控制分析儀器中樣品污染的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】控制分析儀器中樣品污染的方法和設(shè)備
【背景技術(shù)】
[0001] 與液體樣品分析測量儀器有關(guān)的常見問題是逐次注入的樣品的污染 (carryover)。每當(dāng)相繼地注入兩種樣品時，當(dāng)測量第二注入的樣品時經(jīng)常存在一些留在所 述單元（cell)的微量的第一注入的樣品。任意數(shù)量的分析儀器都可能遭受此樣品污染，其 中有測量光散射、折射率、紫外線吸收、粘性和電泳迀移率的儀器。本發(fā)明特別感興趣的是 電泳迀移率測量的領(lǐng)域，例如通過引用方式并入此處的由Hsieh和Trainoff在頒發(fā)于2013 年5月14日的美國專利8, 441，638中探討的電泳迀移率測量。已經(jīng)使用了各種技術(shù)以減輕 樣品污染的問題?？朔宋廴締栴}最簡單和常用的方法包括在樣品注入之間用大體積的清 洗液沖洗并注入大量樣品以確保所述單元多次溢滿以使得大多數(shù)先前注入的樣品在測量 新來樣品之前從測量室中沖洗出。然而由于測量單元常包括有著與測量單元主體積連接不 良的區(qū)域的復(fù)雜內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)以致易于把樣品推進這些區(qū)域但難于重新把樣品沖洗出去， 因此所述方法經(jīng)常僅是勉強有效。這些過程也會浪費時間和貴重的樣品并且頻繁地產(chǎn)生額 外的浪費。
[0002] 包含在引起樣品污染問題的分析儀器中的最有問題的幾何結(jié)構(gòu)之一是0形環(huán)凹 槽。由于〇形環(huán)有效、便宜、耐久和可靠，因此其常用于測量單元。此外，用〇形環(huán)密封件構(gòu) 建的單元通?？杀徊痖_以清洗并替換磨損和損壞的部件。然而，〇形環(huán)以能夠截留樣品而 出名?？紤]如圖1所示的未壓縮的標(biāo)準(zhǔn)端面密封件0形環(huán)凹槽設(shè)計。在標(biāo)準(zhǔn)端面密封件設(shè) 計中，在這種情況下為圓盤形窗口的頂板101直接壓在包含凹槽103的歧管表面102上，壓 縮后在歧管表面102和頂板101之間無間隙。凹槽的垂直長度通常比0形環(huán)104的直徑小 15%。由于0形環(huán)104被壓縮，其在凹槽103內(nèi)橫向地變形和延伸，凹槽103是特意地尺寸 過大。凹槽103的水平延伸通常為1.5x0形環(huán)直徑，然而能夠針對具體應(yīng)用優(yōu)化寬度和壓 縮。在凹槽103中出現(xiàn)額外的體積以補償0形環(huán)凹槽機械加工、0形環(huán)材料的化學(xué)溶脹和 超出其操作溫度范圍的〇形環(huán)材料與凹槽的差異性熱膨脹的最壞情況公差。〇形環(huán)的設(shè)計 者被迫在凹槽103中留下大量額外間隙以便設(shè)計出的測量單元在假定最壞情況公差時不 會滲漏。所述間隙擔(dān)當(dāng)任何進入單元中的流體的污染儲存器或死體積，并且由于窗口 101 直接壓在歧管頂面102上，一旦樣品被壓進此空間，就非常難于移開。當(dāng)密封件被加壓時， 0形環(huán)拉伸并被推壓至凹槽的外部邊緣，這導(dǎo)致內(nèi)部間隙裝滿流體。當(dāng)密封件被減壓時，摩 擦力能保持〇形環(huán)處在被拉伸的形態(tài)，并且被截留在密封件內(nèi)的流體被留下。假定為靜態(tài) 負(fù)載，截留的樣品可離開凹槽的唯一方法是通過擴散，所述擴散是緩慢的過程。本發(fā)明的目 的是實現(xiàn)比簡單擴散更快的方法以大量減少或完全地消除在測量單元從一次樣品注入至 下一樣品注入的污染。
