CN111819437B - 带腔室隔膜 - Google Patents
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Abstract
一种隔膜，其沿着隔膜的中心轴线包含至少一个内部腔室。该腔室提供了释放空间，当针穿过隔膜时，隔膜的密封部分可变形到该释放空间中。腔室的结合减少了隔膜和针之间的表面积接触和摩擦，从而减少了隔膜的撕裂并减少了研磨产生的颗粒物。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月20日提交的、题为“CHAMBERED SEPTUM”的美国临时专利申请序列号No.62/608,021的优先权，其通过引用并入本文。
技术领域
隔膜沿着隔膜的中心轴线包含至少一个内部腔室。该腔室提供了释放空间，当针穿过隔膜时，隔膜的密封部分可变形到该释放空间中。腔室的结合减少了隔膜和针之间的表面积接触和摩擦，从而减少了隔膜的撕裂并减少了研磨产生的颗粒物。
背景技术
气相色谱仪(“GC”：Gas chromatography)是一种广泛使用的具有高灵敏度的分析技术。通常，将液体样品通过弹性体密封件(通常由硅橡胶或其他弹性体制成的“隔膜”)注入热注入端口，在此处样品在惰性气流中蒸发，当气流扫过色谱柱时，组分被分离。用高灵敏度检测器检测从色谱柱上洗脱下来的组分。注入物的惰性和重复性对于维持高水平的检测准确性至关重要。
隔膜的主要目的是密封以防止载气泄漏，从而使样品正确地通过色谱柱洗脱。理想情况下，隔膜必须针对高达数百次注入而用作有效的气密密封，每次注入都需要针刺穿隔膜的厚度。隔膜可能会暴露于从环境温度到接近300℃的温度范围内，并会暴露于高达100psi的气压。
当前实验室中使用的GC隔膜在很大程度上满足可靠密封的要求，并且基本上遵循单一的基本设计：聚合物材料制成的实心盘或塞子，针刺穿该实心盘或塞子并注入样品。尽管此基本设计确实可以有效地起到密封作用，但迄今为止尚未解决的一个问题是无意将污染颗粒引入GC入口。针反复穿过隔膜会磨损隔膜并使针变粗糙，从而导致颗粒状的隔膜材料和金属细屑从针被刷入入口。隔膜材料在色谱基线上增加了挥发性污染物，其表现为干扰来自样品组分的期望峰的峰，并且隔膜材料和金属细粉均可能充当吸附剂或催化剂，在组分能够被检测到之前而在入口中去除或降解了组分。
为了减少标准隔膜中的颗粒产生，在本领域中众所周知，隔膜在安装时不应过度拧紧，以避免入口中过度压缩、针和隔膜之间的摩擦增加以及颗粒产生的可能性增加。随着时间的推移，已经引入了对该标准设计的创新，以提高性能并减少颗粒的产生。一个示例是在隔膜的外表面上添加倒角的、通常为锥形的腔，以帮助将针限制在穿过隔膜的一条路径上。另一个示例是沿针的预期路径预先刺穿隔膜，以使前几次注入中的“取芯(coring)”(隔膜材料颗粒的产生)最小化。众所周知，较细的针和没有尖头的针会减少颗粒的产生。但是，较细的针也可能比较粗的针更频繁地弯曲，从而引起其他问题。尽管这些各种技术可以减少污染颗粒的产生，但是该问题尚未令人满意地解决。
发明内容
本发明的目的是通过提供新颖的隔膜来减少GC入口中的污染。隔膜沿着隔膜的中心轴线包含至少一个内部腔室。该腔室提供了释放空间，当针穿过隔膜时，隔膜的密封部分可变形到该释放空间中。腔室的结合减少了隔膜和针之间的表面积接触和摩擦，从而减少了隔膜的撕裂并减少了研磨产生的颗粒物。腔室上方和下方的隔膜部分用作相对较薄的顶部密封件和单独的相对较薄的底部密封件。
相反，在典型的隔膜中，隔膜的整个主体用作单个相对较厚的密封件。
提供该概述是为了介绍对一些概念的选择，这些概念在详细描述和此处包含的附图中进一步详细描述。该概述并非旨在标识所要求保护的主题的任何主要或必要特征。所描述的特征中的一些或全部可以存在于相应的独立或从属权利要求中，但是除非在特定权利要求中明确叙述，否则不应解释为限制。本文描述的每个实施例不一定旨在解决本文描述的每个目的，并且每个实施例不必包括所描述的每个特征。根据本文所包含的详细描述和附图，本发明的其他形式、实施例、目的、优点、益处、特征和方面对于本领域技术人员将变得显而易见。此外，在本概述部分以及本申请的其他地方描述的各种装置和方法可以表示为大量不同的组合和子组合。本文考虑了所有这些有用、新颖和创造性的组合和子组合，应认识到这些组合中的每一个的明确表达都是不必要的。
