CN1806170A - 在色谱分离法中预先浓缩被分析物的连接组件 - Google Patents

Abstract

用于连接一个采样装置和一个色谱分析仪和用于在将样件送入色谱柱中之前，预先浓缩样件中的被分析物的系统，其一般包括带有第一通路的一个连接壳体，和带有包含至少一种吸附剂的第二通路的一个吸附剂壳体。无阀导管可使流体在该采样装置和该第一通路之间，在该第一通路和该第二通路之间，和该第一通路与该柱之间连通。在一些实施例中，当被分析物被吸收时，流体在一个方向流动，而当放出被分析物时，流体在相反方向流动。在一些实施例中，在第二通路中放置二种不同的吸附剂，以吸收不同类型的被分析物。

Description

在色谱分离法中预先浓缩被分析物的连接组件

技术领域

本发明涉及在色谱分离法中的连接装置的系统。更具体地说，本发明涉及用于与一个采样装置和色谱分析仪连接，预先浓缩要测量的被分析物的系统。

背景技术

色谱分离法基本上为分离的一种物理方法。在这种方法中，在载体气体或液体中的试验样件的组分被柱中的固定相材料吸收，或吸收再放出。样件的一个脉冲进入载体气体的稳态流动中，载体气体将样件送入色谱柱中。该柱的内部布满液体，该样件的各种元素根据元素的分布系数的不同而不同，这种液体和样件的各种元素之间的互相作用使该样件分离为相应的元素在该柱的末端，单独的成分在或早或晚的时间被分离。检测该气体形成一种通常称为色谱的以时间为刻度的图形，通过标定或与已知样件的比较，该图形可以表示试验样件的组分。在Hinshaw的美国专利5545252中说明这种过程的一个例子。

通常，首先利用一个采样装置得到样件，接着该采样装置将该样件转换为色谱。获得样件和将它送入色谱柱中的一种方法称为“头部空间采样”。在通常的头部空间采样中，将样件材料密封在一个小瓶中，并在固定的温度条件下放置一段指定的时间。在这个恒温时间过程中，在小瓶气相中的被分析物浓度达到与液相和/或固相平衡。接着，利用载体气体给该小瓶加压到比由恒温和平衡产生的“自然”的内部压力大的程度。然后，该加压的小瓶与该色谱柱连接，以使在一段短时间内，将小瓶气相的一部分送入柱中。这种采样装置的一个例子表示在Riegger等人的美国专利4484483号中。利用这种采样装置的色谱系统的一个例子在Hinshaw的美国专利5711786号中说明。该专利说明在该小瓶和色谱分离柱之间使用一个色谱喷射器。

一般，在将该样件放入色谱柱中之前，希望预先浓缩该样件中的被分析物，偶尔还要除去水分。因此，如Markelov的美国专利5792423和6395560号中所述，这些系统一般包括用于此目的的某种“收集器”。当被分析物通过该收集器时，收集器保持该被分析物，然后通常通过加热从收集器中放出该被析物，并送入色谱柱中。

提出了各种形式的，在将样件送入色谱柱中以前，进行这种预先浓缩(和可能除去水分)的收集器。通常，最好使用某种吸附剂收集器，来吸收被分析物。然后与吸附剂相反，放出该被分析物，因为无水的物质吸收水，因此重复使用无水物质受到限制，并需要经常更换。因此，为了预先浓缩被一个诸如头部空间采样器一类的采样装置抽取的样件中的被分析物，使用许多利用吸附剂收集器的结构。这种结构的例子在Markelov的美国专利5932482号以及Tipler的美国专利6652625号中说明。

然而，目前这些系统有许多缺点。第一，为了完成抽取样件流体，将该流体转送至收集器中，收集该流体和放出该流体，与将该流体送入色谱柱中的这个多阶段的过程，这些系统使用位于包含要测量的被分析物的流体的流动通道中的零件和/或阀的复杂组装。这些附加的装置和阀不但增加成本和空间，而且增加死容积区域和表面活性区域。这造成样件分散，稀释或损失，并且在色谱上造成峰值的过分扩宽。这些系统中的一些系统的另一个缺点是吸收和解吸的流动通道为单方向的，不能利用多种吸附剂，首先收集较重的化合物，然后收集挥发性较大的化合物。

