CN102405406A - 气相色谱止回阀和系统 - Google Patents

Abstract

揭示用于具有止回阀的气相色谱(GC)系统的一种装置、系统和方法。止回阀位于电子式流量控制模块的下游和注入器的上游。当样品在注入器内蒸发时，止回阀关闭到关闭位置，防止溶剂和样品回流到气导出管内。在特定实例中，止回阀具有一个锥形塞，该锥形塞刚好放入一个有孔洞的基座。当锥形塞被挤压时，锥形塞会啮合孔洞的两侧并密封止回阀，防止溶剂和样品通过止回阀回流。在特定实例中，因为注入器过压造成的压力变化连同弹簧施加到锥形塞的力会挤压锥形塞，使其密封孔洞。

Description

气相色谱止回阀和系统

技术领域

本发明与气相色谱法(GC)和气相色谱法混合仪表有关。特别是，本发明与在GC仪表中使用止回阀以改善操作相关。

背景技术

气相色谱法是广泛使用的分析技术，用来分离及分析样本的组成。气相色谱法包含各种不同变化，例如，气体-固体色谱法(GSC)和气体-液体色谱法(GLS)，并包含连用技术，如气相色谱法-质谱法(GC/MS)。随着人们对GC系统的要求更精确和更详细，对系统的灵敏度要求也有所增加。

结果，拖尾和残留等问题也变得更加重要了。拖尾是指高峰不对称，使得前端比后端更陡峭。残留是指前一次分析的样品或者同一个分析的早先样品在以后出现，或者无用的溶剂分子饱和了检测器。需要更高的灵敏度时，经常被忽略的拖尾和残留问题会突然变得重要起来。

发明内容

正如上述讨论所证实的，需要一个较不易受到拖尾和残留问题影响的GC系统。以下讨论此类GC系统和止回阀装置。

GC系统包含一个提供将样品冲洗通过柱体的运载气体的电子式流量控制模块、接收需分析样品的注入器以及将进入注入器的样品蒸发的蒸发器。气导出管连接电子式流量控制模块和注入器，使得运载气体从电子式流量控制模块流到注入器。GC系统还包含一个具有固定相的柱体。该柱体连接到注入器，运载气体和蒸发的样品通过柱体，由检测器在该处分析柱体的输出量。

GC系统还包含一个位于电子式流量控制模块气导出管下游和注入器上游的止回阀。当注入器的压力改变，使得气相色谱系统的流动方向变反，止回阀会封闭。止回阀大体上预防样品回流到气导出管内。

在某些实例中，止回阀有一个具有通道的阀体，气导出管出口通过气导出管把该通道连接到注入器，而气导出管入口则将该通道连接到电子式流量控制模块。止回阀也可包含位于气导出管出口和气导出管入口之间通道内的基座。该基座具有一个连接通道的孔洞，因此在孔洞未封闭时，让气体流过通道。在这种实例中，止回阀也包含一个锥形塞，啮合孔洞的两侧，因此当样品蒸发，注入器内压力过大时，会关闭通道。

当锥形塞被压下时也可能在其基部包含一个封口啮合基座的顶端。在某些实例中，止回阀还包含一个稳定器，稳定器内有使通道延续的孔洞。稳定器维持锥形塞相对于基座的位置。

稳定器和锥形塞之间可能有一个弹簧，以便提供能够造成锥形塞啮合基座孔洞两侧的力。在这种实例中，当通过气体传送入口进入通道的气体施加到锥形塞的力小于通过气体传送出口进入通道的气体施加到锥形塞的力加上弹簧施加到锥形塞的力时，锥形塞会啮合孔洞。

止回阀也可包含定位基座、锥形塞、通道内稳定器并且降低通道空量的垫片。止回阀也可包含一个滤器，该滤器将过滤通过气体传送出口回流到止回阀的污染物。

本说明书中提到的功能、优点或类似用语，并不隐含所有通过本发明可以实现的功能和优点都应该存在或者存在于本发明的任何单一实例中的意思。相反地，提到有关功能和优点的用语时，应该这样理解，描述的关于某一实例的特定功能、优点或特征至少包含在本发明的一个实例中。因此，本说明书中对于功能和优点以及类似用语的讨论，可能(但并非一定)全部关系到同一个实例。

此外，本说明书中描述的装置、系统和方法的功能、优点和特征可以与一个或多个实例以任何适当的方式合并。熟悉相关技术的人会认识到本发明在不基于具体实例的一个或多个特定功能或优点时也可以实现。在其他情况下，还可能认识到某些实例中的其他功能和优点可能不会在本发明的所有实例中出现。

