CN100451645C - 用来调节流经色谱系统的流体的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种系统和方法，其包括采样装置(20)；色谱柱(24)；和传送管路(28)，经由该管路，包含待测分析物的流体从采样装置连通到所述柱。根据特定的关系，包含分析物的流体施加在传送管路入口处的压力随着柱温度的升高而调节，以使离开该柱的流体保持基本上恒定的流速或者速度。以此方式，该系统补偿了流经所述柱的流体由柱温度变化引起的粘性变化。

Description

用来调节流经色谱系统的流体的方法

相关申请

申请人要求2004年7月26日提交的美国临时专利申请No.60/521,951和2005年2月28日提交的美国临时专利申请No.60/657,210在美国法规的标题35下第119(e)节的优先权，这些文件的内容全部作为参考包括在内。

技术领域

本发明涉及将包含分析物的流体从采样装置连通到色谱柱的系统和方法。更特别地，本发明涉及其中采样装置控制流经该柱的流体的系统和方法。

背景技术

气相色谱分析法实质上是一种物理分离方法，其中载体气体中的蒸汽样品的组分被柱中的固定相(stationary phase)材料吸附或者吸收然后再解吸(desorbe)。样品脉冲引入到载体气体的稳定流中，该稳定流将样品带入色谱柱。柱的内侧充满液体，这种液体和样品的各种组分——它们基于元素分配系数中的差异而不同——之间的相互作用导致样品分离成各个元素。在柱的末端，单个组分或多或少地被及时分离。气体检测提供了时间刻度模式，典型地被称为色谱，就是说，通过校准或者与已知样品的比较，指示测试样品中存在的成分及其具体浓度。产生这种结果的过程示例在Hinshaw的美国专利No.5,545,252中有说明。

各种类型的采样装置可以用于从样品容器(vessel)中获取一定量的分析物，其中所述容器用来收集待测试的样品并且将分析物传送到用于上述分析的气相色谱仪。一种公知的装置是热解吸单元，其经常用于确定特定环境的组分。例如，经常希望检测特定的空气样品内存在的挥发性有机化合物(VOC)的数量。实施这种检测的一种方式是首先将封装有吸附剂材料的管送入待测试环境中，并且允许空气中的VOC通过自然扩散迁徙入管内，典型地称为“扩散”或者“被动采样”。可替代地，可以利用小型真空泵经由这种管抽吸气体样品(典型地是环境空气)来收集VOC，通常称为“泵浦采样”。在每种情况下，随着空气经过该管，待测量分析物(即，VOC)被吸附剂保持并聚集在其上。

一旦VOC以这种方式被收集，则该管被输送到热解吸单元，在这里，该管放置在惰性气体诸如氦或者氖的流动路径内。该管随后被加热，因此解吸分析物，并且载体气体将VOC驱逐出该管。在某些情况下，“捕捉器”定位在样品管的下游，从而在将样品引入色谱柱之前，进一步预浓缩分析物，并且偶尔从其内去除水分。一种示例是通常冷却到次环境温度的吸附剂捕捉器，该捕捉器是简单地封装有适当的吸附剂材料的另一个吸收剂管，随着样品气体第一次经过该管，该管吸附分析物，然后分析物通常通过加热从其上解吸到色谱柱内，用于后续的分离和分析。

另一种常用的采样装置是顶部空间采样器(headspace sampler)。在传统的顶部空间采样中，样品材料被密封在管形瓶(vial)中，并且处于恒温条件下特定的时间。在该恒温期间，管形瓶内气相中的分析物浓度应当与液相和/或固相达到平衡。管形瓶随后利用载体气体加压到大于由恒温和平衡导致的“自然”内压力的水平。然后，加压的管形瓶以这样的方式与色谱柱连接，以允许将一部分管形瓶气相传送到柱内，持续较短的时间。这种采样装置的示例在Riegger等的美国专利No.4,484,483中公开。采用顶部空间采样器的色谱系统的示例在Hinshaw的美国专利No.5,711,786中公开。

