CN109416305A - 取样设备 - Google Patents

Abstract

一种用于吸附性取样的样品探针(10)，包括伸长的本体(22)，该伸长的本体具有沿其长度限定的纵向轴线和横向于纵向轴线延伸的径向轴线。由吸附剂材料形成的吸附剂元件(24)固定到本体。伸长的本体具有外表面和沿本体长度定位的凹部(52)，该凹部径向延伸到外表面中。吸附剂元件至少部分地接纳在本体的凹部内，该凹部将吸附剂元件机械地锁定到本体，以防止吸附剂元件相对于本体的相对纵向移动。

Description

取样设备

本发明涉及一种取样探针，并且特别是一种包括用于对液体和气体进行吸附剂取样的吸附剂基质的取样探针。

取样技术经常被用于识别液体内的组分，诸如饮用水中的污染物、化妆品中的香味过敏原或饮料的风味特征。这些样品的分析可以涉及液液萃取(LLE)或固相萃取(SPE)。

使用聚二甲基硅氧烷(PDMS)可以实现固相萃取。PDMS萃取基于吸附作用，一种基于硅酮与水相之间分析物分配的平衡技术。吸附性材料放入液体样品中，并且吸附性材料吸收其中所含的感兴趣的化合物。萃取的分析物的数量与其在样品中的浓度成比例，从而达到平衡。萃取的分析物的量也取决于分析物材料的大小并因此取决于分析物材料的最大吸收体积。可以基于分析物的辛醇-水分配系数(K O/W)来估计到PDMS中的萃取。PDMS与样品的比(称为相比)成为分析物回收的重要因数。萃取效率取决于固相的质量。

PDMS可以用于固相微萃取(SPME)，一种用于从样品萃取有机化合物的已知的固相萃取取样技术。SPME涉及使用涂有薄层吸附性材料的纤维，诸如PDMS，其形成萃取相。吸附性材料可以是固体吸附剂，其选择用于从一系列样品介质萃取不同类型的分析物，包括液相和气相两者。SPME已被广泛使用，因为它易于自动化。

涂有吸附剂的纤维的大小使其能够被容纳在用于刺穿样品瓶的针的本体内。一旦针已经插入瓶中，就将纤维伸出针并引入样品基质中。然后将针移除并随后将保持在纤维上的样品解除吸附以在气相色谱仪中进行分析。

然而，在针内装配的必要性将SPME限制到非常薄的PDMS层(约7-100Cm)。因此，回收的化合物的总体积受到限制，通常大约0.5CL，其中K O/W值低于1000(log K O/W 3)。因此，SPME的缺点是可以加载到纤维上的吸附剂的量的限制。

为了解决SPME取样的低容量限制，已经开发出更高容量的吸附性萃取取样器。这种高容量取样器包括具有PDMS材料的套筒(套管)的金属探针，其围绕探针提供，该探针显著大于SPME中使用的探针。套筒的较大尺寸及其在探针外表面上的暴露位置已使这种探针容易磨损和损坏。在使用中，探针通常插入具有隔膜密封的样品容器中，并且需要探针刺穿隔膜和/或插透隔膜，以紧密配合的方式。样品探针与隔膜密封之间的摩擦接合可以导致吸附剂材料损坏并从表面移除材料。也需要不断更换或维护探针，这也可以导致取样过程受损害。

因此，希望提供一种用于吸附剂取样的改进的取样探针，其解决上述问题和/或总体上提供改进。

根据本发明，提供了一种取样设备和如所附权利要求中所述的取样方法。

在该发明的一个实施方式中，提供了一种用于吸附性取样的取样探针，包括一个伸长的本体，该伸长的本体具有沿其长度限定的纵向轴线和横向于纵向轴线延伸的径向轴线。由吸附剂材料形成的吸附剂元件固定到本体。伸长的本体具有外表面和沿本体长度定位的凹部，该凹部径向延伸到外表面中。吸附剂元件至少部分地接纳在本体的凹部内。将吸附剂元件的至少一部分定位在径向凹部内将吸附剂元件机械地锁定到本体，以防止吸附剂元件相对于本体的相对纵向移动。这有利地避免了仅依靠化学粘合将吸附剂元件固定到本体的需求(该需求已被发现难以实现)，并且确保吸附剂元件不能被隔膜或使用中的其他方式拖离本体。术语“吸附剂”是指具有通过吸着来收集另一物质的分子的性质的任何物质。术语吸着包括吸收和吸附两者。

