CN101226182B - 用于将采样装置连接到分析仪器的接口 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于收集和存储化学样品并将这些样品转移到分析装置以进行分析的装置。在一个实施例中，该装置包括用于转移样品和电信号的接口。在另一实施例中，该装置包括具有接口的分析装置，用于转移样品和电信号。在另一个实施例中，该装置包括具有带分析装置的采样装置，采样装置具有用于转移样品以及电信号的接口。

Description

用于将采样装置连接到分析仪器的接口

技术领域

本发明涉及用于收集和存储化学样品并且将这些样品转移到分析装置以进行分析的装置。

背景技术

本申请要求享有由Mark Gregory、Jason Springston、Matthew Briscoe、Garth Patterson、John Grossen-bacher和Dennis Barket于2006年12月22日提交的、名称为“用于将样品装置连接到分析仪器的接口”的美国临时申请No.60/876510的权益，其公开的内容结合在本文中参考。

本发明是基于美国海运(Marine)公司授予的SBIR第III阶段合同M67004-04-C-0014在政府的支持下完成的。政府对本发明具有一定的权利。

为了化学地分析样品，在现有技术中有多种公知的装置。例如，诸如质谱仪、火焰离子检测器、气相色谱仪、气相色谱/质谱仪组合或气相色谱/火焰离子检测器组合的装置是公知的用于化学分析样品的装置。历史上，这些装置具有大尺寸并且仅限于在实验室环境中使用。而且，在过去，通过位于远离分析装置的地方的这些装置来获得进行分析的样品的能力已经受到了限制。

然而，当前，对较小、手持式的样品收集装置的需求日益增加，这些装置能够在野外获得样品、正确地存储这些样品以及随后将这些样品转移到合适的分析装置上，该分析装置也可以位于野外或位于固定的实验室中。手持式采样器的使用延伸了分析系统的分析能力，由于特定的原因，该分析系统可以不位于存放样品的区域。这些采样器不仅必须能够存储样品，而且能够将这些样品转移到分析系统。这种便携式的样品收集系统的一个例子被描述在待审批的PCT专利申请公开号为WO2006/062906中，该申请结合在本文中参考。

本发明的实施例提供了位于采样器和分析装置之间的改进的接口。

发明内容

按照本发明一个实施例的装置提供了用于连接采样系统和分析系统的接口(interface)。该接口包括具有突起部分的凸形部件和连接到突起部分的凸形接头，该凸形接头包括至少一个流体接头和至少一个电接头。接口也包括一个凹形部件，该凹形部件具有被设计成与凸形部件的突起部分相配合的空腔，使得凸形部件仅能在一个特定的方向被插入到空腔中，并且位于该空腔中的凹形接头被设计成与凸形部件的至少一个流体接头和至少一个电接头相配合。凸形部件和凹形部件被构形成使得当它们相配合时，流体可以在凸形部件和凹形部件之间通过，并且电信号可以在连接的凹形和凸形部件之间发送。

按照本发明另一实施例的装置提供了分析系统。该分析系统包括化学分析器和位于该化学分析器上的接口。该接口具有空腔，该空腔被设计成与采样系统的突起部分相配合，使得采样系统的部件仅能在一个特定方向上被插入到空腔中，并且位于该空腔中的凹形接头被设计成与采样系统的至少一个流体接头和至少一个电接头相配合。

按照本发明另一实施例的装置提供了一个采样系统。该采样系统包括样品收集器和位于样品收集器上的接口。该接口具有突起部分和连接到该突起部分的凸形接头，该凸形接头包括至少一个流体接头和至少一个电接头，其中，突起部分被设计成仅在一个方向与空腔配合。

本发明的其它目的和优点将在下面的说明书中部分地阐明，并且部分地从说明书中将会是显而易见的，或可以通过本发明的实践得知。本发明的目的和优点将通过专门在从属权利要求中指出的元件以及组合而实现和获得。

应当理解，前述一般性的描述和以下的详细的说明都仅是示例性和解释性的，并且不是对要求保护的本发明的限制。

包含在说明书中并构成了该说明书的一个部分的附图描述了本发明的一个实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。

附图说明

图1A是按照本发明一个实施例的分析系统上的凹形部件的前视图；

图1B是图1A中描述的凹形部件的透视图；

图2A是按照本发明一个实施例的采样系统上的接口的凸形部件的前视图；

图2B是图2A中描述的凸形部件的透视图；

图3是按照本发明一个实施例的包括接口的凹形部件的分析系统的透视图；和

图4是按照本发明一个实施例的包括接口的凸形部件的采样系统的透视图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的示例性实施例，在附图中描述了其中的一个实施例。只要可能的话，贯穿所有的附图中同样的附图标记将用于指示相同或相似的部件。

