CN101044397B - 色谱系统 - Google Patents

Abstract

公开了系统(10)和方法，该系统包括热解吸附单元(20)、色谱柱(24)、以及单元(20)与柱(24)之间的接口装置(60)。接口装置(60)控制流体流入柱，诸如通过提供额外的载气从而通过控制温度升高或通过排出部分来自热解吸附单元(20)的气体，保持气体的流量和速度基本稳定，由此消除对热解吸附单元(20)对该控制的依赖。在某些实施例，接口(60)为色谱注入器。在特定实施例中，传输线路(28)从解吸附单元(20)接合至接口装置(60)与色谱柱(24)相同的接口。在这些实施例中的一些中，这是通过采用特殊的适配器来实现。

Description

色谱系统

申请人要求于2004年6月29日提交的美国临时专利申请序列号No.60/521,749在35U.S.C.§119(e)下的优先权，其内容在此整体引入作为参考。

技术领域

本发明涉及用于从热解吸附单元到色谱柱的传送分析物的系统和方法。更加特别地，本发明涉及与控制流入色谱柱的流体的接口装置的使用相关的系统和方法。

背景技术

气体色谱法基本是一种物理分离方法，其中将载气中的蒸汽样品成分在色谱柱中由固定相材料吸收或吸收并随后释放。将样品脉冲引入搭载样品进入色谱柱的载气的稳定流中。柱的内侧衬有液体，并且此液体与样品中组分分配系数差异而有所区别的各种成分之间的相互作用使得样品分离成为各个组分。在柱的末端，各种成份最终或多或少地分离开。气体检测提供了一种以时间为刻度的图案，通常称作色谱，通过标度或与已知样品比较，其指示出存在于测试样品中的成份及其具体浓度。通过其执行此操作的工艺的一种示例在授予Hinshaw的美国专利No.5,545,252中介绍。

色谱分析的一种普通应用是使用热解吸附单元确定特殊环境的组成。例如，经常期望检测存在于空气的特定样品中的挥发性有机物(VOC)的量。进行此操作的一种方式是首先将塞有吸收材料的管子送到待测试的环境中，并且使空气中的VOC通过自然扩散转移到管子中，通常称为“扩散”或“被动取样”。或者，VOC可以通过使用小型真空泵经该管子抽取气体样品(通常是环境空气)来收集，通常称作“抽吸取样”。在每种情况中，待测量的分析物(即，VOC)随着空气经过管子通过吸附剂保留或集中于其上。

按此方式收集VOC后，则将管子送至热解吸附单元，在那里将管子放置在惰性气体，诸如氦气或氖气流路中。接着加热管子，由此使分析物解吸附，并且载气将VOC冲出管子外。在某些情况下，“捕集阱”位于样品管的下游，从而在将样品引入色谱柱前进一步预先集中分析物，并且偶尔从其中去除湿气。吸附捕集阱是一个示例，通常冷却至低于环境温度，其只是另一个塞有适合的吸附材料的吸附剂管，该吸附材料首先随着样品气体通过管子吸收分析物，并且随后分析物从该处解吸附到色谱柱中，通常是通过加热，用于后续的分离和分析。

通常，或者柱直接连接于热解吸附单元中的吸附管，或者该单元经转移线路直接连接于柱，诸如经过例如一段长度的熔融石英管。然而，这些设置导致了多个缺点。一个缺点在于，在某些情况下，要求对流经色谱柱的载气的流量或速度进行编程，特别是，例如在采用诸如质谱仪的流量敏感检测器的应用中。这种控制通常从热解吸附单元本身无法获得。另外，即使可以获得，热解吸附单元将需要同时知道柱温度从而进行这种控制。

类似地，当柱处于提高的温度时或若使用诸如质谱仪的空气敏感传感器，载气到柱中的供给无法间断。因此，若热解吸附单元是色谱柱载气的唯一来源，在需要维护热解吸附单元时必须完全关掉色谱柱和检测器，这样，在实际中浪费了大量时间。

这些系统中存在的另一个问题在于，在某些情况下，期望或者手工或者通过自动取样器注入液体样品，用于校准和诊断的目的。然而，使用上述系统，没有简便的方法接纳来自注射器的这种液体注入。