优选的，在凹部内接纳吸附剂元件，使得吸附剂材料不会径向地延伸出该凹部之外。这确保了吸附剂元件与外表面齐平或在外表面下方凹入，这防止了密封元件在从样品容器插入和/或缩回探针期间接触吸附剂材料。

取样探针的本体可以包括轴和比位于其任何一端的轴更大直径的第一部分和第二部分。吸附剂元件是接纳在轴周围的套筒。术语“套筒”通常指环绕轴的吸附剂材料层。套筒可以是能够插在轴上的独立部件。可替代地，套筒可以是沉积在轴上或以其他方式形成在轴上和/或结合到轴的材料层。

扩大的直径区段具有相对的内端，这些内端在纵向方向上面向轴。每个内面包括纵向延伸的凹部，该凹部布置成接纳吸附剂套筒的端，使得套筒在径向和纵向两者上受到扩大的直径区段的约束。轴与扩大的直径区段之间的阶梯式直径限定了凹部，吸附剂元件容纳在凹部中。

每个扩大的直径区段的凹部包括径向方向上的内壁和外壁，并且套筒的端位于每个凹部的内壁与外壁之间，从而在两端处径向约束套筒。

优选地，套筒被纵向地夹紧在第一扩大的直径区段与第二扩大的直径区段之间。

套筒优选地具有的外径等于或小于扩大的直径区段的直径。以这种方式，套筒的外表面定位为与扩大的直径区段的外表面齐平或径向向内凹入，这从而保护了套筒。

扩大的直径区段的凹部优选环形的，使得它们围绕套筒的端的整个周长接纳套筒的这些端。

扩大的直径区段的每个纵向延伸的凹部在纵向方向上远离扩大的直径区段的内面径向向内逐渐变细。凹部的逐渐变细提供了套筒的端部分在凹部的径向内壁与外壁之间的径向收缩，以夹紧端部分并在扩大的直径区段与套筒之间形成密封件。套筒在任一端处的密封有利地防止了液体进入套筒与轴之间的套筒中，这可能导致样品延续到下一个样品并由此影响结果。

优选地，凹部的内壁具有的直径与轴的直径连续，使得轴能够接纳在套筒的孔内。外壁在纵向方向上朝向内壁径向向内逐渐变细到凹部的基部。

优选地，扩大的直径端区段中的至少一个可释放地连接到轴。

优选地，扩大的直径端区段之一通过螺纹连接固定到轴。端区段包括螺纹孔并且轴的端包括螺纹连接器区段，该螺纹连接器区段在其径向外表面处具有配合螺纹。螺纹连接允许轴从扩大的直径端区段之一断开。这使得套筒能够在轴重新连接到扩大的直径端区段之前插入到轴上。

选择套筒的长度使得它对应于轴的长度和端区段的两个凹部，轴长度不包括螺纹连接器区段的长度。当轴被拧回到端区段中时，套筒纵向地接纳在凹部内。当螺纹连接继续时，端区段朝向彼此移动，并且套筒的端在纵向方向上在两个端区段之间被夹紧，并且在径向方向上在凹部的内壁与外壁之间被夹紧。

第一扩大的直径端区段优选地包括在其外部、远端处的逐渐变细的尖端，以帮助将探针插入样品容器中。第一扩大的直径端区段和轴优选地一体形成为整体部件。

第二扩大的直径端区段包括在其远端处的连接部分，该远端是对于内面的相对端，连接部分配置为允许探针通过致动器诸如机器人臂连接或用于手动使用。

在该发明的另一实施方式中，伸长的本体优选包括在其表面中形成的至少一个通道，该通道限定所述凹部。吸附剂材料设置在通道内，使得暴露吸附剂材料的外表面。吸附剂材料可以通过任何合适的方式模制、粘附或固定到通道中。