在某些应用中，该柱直接与采样装置内的吸收剂管耦合或者该装置经由传送管路连接到该柱，诸如例如，经由一定长度的熔凝硅管。其他最近的应用采用接口装置，用于实施除已经由采样装置提供的控制或者捕捉之外的某些额外的控制或者捕捉，包括Tipler等的美国专利申请No.11/169,935所公开的热解吸系统，以及Tipler的美国专利No.6,652,625所公开的顶部空间采样系统，它们均已经转让给了本申请的受让人，并且它们每一个的内容全部作为参考包含在此。

然而，在某些实施例中，随着柱被加热，流经其内的气体粘性也增大。结果是，在等压条件下——载体气体以恒压施加的情况，经过柱的流速将会降低。虽然这在某些应用中对系统性能没有损害性影响，但是在其他的采用了流速敏感的检测器诸如质谱仪的应用中，对性能的影响可能是剧烈的。

某些气相色谱仪配备有可编程气动控制器，因此，该色谱仪能够通过计算过的速率增大柱的入口压力来保持经过柱的流速恒定来补偿气体粘性的这种变化，这就需要持续地知道柱的温度，从而计算该温度下的粘性并且对所施加的压力进行适当的调节。然而，当气压由远离色谱仪的装置，诸如热解吸单元或者顶部空间采样器控制时，在这种情况下，气体从该装置沿着传送管路供应并且远程装置不知道柱的温度时，该方案不可用。

发明内容

本教导包括将包含分析物的流体从采样装置连通到色谱柱的系统和方法，使得随着柱温度变化，可以保持流经柱的流速基本上恒定。进而，提供了将包含分析物的流体从采样装置连通到色谱柱的系统和方法，使得随着柱温度变化，可以保持柱内的气体速度基本上恒定。另外，提供了将用户输入和人为错误最小化的系统和方法。

为实现列举的至少某些目的和优势，本发明包括用来调节流经色谱柱的流体的方法，该方法包括以下步骤：提供采样装置，用于供应包含待测分析物的载体气体；提供色谱柱，用于接收由采样装置供应的气体，并且气体由此从柱入口流到柱出口；提供传送管路，由此气体从采样装置连通到柱，并且由此气体从传送管路入口流到传送管路出口；在环境压力和温度下，选择柱出口处的希望流速F_a，根据下列方程计算压力P_i：

$P_i=\sqrt{\frac{F_a\·T_t\·P_a}{a\·b\·T_a}\·(a\·\frac{T_c}{T_t}+b)+P_o^2}$

其中T_t是传送管路的绝对温度，T_c是柱的绝对温度，T_a是标准环境绝对温度，P_o是柱出口处的气体压力，P_a是标准环境压力，a和b分别表示传送管路和柱的πd/256Lη，其中d是它们的直径，L是它们的长度，η是流经它们的气体的粘性；和在计算的压力P_i下，向传送管路入口供应载体气体。

在某些实施例中，当柱温度T_c变化时，重复计算压力P_i和在压力P_i下供应气体的步骤，使得经过柱的流速基本上保持恒定。

在某些实施例中，采样装置包括热解吸单元，并且包括可移除的样品容器，用于从待测试环境中获取样品；定位在载体气体的流动路径上的样品站，用于接收样品容器；和加热装置，用于加热样品站内的样品容器，从而热解吸其中的分析物。在其他的实施例中，采样装置包括顶部空间采样器。

在实施例中，本发明包括用来调节流经色谱柱的流体的方法，该方法包括以下步骤：提供采样装置，用于供应包含待测分析物的载体气体；提供色谱柱，用于接收由采样装置供应的气体，并且经由该柱，气体从柱入口流到柱出口；提供传送管路，经由该管路，气体从采样装置连通到柱，并且经由该管路，气体从传送管路入口流到传送管路出口；根据下列方程计算压力P_i：

$\stackrel{\‾}{u}=j\·\frac{4\·a\·b}{\mathrm{\π}\·d_c^2\·P_o}\·\frac{T_c}{T_t}\·\left[\frac{P_i^2-P_o^2}{a\·\frac{T_c}{T_t}+b}\right]$