[0003] 由于測量單元的內(nèi)部相對于環(huán)境被加壓，設(shè)計規(guī)則教導(dǎo)最有效的密封件是在0形 環(huán)被壓在凹槽103的外壁105上時形成的，以將拉伸和所述形成過程導(dǎo)致的密封壓縮的相 應(yīng)減少最小化。盡管如此，人們可嘗試通過設(shè)計〇形環(huán)凹槽103以便所述環(huán)緊抱內(nèi)壁106 確保死體積在樣品空間外來處理所述污染問題。只要恒定地伴隨裝滿所述單元的單元內(nèi)加 壓足夠小以致0形環(huán)的抗拉強度與0形環(huán)和密封面之間的摩擦力相結(jié)合足夠保持所述0形 環(huán)在適當(dāng)?shù)奈恢?，這就是可行的。然而，由于0形環(huán)通常由柔順橡膠構(gòu)成，因此這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不 夠的。此外隨著0形環(huán)的老化，重復(fù)加壓將引起該0形環(huán)蠕動至凹槽的外面并且摩擦力將 保持其在適當(dāng)?shù)奈恢?。緊抱0形環(huán)內(nèi)壁設(shè)計的優(yōu)點克服了這一點，因為我們再次在所述單 元內(nèi)部獲得死體積，并且此外，現(xiàn)在我們有減少壓縮的拉伸密封件。
[0004] 如上所述，一些分析儀器可以經(jīng)設(shè)計結(jié)合最小化凹槽寬度的優(yōu)化凹槽設(shè)計，用作 輸入?yún)?shù)：〇形環(huán)材料、操作的預(yù)期溫度范圍、材料公差和化學(xué)溶脹。在極端公差下，這些凹 槽可具有零死體積。然而，雖然這些"優(yōu)化"系統(tǒng)可減少凹槽體積，并且因此有更小的死體 積，但是如果超出任何公差，那么所述系統(tǒng)有如滲漏或窗口破裂之類的嚴(yán)重故障的風(fēng)險。本 發(fā)明的目的是實現(xiàn)在包含了 0形環(huán)凹槽的系統(tǒng)中可最小化或消除污染的裝置從而允許明 顯的非理想因素，其包括其中0形環(huán)凹槽包含顯著的死體積的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明在分析儀器中使用多重0形環(huán)系統(tǒng)。流體壓力被施加于不與要分析的樣品 接觸的儀器區(qū)域。此壓力影響與樣品流體接觸的〇形環(huán)的位置和形狀，這使得〇形環(huán)排出 截留在〇形環(huán)凹槽內(nèi)部的樣品。
【附圖說明】
[0006] 圖1示出了標(biāo)準(zhǔn)面密封0形環(huán)凹槽設(shè)計。
[0007] 圖2是包含了用于從所述單元的測量區(qū)域移出樣品的密封件洗滌通道和雙0形環(huán) 系統(tǒng)的本發(fā)明的一個實施例的剖視圖。
[0008] 圖3說明了本文件的一個實施例的運轉(zhuǎn)的實例和在所述過程中在不同時間下0形 環(huán)的位置。
[0009] 圖4示出了根據(jù)圖3的本發(fā)明的替代實施例，其中內(nèi)部凹槽的內(nèi)壁在底部是圓形 的以適應(yīng)0形環(huán)的形狀并進一步最小化注入之間任何樣品污染。
[0010] 圖5示出了本發(fā)明的一個實施例，其使用了被動式設(shè)計，其中相對于所述單元測 量區(qū)域的高壓在兩〇形環(huán)之間的密封件洗滌區(qū)域通過限制毛細(xì)管被維持。
[0011] 圖6示出了通過電泳迀移率測量儀器的測量單元在常規(guī)流中采集的傳導(dǎo)率數(shù)據(jù)。 注入初始高鹽濃度并測量十次，隨后沖洗一段時間并測量10次以上。多次重復(fù)該沖洗和測 量工序。
[0012] 圖7示出了如圖6中收集和展示的類似傳導(dǎo)率數(shù)據(jù)，然而該數(shù)據(jù)是使用根據(jù)本發(fā) 明的測量單元和方法產(chǎn)生的，其中伴隨著四個交替的壓力脈沖的每個沖洗階段能夠擦拭內(nèi) 部測量室的密封表面。
【具體實施方式】
[0013] 加速移除截留在0形環(huán)凹槽內(nèi)樣品的過程的一種方法是開發(fā)當(dāng)單元被加壓時發(fā) 生變形的〇形環(huán)。重復(fù)的加壓和減壓將促使隨后將被沖洗出測量單元的某些流體進出死體 積。本發(fā)明部分地利用該過程，但增加了進一步加壓步驟，其顯著提高了可從測量單元移除 被截留的樣品的速率。