这些系统中存在的又一个问题在于，柱连接需要重点照看来确保最佳性能，通常需要有经验的操作员，每次需要柱安装或替换时都需要。

发明内容

本发明教导了用于将分析物从热解吸附单元连通至色谱柱从而便于与热解吸附单元相独立地控制和供给流经柱的气体的系统和方法。另外，提供允许在使用热解吸附单元的色谱分析中接纳注射器注入的系统和方法。另外，提供了便于热解吸附应用中的色谱柱连接的系统和方法。

为实现上述目的中的至少一些，本发明包括用于测量分析物的色谱系统，包括用于提供含有待测分析物的载气的热解吸附单元，与热解吸附单元流体连通，用于从其接收分析物的接口装置，以及与接口装置流体连通，用于从其接收分析物的色谱柱，其中接口装置适用于控制流体流入色谱柱。

在实施例中，本发明包括用于执行样品中分析物色谱测量的方法，包括连接热解吸附单元至接口装置，连接色谱柱到接口装置，从热解吸附单元向接口装置提供包括分析物的流体，以及通过接口装置控制流体流入柱。

该接口装置可以按照几种方式控制流入柱中的流体，消除此控制对热解吸附单元的依赖。在某些实施例中，接口装置经载气入口提供额外的载气，从而保持基本稳定的气体流量或速度。在特定实施例中，接口装置经温度可编程加热装置提供受控的温度提高。在某些实施例中，接口装置分流部分从热解吸附单元接收的气体，并且经分流出口将其从系统排出。

在某些实施例中，接口装置为色谱注入器。在特定实施例中，来自热解吸附单元的传输线路和柱都接合于相同的接口。在某些实施例中，柱的入口与接口之间的距离小于传输线路的出口与接口之间的距离，使得在接口装置中传输线路延伸的比柱更向上。

在特定实施例中，传输线路和柱于相同接口的接合通过适配器实现，其在某些实施例中，包括传输线路插入其中的第一套环，柱插入其中的第二套环，以及接合于容纳来自其他套环的传输线路和柱的柱接口，且传输线路和柱通过其向上进入接口装置的第三套环。在这些实施例中的一些中，第三套环适用于独立于其它套环旋转。

在特定实施例中，接口装置包括适用于接收用于将流体样品引入的注射器的隔膜。在某些实施例中，热解吸附单元包括用于从待测试环境获得样品的可拆除样品容器，用于容纳位于载气的流经路线中的样品容器的样品站，以及用于加热样品容器，从而热解吸附其中的分析物的加热装置。

附图说明

图1为根据本发明的用于将热解吸附单元连接至色谱柱的系统的示意图；

图2A为示出图1系统额外细节的示意图；

图2B为示出图1系统在管清洁阶段额外细节的示意图；

图2C为示出图1系统在捕集阱释放阶段额外细节的示意图；

图3为示出图1系统额外细节的截面图；以及

图4为示出图1系统在捕集阱释放阶段额外细节的局部切除截面图。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明用于测量分析物的色谱系统10的一个实施例的基本部件。在说明书中，术语“顶”、“底”、“上方”、“下方”、“上”、“下”、“之上”、“之下”、“上面”、“下面”“向上”、“向下”、“较上”、“较下”、“前”、“后”、“背”、“向前”和“向后”对应的是参照在沿着附图中所示取向时的目标，其方向对于实现本发明的目的不是必须的。

系统10包括热解吸附单元20和气体色谱仪22，其包括连接于检测器26的色谱柱24。接口装置60安装于色谱仪22，柱24与其接合，诸如柱24与装置60流体连通。类似地，热解吸附单元20经传输线路28连接于接口装置60，通过该传输线路，样品混合物连通至装置60(由箭头A表示)，其可以例如，包括一段长度的熔融石英限流管。