附图说明
参考下面的描述并结合附图，将对本发明有更好的理解。
图1示出了在多次注入之后沿其中心轴线切成两半的标准盘形隔膜的剖视图。
图2A描绘了隔膜的第一实施例的透视图，其中隔膜的第一部分和第二部分处于间隔开的关系。
图2B描绘了第一实施例的透视图，其中第一部分安装在第二部分内。
图2C示出了沿着第一实施例的线A-A的截面图。
图3A描绘了隔膜的第二实施例的透视图，其中隔膜的第一部分和第二部分处于间隔开的关系。
图3B描绘了第二实施例的透视图，其中第一部分安装在第二部分内。
图3C示出了沿着第二实施例的线B-B的截面图。
图4A示出了沿其中心轴线切成两半的标准塞子形隔膜的剖视图。
图4B是在2500秒的持续时间内(大约275个注入周期)针穿过图4A所示的隔膜插入(正力)和收回(负力)的力(Y轴)相对于时间(X轴)的曲线图。
图5A示出了沿其中心轴线切成两半的带腔室塞子形隔膜的剖视图。
图5B是在2500秒的持续时间内(大约275个注入周期)针穿过图5A所示的隔膜插入(正力)和收回(负力)的力(Y轴)相对于时间(X轴)的曲线图。
图6A描绘了沿其中心轴线切成两半的标准的、预先刺穿的盘形隔膜的剖视图。
图6B描绘了在经受1000次注入之后沿其中心轴线切成两半的标准的、预先刺穿的盘形隔膜的截面图。
图7A描绘了沿其中心轴线切成两半的带腔室盘形隔膜的剖视图。
图7B描绘了在经受1000次注入之后沿其中心轴线切成两半的带腔室盘形隔膜的剖视图。
图8A是通过图6B中的隔膜进行1000次注入之后的GC注入端口衬里的照片。
图8B是在通过图7B中的隔膜进行1000次注入之后的GC注入端口衬里的照片。
图9A示出了沿其中心轴线切成两半的标准的塞子形隔膜的剖视图。
图9B示出了在经受500次注入之后沿其中心轴线切成两半的标准的塞子形隔膜的剖视图。图10A描绘了沿其中心轴线切成两半的带腔室塞子形隔膜的剖视图。
图10B描绘了在经受500次注入之后沿其中心轴线切成两半的带腔式塞子形隔膜的截面图。
图11A是通过图9B中的隔垫进样500次后的GC注入端口衬里的照片。
图11B是在通过图10B中的隔膜进行500次注入之后的GC注入端口衬里的照片。
图12A描绘了隔膜的第三实施例的透视图，其中隔膜的第一部分和第二部分处于间隔开的关系。
图12B描绘了第三实施例的透视图，其中第一部分安装在第二部分内。
图12C示出了沿着第三实施例的线A-A的截面图。
图13A描绘了隔膜的第四实施例的透视图，其中隔膜的第一部分和第二部分处于间隔开的关系。
图13B描绘了第四实施例的透视图，其中第一部分安装在第二部分内。
图13C示出了沿着第四实施例的线A-A的截面图。
图14A描绘了隔膜的第五实施例的透视图，其中隔膜的第一部分和第二部分处于间隔开的关系。
图14B描绘了第五实施例的透视图，其中第一部分安装在第二部分内。
图14C示出了沿着第五实施例的线A-A的截面图。
具体实施方式
为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中示出的所选实施例，并且将使用特定语言来描述它们。然而，将理解的是，由此并不意图限制本发明的范围；如本发明所属领域的技术人员通常会想到的，所描述或图示的实施例的任何改变和进一步的修改，以及如本文所图示的本发明的原理的任何进一步的应用都是可以预期的。尽管对本领域技术人员显而易见的是，为了清楚起见可能未示出一些特征或特征的某些组合，但是详细示出了本发明的至少一个实施例。
除非另有说明，否则本文中对“发明”的任何引用均是对一系列发明的实施例的引用，没有单个实施例包括所有实施例中都必须包括的特征。此外，尽管可能引用了本发明的一些实施例提供的“优点”，但是其他实施例可能不包括那些相同的优点，或者可以包括不同的优点。本文描述的任何优点都不应解释为限制任何权利要求。