样品探针的本体具有外表面，并且吸附剂材料优选地凹入在本体内，使得吸附剂材料的暴露的外表面不会径向向外延伸出本体的外表面之外。保持吸附剂材料与探针的外表面齐平或在其下面凹入，防止与吸附剂材料显著接触。

本体可以包括至少两个纵向延伸的通道，通道布置在本体的径向地相对侧上，每个通道包含吸附剂材料。

通道优选纵向延伸和纵向对齐。

探针的本体可以包括尖端区段和杆区段，它们可分离地连接并且吸附剂材料提供在尖端区段上。这使得吸附剂材料能够通过更换尖端区段来周期性地更换，而不需要更换整个探针。

尖端区段的远端可以具有第一直径，并且近端具有优选大于第一直径的第二直径。逐渐变细的区段与第一和第二直径区段互相连接，吸附剂材料位于第一直径区段上。因此，穿透和密封隔膜的大部分力由较宽直径区段承担，限制了尖端区段上的剪切力。

轴可以包括另外的凹部，该凹部布置成接纳携带条形码或其他标记的标识元件。凹部包括减小直径的区域，该区域确保标记，其优选是围绕轴的圆周固定的粘合条带，不会延伸通过轴的外表面，防止条带在使用中被损坏或移除。

现在将仅参考以下说明性附图通过实例来描述本发明，在附图中：

图1示出了根据该发明的实施方式的取样探针；

图2示出了图1的取样探针的截面视图；

图3示出了根据该发明的另一实施方式的取样探针的截面视图；以及

图4是图3的探针的下区段的放大视图。

参照图1，取样探针10包括具有上杆区段20和下杆区段22的杆18。上杆区段20是柱形的并且在其上端24处包括连接器部分26，该连接器部分具有比上杆区段20的主轴的更大的直径。连接器部分26包括减小直径的周向地延伸的斜切的接合通道28，其配置用于接纳机器人臂的z轴致动器的对应的闩锁元件。闩锁元件可以是弹簧加载的球形锁扣或任何其他合适的元件，其配置成延伸到通道28中并与该通道接合以竖直地保持探针10。

上杆区段20包括锁定区段31。锁定区段31包括径向延伸的肩部区段36，其具有的直径大于上杆区段20的主体。肩部36布置成接纳闩锁板或类似的锁定元件。在使用中，闩锁板被布置为使得当探针10被接纳在需要将探针10竖直地锁定就位的位置处时，闩锁板被竖直地对齐使得闩锁板的下表面与肩部36的上表面竖直地对齐。

探针10可以通过孔口接纳在闩锁板中。闩锁板可水平滑动到锁定位置，其中板的至少一部分位于肩部36上方。当闩锁板处于锁定位置时，通过用闩锁板接合肩部36，来防止探针10在竖直方向上的移除。

如图2所示，上杆区段20包括内部通道39，该内部通道包括在基部端处的内螺纹40。下杆区段22包括对应的螺纹部分42，该螺纹部分与上杆区段20的螺纹区段40接合，以将下杆区段22连接到上杆区段20。下杆区段22的上端44具有的直径与上杆区段20的直径一致。下杆区段22的直径减小沿着其长度在逐渐变细的区段46处到减小直径的下端48。在其远端处，下杆区段22包括突出的尖端50，用于提供逐渐变细的前缘，以帮助插入通过样品容器的隔膜的孔口。

