CN201043964Y - 集流器装置,以及包括该集流器装置的进样系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于分析仪器的进样系统(230)，包括一集流器装置(310)，还包括两个两位三通电磁阀(321、322)、一两位二通电磁阀(323)以及一定量装置(330)。本实用新型的进样系统还可包括一控制系统(250)，将进样系统控制为进入第一状态，使样品(210)流入定量装置并流出多余的样品，并使流动相(220)流入分析仪器的分离系统或检测系统(240)，以及进入第二状态，使流动相将定量装置中留存的样品带入分离系统或检测系统中。本实用新型所实现的进样系统实现了完全电动的切换操作，具有速度快、体积小、拆卸方便、容易控制的优点，并能模拟出六通阀进样方式，同时能够对进样系统进行整体或局部加热。

Description

集流器装置，以及包括该集流器装置的进样系统

技术领域

本实用新型涉及进样系统，尤其涉及用于分析仪器和传感器的进样系统。

背景技术

目前常用的色谱分析仪器，例如气相色谱仪或液相色谱器，是对在一定条件(如温度、压力)下的气体或液体的复杂成份物质进行分离和检测分析的仪器。在这些分析仪器中，不同组分或比例的样品在被汽化或液化后，由流动相携带，通过进样系统进入色谱柱内进行分离后依次进入检测器，由记录仪、积分仪或数据处理系统记录或进行数据处理而得到分析结果。

常用的色谱分析仪器对于进样系统的要求是耐高压、耐腐蚀、密封性好、死体积小、重复性好、操作方便。但长期以来，各种分析仪器的进样技术都发展较为缓慢，并且都仅仅适用于专门的测量条件(如温度、压力)。其中，在气相和液相色谱分析上一直使用的是注射进样法以及六通阀进样法。

在使用注射隔膜进行注射进样时，用微量注射器将样品注入专门设计的与色谱柱相连的进样头内。其特点是操作简单灵活，但缺点是有样品反冲和渗漏，并且不适用于高压环境、定量误差大、重复性也较差。

在使用六通阀进样法时，进样量由定量环确定。用六通阀定体积进样的优点是操作方便、迅速且结果也较准确。只要操作合理又掌握一定的技巧，重复性可小于0.5％。

同时，正有越来越多的分析仪器采用自动进样器。在多数自动进样器中，采用六通进样阀作为进样阀。

如图1所述，示出了一个本领域内常用的六通阀进样器(以美国Rheodyne公司的7725和7725i型最为常见)。六通阀进样器一般包括圆形密封垫(转子)110和固定底座(定子)120两部分。定子120连接到管道通路(示出为黑线)、定量环130、以及其他外围部件(没有示出)，一般是用不锈钢或者陶瓷等耐磨材料制造。转子110和定子120紧密结合，操作时可以转动，一般用比定子柔软的材料制成，如碳氟聚合物。自动进样器的转子110是通过电动马达(没有示出)带动的(有一些较老的型号使用压缩空气带动)，而手动进样器则是在转子上连了一个手柄(没有示出)。转子110包括一些细小的刻槽用于连接到不同的定子位置。在图1中可以看到，转子110包括六个通口A-F。定子120中的管道通路表示为一循环，而转子110中的连接某两个通口的连接通道被示出为连接通口的粗线。图1中的状态a表示转子处于取样位置，其中在通口A、F之间，B、C之间，D、E之间存在连接通道。这时样品从转子110的通口A输入，经过连接通道通过通口F被充入定量环130，多余的样品被从通口B排出。同时外接的泵(没有示出)直接将流动相从通口D送入转子110，经过通口E而直接输出到外接的色谱柱(没有示出)。状态b表示转子110被机械转动至进样位置，其中在通口A、B之间，C、D之间，E、F之间存在连接通道。样品从通口A输入并被从通口B排出，而流动相从通口D输入，通过定子120的管道通路进入定量环130，并将定量环130中存积的样品带出，经过通口E输出至外接的色谱柱。由此，通过六通阀的机械切换，完成了从样品取样到进样的过程。