在以下说明和附加的权利要求中，本发明的这些功能和优点将更加明显，或可借由实践本说明书中描述的发明而学到。

附图说明

为了充分了解本发明的优点，将以具体实例搭配附图对以上简略描述的发明予以详细说明。应该了解这些附图只描述特定实例，因此不应认为它们是发明的范围的限制，本发明的其他实例将以额外的特征和细节通过使用说明书、权利要求和附图予以说明和解释，其中：

图1是一个气相色谱系统实例的结构图；

图2是用于气相色谱系统的止回阀视图；

图3是用于气相色谱系统的止回阀的另一个实例的视图；

图4是用于气相色谱系统的止回阀的另一个实例的视图；及

图5a和5b显示使用具有止回阀的气相色谱系统重生色谱的优点。

具体实施方式

本说明书中始终提到“一个实例”、“某一实例”或类似用语表示描述的有关实例的特定功能、结构或特征包含在至少一个本发明的实例中。因此，本说明书中始终出现“在一实例中”、“在某一实例中”，以及类似用语等，可能(但并非一定)全部关系到同一个实例。此外，对于本发明所描述的功能、结构或特征，可以与一个或多个实例以任何适当的方式合并。另外，熟悉相关技术的人会认识到本发明可以不利用本文所描述的特定细节实现，或利用其他方法、组件、材料等也可实现。在其他情况下，未介绍或详细描述众所周知的结构、材料或操作以避免遮盖了本发明的内容重点。

图1显示GC系统100的一个基本图示，包含一电子式流量控制模块110、一止回阀112、一注入器114、一隔垫吹扫116、一通风口和阀门118、一柱体120，及一检测器122。该GC系统100还可能包含未显示在图1中的额外组件。熟悉相关技术的人了解在GC系统100中可能运用的各种额外组件和修正操作。

流量控制模块110为GC系统提供流动相。流动相是将样品冲洗通过柱体120的运载气体。流量控制模块110可能包含流量控制件，以调节运载气体的流量。例如，流量控制模块110可能包含一个压力控制件和一个流量控制件。在特定实例中，流量控制模块110可能是电子式流量控制模块，可能是机械性流量控制模块，也可能使用手控气体力学。在特定实例中，流量控制模块110可能只是一个通到气体供应(如气体箱或气体发生器)的连接。流量控制模块110通过气导出管供应运载气体，气导出管连接流量控制模块和注入器114。

注入器114用来将需要测试的样品精准的注入柱体120内。将样品注入到注入器内并搭配运载气体，推送样品通过柱体120。在一实例中，样品注入到注入器114时是液体。蒸发器将液体样品蒸发，运载气体和蒸发的样品进入柱体120内。蒸发器可能是注入器114的一部分，或者在特定实例中可能与注入器114分开。在某些特定实例中，样品在注入器114的加热衬垫中迅速蒸发。

注入器114也可能是一个分流/无分流注入器114。在这种实例中，CG系统100包含一个通风口和阀门118。用户可以调节分流速率，以控制进入柱体120的样品量和通过通风口和阀门118离开注入器114的样品量的比例。通风口和阀门118可能完全关闭以促进无分流喷入。通风口和阀门118关闭时的无分流喷入可能更适合微量分析或当需要较好的灵敏度时。

隔垫吹扫116利用气体通过吹扫通风口将残留物从注入器114中扫出。例如，隔垫吹扫116可能利用运载气体吹扫隔垫，从而降低材料残留在注入器114内并污染GC系统100的可能。

柱体120包含固定相，并连接到注入器114。随着运载气体冲洗蒸发的样品通过柱体120，样品分离为组分。在特定实例中，柱体120可能是一个毛细管柱或填充柱。由于柱体的温度影响样品成分的分离，因此柱体120通常有一个关联的柱式加热炉，以便在需要时控制柱体温度。

检测器122提供响应信号，代表着柱体120的输出量。例如，检测器可能将离开柱体120的样品分析物转换成一个电信号，其强度取决于分析物的量或浓度。例如，火焰电离检测器(FID)、电子俘获检测器(ECD)或质谱仪都可能作为检测器122使用。