如上所解释，可以利用外部采样系统以获取要分析的样品。图4描述了与本发明一个实施例一致的采样系统200的一个实例。一旦收集了样品，采样系统可以与分析系统相连接以容许提取收集的样品成份，然后检测存在的化学物质。图3描述了按照本发明一个实施例的分析系统100的一个实例。本发明的接口提供了用于将采样系统诸如采样系统200连接到分析系统诸如分析系统100的简便装置。在一实施例中，如图2A-2B和图4所示，采样系统200可以是手持式的样品收集器。然而，本发明的接口并不限于手持式的样品收集器，并且可以用于连接不同尺寸和构造的采样系统，诸如便携式的但不是手持式的采样器，或非便携式的装置。而且，如下所解释的，在一个实施例中，接口容许分析系统支持各种样品导入装置，以保持样品收集和转移的灵活性。

图1A-图4描述了按照本发明一个实施例的将采样系统连接到分析系统的接口。该接口可以包括两个部件：“凹形”部件120和“凸形”部件210。当凸形部件插入到凹形部件中使得凸形部件“嵌套”在凹形部件中时，接口容许进行连接。在图1A-2B中描述的实施例中，凹形部件110位于分析系统100上(如图1A，1B和图3所示)，并且凸形部件210位于采样系统200上(如图2A，2B和图4所示)。然而应当理解，凸形部件可以位于分析系统上，而且凹形部件可以位于采样系统上。

如图2A-2B所示，接口的凸形部件210包括梯形突起220和连接到梯形突起的接头230。如图2B所示，用螺母将接头230连接到梯形突起220上，然而，可以使用任何合适的连接装置。相应地，如图1A-1B所示，凹形部件110具有位于梯形空腔120中的接头130。梯形突起220和接头230被设计成当将凸形部件210插入到凹形部件110内时，与梯形空腔120和接头130相配合。

梯形突起220和梯形空腔的一个特征是，其容许接口的部件110和210只能在一个方向进行连接。这确保了正确的操作而不会有电或机械损坏。尽管图1A-2B描述了梯形突起，但仅提供了一个方向的其它形状也可以按照本发明来使用。例如，可以使用具有与图1A-2B中所示长度不同的边的梯形。本发明在其最宽广的意义上不局限于特定的形状。例如，尽管为了示例性的目的而将突起描述成梯形，但按照本发明可以使用任何形状。例如，可以使用横截面具有超过四个边的突起，例如五边形、六边形或八边形。在优选的实施例中，形状应当仅提供一个正确的方向。然而，如果系统被设计成多方向工作，那么可以采用容许有多个方向的形状，例如，环形或三角形突起。类似地，可以采用其它的结构细节以保证正确的方向。类似地，也可以使用不规则的形状。

接头130和230包括流体和/或电接口，其在采样系统和分析系统之间提供了流体和/或电连接。接头130包括流体接头140和240以及电接头150和250。在图1A-2B所示的实施例中，在每个部件上存在两个流体接头和六个电接头。然而，任何数目的合适的流体和电接头都可以用于本发明的接口。

如图1A-2B所示，将接头130和230设计成使得当配合时，接头230将嵌套在接头130内。本发明在其最广泛的意义上不限制于特定形状的接头130和230。例如，尽管所示的凸形和凹形接头130和230是圆柱形的，但按照本发明，可以使用任何相配合的形状。当相配合时，流体接头240将嵌套在流体接头140中，并且电接头150将嵌套在电接头250中。尽管嵌套特征是本发明的一个示例性方面，但本发明并不局限于所有的接头都嵌套的实施例。流体接头140和240以及电接头150和250可以分别是用于转移流体和传递电信号的任何标准的流体接头和电接头。例如，电接头包括但不限于电源接头、RS-232装置、USB接头、8P8C接头，或者可以使用火线接头。

如示例性实施例所示，接口为被连接的装置提供可靠的机械稳定性，以保持稳定、受保护的连接。该实施例的接口容许传导流体，即气体或液体，这取决于采样场面、双向到达和/或来自采样系统200。流体流可以被分析系统内部或外部的泵送装置驱动。相似地，流体可以从分析装置内部或外部的流体源提供。该流体流也可以包括将载气从分析系统100引入到采样系统200。

