控制的，其中使用了現(xiàn)有的關(guān)于氣體黏度、柱尺寸、以及入口和出口壓力的知識并且使用了以下Poiseuille等式
權(quán)利要求
1.一種用于氣相色譜儀(GC)系統(tǒng)的裝置，該裝置包括一個注入器，該注入器是連接到一個氦氣源以及一個非氦氣源上的；其中該非氦氣源被配置為對一個分析柱的輸入端增壓并且遞送一個分流量或者清洗氣體流量中的至少一者；以及一個導(dǎo)管組件，該導(dǎo)管組件包括一個導(dǎo)管，該導(dǎo)管包圍了該分析柱的輸入端，一個控制器，該控制器被連接到該導(dǎo)管上，該控制器具有一個第一模式以及一個第二模式，該第一模式在一個注入時段中遞送一個小于該柱的流量的、共軸的氦流量以便完成到達(dá)該柱上的一種樣品轉(zhuǎn)移，并且該第二模式在一個注入時段之后遞送一個大于該柱的流量的、共軸的氦流量，以便防止該非氦氣體進(jìn)入該分析柱中。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，該控制器包括一個氣動開關(guān)，該氣動開關(guān)用于在一個注入時段之前臨時將該非氦氣源切換到氦，并且在一個注入時段之后切換回到該非氦氣源。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中該控制器是一個二次注入器。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，該控制器包括連接到一個接收輔助氣體或者氦之一的三通閥門上的一個電子壓力控制器；一個二次閥門以及多個校準(zhǔn)過的限流器，用于將兩個水平的氦流量遞送到該導(dǎo)管中； 一個T形連接器，介于一個注入器與一個分析柱之間，該連接器具有一個連接到該導(dǎo)管上的中點；以及一個氣相色譜儀檢測器，連接到該分析柱的輸出端上。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中該氣相色譜儀檢測器是一種質(zhì)譜儀。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中該注入器是一種分流/不分流(SSL)注入器。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中該注入器是一種程控的溫度蒸發(fā)注入器(PTV)。
8.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中該輔助氣體是選自由氫氣、氮氣、以及氬氣構(gòu)成的組。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，進(jìn)一步包括一個加熱過的前置柱，該加熱過的前置柱介于該可程控的溫度蒸發(fā)注入器的輸出端與該T形連接器之間。
10.如權(quán)利要求I所述的裝置，該注入器包括一個可拆卸的2件式注入器底座，該注入器底座在一個終端處具有一個螺紋柄，該螺紋柄包括一個導(dǎo)管，該導(dǎo)管具有在該螺紋柄上端的一個輸入端以及在該螺紋柄下端的一個輸出端；在該可拆卸的注入器底座之上的是一個注入端口襯里；在該注入端口襯里內(nèi)的一個導(dǎo)管；一個分析柱，該分析柱被定位于該導(dǎo)管之內(nèi)；一個箍，該箍被同中心地定位在該導(dǎo)管的周圍，該2件式底座是螺紋連接在一起的，這樣使得該箍是被壓縮的；以及一個有凹槽的墊片，該有凹槽的墊片介于該底座與該注入端口之間以便形成該氦氣源與該底座之間的流體連通。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該分析柱是被該導(dǎo)管所包蓋的。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，該有凹槽的墊片包括針對該墊片的每一面包括一個環(huán)形凹槽；一個在該環(huán)形凹槽內(nèi)的通孔。
13.如權(quán)利要求10所述的裝置，進(jìn)一步包括一個第一閥門，該第一閥門與該導(dǎo)管的輸入端處于連通；至少一個毛細(xì)管限流器，該毛細(xì)管限流器與該第一閥門串聯(lián)地進(jìn)行連接；并且與該至少一個毛細(xì)管限流器處于流體聯(lián)通的氦氣源，該氦氣源具有一個第一模式以及一個第二模式，該第一模式以大于該柱的流速的一個流速引導(dǎo)該氦氣流穿過該柱的輸入端，該第二模式將穿過該柱的輸入端的氦氣流量減少到一個小于該柱的流量的值，以便完成到達(dá)該柱的一種樣品轉(zhuǎn)移。
14.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中該輔助氣體是選自由氫氣、氮氣、以及氬氣構(gòu)成的組。
全文摘要
一種用于將氦氣保存在氣相色譜儀系統(tǒng)中的裝置的特征在于，在分析分離的大多數(shù)的過程中，氦被用作載氣同時一種輔助的非氦氣體被用作對入口進(jìn)行增壓并且提供隔膜清洗和分流排氣口的流量。在一個注入時段之前，在柱的入口處確立一個共軸的氦流量，其中該共軸的氦流量是小于該柱的流量。在該注入和樣品轉(zhuǎn)移時段之后，確立一個共軸的氦流，其中該流量是大于該柱的流量。
文檔編號G01N30/60GK102539589SQ20111031973
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者寶洛·馬格尼, 愛德華·B·麥可利 申請人:薩莫芬尼根有限責(zé)任公司