当样品在注入器114内蒸发时，注入器114可能因为GC系统100内的流量受到限制而经历一段过压期。注入器114的这种压力变化能够使GC系统100内的正常流量暂时发生反流。因此，压力变化可能将样品(不论是溶剂或气体)推送到气导出管，甚至到电子式流量控制模块110内(在极端状况下)。当柱体出口为真空或接近真空状态时(例如在GC/MS和其他GC连用系统中)，该问题特别具有挑战性。此外，样品蒸发时注入器114的压力突然改变可能造成电子式流量控制模块110降低运载气体输送压力，加重反向流动。当注入器114的通风口和阀门118关闭或明显受限时，由于更加限制GC系统100内的流量，所以也更有可能造成过压。

止回阀112位于电子式流量控制模块110的气导出管下游和注入器114上游。止回阀112是一个允许气体只能向一个方向流动的阀门；也就是说，止回阀112的作用是只允许气体从电子式流量控制模块110流向注入器114。止回阀112密封并阻止气体和液体流向电子式流量控制模块110。但是，止回阀，如止回阀112，并不完善--在止回阀密封前可能有些反向流动，而密封也可能不完善。但是止回阀112大体上可预防样品回流到气导出管内。

在一实例中，止回阀112位于邻近注入器114的位置，以便降低止回阀112和注入器114之间的样品容量从而降低回流。当注入器114的压力改变使得气相色谱系统内的流动方向变反时，止回阀112会封闭。密封会阻止溶剂由于气导出管移动超出止回阀112而污染气导出管。止回阀112反而迫使溶剂和样品通过注入器114。

当运载气体从电子式流量控制模块110正常流动，并且没有任何改变GC系统100压力的事件发生时，由于运载气体从电子式流量控制模块110流出而造成的压力足以开启止回阀112，使运载气体通过止回阀流至注入器114内。因此，可以根据电子式流量控制模块110的构造选择具有适当开启压力的止回阀112。在一实例中，止回阀112可能是隔膜式止回阀、旋启式止回阀、盘式止回阀，或者在注入器114内发生蒸发时提供密封的其它合适的止回阀类型。

在特定实例中，止回阀112也可能放置到将隔垫吹扫116连接到注入器114的管内，以及将通风口和阀门118连接到注入器114的管内。因此，位于气相色谱系统100中的一个或多个额外止回阀112也有助于改善气相色谱仪的质量和灵敏度。

图2显示预防气相色谱系统内回流的止回阀112的一个实例。以下所示止回阀112的实例并不按照比例。止回阀112含有一个带通道218的阀体216。阀体216可以是塑料或其它任何适合的材料。通道218允许运载气体从电子式流量控制模块110流至止回阀112，通过止回阀112后，离开止回阀112至注入器114。

气导出管入口214允许运载气体从电子式流量控制模块110进入通道218。气导出管入口214连接到气导出管210。该连接将止回阀112连接到电子式流量控制模块110上。气导出管出口212允许运载气体从电子式流量控制模块110流出至通道218。气导出管出口212与气导出管210结合，并将止回阀112连接到注入器114。

在一实例中，止回阀112也包含一个位于通道218内及气导出管出口212和气导出管入口214之间的基座222。如图2所示，基座222也含有一个孔洞223。孔洞223延续通道218，因此当止回阀112在流动位置时运载气体可以流过孔洞223。图2显示流动位置的止回阀112。在一实例中，孔洞223为圆形。孔洞223可能具有斜角墙，其角度与以下说明的锥形塞220的外角相同。在这种实例中，锥形塞220被压下时，可提供更好的密封以阻挡流动，并啮合孔洞223的两侧。

在一实例中，止回阀112还包含一个啮合孔洞223两侧的锥形塞220，因此当锥形塞220被充分压下时，会密封通道218。在一实例中，如图2所示，锥形塞220的尖端朝向气导出管入口214。锥形塞220可为锥形以外的其它形状。例如，锥形塞220可能具有圆形尖端，或者有闭锁尖端(如图3所示)。锥形塞220可能具有锥形多面体的形状。在一实例中，锥形塞220啮合孔洞223的两侧，在样品蒸发，注入器114内压力过大时，会关闭通道218。

止回阀112也可包含一个位于气导出管出口212和基座222之间通道218内的稳定器224。稳定器224也可包含一个或多个延续通道218的孔洞225a-d，允许运载气体通过。稳定器224维持锥形塞220相对于基座222的位置。例如，稳定器224可保持锥形塞220相对于基座222和孔洞223的适当位置。