其中u是经过柱的气体速度，T_t是传送管路的绝对温度，T_c是柱的绝对温度，P_o是柱出口处的气体压力，d_c是柱的直径，j是气体的压缩性系数；a和b分别表示传送管路和柱的πd/256Lη，其中d是它们的直径，L是它们的长度，η是流经它们的气体的粘性；和在计算出的压力P_i下，向传送管路入口供应载体气体。

在某些实施例中，压缩性系数j根据下列方程计算：

$j=\frac{3}{2}\·\frac{(\frac{P_x^2}{P_o^2}-1)}{(\frac{P_x^3}{P_o^3}-1)}$

其中P_x是柱入口处的气体压力。在这些实施例中，气体压力P_x根据下列方程计算：

$P_x^2=\frac{a\·\frac{T_c}{T_t}\·P_i^2+b\·P_o^2}{a\·\frac{T_c}{T_t}+b}$

在某些实施例中，计算压力P_i的步骤包括：选择压力P_i；计算所选P_i的速度u的值；重复选择压力P_i和计算所选P_i的速度u的值的步骤，以确定随着柱温度T_c的变化而产生最均匀的速度u值的P_i值；和在所确定的、产生最均匀的速度u值的压力P_i下，向传送管路入口供应载体气体。在特定的实施例中，重复选择和计算以确定压力P_i值的步骤经过逐渐近似法而实施。

在某些实施例中，采样装置包括热解吸单元，并且包括可移除的样品容器，用于从待测试环境中获取样品；定位在载体气体流动路径上的样品站，用于接收样品容器；和加热装置，用于加热样品站内的样品容器，从而热解吸其中的分析物。在其他的实施例中，采样装置包括顶部空间采样器。

在实施例中，本发明包括用来调节流经色谱系统的流体的方法，该方法包括以下步骤：提供第一导管，用于接收包含待测分析物的载体气体，并且经由该导管，气体从第一导管入口流到第一导管出口；提供与所述第一导管流体连通的第二导管，用于接收来自第一导管的气体，并且经由该第二导管，气体从第二导管入口流到第二导管出口；在环境压力和温度下，为第二导管出口处的气体选择希望的流速F_a；根据下列方程计算压力P_i：

$P_i=\sqrt{\frac{F_a\·T_t\·P_a}{a\·b\·T_a}\·(a\·\frac{T_c}{T_t}+b)+P_o^2}$

其中T_t是第一导管的绝对温度，T_c是第二导管的绝对温度，T_a是标准环境绝对温度，P_o是第二导管出口处的气体压力，P_a是标准环境压力，a和b分别表示第一导管和第二导管的πd/256Lη，其中d是它们的直径，L是它们的长度，η是流经它们的气体的粘性；和在计算出的压力P_i下，向第一导管入口供应载体气体。

在某些实施例中，第一导管包括第一色谱柱，第二导管包括第二色谱柱。在特定的实施例中，该方法进一步包括：提供热调制器，通过该热调制器，第一柱与第二柱流体连通。

在某些实施例中，本发明进一步包括：提供检测器，其中第一导管是色谱柱，第二导管是传送管路，经由该管路，气体从所述柱连通到检测器。

在特定的实施例中，本发明包括用来调节流经色谱柱的流体的系统，其包括：采样装置，用于提供包含待测分析物的载体气体；和与采样装置流体连通的气相色谱仪，该色谱仪包括：色谱柱，用于接收由采样装置供应的包含分析物的载体气体；和温度传感器，其连接在采样装置上，用于测量所述柱的温度，并且将信号发送到采样装置，显示测得的温度，其中采样装置基于从传感器接收到的信号控制供应到柱的载体气体压力。在某些实施例中，采样装置基于从传感器接收到的信号控制柱内的气体速度。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施例，用于调节流经色谱柱的气体的系统的示意图；