特定量(空间尺寸，无量纲参数等)可在本文中明确或隐含使用，除非另有说明，否则这些特定量仅作为示例提供，并且为近似值。除非另有说明，否则任何被称为“约”给定值的量均定义为在所述值的5％之内(例如，“约1.0mm”是指0.95mm至1.05mm的范围；“约1.0mm至2.0毫米”是指0.95毫米至2.1毫米的范围)。除非另有说明，否则关于特定物质组成的讨论(如果存在)仅作为示例提供，并且不限制其他物质组成，尤其是具有类似特性的其他物质的适用性。本文中使用的术语顶部和底部是指附图中所示的隔膜的方向，并且是指插入隔膜的顶部、穿过隔膜并从底部露出的针的运动。应当理解，隔膜可以以各种取向安装在配件上，使得插入点“顶部”可以侧向、成角度或上下颠倒地取向。
GC中的微粒污染物通常是由于隔膜沿其中心轴线撕裂而产生的，其中心轴线是针在注入过程中穿过隔膜的典型路径。图1示出了标准的盘形隔膜10，如本领域通常已知的，其已沿着其中心轴线12切成两半以露出针的路径。两个半部被显示为底表面14彼此相邻，并且顶表面16彼此相对，顶表面由倒角的引导部18标识。
显然，在使用过程中，硅橡胶片已经沿着中心轴线12从隔膜10的内部磨损离开。这种失效模式——材料研磨和撕裂——对于硅橡胶是众所周知的。当针进入隔膜时，由于压缩力和动摩擦力而在隔膜10的内部发生这种研磨行为。隔膜10在使用时主要包含在GC仪器配件中，因此隔膜10上的压缩应力会随着容纳进入隔膜10的针的体积而增加。隔膜10的最靠近顶表面16和底表面14的部分研磨较少，因为当针穿过时隔膜会变形到开放空间中，从而减少了材料的撕裂。但是，在隔膜10的内部，研磨力超过了硅橡胶的强度和疲劳极限，导致隔膜10撕成碎片。
图2A至图2C描绘了根据本发明的第一实施方式的隔膜110。在该第一实施例中，隔膜110整体上是盘形的，具有顶表面116、底表面114和在顶表面116和底表面114之间延伸的侧面120。隔膜110具有约10.82mm的直径和约3.17mm的厚度。中心轴线112竖直延伸穿过隔膜110的中心。在该第一实施例中，顶表面116包括以中心轴线112为中心的锥形上腔118，上腔118的深度约为0.89mm，直径约为1.27mm。该上腔118用于引导插入顶表面116中的针沿着中心轴线112穿过。
如图2C所示，隔膜110包括中空内部腔室124，该中空内部腔室与顶表面116、底表面114、侧面120和上腔体118隔开。在一些实施例中，腔室124的直径在约1.0mm至约3.0mm的范围内，并且高度在约0.9mm至约1.25mm的范围内。在室124和锥形上腔118的最低点之间的隔膜110的部分被称为顶部密封件126，并且具有大约0.65mm的厚度。在腔室124和底表面114之间的隔膜110的部分被称为底部密封件128，并且具有大约0.65mm的厚度。在其他实施例中，顶部密封件和底部密封件的厚度大于0.0mm且不大于2.0mm。结合该实施例和其他公开的实施例，顶部密封件和底部密封件的厚度在0.3mm至1.2mm的范围内或在0.5mm至0.8mm的范围内。应当容易理解的是，前述尺寸仅出于示例目的而提供，并且设想了更大和更小的隔膜。
在一些实施例中，隔膜110形成为两部分以便于制造。较大的第二部分130包括大致圆柱形的凹口132，该凹口的尺寸和形状设计成容纳大致圆柱形的第一部分134，内部腔室124形成在第一部分134和第二部分134、130之间。在所描绘的实施例中，第一部分134包括围绕第一部分134的圆周延伸的凸起的脊136，第二部分130包括围绕凹部132的圆周延伸的对应的凹槽138，使得第一部分134和第二部分130通过榫槽配合彼此接合。在替代实施例中，第一部分134和第二部分130可以经由保持环、摩擦配合、粘合剂、化学结合或本领域已知的其他方式接合。
图3A-3C描绘了根据本发明的第二实施方式的隔膜210。在该第二实施例中，隔膜是“塞子”设计，大致是圆柱形的，具有较大直径的上部211和较小直径的下部213。隔膜包括顶表面216、底表面214以及在顶表面216和底表面214之间延伸的侧面220。上部211具有约7.10mm的直径和约3.04mm的厚度。下部213具有约5.62mm的直径和约4.25mm的厚度。中心轴线212竖直延伸穿过隔膜210的中心。顶表面216包括以中心轴线212为中心的圆柱形上腔218，该圆柱形腔上218渐缩至一点。该上腔218的直径约为1.52mm，深度约为3.04mm。该上腔218用于引导插入顶表面216中的针沿着中心轴线212穿过。底表面214包括以中心轴线212为中心的圆柱形下腔240。该下腔240具有约1.25mm的直径和约1.0mm的深度。