因此，希望有一种用于与一个采样装置和色谱分析仪对接，用于在将样件放入色谱柱中之前预先浓缩该样件中的被分析物，制造上便宜并不占据很多空间的系统。还希望有一种可使一个采样装置和一个色谱分析仪对接，并且在将该样件放入色谱柱中以前，预先浓缩样件中的被分析物，可减少死容积区域和表面活性区域的量的系统。另外，还希望有一种可使一个采样装置和一个色谱分析仪对接，可在将样件送入色谱柱中之前，预先浓缩样件中的被分析物，便于使用多种吸附剂的系统。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供一种系统，其将一个采样装置和一个色谱分析仪对接，用于在将该样件送入色谱柱中以前，预先浓缩样件中的被分析物，其可减少使用额外的装置去收集和输送要测量的样件中的被分析物。

本发明的另一个目的是要提供一个系统，其可将一个采样装置和一个色谱分析仪对接，并可以在将该样件送入色谱柱中以前，预先浓缩样件中的被分析物，其不使用在要测量的被分析物的流动通道中的阀。

本发明的再一个目的是要提供一种系统，其可将一个采样装置和一个色谱分析仪对接，并可在将该样件送入色谱柱中以前，预先浓缩样件中的被分析物，其中该采样装置，吸收剂收集器和色谱分析仪互相非常靠近。

本发明还有一个目的是要提供一种系统，其可使一个采样装置和一个色谱分析仪对接，和在将该样件送入色谱柱中以前，预先浓缩样件中的被分析物，其中当携带该被分析物的流体在一个方向流动时，其吸收被分析物，当流体在相反方向流动时其放出该被分析物的系统。

为了克服现有技术的缺点和达到所列目的和优点中的至少一些，本发明包括一种用于预先浓缩在色谱分离法中的被分析物的连接组件，它包括：具有第一个末端和第二个末端的一个连接壳体，其特征为，该第一个末端适于与一个采样装置连接，该第二个末端适于与一个色谱分析仪连接；其中，所述连接壳体具有第一个流动通路、与所述连接壳体连接的一个吸附剂壳体，所述吸附剂壳体具有第二个流动通路、一个入口和一个出口；通过它流体在该采样装置和该第一个流动通路之间连通的第一无阀导管；通过它流体在该第一个流动通路和第二个流动通路之间连通的第二无阀导管；流体通过它从所述第一个流动通道通至色谱分析仪的第三无阀导管；和至少一种放在所述的第二个流动通路中的吸附剂，使得当携带被分析物的流体流经该第二个无阀导管、该第二个流动通路和该出口时，所述吸附剂吸收该被分析物；以及当流体流经该入口、该第二个流动通路和第二个无阀导管时，所述吸附剂放出该被分析物。

附图说明

图1为根据本发明的预先浓缩被分析物的一个连接组件的横截面分解图；

图2为在容器加压阶段过程中，与一个头部空间采样器和一个色谱柱一起使用的图1所示的连接组件的示意图；

图3为在装入收集器阶段过程中，图2所示的连接组件的示意图；

图4为在清洗收集器阶段过程中，图2所示的连接组件的示意图；

图5为在收集器解吸阶段过程中，图2所示的连接组件的示意图；

图6为在系统维修阶段过程中，图2所示的连接组件的示意图。

具体实施方式

图1中表示根据本发明的用于预先浓缩被分析物10的连接组件的一个实施例的基本组成部分。在说明中使用的术语“顶部”“底部”“上面”“下面”“在上面”“在下面”“在顶部”，“在下部”“向上”“向下”“上部”“下部”“前端”“后端”“向前”和“向后”指示如图示方向的物体。该方向不是达到本发明目的必需的。