图2A是示意图，示出了图1的系统的额外细节；

图2B是示意图，示出了在管清洗(purge)阶段期间，图1的系统的额外细节；

图2C是示意图，示出了在捕捉器解吸阶段期间，图1的系统的额外细节；

图2D是示意图，使出了在捕捉器解吸阶段期间，图1的系统的额外细节；

图3是图1的系统的示意图，传送管路连接在柱的下游；

图4是图1的系统的示意图，传送管路连接在柱的上游和下游；

图5是图1的系统的示意图，采用了第二柱取代传送管路。

具体实施方式

根据本发明，用于测量分析物的色谱系统10的一种实施例的基本组件如图1所示。如说明中所用，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“之上”、“之下”、“低于”、“在顶部”、“在下方”、“向上”、“向下”、“上部”、“下部”、“前”、“后”、“背部”、“向前”和“向后”指代其取向如图所示时的物体，其取向对于实现本发明的目的不是必须的。

系统10包括采样装置20，其在以下所述的特定实施例中是热解吸单元，但是在其他实施例中可以包括其他采样装置，诸如顶部空间采样器。系统10进一步包括气相色谱仪22，其包括连接在检测器26上的色谱柱24。热解吸单元20经由传送管路28与色谱仪22流体连通，由此样品混合物从单元20连通到柱22(如箭头A所示)，其例如可以包括一定长度的熔凝硅限流器管道。

色谱仪22进一步包括温度传感器60，用于测量柱24的温度。传感器60例如可以是铂电阻温度计，或者如另一种示例，可以是热电耦。传感器60经由信号电缆62连接到热解吸单元20，通过信号电缆62，表示柱温度值的信号可以通讯到单元20。在某些实施例中，信号电缆62捆绑在传送管路组件内。

如图2A所示，热解吸单元20通常包括样品站30，其中设置了样品容器32，诸如吸收剂管。在某些实施例中，捕捉器34，诸如另一个吸收剂管，放置在样品管32的下游，用于进一步预浓缩分析物。管32、吸附剂捕捉器34和传送管路28有选择地经由旋转阀50彼此连通。载体气体入口36有选择地经由阀40与样品管32流体连通，并且另一个载体气体入口38有选择地经由阀42与吸附剂捕捉器34流体连通。解吸通风针状阀54、出口分流针状阀56、以及入口分流针状阀58分别经由电磁阀44、46、48控制，它们每一个前面都有碳阱52。

操作中，包含从待测环境中得到的分析物的样品管32首先设置在热解吸单元20的样品站30内，如图2A所示。如图2B所示，由于旋转阀50的定位，使得样品管32与捕捉器34流体连通，阀门40和44打开。管32被加热，从其中解吸分析物，并且载体气体经过入口36流入、经过管32，并且将分析物驱逐到捕捉器34内。设置在捕捉器34内的吸附剂吸附分析物，并且载体气体经过阀54(由箭头B指示)流出。接着，如图2C所示，旋转阀50转动，因此捕捉器34与传送管路28流体连通，阀40和44关闭，并且阀42的方向切换成将气体入口38与捕捉器34连通。捕捉器34被加热，从而从其中解吸分析物，并且载体气体经过入口38流入并经过捕捉器34(如箭头D所示)，在这里，其将分析物驱逐出捕捉器34并且进入到传送管路28(如箭头A所示)内。

如图1所示，传送管路28将气体与色谱柱24连通，气体流过色谱柱从而实施气体组分的分离，用于后续的检测器26分析。随着柱24被加热，流经的气体粘性增大，这将通常降低气体的流速，其可能影响检测性能。

因此，柱温度T_c受到监测并且用来改变压力P，包含分析物的气体以此压力供应到传送管路28。因为认识到在柱出口处离开柱24的气体的流速F_o可以根据下述方程表示，所以可实现该动作：

$F_o=\frac{\mathrm{\π}\·d_c^4\·(P^2-P_o^2)}{256\·L_c\·{\mathrm{\η}}_c\·P_o}---\left(1\right)$

其中：F_o是柱出口处的流速

d_c是柱的内径

L_c是柱的长度

η_c是柱内的载体气体的粘性

P是柱入口处的载体气体压力

P_o是柱出口处的载体气体压力

当采用温度编程的柱时，其中载体气体以恒定压力施加在柱入口，仅有的能够变化从而改变柱出口处的流速F_o的变量是流经柱的气体的粘性η_c，其将随着柱温度的增加而增加。因此，随着粘性η_c增加，可以在柱入口处相应地增加入口压力P，因此允许在柱出口处保持恒定的流速F_o。