如图3C所示，隔膜210包括与顶表面216、底表面214、侧面220、上腔218和下腔240间隔开的内部腔室224。在一实施例中，腔室224具有约1.25mm的直径和约1.95mm的高度。在其他实施例中，腔室224的直径在约1.0mm至2.0mm的范围内。
隔膜210在腔室224与上腔218之间的部分被称为顶部密封件226，并且具有大约0.65mm的厚度。隔膜210在腔室224和下腔240之间的部分被称为底部密封件228，并且具有大约0.65mm的厚度。应当容易理解的是，前述尺寸仅出于示例目的而提供，并且设想了更大和更小的隔膜。
在一些实施例中，隔膜210形成为两部分以便于制造。较大的第二部分230包括大致圆柱形的凹口232，该凹口的尺寸和形状设计成容纳大致圆柱形的第一部分234，内部腔室224形成在第一部分234和第二部分134、230之间。在所描绘的实施例中，第一部分234包括围绕第一部分234的圆周延伸的凸起的脊236，第二部分230包括围绕凹部232的圆周延伸的对应的凹槽238，使得第一部分234和第二部分230通过榫槽配合彼此接合。在替代实施例中，第一部分234和第二部分230可以经由保持环、摩擦配合、粘合剂、化学结合或本领域已知的其他方式接合。
实验证据表明，与标准的无腔室隔膜相比，本发明的带腔室隔膜减小了针上的摩擦力。现在参考图4A和5A，每张图描绘了沿其中心轴分开的隔膜(4A标准，5A带腔室)。重新组装隔膜，并在测试台上记录每次刺穿所需的力，该测试台在2500秒的过程中模拟了大约275个针刺穿和收回注入循环。测试台配有测力传感器，该测力传感器连接到计算机以记录多个周期的力。如图4B所示，标准隔膜需要超过7N的最大力才能完成一个注入周期，随着时间的流逝减小到大约4N。相比之下，如图5B所示，带腔室隔膜不需要超过4N即可完成一个注入周期。这种相对较低的插入力允许使用较小规格的针(例如26规格而不是23规格的针)，这可以减少插入和收回过程中隔膜上的应变。与传统的固态隔膜一起使用时，如图1所示，26规格的针会弯曲。此外，穿过带腔室隔膜的固体隔膜材料的减少的输送和低的插入力减少了隔膜材料在针尖中的积聚(也称为针堵塞)，这种积聚导致偏心喷洒模式。
实验证据还表明，与标准的、预先刺穿的、无腔室隔膜相比，本发明的带腔室隔膜产生的污染颗粒物更少。图6A和6B显示了经过1000次注入循环后的原始标准、预先刺穿的、无腔室隔膜和类似隔膜的剖视图。图6B示出了已经在使用期间沿中心轴线撕开的明显的隔膜材料。图8A示出了暴露于图6B中的1000次注入后，GC衬里中的污染隔膜颗粒物。图7A和7B显示了在1000次注入循环后原始的带腔室隔膜和类似的隔膜的剖视图。图7B示出了下密封件被磨损，但是没有撕掉大量的隔膜材料。图8B示出了在暴露于图7B中的1000次注入之后在GC衬里中的污染隔膜颗粒物。比较图8A和8B，与产生大量颗粒物的标准隔膜相反，在应用1000次注入循环后，带腔室隔膜产生可忽略的颗粒物。
图9A和9B显示了在500次注入循环后的原始的、标准的、无腔室的、塞型隔膜和类似隔膜的剖视图。图9B示出了已经在使用期间沿中心轴线撕开的明显的隔膜材料。图11A示出了在穿过图9B所示的隔膜的500次注入循环中之后，GC衬里中的分散的污染隔膜微粒物。图10A和10B显示了在500次注入循环之后的原始的、带腔室的、塞型隔膜以及类似的隔膜的剖视图。图10B显示对上密封件和下密封件没有明显的损坏，并且隔膜没有撕裂。图11B示出了在经过图10B所示的隔膜的500次注入循环中之后，GC衬里中的污染隔膜颗粒物。比较图11A和11B，与产生可见颗粒物的标准隔膜相反，在施加500次注入循环后，带腔室塞型隔膜基本上不产生污染颗粒物。
实验证据表明，与同等的无腔室隔膜相比，带腔室隔膜的注入寿命(即泄漏前的注入次数)更长。不受理论的束缚，假定相对薄的上密封件和下密封件可以比传统的隔膜更自由地远离针变形，在传统的隔膜中，隔膜的基本上整个厚度形成密封件。