止回阀112也可包含一个弹簧226。在特定实例中，弹簧226位于稳定器224和锥形塞220之间；锥形塞220上朝向孔洞223的弹簧弹力会压下锥形塞220，以便啮合基座222的孔洞223两侧。在这种实例中，止回阀112的自然位置是关闭位置，在此位置锥形塞220密封孔洞223。进入锥形塞220上气导出管入口214的运载气体的压力将止回阀112开启到流动位置。

在一实例中，当进入气导出管入口214的运载气体施加于锥形塞220的开启力少于由弹簧226施加于锥形塞220底部的反作用力加上通过气导出管出口212进入通道218的气体施加于锥形塞220的力时，锥形塞220啮合孔洞223的壁。当气导出管入口214的压力较大时，锥形塞220被推开，运载气体流经孔洞223。

因此止回阀112将减少蒸发时可能被推回到气导出管210内的溶剂量和样品量。例如，当液体样品在注入器114蒸发时，随着液体变为气体，体积可能扩张数千倍。当蒸发快速发生时，GC系统内可能发生倒流，液体和气体样品被向上推至气导出管，并流向电子式流量控制模块110。止回阀112对于该流向变化做出响应而关闭，防止样品被反向推动。因此，可显著减少拖尾和残留问题。止回阀112也可包含一个滤器，该滤器过滤通过气导出管出口212回流到止回阀112的分散污染物。

图3显示止回阀112的第二个实例。图3中，止回阀112在关闭位置，因此充分密封止回阀112。图3也显示位于通道218内和气导出管出口212与基座222之间的稳定器224的第二种构造。稳定器224维持锥形塞220相对于基座222的位置。

图3也显示有封口310的锥形塞220。在特定实例中，当锥形塞220被压下而密封孔洞233时，具有封口310的锥形塞220啮合基座222的顶端。封口310可提供更好的孔洞233的密封，并增加密封的表面积。图3也显示具有扁平尖端的锥形塞220的第二个实例。

图4显示止回阀112的额外实例。图4显示图2的止回阀112，但具有额外的垫片410a-c。在特定实例中，止回阀112还包含使止回阀112的各种组件(如基座222和稳定器224)位于固定位置上的垫片410a-c。垫片410a-c也可设计为减少通道218的空量，同时允许运载气体通过处于流动位置的止回阀112。

垫片410a-c可能是与阀体216分离的插片。在特定实例中，垫片410a-c可能是阀体216的一部分。同样，稳定器224和基座222在特定实例中也可能是阀体216的一部分。

图2到图4所示的实例显示了在锥形塞220上提供关闭力的弹簧226，止回阀112的其他实例可利用不同方式提供关闭力。例如，一个实例可利用符合标准的材料提供恢复力，将止回阀112移到关闭位置。其它实例可利用电子或磁力装置提供此类力。在特定实例中，流动位置可能是止回阀114的正常位置。而在一些特定实例中，止回阀112可能没有正常位置。在其它实例中，止回阀112可利用杆杠作用，而不是线性移动，启动止回阀112。

图5a和图5b显示利用主体快速喷入气相色谱系统100得到的色谱。图5a显示在气相色谱仪中未使用止回阀112进行主体快速喷入制作的色谱。图5b显示在类似用于产生图5a显示的色谱的条件下，利用具有止回阀112的GC系统100制作的色谱。

值得注意的是图5a和5b之间的拖尾。图5a显示的色谱中溶剂拖尾特别多。相比之下，图5b显示的色谱中拖尾明显减少。此外，图5b的喷入成分恢复和信号强度优于图5a。如图5a和图5b所示，将止回阀112置于注入器114和电子式流量控制模块110之间大大地改善了色谱质量，尤其在需要高灵敏度的情况下。

在不违背其实质或关键特征的情况下，本发明可以其它具体方式表现。以上所述实例应视为为解释本发明的各个方面，而不是限制。因此，本发明的范围由附加的权利要求表明，而不是通过以上描述。与权利要求等同的意义和范围内的所有变更都将包含于申请范围中。

Claims (20)

1.一个气相色谱系统，包括：一个提供运载气体的电子式流量控制模块；一个接收液体样品的注入器；一个蒸发进入到注入器的液体样品的蒸发器；一个连接电子式流量控制模块和注入器的气导出管，该气导出管允许运载气体从电子式流量控制模块流至注入器；一个连到注入器的柱体，该柱体具有固定相，在此处，运载气体通过柱体冲洗蒸发的样品；一个位于电子式流动控制模块的气导出管下游和注入器上游的止回阀，该止回阀对注入器内的压力变化做出响应而密封，使气相色谱系统内的流动反向并充分防止液体样品和蒸发的样品回流到气导出管中；以及一个检测器，该检测器提供代表柱体输出量的响应信号。