如图2A所示，热解吸附单元20通常包括样品台30，其中设置有诸如吸附管的样品容器32。在某些实施例中，诸如另一个吸附管的捕集阱34设置在样品管32的下游，用于进一步预集中分析物。管32、吸附捕集阱34、以及传输线路28经阀50选择性地彼此流体连通。载气入口36与样品管32经阀40选择性地流体连通，另一载气入口38经阀42与吸附捕集阱34选择性地流体连通。解吸附出口针阀54、出口开口针阀56、以及入口开口针阀58分别经电磁阀44、46、48控制，其每一个都位于碳捕集阱52之前。

接口装置60可以是用于控制流经气体色谱仪22的和/或向其供给载气的气体温度的装置。在特定实施例中，接口装置60包括色谱注射器，诸如例如，由PerkiElmer Instruments LLC制造的程序控温分流/不分流注入口系统(PPS)注入器。

图3至4所示的注入器60通常包括限定腔64的金属套管62，其中插入了作为注入器60“内衬”的活动管66。套管62位于加热器模块68内，其通常由加热元件70控制，用于加热包括内衬66在内的腔64。加热器模块68是温度可以编程的，使得可以控制温度的增加，并且设置有与注入器机壳76接合的散热片72和风扇74，用于后续冷却腔64和内衬66。通常是由玻璃制成的窄圆柱内膛管的内衬66具有位于其顶部的入口82和位于其底部的出口80。在某些实施例中，出口80收缩，使得内衬66的底部具有比其顶部更小的内直径，这样最小化了来自热解吸附单元20的溢出物与注入器60内载气之间的混合和弥散，同时允许较大的顶部面积，从而便于更大地展开液体样品。

螺纹轴环84在金属套管62的顶部将隔膜组件86固定于机壳76。隔膜帽88将隔膜90固定于隔膜组件86的顶部。因此，微量注射器89可以用于通过隔膜90注入液体样品，或者是手工或者是通过自动取样器，其可以期望用于校准或诊断目的。如将在下面进一步解释的，输送线路28本身与柱24类似地经柱接口18接合于注入器60底部。这确保了来自传输线路28的溢出物维持高温，而高温经常是汽相热解吸附应用中通常牵涉的保持大分子所需要的。因此，位于注入器较冷端的隔膜90通常保留以用于液体样品的引入，如上所述。

所示隔膜组件86具有主载气入口92，其压强可以调节，其位于腔64上方并且通过诸如O形环的内部密封94与其分开。因此，隔膜组件86具有隔膜净化出口96。隔膜组件机械地限定出隔膜清洗液流的路线，从而防止与样品流路线交叉污染。

如上所述，传输线路20和柱24都与柱接口18接合从而确保高温。通常，这将通过双孔套环来实现。然而，这种设置通常会导致几个问题。首先，经常难以获得与该套环的良好密封。另外，传输线路和柱将随着套环旋转进入注入器而彼此扭转，导致较高的断裂风险。即使是在形成了良好的连接时，经常难以单独移除传输线路或柱。

系统10采用特殊的Y形适配器100，其包括套环102、104和106。传输线路28插入穿过套环102，向上穿过套环106，向上进入腔64，并且进入内衬66的下端80。类似地，柱24插入套环104中，向上穿过套环106，向上进入腔64，并且进入内衬66的下端80。套环106可以旋转进入接口18中，同时保持适配器100的其它部分保持原来位置。因此，利用此设置，传输线路28和柱接口24都可以插入或移除而不互相影响。传输线路28的端部偏离柱24，并进一步向上延伸至内衬66中，由此如下面进一步介绍地便于样品蒸气流动。

在特定实施例中，用于分流气体混合物的“分流”阀98位于内部密封94下，并且与腔64流体连通。因为捕集阱解吸附效率随着流速提高而改善，传输线路28的几何形状将通常选择为对于其上给定的压降提供期望的流速。然而，这将通常比流经柱本身的流速更大，而因此，多于的液流将分出到分流出口98，其导致了检测器响应减弱。通过控制分流出口98，系统10的操作员可以发现适合的捕集阱解吸附效率(峰形)和灵敏度(峰尺寸)的折中。