对于公知的载体气体，粘性相对于温度变化以相对可预测的方式变化。这种粘性与温度之间的关系可以根据下述方程近似：

${\mathrm{\η}}_c={\mathrm{\η}}_0{\left(\frac{T_i}{T_0}\right)}^x---\left(2\right)$

其中：η_c是在柱温度T_c时的粘性

η₀是在绝对温度T₀时的粘性(来自公开的表格)

x是无量纲常数

例如，三种最常用的载体气体的系数在下表中提供：

表1

气体	T<sub>0</sub>(K)	η<sub>0</sub>(Pa.s×10<sup>-6</sup>)	x
				氢	273.2	8.399	0.680
氮	273.2	16.736	0.725
				氦	273.2	18.662	0.646

因此，通过确定柱温度T_c，可以利用方程2和表1确定粘性η_c。然后，粘性η_c可以用于方程1，通过采用适当的算法，诸如逐步近似法，确定保持柱出口处的要求流速F_o所需的柱入口处的P值。

当采用的系统利用了经由传送管路28连接到柱24的采样装置20时，传送管路必须也被考虑。典型地，传送管路28的几何特征(长度和直径)不同于柱。因此，需要组合函数来确定这种串连系统的相对值，如下所述。

对于方程1，在传送管路出口处离开传送管路28的气体流速F_t可以根据以下方程表示：

$F_t=\frac{\mathrm{\π}\·d_t^4\·(P_i^2-P_x^2)}{256\·L_t\·{\mathrm{\η}}_t\·P_x}---\left(3\right)$

其中：F_t是传送管路出口处的流速

d_t是传送管路的内径

L_t是传送管路的长度

η_t是传送管路中的载体气体的粘性

P_i是传送管路入口处的载体气体压力

P_x是传送管路出口处的载体气体压力

在柱入口处进入柱24的气体流速F_i可以根据以下方程表示：

$F_i=\frac{\mathrm{\π}\·d_c^4\·(P^2-P_o^2)}{256\·L_c\·{\mathrm{\η}}_c\·P}---\left(4\right)$

然而，因为传送管路28直接连接在柱24上，所以柱入口处的气体压力P与传送管路出口处的气体压力P_x相同，因此方程4可以如下表示：

$F_i=\frac{\mathrm{\π}\·d_c^4\·(P_x^2-P_o^2)}{256\·L_c\·{\mathrm{\η}}_c\·P_x}---\left(5\right)$

通过用a替换

用b替换

方程3和5可以分别用方程6和7替换，如下：

$F_i=a\·\frac{P_i^2-P_x^2}{P_x}---\left(6\right)$

$F_i=b\·\frac{P_x^2-P_o^2}{P_x}---\left(7\right)$

而且，因为传送管路28直接连接在柱24上，从管路28流出的气体和进入柱的气体具有相同的压力，因此，具有相同的质量流量。然而，因为它们具有不同的温度，所以它们具有不同的体积流量，这必须予以考虑。这种关系用以下方程表示：

$F_i=\frac{T_c}{T_t}\·F_t---\left(8\right)$

其中：T_c是柱的绝对温度

T_t是传送管路的绝对温度

在方程8中代入方程6，得到以下方程：

$F_i=a\·\frac{P_i^2-P_x^2}{P_x}\·\frac{T_c}{T_t}---\left(9\right)$

将方程9与方程7结合，得到以下方程

$a\·\frac{P_i^2-P_x^2}{P_x}\·\frac{T_c}{T_t}=b\·\frac{P_x^2-P_o^2}{P_x}---\left(10\right)$

方程10然后如下推导：

$a\·\frac{T}{T_t}\·P_i^2-a\·\frac{T}{T_t}\·P_x^2=b\·P_x^2-b\·P_o^2---\left(11\right)$