连接组件10包括一个连接壳体20和一个与其连接的吸附剂壳体22。在一些优选的实施例中，该连接壳体20和吸附剂壳体22具有相应的螺纹部分，使该吸附剂壳体22可以容易地与系统连接及从该系统中取下(如图6所示)。然而，在另一些实施例中，该吸附剂壳体22可以通过一个能提供充分密封而不会产生流体泄漏的任何其他装置与该系统连接，在一些情况下，该吸附剂壳体22甚至与该连接壳体20作成一个整体。

该连接壳体10具有第一末端24和第二末端26。该第一个末端24适于与诸如头部空间采样器一类的采样装置连接。该第二个末端26适于与色谱分析仪连接。这一点可通过，例如，使用用于容纳色谱柱的末端的连接壳体20的一个柱端口28来达到。

连接该连接壳体20的第一个末端24的采样装置一般包括几个容器或区域，用于保持和/或抽取包含要测量的被分析物的样件。例如，如图2所示，该采样装置可以包括一个采样针30和一个样件腔32。该采样针具有一个容器口34通过它流体可在该针30和容器38之间连接，和一个样件腔口36通过它流体可在该针30和该样件腔32之间连通。

该连接壳体20内具有第一个流动通路40。第一无阀导管42可使流体在该样件腔32和第一流动通路40之间连通。该吸附剂壳体22具有第二流动通路44。第二无阀导管46可使流体在该第一流动通路40和该第二流动通路44之间连通。

如上所述，在一些实施例中，该连接壳体20具有容纳色谱柱50的末端的一个柱端口28。第三无阀导管48可使流体在该第一流动通路40和柱50之间连通。该第三无阀导管48可以包括一个柱端口28的一个通路，该柱端口28与该第一个流动通路40流体上连通并用于容纳该柱50的末端。或者，该第三无阀导管48可以包括邻近该柱50的末端的该第一流动通路40的一部分；或者简单地就是该柱50本身的末端。

为了当样件流体通过该第二无阀导管46和向下通过该第二流动通路44时，吸收该样件中的被分析物，在该第二流动通路44内放置至少一种吸附剂60。在一些优选实施例中，在该第二无阀导管46和吸附剂60之间放置一种较弱的吸附剂62。因此，当样件流体通过该第二无阀导管46和向下通过该第二流动通路44时，该较弱的吸附剂62首先吸收较重的化合物，然后，该较强的吸附剂60吸收该样件中挥发性更大的化合物。

如下面进一步说明的那样，在一些实施例中，吸附剂60，62是疏水性的，从而载体气体可以容易地从系统中将水分清除掉。在一些优选实施例中，使用石墨化的碳黑作为吸附剂。在一些实施例中，使用聚合物吸附剂。在一些实施例中，使用碳分子筛。

在一些实施例中，该吸附剂壳体22是温度可控的。因此，在流体将被分析物冲出壳体22和进入柱50之前，可以加热该壳体22，以放出被吸附剂60，62保持的被分析物。

该吸附剂壳体22具有一个入口64和一个出口66。在一些优选实施例中，入口64和出口66都通过一条公共通道68与第二流动通路44连通，并且一个阀70可以在该入口64和出口66之间切换。然而，在另一些实施例中，使用单独的通道和阀，使流体流入该第二流动通路44和从该第二流动通路中流出。

该连接壳体20具有第一入口72，用于提供需要的流动至该系统。例如，该第一入口72可在工作的不同阶段，将载体气体送至系统的不同部分，例如通过提供采样装置，使流体加压该容器38，或者作为另一个例子，通过向吸附剂壳体22提供载体气体以运送包含被分析物的样件，或者除去所含的水分。该连接壳体20还具有第二入口74，用于提供在不同阶段该系统的各个部分使用的流体，但主要用于使色谱柱50与该系统的其余部分隔离，以便使流体不进入该柱50，直至明确希望放出该被分析物为止。设置阀76，78以分别用于打开和关闭入口72，74。