而且，从隔膜撕下的颗粒物嵌入密封件并促其打开的可能性较低。此外，即使颗粒物嵌入上密封件或下密封件中，剩余的密封件仍能够防止泄漏，从而提供传统隔膜中不存在的防保护功能。
在11mm标准隔膜与11mm带腔室隔膜的并排测试中，带腔室隔膜在失效(即泄漏)之前具有更长的有效寿命，如下表1所示。
表格1：标准隔膜与带腔室隔膜条件的注入寿命：99psi，入口275℃，经过第一次接触后3/4圈，双规Gold注入器，注入甲醇。使用提供泄漏率(以毫升每分钟为单位)的流量计和电子泄漏检测器(泄漏率增加时显示0-7个灯)测量泄漏率。
标准隔膜在大约700次注入后失效，而带腔室隔膜在大约1000次注入后失效。
图12A至图12C描绘了根据本发明的第三实施方式的隔膜310。在该第三实施例中，隔膜310整体上是盘形的，具有顶表面316、底表面314和在顶表面316和底表面314之间延伸的侧面320。隔膜310具有约10.82mm的直径和约3.17mm的厚度。中心轴线312竖直延伸穿过隔膜310的中心。在该第三实施例中，顶表面316包括以中心轴线312为中心的锥形上腔318，上腔318的深度约为0.89mm，直径约为1.27mm。该上腔318用于引导插入顶表面316中的针沿着中心轴线312穿过。在该第三实施例中，底表面314包括以中心轴线312为中心的下腔319。在一些实施例中，下腔319的形状整体上是带有平底的圆形，其深度为约0.31mm，直径为约1.0mm至约3.0mm。在一实施例中，直径为约1.25mm。
如图12C所示，隔膜310包括与顶表面316、底表面314、侧面320、上腔318和下腔319间隔开的内部腔室324。在一些实施例中，腔室324具有在约1.0mm至约3.0mm的范围内的直径和约0.67mm的高度。隔膜310在腔室324和锥形上腔318的最低点之间的部分被称为顶部密封件326，并且具有大约0.65mm的厚度。隔膜310的在腔室324和下腔319之间的部分被称为底部密封件328，并且具有大约0.65mm的厚度。应当容易理解的是，前述尺寸仅出于示例目的而提供，并且设想了更大和更小的隔膜。
在一些实施例中，隔膜310形成为两部分以便于制造。较大的第二部分330包括大致圆柱形的凹口332，该凹口的尺寸和形状设计成容纳大致圆柱形的第一部分334，内部腔室324形成在第一部分334和第二部分134、330之间。在所描绘的实施例中，第一部分334包括围绕第一部分334的圆周延伸的凸起的脊336，第二部分330包括围绕凹部332的圆周延伸的对应的凹槽338，使得第一部分334和第二部分330通过榫槽配合彼此接合。在替代实施例中，第一部分334和第二部分330可以经由保持环、摩擦配合、粘合剂、化学结合或本领域已知的其他方式接合。
图13A-13C描绘了根据本发明的第四实施例的隔膜410。在该第四实施例中，隔膜410整体上是盘形的，具有顶表面416、底表面414和在顶表面416和底表面414之间延伸的侧面420。隔膜410具有约10.82mm的直径和约3.17mm的厚度。中心轴线412竖直延伸穿过隔膜410的中心。在该第四实施例中，顶表面416包括以中心轴线412为中心的平底上腔418，上腔418具有约0.62mm的深度和在约1.0mm至3.0mm范围内的直径。
该上腔418用于引导插入顶表面416中的针沿着中心轴线412通过。在该第四实施例中，底表面416包括以中心轴线412为中心的下部圆柱腔419。在一些实施例中，下腔419的形状整体上是带有平底的圆形，其深度为约0.31mm，直径为约1.0mm至约3.0mm。在一实施例中，直径为约1.25mm。
不受理论的束缚，上腔318的与锥形的倒角设计相比，上腔418的这种平底设计减少了隔膜410和针之间的表面积接触，并且在插入和收回针时向隔膜410施加了更均匀的应力。但是，这两种设计都有其优势，因为锥形倒角设计可以更精确地沿中心轴线312引导针。
如图13C所示，隔膜410包括与顶表面416、底表面414、侧面420、上腔418和下腔419间隔开的内部腔室424。在一些实施例中，腔室424具有在约1.0mm至约3.0mm的范围内的直径和约1.24mm的高度。在腔室424和上腔418之间的隔膜410的部分被称为顶部密封件426，并且具有大约0.65mm的厚度。在腔室424和下腔419之间的隔膜410的部分被称为底部密封件428，并且具有大约0.65mm的厚度。应当容易理解的是，前述尺寸仅出于示例目的而提供，并且设想了更大和更小的隔膜。