$a\·\frac{T}{T_t}\·P_i^2+b\·P_o^2=P_x^2\·(a\·\frac{T_c}{T_t}+b)---\left(12\right)$

$P_x^2=\frac{a\·\frac{T_c}{T_t}\·P_i^2+b\·P_o^2}{a\·\frac{T_c}{T_t}+b}---\left(13\right)$

将b代入方程1中，柱出口处的流速F_o可以如下表示：

$F_o=b\·\frac{P_x^2-P_o^2}{P_o}---\left(14\right)$

方程13和14联立，得到方程15至18，如下：

$F_o=\frac{b}{P_o}\·[\frac{a\·\frac{T_c}{T_t}\·P_i^2+b\·P_o^2}{a\·\frac{T_c}{T_t}+b}-P_o^2]---\left(15\right)$

$F_o=\frac{b}{P_o}\·\left[\frac{a\·\frac{T_c}{T_t}\·P_i^2+b\·P_o^2-a\·\frac{T_c}{T_t}\·P_o^2-b\·P_o^2}{a\·\frac{T_c}{T_t}+b}\right]---\left(16\right)$

$F_o=\frac{a\·b}{P_o}\·\frac{T_c}{T_t}\·\left[\frac{(P_i^2-P_o^2)}{a\·\frac{T_c}{T_t}+b}\right]---\left(17\right)$

柱出口通常处于升高的温度并且处于可能不同于环境的压力。通常的做法是表示(和应用)经修正到标准大气温度和压力(SATP)下的流速，如下所示：

$F_a=F_o\frac{T_a}{T_c}\·\frac{P_o}{P_a}---\left(18\right)$

其中：F_a是柱出口处的流速(修正到SATP)

T_a是标准环境绝对温度(298.15K)

P_a是标准环境压力(100KPa)

将方程18代入方程17，得到方程19和20，如下：

$F_a=a\·b\·\frac{T_a}{T_t\·P_a}\·\left[\frac{(P_i^2-P_o^2)}{a\·\frac{T_c}{T_t}+b}\right]---\left(19\right)$

$P_i=\sqrt{\frac{F_a\·T_t\·P_a}{a\·b\·T_a}\·(a\·\frac{T_c}{T_t}+b)+P_o^2}---\left(20\right)$

方程20可以用来计算传送管路入口处的压力P_i，用来在柱出口处保持恒定的流速F_a。在柱温度按程序工作期间，仅T_c和b的值改变，因此，为减少处理时间，可以在色谱分析之前计算剩下的值。

因此，在操作中，温度传感器60测量柱温度T_c并且将反映该值的信号经由信号线路62发送到热解吸单元20。然后，根据方程20，单元20利用该值计算压力P_i，在该压力下将载体气体施加到传送管路28的入口。一旦压力P_i被计算出来，则单元20利用压力调节器70或者其他适当的装置来调节施加到传送管路28的压力P_i。通过以此方式调节压力P_i，可以保持流经柱24的恒定流量。

如图2D所示，在某些实施例中，为了补偿穿过捕捉器34而发生的压降，采用了比例阀74。在这些实施例中，压力变换器72测量从阀50进入传送管路28的气体压力，如果该压力低于经由气体入口38进入的气体压力，则调节阀74来增大捕捉器34上游的压力，补偿该压降。

类似地，可以监测温度T_c并且用其来计算这样的压力，即在该压力下，单元20将包含分析物的载体气体施加到传送管路28上，从而保持流经柱24的气流的恒定速度。这是通过认为通常以平均气体速度表示的流经柱的气体的速度与出口流速(在施加在出口的温度和压力下)相关来实现的。另外，因为气体是可压缩的，所以可以适用Martin和James压缩性系数，得到下列气体速度的表示：

$\stackrel{\‾}{u}=j\·\frac{4\·F_o}{\mathrm{\π}\·d_c^2}---\left(21\right)$

其中：u是经过柱的平均载体气体速度

j是压缩性系数

在方程21内带入方程17，得到下列特定施加压力P_i下的平均气体速度的表示：

$\stackrel{\‾}{u}=j\·\frac{4\·a\·b}{\mathrm{\π}\·d_c^2\·P_o}\·\frac{T_c}{T_t}\·\left[\frac{(P_i^2-P_o^2)}{a\·\frac{T_c}{T_t}+b}\right]---\left(22\right)$