[0014] 考慮在圖2所示的發(fā)明性測量單元設(shè)置。在該實施例中，包括了容納膨脹和公差 的設(shè)計為死體積202的主要的密封0形環(huán)201保留不變。差別在于存在第一 0形環(huán)外的第 二0形環(huán)203和相應(yīng)凹槽。第二0形環(huán)203不參與密封該單元。然而，如果用外部壓力源 加壓兩個〇形環(huán)之間的密封件洗滌區(qū)域204,那么施加抵靠內(nèi)壁205移動內(nèi)部0形環(huán)201的 力，以使得根據(jù)需要死體積在測量單元區(qū)域206外。
[0015] 在多種情況下，維持兩個0形環(huán)之間的壓力是不方便、或甚至是不可能的，這是因 為內(nèi)部壓力可在填充單元時為高以及僅在無流量時為低。在這種情況下，人們可簡單地可 選地向單元206內(nèi)部施加壓力，這將引起內(nèi)部0形環(huán)201在其凹槽中滑動至凹槽的外面，并 且然后施加壓力至兩個204之間的密封件洗滌區(qū)域以引起內(nèi)部0形環(huán)推壓凹槽的內(nèi)壁。通 過內(nèi)部空間206和外部空間204之間的交替壓力，內(nèi)部0形環(huán)201將擦拭密封表面以排出 截留的樣品。在各個測量之間可應(yīng)用多次這些加壓，允許新鮮的溶劑或樣品稀釋并排出任 何仍被任何死體積截留的以前樣品。
[0016] 雖然兩個0形環(huán)204之間的空間也是死空間，但是其不與測量體積接觸，并且因此 截留于該空間的流體不影響測量。此外，這意味著基本上不存在對用于此區(qū)域的加壓介質(zhì) 的限制；因此密封件洗滌加壓流體可為氣體或液體。然而內(nèi)部〇形環(huán)201與樣品接觸，并 且因此必須是選定的高質(zhì)量的以最小化與樣品本身的任何相互作用，外部0形環(huán)203從不 與樣品接觸，并且因此不必是相似質(zhì)量的材料，這在某種程度上意味著與改善沖洗系統(tǒng)相 關(guān)的總費用可為最少。進一步，雖然外面的密封裝置203從始至終指的是0形環(huán)，但此密封 機構(gòu)可為任何數(shù)量的其他密封裝置，例如墊圈、襯墊或適當(dāng)?shù)耐繉颖砻妫灰洚a(chǎn)生的密封 足以防止在加壓的時候從它和內(nèi)部0形環(huán)201之間的密封件洗滌區(qū)域204滲漏。圖3示出 了在測量和沖洗過程中在不同的時間點處內(nèi)部和外部〇形環(huán)的可能位置。在進行任何注入 前，在t= 1時，被壓縮的內(nèi)部0形環(huán)將可能位于靠近內(nèi)部凹槽的外壁的位置。然而，應(yīng)注 意的是，本發(fā)明不限制于外壁緊抱0形環(huán)的設(shè)計。本發(fā)明也改善了結(jié)合緊抱內(nèi)壁（一個或 更多）的〇形環(huán)的設(shè)計。進一步地，由于外部〇形環(huán)緊抱其相應(yīng)凹槽的壁，因而內(nèi)部〇形環(huán) 不需要緊抱在其凹槽內(nèi)的相同壁，也根本不需要兩個〇形環(huán)緊抱壁，盡管這可有利于簡化 結(jié)構(gòu)的裝配。在時間t= 1時，外部0形環(huán)302類似地位于其凹槽處。在時間t= 2時，樣 本通過注入通道303被注入測量單元，因此增加了施加于內(nèi)部0形環(huán)301的壓力，并且進一 步把內(nèi)部〇形環(huán)301朝其凹槽的外壁推。測量被記錄后，在t= 3時通過液體或氣體介質(zhì)向 密封件洗滌通道304施加壓力。壓力推動內(nèi)部0形環(huán)朝向其凹槽的內(nèi)壁，并迫使外部0形環(huán) 進一步朝向外部凹槽的外壁。隨著內(nèi)部〇形環(huán)被推至內(nèi)壁，以前的樣品被壓出測量單元死 體積外，并且可注入新樣品或溶劑，比迄今為止可能的過程更加高效和徹底排出以前樣品。
[0017] 在測量單元的設(shè)計上也可能有多種變化。例如，如圖4所示，當(dāng)在密封件洗滌步驟 中內(nèi)部0形環(huán)401被推壓至內(nèi)壁時，內(nèi)部0形環(huán)401的凹槽可經(jīng)設(shè)計具有