电接头150和250可以容许电源或信号提供给分析系统100之外的部件，其在从采样系统200转移样品的过程中使用。这些信号可以是模拟的、数字的或两者。这些接头也可以容许将电源和/或控制信号提供给分析系统之外的部件，其可以在将样品从采样系统转移的过程中使用，例如包括加热器、阀、数字信号处理器(DSP)，用户界面控制410，如按钮和开关以及状态/诊断指示器或显示器，如图4中部分所示。该电源接头也可以用于为采样系统中的电池充电。在一个实施例中，两个电接头可以用于供电，并且四个接头是RS一232接头。外部模块可以由分析系统100控制，或者在一些情况下，直接通过外部系统上的接口410进行控制。如果与本发明一起使用，来自一个共同点的该控制容许组合的分析系统同步化。这些电信号也可以提供数字信息到分析系统，诸如关于所采集的样品的信息。该信息可以包括：样品体积、样品收集时间和日期、采样ID号以及经由全球定位系统(GPS)的样品定位信息。

根据所希望的应用，本发明的接口可以支持不同的样品导入装置，包括但不限于：(1)外置的、可移除的样品收集系统200；(2)延伸的样品传输线，用于引导流体(气体或液体)样品，或者从另一个具有自身用户接口的系统(净化器和捕集器、预浓缩器、热解析塔或顶空系统)接收样品；(3)装有可选择地渗透的膜的探针，其中，该膜隔层位于探针内或整体位于分析系统内；(4)样品探针，用于对接到在线或近似在线工艺监测应用中的气体或液体处理系统；和(5)样品导入系统，采用集成的溶剂清洗或热释放技术，以从表面或者不存在连接到接口的模块时、从简化的样品输入口获得样品。该系统也可以支承样品产生器，该产生器内在地产生随后分析的化学样品。该系统可以进一步支承用于获得样品的固相微萃取(SPME)装置。

此外，分析系统可以装备有一个或多个接口120，如图3中所描述的。这样的一个接口可以被视为主接口120A，并且可以是唯一的一个，由此被构形成从手持式的样品收集器或其它如上所述的入口接收转移的分析样品。分析系统可以装备有一个或多个其它的辅助接口120B。这些接口可以容许电信号和气体流到连接的装置，以便容许清洁被连接的样品收集器或上述其它入口装置。在这种情况下，提供流体(典型地是惰性的，即不含氧或其它氧化剂的气体)和电信号，以清洗残留的化学信号或者来自采样系统的可能的污染物，导致更清洁的收集或入口系统。

按照本发明的实施例，可以在任何数量的设置中使用用于样品收集、转移或分析的接口。例如，在一个示例性的实施例中，接口的凸形部件可以位于手持式采样器上，用于检测化学武器。采样器将用于在野外收集样品。然后通过接口连接到气相色谱/质谱仪(GC/MS)。该接口通过流体接头将样品转移到GC/MS。这种转移可以通过位于采样器和分析系统之间的电连接而启动。在样品成功转移时，采样器将连接到GC/MS上的辅助接口，以清洗掉任何保留的化学残留物。该实施例仅是示例性的，并且可以预期有许多其它用途。例如，接口可以和采样器一起使用，以探测化学商品试剂、爆炸性的、有毒的工业化学物质或其它污染物。此外，接口可以用于将样品转移到质谱仪、火焰离子检测器、气相色谱、气相色谱/质谱仪组合、气相色谱/火焰离子检测器、表面声波系统、离子迁移光谱系统，或者用于分析化学样品的任何其它装置或装置的组合。

尽管上述接口已经描述为利用样品收集器和分析器，但本发明并不局限于该特定的结构。因此，引入替换样品收集器的样品认为是落入本发明的范围内。进一步地，合适的已知分析器也认为是落入本发明的范围内，其中包括质谱仪和色谱。另外，可以预期一个实施例的个别特征可以增加到或替代另一实施例的个别特征。因此，本发明的范围也涵盖了在不同的实施例之间替代和替换不同特征而产生的实施例。

希望上述的实施例和配置仅仅是预期接口的示例。对于本领域中的普通技术人员来说，通过考虑本发明在此公开的说明书和实践，本发明的其它实施例将会是显而易见的。希望说明书和示例被视为仅仅是示例性的，本发明的真正范围和精神将由后面的权利要求中指出。

Claims (22)