除了上腔418和腔室424之外，该第四实施例的隔膜410大体上类似于第三实施例的隔膜310。与上腔318相比，上腔418具有减小的深度，并且每个具有相似的顶部密封件328、428的厚度，从而导致腔424的高度大于腔324的高度。
在一些实施例中，隔膜410形成为两部分以便于制造。较大的第二部分430包括大致圆柱形的凹口432，该凹口的尺寸和形状设计成容纳大致圆柱形的第一部分434，内部腔室424形成在第一部分434和第二部分134、430之间。在所描绘的实施例中，第一部分434包括围绕第一部分434的圆周延伸的凸起的脊436，第二部分430包括围绕凹部432的圆周延伸的对应的凹槽438，使得第一部分434和第二部分430通过榫槽配合彼此接合。在替代实施例中，第一部分434和第二部分430可以经由保持环、摩擦配合、粘合剂、化学结合或本领域已知的其他方式接合。
图14A-14C描绘了根据本发明的第五实施例的隔膜510。在该第五实施例中，隔膜是“塞子”设计，大致是圆柱形的，具有较大直径的上部511和较小直径的下部513。隔膜包括顶表面516、底表面514以及在顶表面516和底表面514之间延伸的侧面220。上部511具有约7.10mm的直径和约3.04mm的厚度。下部513具有约5.62mm的直径和约4.25mm的厚度。中心轴线512竖直延伸穿过隔膜510的中心。顶表面516包括以中心轴线512为中心的圆柱上腔518。尽管第二实施例的隔膜210中的上腔218渐缩到一个点，但是该第五实施例的上腔518具有基本平坦的底部。该上腔518的直径约为1.52mm，深度约为1.5mm至2.7mm的范围。该上腔518用于引导插入顶表面516中的针沿着中心轴线512穿过。底表面514包括以中心轴线512为中心的圆柱形下腔540。该下腔540具有约1.25mm的直径和约1.0mm的深度。
如图14C所示，隔膜510包括与顶表面516、底表面514、侧面520、上腔518和下腔540间隔开的内部腔室524。在一实施例中，腔室524为大体蘑菇形，在其上部具有约1.52mm的直径而在其下部具有约1.25mm的直径。腔室524的高度在2.0mm至3.5mm的范围内，并且在所示的实施例中，高度为约2.075mm。在腔室524和上腔518之间的隔膜510的部分被称为顶部密封件526，并且具有大约0.65mm的厚度。在腔室524和下腔540之间的隔膜510的部分被称为底部密封件528，并且具有大约0.65mm的厚度。应当容易理解的是，前述尺寸仅出于示例目的而提供，并且设想了更大和更小的隔膜。
在一些实施例中，隔膜510形成为两部分以便于制造。较大的第二部分530包括大致圆柱形的凹口532，该凹口的尺寸和形状设计成容纳大致圆柱形的第一部分534，内部腔室524形成在第一部分534和第二部分134、530之间。在所描绘的实施例中，第一部分534包括围绕第一部分534的圆周延伸的凸脊536。第二部分530包括围绕凹部532的圆周延伸的对应的凹槽538，使得第一部分534和第二部分530通过榫槽配合而彼此接合。在替代实施例中，第一部分534和第二部分530可以经由保持环、摩擦配合、粘合剂、化学结合或本领域已知的其他方式接合。
在另外的实施例中(未示出)，本发明的带腔室隔膜可以包括一个以上的内部腔室。在这样的实施例中，隔膜将包括在上表面和第一腔室之间的上密封件，在第一腔室和第二腔室之间的中间密封件以及在第二腔室和底表面之间的下密封件。也可以设想具有三个或更多个腔室的实施例。
在另外的实施例中，本发明的带腔室隔膜可以由单一的弹性弹性材料或材料的组合或混合物形成。在一些实施例中，第一部分可以由第一弹性体材料制成，并且第二部分可以由第二弹性体材料制成。第一和第二弹性体材料可以具有不同的机械性能，例如具有第一硬度的第一弹性体材料和具有第二硬度的第二弹性体材料，其中第一硬度和第二硬度不相同。在某些实施例中，第一部分和第二部分可以由相同的弹性体材料制成，但是具有不同的添加剂以提供不同的机械性能。