下区段48的减小的直径允许探针10容易地通过隔膜初始插入。选择下区段48的直径，使得在使用中它相对容易地滑过隔膜的开口，在孔口的边缘与下区段48之间具有一些密封采购件。当探针10被进一步插入时，逐渐变细的区段46到达隔膜处。逐渐变细的区段46的扩大的直径允许过渡到较大直径的区段44，当探针10被进一步插入时，该较大直径的区段与隔膜形成正密封件。这使得探针10能够以非常简单的方式密封样品容器2，而不需要在样品容器和/或探针10上的更复杂的额外的密封件布置。较大直径的区段44也可以用于将探针10密封在探针存储器内并且通过将较大直径的区段44与O形环密封件或类似密封布置接合而密封在烘箱内。

下杆区段22包括一对纵向对齐且径向相对的带凹槽的吸附剂通道52。吸附剂通道52纵向延伸并且径向向内凹入到下杆区段22的本体中。吸附剂通道52具有相等的长度，并且具有第一下端，该第一下端与逐渐变细的突出的尖端50纵向向内间隔开。每个通道2的上端从逐渐变细的区段46纵向向下间隔开。吸附剂通道52包含适于进行吸附性取样的吸附剂材料54。优选的是，吸附剂材料54是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，但是可以预见使用权利要求中详述的其他材料。选择每个通道52的尺寸，包括长度、深度和宽度，以限定所包含的吸附剂材料54的体积。

吸附剂材料54优选地以液体状态注入通道52中，其中通道52填充有以设置的体积的吸附剂材料54，该吸附剂材料模制成通道52的形式。吸附剂材料54设置在通道52内，其中吸附剂材料54的外表面与每个通道52的外缘56齐平。这样，吸附剂材料54的表面与杆22的表面齐平或在其内略微凹入。以这种方式，当下杆区段22通过取样容器2的隔膜插入以及经此缩回时，保护吸附剂材料54的表面免受磨损。可替代地，吸附剂材料可以柱形地应用于外表面，类似于现有技术，但具有更大的表面厚度，并且因此具有更大的材料体积，这大大改进了取样性能。

由于下杆区段22可从杆20分离，如果吸附剂材料54的完整性随时间存在任何退化，则可以更换下杆区段22而不需要更换整个探针10。

上杆区段20包含用于通过印刷、雕刻或其他方式进行打条形码的凹部30。凹入的条形码在使用期间使对条形码的磨损最小化。

在图3所示的替代实施方式中，取样探针60包括上杆区段20和下杆区段64。上杆区段20的配置与上述上杆区段20相同。下杆区段64包括螺纹部分66，该螺纹部分与上杆区段20的对应的螺纹区段40接合，以将下杆区段64连接到上杆区段20。下杆区段64的上端70具有的直径与上杆区段20的直径一致。下杆区段64的直径减小沿着其长度在逐渐变细的区段72处到减小直径的下端74。

下端74包括可分离的尖端区段76。尖端区段76包括轴78和在其远端处逐渐变细的尖端80。提供套筒82，其由吸附剂材料形成。如图4所示，套筒82基本上是柱形的，具有壁区段84，该壁区段具有延伸穿过其的孔86。孔84具有的直径基本上等于轴区段76的直径。因此，套筒82配置成用于以紧密公差配合装配并接纳轴78，这样在孔84的内表面与轴78的外表面之间基本上不存在间隙。

尖端80到其远端的一点处逐渐变细，以提供逐渐变细的前缘，来帮助插入通过样品容器的隔膜的孔口。在内端88处，尖端80包括朝向远端纵向地延伸的环形凹部90。凹部90具有与轴78的外壁邻接的内壁92以及外壁94。在凹部90的开口处，外壁94与内壁92径向向外间隔开。外壁94朝向凹部90的基部径向向内成角度，使得凹部90逐渐变细到其外壁94与内壁92相遇处的基部。

Claims (20)

1.一种用于吸附性取样的样品探针，包括：

伸长的本体，具有沿其长度限定的纵向轴线和横向于所述纵向轴线延伸的径向轴线，所述伸长的本体具有外表面和沿本体的长度定位的凹部，所述凹部径向地延伸到所述外表面中；以及