方程22可以重新排列来表示所需要的压力P_i(类似于方程20)，如下：

$P_i=\sqrt{\frac{\mathrm{\π}\·\stackrel{\‾}{u}\·d_c^2\·P_o\·T_t}{4\·j\·a\·b\·T_c}\·(a\·\frac{T_c}{T_t}+b)+P_o^2}---\left(23\right)$

然而，因为该方程中存在压缩性系数j，所以计算将非常复杂。这是因为压缩性系数j如下表示：

$j=\frac{3}{2}\·\frac{(\frac{P_x^2}{P_o^2}-1)}{(\frac{P_x^3}{P_o^3}-1)}---\left(24\right)$

并且P_x的值是利用P_i作为参数而获得的，如方程13所示。

因此，替代的计算方法是采用数值方法求解方程22。例如，为了获得目标气体速度，可以采用逐渐近似法来优化P_i的值。

因此，在操作中，温度传感器60测量柱温度T_c并且将反映该值的信号发送到热解吸单元20。选择压力P_i，并且根据方程22计算经过柱24的气体速度u。重复这一过程以确定压力P_i，随着温度变化其产生最均匀的速度u的值。然后，单元20内的压力调节器调节施加到传送管路28入口的气体压力P_i，因此保持了柱24内的恒定气体速度。

虽然前述示例已经相对于传送管路进行了说明，其中所述传送管路与柱串连，从而将流体从采样装置连通到柱，但是本发明的系统还适用于其他的涉及流体导管诸如柱和/或传送管路串连连接的色谱应用场合。

例如，如图3所示，传送管路80可以用于将流体从柱24的出口连通到外部检测系统82，诸如例如，质谱仪，或者如另一个示例，傅立叶变换红外分光计。相同的流量、压力、和速度方程可以用于管理从传送管路80离开的流体，其中P_i表示系统入口的压力(在这种情况下，柱24的入口)，P_o表示系统出口的压力(在这种情况下，传送管路80的出口)。利用方程20，可以计算出压力P_i并且施加到柱入口，该压力可以例如通过色谱注射器84来控制。

类似地，对采用多于两个串连连接的流体导管的系统，流量和速度也可以进行控制。这分别从第一改写方程19和20中可以容易地看出，而无缩写a和b，如方程25和26所示：

$F_a=\frac{\mathrm{\π}\·T_a}{256\·P_a}\·\frac{(P_i^2-P_o^2)}{\left(\frac{T_t\·{\mathrm{\η}}_t\·L_t}{d_t^4}\right)+\left(\frac{T_c\·{\mathrm{\η}}_c\·L_c}{d_c^4}\right)}---\left(25\right)$

$P_i=16\·\sqrt{\frac{F_a\·P_a}{\mathrm{\π}\·T_a}[\left(\frac{T_t\·{\mathrm{\η}}_t\·L_t}{d_t^4}\right)+\left(\frac{T_c\·{\mathrm{\η}}_c\·L_c}{d_c^4}\right)]+P_o^2}---\left(26\right)$

参照图4，示出了多于两个串连连接的流体导管的示例。传送管路28将流体从热解吸单元20连通到柱24，检测器传送管路80将流体从柱24连通到检测系统82。因此，传送管路28、柱24和检测器传送管路82串连连接。为了考虑该第三导管，方程25变形为方程27，如下：

$F_a=\frac{\mathrm{\π}\·T_a}{256\·P_a}\·\frac{(P_i^2-P_o^2)}{\left(\frac{T_t\·{\mathrm{\η}}_t\·L_t}{d_t^4}\right)+\left(\frac{T_c\·{\mathrm{\η}}_c\·L_c}{d_c^4}\right)+\left(\frac{T_d\·{\mathrm{\η}}_d\·L_d}{d_d^4}\right)}---\left(27\right)$