在进一步的实施例中，包括上述的第一至第五实施例中的任何一个，带腔室隔膜可以可选地沿中心轴线预先刺穿。
在段落X1和X2中表示本公开的不同实施例的各个方面，如下所示：
X1、本公开的一个实施例包括一种隔膜，该隔膜包括由弹性的弹性体材料形成的主体，该主体具有顶表面、底表面以及在顶表面和底表面之间延伸的至少一个侧面，该主体包括中心轴线和在主体内的至少一个内部腔室，中心轴线延伸穿过该腔室。
X2、本公开的另一个实施例包括一种使用带腔室隔膜的方法，该方法包括：
提供隔膜，该隔膜具有：
由弹性的弹性体材料形成的主体，该主体具有顶表面、底表面、在顶表面和底表面之间延伸的至少一个侧面；
主体内的至少一个内部腔室；
在所述至少一个腔室与所述顶表面之间的上密封件；在所述至少一个腔室与所述底表面之间的底部密封件；、
以及延伸穿过所述腔室的中心轴线；
将底表面插入气相色谱注入端口；和
沿中心轴线将针依次插入上密封件、内部腔室和底部密封件。
其他实施例包括与以下方面中的一个或多个相结合的前述段落X1或X2中的任何一个的所述特征：
其中，隔膜包括在至少一个腔室和顶表面之间的上密封件以及在至少一个腔室和底表面之间的底部密封件。
其中，上密封件的厚度在约0.1mm至约2mm的范围内。
其中，上密封件的厚度在约0.3mm至约1.2mm的范围内。
其中，上密封件的厚度约为0.65mm。
其中，下密封件的厚度在约0.1mm至约2mm的范围内。
其中，下密封件的厚度在约0.3mm至约1.2mm的范围内。
其中，下密封件具有约0.65mm的厚度。
其中，腔室的直径在0.06mm至13mm的范围内。
其中，腔室的直径在0.10mm至6.5mm的范围内。
其中，主体包括第一部分和第二部分，第二部分包括凹部，该凹部的尺寸和形状设计成容纳第一部分的至少一部分。
其中，第一部分是圆柱形的，并且其中凹部的尺寸和形状被设置成容纳圆柱形的第一部分的至少一部分。
其中，第一部分和凹部通过榫槽配合接合。
其中，腔室形成在第一部分和第二部分之间。
其中，腔室是圆柱形的。
其中，腔室是蘑菇形的。
其中，腔室为中空腔室。
其中，第一部分由第一弹性体材料形成，其中第二部分由第二弹性体材料形成，并且其中第一弹性体材料和第二弹性体材料具有不同的机械性能。
其中，第一弹性体材料和第二弹性体材料具有不同的硬度值。
其中，隔膜包括形成在顶表面中的上腔。
其中，隔膜包括在底表面中形成的下腔。
其中，上腔为圆锥形。
其中，上腔是平底的。
其中，下腔为圆锥形。
其中，下腔是平底的。
其中，隔膜包括形成在顶表面中的上腔和形成在底表面中的下腔，中心轴线连续地延伸穿过上腔、腔室和下腔。
其中，隔膜沿中心轴线预先刺穿。
其中，顶表面包括上腔；其中，中心轴线延伸穿过上腔；并且其中插入针的步骤包括沿着中心轴将针依次插入上腔、上密封件、内腔和底部密封件。
其中，底表面包括下腔；其中，中心轴线延伸穿过下腔；并且其中插入针的步骤包括沿着中心轴线将针依次插入上密封件、内部腔室、底部密封件和下腔。
其中，顶表面包括上腔；其中底表面包括下腔；其中，中心轴线延伸穿过上腔和下腔；并且其中插入针的步骤包括沿中心轴线将针依次插入上、上密封件、内部腔室、底部密封件和下腔。
其中，该方法还包括在插入之后收回针。
其中，收回针的步骤包括沿着中心轴线依次通过底部密封件、内部腔室和上密封件收回针。
其中，所述插入针和所述收回针所需的力不超过4N。
其中，所述插入针所需的力不超过4N。
给出前述详细描述主要是为了清楚理解，并且因此不应理解为不必要的限制，因为本领域技术人员在阅读本公开后可以进行修改，并且可以在不脱离本发明的精神的情况下进行修改。尽管在此说明了特定的空间尺寸，但是这些特定的数量仅作为示例给出。如果在本文中使用参考系统，则参考系统通常指的是各种方向(例如，顶部，底部，上部，下部，向前，向后，向左，向右等)，其仅用于帮助读者理解本公开的各个实施例，而不应被解释为限制性的。其他参考系统可以用于描述各种实施例。
Claims (20)
1.一种隔膜，包括：
主体，由弹性的弹性体材料形成，所述主体具有顶表面、底表面以及在所述顶表面和所述底表面之间延伸的至少一个侧面，所述主体包括
中心轴线，
在所述主体内的至少一个内部腔室，所述中心轴线延伸穿过腔室，其中，所述腔室被构造为减少在经过所述腔室被插入或收回的针上的应变，