在一些实施例中，该连接壳体22具有可以连接在一起的第一和第二部分82，84(如图1所示)。第一部分82包括第一入口72，该第二部分84包括第二入口74。应当注意，在这些和其他实施例中，该第一流动通路40可以由在各个连接壳体部分(例如部分82，84)中，形状和厚度变化的多个辅助通路组成。这些辅助通路连接起来，形成一个连续的通路。

在图2～6中分步骤地表示上述组件的工作。在图2中表示加压步骤。如图所示，该采样针下降至容器38中，使该容器口34与容器38的内部流体上连通。入口76，78和64全部打开，将流体送入样件腔32中，再通过腔口38，向下通过针30进入容器38中(如箭头A所示)。这样，对该容器加压。

在图3中表示装入收集器步骤。如图所示，入口阀76关闭，终止从入口72的流体供给。同样，阀70终止从入口64的流体供给，并打开出口66，结果，包含要测量的被分析物的流体通过该容器口34，和针30，从容器38流出至腔口36外面，进入第一流动通路40和第二流动通路44中，并且在流体通过出口66排出之前，经过吸收被分析物的吸附剂62，60(如箭头B所示)。入口阀78保持打开，使流体通过入口74继续进入和将该柱50隔离(如箭头C所示)。

在要分析的样件中有大量水分的实施例中，希望有一个干燥清洗步骤，这表示在图4中。如图所示，将针30从容器38中拔出，使容器口34在密封90上面。入口阀76再次打开，使流体可再次通过入口72进入系统中。流体流入第一流动通路40，第二流动通路44中，并经过吸附剂62，60，再通过出口66排出水分(如箭头D所示)。入口阀78再次保持打开，使流体可通过入口74继续进入，和将该柱50隔离(如箭头E所示)。

在图5中表示解吸步骤。如图所示，阀76，78关闭，终止从入口72，74的流体供给。阀70关闭出口66并重新打开入口64。加热该吸附剂壳体22，放出被吸附剂62，60保持的被分析物。流体通过入口64进入，流入第二流动通路44中，将放出的被分析物送入第一流动通路40中和送入色谱柱50中(如箭头F所示)。

图6表示当采样装置或吸收剂壳体22与连接壳体20分离时，用于系统维修的结构。如图所示，阀76保持关闭。入口阀78保持打开，使流体通过入口74进入，并流经柱50的入口，以防止周围空气进入该柱中(如箭头G所示)。

在一些优选实施例中，该第一个流动通路40的内径非常小，以便减小包含被分析物的样件在上面流动的表面积，并帮助防止在图5所示的收集器解吸阶段过程中，由可能向样件腔32反流的分散引起的任何流动。在一些实施例中，这个内径为0.1～1.0mm，在一些优选实施例中，大约为0.5mm。

应当理解，以上的说明是说明性的，不是限制性的。技术熟练的人，在不偏离本发明的精神的条件下，可作明显的改进。因此，本发明的范围主要由所附的权利要求书，而不是以上的说明确定。

Claims (18)

1.一种用于预先浓缩在色谱分离法中的被分析物的连接组件，它包括：

具有第一末端和第二末端的一个连接壳体，其特征为，该第一末端适于与一采样装置连接，该第二末端适于与一色谱分析仪连接；其中，所述连接壳体具有第一流动通路；

与所述连接壳体连接的一吸附剂壳体，所述吸附剂壳体具有第二流动通路，与该第二流动通路流体上连通的一入口，和与该第二流动通路流体上连通的一出口；

通过它流体在采样装置和第一流动通路之间连通的第一无阀导管；

通过它流体在该第一流动通路和第二流动通路之间连通的第二无阀导管；

流体通过它从所述第一流动通道通至色谱分析仪的第三无阀导管；和

至少一种放在所述的第二流动通路中的吸附剂，使得当携带被分析物的流体流过该第二无阀导管、该第二流动通路和该出口时，所述吸附剂吸收该被分析物；和当流体流过该入口、该第二流动通路和第二无阀导管时，所述吸附剂放出该被分析物。