其中：T_d是检测器传送管路的温度

η_d是温度T_d下检测器传送管路内的载体气体的粘性

L_d是检测器传送管路的长度

d_d是检测器传送管路的内径

因此，求解P_i导致施加在系统入口(在这种情况下，传送管路28的入口)处的下列压力表示：

$P_i=16\·\sqrt{\frac{F_a\·P_a}{\mathrm{\π}\·T_a}\·[\left(\frac{T_t\·{\mathrm{\η}}_t\·L_t}{d_t^4}\right)+\left(\frac{T_c\·{\mathrm{\η}}_c\·L_c}{d_c^4}\right)+\left(\frac{T_d\·{\mathrm{\η}}_d\·L_d}{d_d^4}\right)]+P_o^2}---\left(28\right)$

类似地，上述方法可以用于采用串连连接柱的应用。例如，一种这样的应用是综合二维(或多维)气相色谱仪。如图5所示，这些应用典型地采用第二柱86，其经由热调制器88耦合到第一柱24上。在这些应用中，调制器88重复从第一柱24中对流体采样，并且向第二柱86内注射脉冲，该第二柱包括不同于第一柱24的固定相。结果是，分析物根据不同柱中的不同的化学特性(诸如挥发性和极性)被分离。在这些应用中，或者类似的柱-柱应用中，上述方程中说明的与传送管路28和柱24的特性有关的变量可以类似地应用在第一柱24和第二柱86上。

应当理解，前述内容是说明性的而非限制性的，并且本领域的技术人员在不背离本发明的精神的条件下可以进行明显的变形。因此，应当主要参照附带的权利要求，而不是前述说明书，来确定本发明的范围。

Claims (10)

1.一种用来调节流经色谱系统的流体的方法，该方法包括：

提供第一导管，用于接收包含待测分析物的载体气体，并且经由该导管，气体从第一导管入口流到第一导管出口；

提供第二导管，其与所述第一导管流体连通，用于接收来自第一导管的气体，并且经由该第二导管，气体从第二导管入口流到第二导管出口；

在环境压力和温度下，为第二导管出口处的气体选择希望的流速F_a；

根据下列方程计算压力P_i：

$P_i=\sqrt{\frac{F_a\·T_t\·P_a}{a\·b\·T_a}\·(a\·\frac{T_c}{T_t}+b)+P_o^2}$

其中T_t是第一导管的绝对温度，T_c是第二导管的绝对温度，T_a是标准环境绝对温度，即298.15K，P_o是第二导管出口处的气体压力，P_a是标准环境压力，即100KPa，a和b分别表示第一导管和第二导管的πd/256Lη，其中d是它们的直径，L是它们的长度，η是流经它们的气体的粘性；和

在计算的压力P_i下，向第一导管入口供应载体气体。

2.如权利要求1所述的方法，其中，当第二导管温度T_c变化时，重复计算压力P_i和在计算出的压力P_i下供应气体的步骤，使得经过第二导管的流速保持恒定。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：提供采样装置，用于供应包含待测分析物的载体气体，其中第二导管是色谱柱，第一导管是传送管路，气体经由该传送管路从采样装置连通到所述柱。

4.如权利要求3所述的方法，其中采样装置包括热解吸单元。

5.如权利要求4所述的方法，其中

热解吸单元包括可移除的样品容器，用于从待测试环境中获取样品；

热解吸单元包括定位在载体气体的流动路径上的样品站，用于接收样品容器；和

热解吸单元包括加热装置，用于加热样品站内的样品容器，从而热解吸其中的分析物。

6.如权利要求3所述的方法，其中采样装置包括顶部空间采样器。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：提供检测器，其中第一导管是色谱柱，第二导管是传送管路，气体经由该传送管路从所述柱连通到检测器。

8.如权利要求7所述的方法，其中检测器是质谱仪。

9.如权利要求1所述的方法，其中第一导管是第一色谱柱，第二导管是第二色谱柱。

10.如权利要求9所述的方法，进一步包括：提供热调制器，第一柱通过该热调制器与第二柱流体连通。

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