弹性体顶部密封件，位于所述至少一个腔室和所述顶表面之间，和
弹性体底部密封件，位于所述至少一个腔室和所述底表面之间；
其中，所述顶部密封件和所述底部密封件在具有或没有穿过其中插入的针的情况下，都将所述至少一个腔室与外部环境基本隔离。
2.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述顶部密封件具有的厚度在约0.1mm至约2mm的范围内，并且其中，所述底部密封件具有的厚度在约0.1mm至约2mm的范围内。
3.根据权利要求1所述的隔膜，其中，腔室的直径在约1.0mm至约3.0mm的范围内。
4.根据权利要求1所述的隔膜，还包括形成在所述顶表面中的上腔。
5.根据权利要求1所述的隔膜，还包括形成在所述底表面中的下腔。
6.根据权利要求1所述的隔膜，还包括形成在所述顶表面中的上腔和形成在所述底表面中的下腔，所述中心轴线连续地延伸穿过所述上腔、腔室和所述下腔。
7.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述隔膜沿所述中心轴线预先刺穿。
8.根据权利要求1所述的隔膜，其中，所述主体包括第一部分和第二部分，所述第二部分包括凹部，所述凹部的尺寸和形状设计成容纳所述第一部分的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的隔膜，其中，所述腔室形成在所述第一部分和所述第二部分之间。
10.根据权利要求8所述的隔膜，其中，所述第一部分由第一弹性体材料形成，其中所述第二部分由第二弹性体材料形成，并且其中所述第一弹性体材料和所述第二弹性体材料具有不同的机械性能。
11.根据权利要求8所述的隔膜，其中，所述第一部分是圆柱形的，并且其中，所述凹部的尺寸和形状被设置成容纳圆柱形的第一部分的至少一部分。
12.根据权利要求11所述的隔膜，其中，所述第一部分和所述凹部通过榫槽配合接合。
13.一种使用带腔室隔膜的方法，包括：
提供根据权利要求1所述的隔膜；
将所述底表面插入气相色谱注入端口；和
沿中心轴线将针依次插入顶部密封件、内部腔室和底部密封件。
14.根据权利要求13所述的方法，
其中，所述顶表面包括上腔；
其中，所述中心轴线延伸穿过所述上腔；和
其中，插入针的步骤包括沿着中心轴线将针依次插入上腔、顶部密封件、内部腔室和底部密封件。
15.根据权利要求13所述的方法，
其中，所述底表面包括下腔；
其中，所述中心轴线延伸穿过所述下腔；和
其中，插入针的步骤包括沿着中心轴线将针依次插入顶部密封件、内部腔室、底部密封件和下腔。
16.根据权利要求13所述的方法，
其中，所述顶表面包括上腔；
其中，所述底表面包括下腔；
其中，所述中心轴线延伸穿过所述下腔和所述下腔；和
其中，插入针的步骤包括沿着中心轴线将针依次插入上腔、顶部密封件、内部腔室、底部密封件和下腔。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括在插入之后收回针。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，
收回针的步骤包括沿着中心轴线依次通过底部密封件、内部腔室和顶部密封件收回针。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述插入针和所述收回针所需的力不超过4N。
20.一种隔膜，包括：
主体，由弹性的弹性体材料形成，所述主体具有顶表面、底表面以及在所述顶表面和所述底表面之间延伸的至少一个侧面，所述主体包括
中心轴线，
在所述主体内的至少一个内部腔室，所述中心轴线延伸穿过腔室，其中，所述腔室被构造为减少在经过所述腔室被插入或收回的针上的摩擦，
弹性体顶部密封件，位于所述至少一个腔室和所述顶表面之间，和
弹性体底部密封件，位于所述至少一个腔室和所述底表面之间；
其中，所述顶部密封件和所述底部密封件在具有或没有穿过其中插入的针的情况下，都将所述至少一个腔室与外部环境基本隔离。
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