系统10的操作在图1、2A至C和4中示出。如图2A所示，容纳从待测试环境中获取的分析物的样品管32设置在热解吸附单元20的样品站30上。如图2B所示，通过将旋转阀50定位为使得样品管32与捕集阱34流体连通，阀40和44打开。加热管32从而从其中解吸附分析物，而载气流入经过入口36，通过管32，并将分析物吹到捕集阱34中。设置在捕集阱34中的吸附剂吸附分析物，载气流出经过阀54(如箭头B所示)。接着，如图2C所示，旋转阀50转动使得捕集阱34与传输线路28流体连通，阀40和44关闭，而阀42的方向切换到使气体入口38与捕集阱34连通。加热捕集阱34从而从其中解吸附分析物，载气流入经过入口38并通过捕集阱34(如箭头D所示)，在该处其吹分析物到捕集阱34外并进入传输线路28(如箭头A所示)。

如图1和4所示，样品蒸气沿着传输线路28流动直至其到达注入器60。注入器60保持在提高的温度，从而确保没有样品的损失或由于解吸附分析物的冷凝而导致峰值失真。注入器60的载气入口92提供载气，其流入内衬66中并向下朝向柱24(如箭头E所示)。按此方式，注入器60能够提供通过柱24的基本稳定流量和速度的载气，无论热解吸附单元20的状态。另外，可以在分析期间编程注入器60的温度，从而加速流动，由此降低分析所需的时间并减少会导致峰展宽的任何扩散。柱24入口82处的压强将随着温度提高而增大，由此，热解吸附单元20上的压强必须保持在比注入器60更高的设置从而确保正向的液流通过传输线路28。

样品蒸气流出通过传输线路28的顶部到内衬66中(箭头A)，在那里其遭遇来自入口92(箭头E)的载气流，并且引导到柱24顶部中(箭头G所示)。如上所述，在特定实施例中，流体的一部分分出到分流出口98(箭头F所示)，从而获得最优的捕集阱解吸附效率和灵敏度之间的折中。

应理解，上述内容是说明性的，而并非限制性的，且在不脱离本发明实质的情况下，本领域技术人员可以进行多种显而易见的修改。因此，本发明所涉及的范围应主要由所附权利要求规定，而非前面的具体介绍。

Claims (8)

1.一种色谱系统，用于测量分析物，包括：

热解吸附单元，用于提供包含待测分析物的载气；

接口装置，与所述热解吸附单元流体连通，用于从其接收分析物；以及

色谱柱，与所述接口装置流体连通，用于从其接收分析物，

其中，所述接口装置适用于控制流体流入所述色谱柱，

其中，所述热解吸附单元包括：

可拆除样品容器，用于从待测试环境获得样品；

样品站，位于载气的流经路线，用于容纳所述样品容器；以及

加热装置，用于加热所述样品站中的所述样品容器，从而热解吸附其中的分析物，

其中，该色谱系统还包括传输线路，包含分析物的载气通过该传输线路从所述热解吸附单元连通到所述接口装置，

其中所述接口装置具有柱接口，所述传输线路具有接合于所述接口的出口，用于连通分析物到所述接口装置，且所述柱具有接合于所述接口的入口，用于从所述接口装置接收分析物，

其中，该色谱系统还包括适配器，所述传输线路的出口与所述柱的入口通过该适配器接合于所述接口，

其中所述适配器包括：

第一套环，所述传输线路插入其中；

第二套环，所述柱插入其中；以及

第三套环，接合于容纳来自第一和第二套环的所述传输线路和所述柱的所述柱接口，且所述传输线路和所述柱通过其向上进入所述接口装置。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述接口装置包括色谱注入器。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述柱的入口与所述接口之间的距离小于所述传输线路的出口与所述接口之间的距离。

4.如权利要求1所述的系统，其中所述第三套环适用于独立于所述第一和第二套环旋转。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述接口装置包括载气入口，用于提供流量和速度基本稳定的气体到所述柱中。

6.如权利要求1所述的系统，其中所述接口装置包括温度可编程加热装置，用于产生受控的温度升高。

7.如权利要求1所述的系统，其中所述接口装置包括分流出口，用于排出部分从所述热解吸附单元接收的载气。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述接口装置包括隔膜，其适于接收用于将流体样品引入所述接口装置的注射器。

Images