2.权利要求1的系统，其中气相色谱系统是一个气相色谱系统连用系统。该系统有真空或接近真空的柱体出口。

3.权利要求1的系统，其中注入器是一个分流/无分流注入器。

4.权利要求1的系统，止回阀进一步包含：有一个通道的阀体；一个位于通道内的基座，该基座含有一个孔洞；以及一个锥形塞，该锥形塞在注入器的压力发生变化时啮合孔洞的两侧并密封孔洞，使气相色谱系统的流动反向。

5.权利要求4的系统，止回阀还包含一个通过气导出管将止回阀连接到注入器的气导出管出口，以及一个通过气导出管将止回阀连接到电子式流量控制模块的气导出管入口。

6.权利要求5的系统，止回阀更包含一个滤器，该滤器将过滤通过气导出管出口回流到止回阀的污染物。

7.用于气相色谱系统的止回阀包含一个接收液体样品的注入器，和一个提供运载气体供应的流量控制模块，该止回阀包含有：有一个通道的阀体；一个将通道连接到气相色谱系统注入器的气导出管出口；一个将通道连接到为气相色谱系统提供运载气体供应的流量控制模块的气导出管入口；一个位于通道内和气导出管出口与气导出管入口之间的基座，该基座含有一个延续通道的孔洞；以及一个锥形塞，当注入器在样品蒸发期间发生过压时，该锥形塞会啮合孔洞的两侧并关闭通道，锥形塞的尖端朝向气导出管入口。

8.权利要求7的止回阀，锥形塞还包括一个封口，当注入器在样品蒸发期间发生过压时该封口啮合基座顶端，该封口位于锥形塞的底部。

9.权利要求7的止回阀，更包含一个稳定器，该稳定器有一个或多个允许运载气体通过的孔洞，稳定器位于通道内，气导出管出口与基座之间，稳定器维持锥形塞的位置。

10.权利要求9的止回阀，还包含一个位于稳定器和锥形塞之间的弹簧，该弹簧向锥形塞施加朝向基座孔洞方向的力，该力使锥形塞啮合基座孔洞的两侧。

11.权利要求10的止回阀，其中，当通过气导出管入口进入通道的气体施加到锥形塞的力小于通过气导出管出口进入通道的气体施加到锥形塞的力加上弹簧施加到锥形塞的反作用力时，锥形塞会啮合基座的孔洞。

12.权利要求9的止回阀，更包含一个或多个使基座、锥形塞、通道内的稳定器定位并降低通道空量的垫片。

13.权利要求7的止回阀，进一步包含一个滤器，该滤器将过滤通过气导出管出口回流到止回阀的污染物。

14.权利要求7的止回阀，其中孔洞具有斜角墙，锥形塞具有一个与斜角墙角度相同的外角。

15.一个气相色谱系统，包括：一个提供运载气体的电子式流量控制模块，该运载气体将冲洗样品通过柱体；一个接收样品的注入器；一个蒸发送进注入器的样品的蒸发器；一个连接电子式流量控制模块和注入器的气导出管，该气导出管促进运载气体从连接电子式流量控制模块流至注入器；一个有固定相的柱体，该柱体连接到注入器，运载气体和蒸发的样品流过柱体；以及一个位于电子式流量控制模块气导出管下游和注入器上游的止回阀，该止回阀包含：一个阀体；一个将止回阀连到注入器的第一连接；一个将止回阀连到电子式流量控制模块的第二连接；一个位于第一连接和第二连接之间的基座，该基座具有一个孔洞；以及一个位于孔洞内并在被挤压时密封孔洞的锥形塞，锥形塞的尖端朝向第二连接。

16.权利要求15的系统，其中气相色谱系统是一个气相色谱-质谱系统，并进一步包含一个质谱仪，该质谱仪提供代表柱体输出量的信号。

17.权利要求15的系统，其中当样品蒸发期间注入器发生过压时，锥形塞被挤压，止回阀实质上防止样品回流到气导出管内。

18.权利要求15的系统，其中孔洞具有斜角墙，锥形塞具有一个与斜角墙角度相同的外角。

19.权利要求15的系统，止回阀更包含一个滤器，该滤器过滤通过气导出管出口从注入器流入止回阀的污染物。

20.权利要求15的系统，止回阀进一步包含一个位于锥形塞底部的封口，当锥形塞被挤压时啮合基座顶端。

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