吸附剂元件，由吸附剂材料形成；

其中，所述吸附剂元件至少部分地接纳在所述本体的所述凹部内。

2.根据权利要求1所述的样品探针，其中，在所述凹部内接纳所述吸附剂元件，使得所述吸附剂材料不会径向地延伸出所述凹部之外。

3.根据权利要求1或2所述的样品探针，其中，取样探针的本体包括轴以及在所述轴的任一端处的第一扩大的直径区段和第二扩大的直径区段。

4.根据权利要求3所述的样品探针，其中，所述吸附剂元件是套筒，所述套筒围绕所述轴在所述第一扩大的直径区段与第二扩大的直径区段之间被接纳。

5.根据权利要求4所述的样品探针，其中，所述扩大的直径区段具有相对的内端，所述相对的内端在纵向方向上面向所述轴，每个内面包括纵向地延伸到所述扩大的直径区段中的凹部，所述凹部每个布置成接纳吸附剂套筒的端，使得当所述套筒的所述端被接纳在所述凹部中时，它们径向地以及纵向地被约束。

6.根据权利要求5所述的样品探针，其中，每个扩大的直径区段的所述凹部包括径向地内壁和外壁，并且所述套筒的端定位在每个凹部的所述内壁与外壁之间。

7.根据权利要求7所述的样品探针，其中，所述套筒纵向地被夹在所述第一扩大的直径区段与第二扩大的直径区段之间。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的样品探针，其中，所述套筒具有的外径等于或小于所述扩大的直径区段的直径。

9.根据权利要求8所述的样品探针，其中，所述扩大的直径区段的所述凹部是环形的并且所述套筒的直径基本上等于所述凹部的外径，所述套筒的所述端在所述凹部内围绕它们的整个圆周被接纳。

10.根据权利要求8所述的样品探针，其中，每个凹部在纵向方向上远离其开口径向地向内逐渐变细到其基部，以夹紧所述套筒并与所述套筒密封。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的样品探针，其中，扩大的直径端区段中的至少一个可释放地连接至所述轴。

12.根据权利要求11所述的样品探针，其中，所述扩大的直径端区段中的一个通过螺纹连接固定到所述轴，所述扩大的直径端区段包括螺纹孔并且所述轴的所述端包括对应的螺纹连接器区段。

13.根据权利要求12所述的样品探针，其中，选择所述套筒的长度，使得当所述扩大的直径端区段螺纹连接到所述轴时，所述套筒在所述轴的任一端处由所述扩大的直径端区段纵向地夹紧。

14.根据权利要求1所述的样品探针，其中，所述伸长的本体包括在其表面中形成的至少一个通道，并且所述吸附剂材料提供在所述通道内，使得暴露所述吸附剂材料的外表面。

15.根据权利要求14所述的样品探针，其中，所述样品探针的所述本体具有外表面，并且所述吸附剂材料陷入在所述本体内，使得所述吸附剂材料的暴露的外表面不会径向地延伸出所述本体的外表面之外。

16.根据权利要求15所述的样品探针，其中，所述本体包括至少两个纵向延伸的通道，所述纵向延伸的通道布置在所述本体的径向地相对侧上，每个通道包含吸附剂材料。

17.根据权利要求16所述的样品探针，其中，所述通道纵向地延伸并纵向地对齐。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的样品探针，其中，所述探针的所述本体包括尖端区段和杆区段，所述尖端区段和所述杆区段可分离地连接并且所述吸附剂材料提供在所述尖端区段上。

19.根据权利要求18所述的样品探针，其中，所述尖端区段的远端具有第一直径，以及近端具有大于所述第一直径的第二直径，并且逐渐变细的区段与所述第一直径区段和第二直径区段互相连接，所述吸附剂材料定位在所述第一直径区段上。

20.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述吸附剂材料是选自包括以下的组的材料：聚乙二醇、硅酮、十八烷基三氯硅烷、聚甲基乙烯基氯硅烷、液晶聚丙烯酸酯、接枝自组织的单分子层、石墨烯、碳纳米管、离子液体和无机涂层材料。