1.一种用于连接采样系统和分析系统的接口，包括：

凸形部件，具有：

突起部分；和

连接到突起部分的凸形接头，该凸形接头包括至少一个流体接头和至少一个电接头；以及

凹形部件，具有：

设计成与凸形部件的突起部分相配合的空腔，这样凸形部件仅能够在一个特定的方向插入到空腔中；和

位于空腔中的凹形接头，该凹形接头被设计成与凸形部件的至少一个流体接头和至少一个电接头相配合，

其中，凸形部件和凹形部件被构形成使得当它们配合时，流体可以在凸形部件和凹形部件之间通过，并且电信号可以在连接的凹形和凸形部件之间发送。

2.根据权利要求1所述的接口，其中，所述突起部分具有梯形的横截面；

3.根据权利要求2所述的接口，其中，所述凸形部件为采样系统的一部分，而凹形部件为分析系统的一部分。

4.根据权利要求1所述的接口，进一步包括泵，该泵构形成便于流体在采样系统和分析系统之间转移。

5.根据权利要求3所述的接口，其中，所述采样系统包括用户界面。

6.根据权利要求3所述的接口，其中，所述分析系统是气相色谱/质谱仪。

7.根据权利要求1所述的接口，其中，所述流体可以在凸形部件和凹形部件之间的任一方向通过。

8.根据权利要求3所述的接口，其中，所述电接头提供关于样品从采样系统到分析系统的信息。

9.根据权利要求8所述的接口，其中，所述样品信息包括采样体积、样品收集时间、样品收集日期、或样品收集地点中的至少一个。

10.一种分析系统，包括：

化学分析器；以及

位于化学分析器上的接口，该接口具有：

设计成与采样系统的部件的突起部分相配合的空腔，这样采样系统的部件仅能够在一个特定的方向插入到空腔中；和

位于空腔中的凹形接头，该凹形接头设计成与采样系统的至少一个流体接头和至少一个电接头相配合。

11.根据权利要求10所述的分析系统，其中，所述化学分析器包括：

位于化学分析器上的第二接口，该第二接口包括：

设计成与采样系统的部件的突起部分相配合的空腔，这样采样系统的部件仅能够在一个特定的方向插入到空腔中；和

位于空腔中的凹形接头，该凹形接头设计成与采样系统的至少一个流体接头和至少一个电接头相配合。

12.根据权利要求11所述的分析系统，其中，所述第二接口构形成容许分析系统清洗至少部分采样系统。

13.根据权利要求10所述的分析系统，其中，所述分析系统是气相色谱/质谱仪。

14.根据权利要求10所述的分析系统，其中，所述流体可以在分析系统和采样系统之间的任一方向通过。

15.一种采样系统，包括：

样品收集器；以及

位于样品收集器上的接口，该接口具有：

突起部分；和

连接到突起部分的凸形接头，该凸形接头包括至少一个流体接头和至少一个电接头，

其中，突起部分设计成仅在一个方向与空腔相配合。

16.根据权利要求15所述的采样系统，其中，所述样品收集器是手持式的。

17.根据权利要求15所述的采样系统，其中，所述样品收集器包括用户界面。

18.一种采样和分析系统，包括：

采样系统，包括：

凸形部件，具有：

突起部分；和

连接到突起部分的凸形接头，该凸形接头包括至少一个流体接头和至少一个电接头；以及

分析系统，包括：

凹形部件，具有：

设计成与凸形部件的突起部分相配合的空腔，这样凸形部件仅能够在一个特定的方向插入到空腔中；和

位于该空腔中的凹形接头，该凹形接头设计成与凸形部件的至少一个流体接头和至少一个电接头相配合，

其中，凸形部件和凹形部件构形成使得当它们配合时，流体可以在凸形部件和凹形部件之间的任一方向通过，并且电信号可以在连接的凹形部件和凸形部件之间发送。

19.根据权利要求18所述的采样和分析系统，其中，所述分析系统进一步包括：

位于化学分析器上的第二接口，该第二接口包括：

设计成与采样系统的部件的突起部分相配合的空腔，这样采样系统的部件仅能够在一个特定的方向插入到空腔中；和

位于空腔中的凹形接头，该凹形接头设计成与采样系统的至少一个流体接头和至少一个电接头相配合。

20.根据权利要求18所述的采样和分析系统，其中，所述分析系统是气相色谱/质谱仪。

21.根据权利要求18所述的采样和分析系统，其中，所述采样系统是手持式的采样器。

22.一种采样系统，包括：

样品产生器；以及

位于样品收集器上的接口，该接口具有：

突起部分；和

连接到突起部分的凸形接头，该凸形接头包括至少一个流体接头和至少一个电接头，

其中，突起部分设计成仅在一个方向与空腔相配合。

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