2.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，它还包括末端放置在该第一流动通路中的一色谱柱，其中，所述第三无阀导管包括该色谱柱的末端。

3.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，它还包括从一容器中抽取样件的一头部空间采样器，其中，

所述头部空间采样器具有在从该容器抽取样件后，容纳该样件的一样件腔；

所述第一无阀导管包括在该样件腔和该第一流动通路之间的导管。

4.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，它还包括：

第一流体通道，其中流体流过该第一无阀导管，该第一流动通路，该第二无阀导管，该第二流动通路和该出口；和

第二，其中流体通道流体流过该入口，该第二流动通路，该第二无阀导管，该第一流动通路和第三无阀导管。

5.如权利要求4所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，所述连接壳体包括与该第一流动通路流体上连通的第一和第二入口。

6.如权利要求5所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，

所述连接壳体包括第一部分和第二部分；

所述第一部分包括第一入口；和

所述第二部分包括第二入口。

7.如权利要求5所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，它还包括：

与该连接壳体的第一末端连接的一头部空间采样器，所述头部空间采样器具有一样件腔、一容器和一容器口与该容器流体上连通的一采样针，以及和该样件腔流体上连通的腔口；

与该连接壳体的第二末端连接的一个色谱柱；和

用于打开和关闭所述连接壳体的第一和第二入口、该吸附剂壳体的入口和该吸附剂壳体的出口的多个阀；

其中：

当该采样针的容器口放在该容器中时，该吸附剂壳体的出口关闭，而该连接壳体的第一和第二入口与该吸附剂壳体的入口打开，流体流入该容器中，加压该容器；

当该采样针的容器口放在该容器中时，该连接壳体的第一入口和该吸附剂壳体的入口关闭，并且该连接壳体的第二入口和该吸附剂壳体的出口打开，流体从该采样装置流入第一流动通路中，到第二流动通路中，在那里该吸附剂吸收流体中的被分析物，并通过出口排出；

当该采样针的容器口放在该样件腔内时，该吸附剂壳体的入口关闭，该连接壳体的第一和第二入口和该吸附剂壳体的出口打开，载体气体流入该第一流动通路中，到该第二流动通路中，在那里水分由载体气体带走，并通过出口排出；和

当该采样针的容器口放在该样件腔内时，该连接壳体的第一和第二入口与该吸附剂壳体的出口关闭，并且该吸附剂壳体的入口打开，流体流入该第二流动通路中，在那里被分析物被放出至该第一流动通路和色谱柱中。

8.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，它还包括：

一条通道，通过它流体从该第二流动通路通至该吸附剂壳体出口，通过它流体从该吸附剂壳体的入口通至该第二流动通路的；和

放置在所述通道中，用于在该吸附剂壳体的入口和出口之间切换的一个阀。

9.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，所述连接壳体和所述吸附剂壳体具有将所述吸附剂壳体与所述连接壳体连接的相应的螺纹部分。

10.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，所述吸附剂壳体与所述连接壳体形成为一体。

11.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，所述吸附剂壳体是温度可控制的。

12.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，所述至少一种吸附剂为疏水性的。

13.如权利要求12所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，所述至少一种吸附剂包括碳黑。

14.如权利要求12所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，所述至少一种吸附剂包括聚合物吸附剂。

15.如权利要求12所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，所述至少一种吸附剂包括碳分子筛。

16.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，

所述至少一种吸附剂包括第一和第二吸附剂；

所述第二吸附剂比所述第一吸附剂强；和

所述第一吸附剂放在所述第二无阀导管和所述第二吸附剂之间。

17.如权利要求1所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，第一流动通路的直径为0.1～1.0mm。

18.如权利要求15所述的预先浓缩被分析物的连接组件，其特征为，该第一流动通路的直径大约为0.5mm。

Images