但是，常用六通阀的核心部分采用机械开关转动结构，其结构设计对零部件的精密程度和耐磨性能都有很高的要求。并且，在转动阀芯转子时对转动速度有较高的要求，否则会使阀芯过长时间地停留在中间位置，使流动相受阻，相内压力剧增，很有可能损坏色谱柱的柱头。同时，为了避免六通阀内的机械结构受到样品中沉积物质的堵塞，还需要经常对阀进行清洗和维护。此外，通常的商用六通阀成本较高，其各个部件的可更换性较差，并且同一种阀的适用范围较小。

因此，需要一种能够克服以上种种缺陷和不足的新型进样系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够进行电动进样切换的进样系统。其至少避免了机械切换六通阀的一个或多个缺陷。

根据本实用新型，提供一种集流器(manifold)装置。所述集流器装置是一立体结构，其表面上具有十四个通孔，其中：第一通孔与第十一通孔相连通，第二通孔与第七通孔相连通，第三通孔、第九通孔与第十四通孔相连通，第四通孔与第十二通孔相连通，第五通孔与第八通孔相连通，第六通孔、第十通孔与第十三通孔相连通。

根据本实用新型的一个方面，该集流器装置是一六面体，其中第一、第二、第三通孔以及第四、第五、第六通孔都位于第一表面上，第七、第八通孔位于第二表面上，第十一、第十二通孔位于第三表面上，第十三、第十四通孔位于第四表面上，第九通孔位于第五表面上，第十通孔位于第六表面上，并且：第一表面与第二表面是相对的表面，第三表面与第四表面是相对的表面，第五表面与第六表面是相对的表面。

本实用新型的目的还在于提供一种进样系统，该进样系统除了包括有如上所述的集流器装置之外，还包括两个两位三通电磁阀、一个两位二通电磁阀以及一个定量装置，其中第一两位三通电磁阀连接到第一、第二、第三通孔，第二两位三通电磁阀连接到第四、第五、第六通孔，第一两位二通电磁阀连接到第十三、第十四通孔，并且定量装置连接到第七、第八通孔。上述的第一两位三通电磁阀、第二两位三通电磁阀、第一两位二通电磁阀以及所述定量装置都是可独立拆卸的。

根据本实用新型的一个方面，该进样系统中的第十一通孔用于接收待检测的样品；第十二通孔用于排出多余的待检测的样品；第九通孔用于接收流动相；第十通孔用于连接到分析装置的分离或检测系统。

根据本实用新型的一个方面，该进样系统可处于第一状态，在第一状态中，第一两位三通电磁阀将第一和第二通孔连通，第二两位三通电磁阀将第四和第五通孔连通，第一两位二通电磁阀将第十三和第十四通孔连通，从而，建立从第十一通孔，经过第一通孔、第二通孔、第七通孔、定量装置、第八通孔、第五通孔、第四通孔，到第十二通孔的第一通路，用于使样品流入定量装置并流出多余的样品，并且，建立从第九通孔，经过第十四通孔、第十三通孔，到第十通孔的第二通路，用于使流动相流入分析仪器。

根据本实用新型的又一个方面，该进样系统还可处于第二状态，在第二状态中，第一两位三通电磁阀将第二和第三通孔连通，第二两位三通电磁阀将第五和第六通孔连通，第一两位二通电磁阀将第十三和第十四通孔断开，从而，建立从第九通孔，经过第三通孔、第二通孔、第七通孔、定量装置、第八通孔、第五通孔、第六通孔，到第十通孔的第三通路，用于使流动相流经定量装置并将定量装置中留存的样品导入分析仪器的分离系统或检测系统中。

根据本实用新型的还有一个方面，该进样系统还包括一控制系统，所述控制系统将所述进样系统控制为从所述第一状态切换为所述第二状态，以模拟出六通阀进样状态；所述控制系统还将所述进样系统控制为从所述第一状态切换为所述第二状态后再切换返回所述第一状态，以实现电动控制。

根据本实用新型的还有一个方面，还可以通过一加热装置对进样系统进行整体或局部加热。

本实用新型的进样系统采用两位三通和两位二通电磁阀实现了完全电动的取样/进样切换动作，避免了机械切换的一个或多个弊端，同时提供了灵活的控制方式。

除了上述优点之外，本实用新型的进样系统还具有极低的死体积、良好的进样重复性、价格低廉、部件易于更换等优点。

附图说明

图1示出了根据现有技术的六通阀示意图。

图2示出了根据本实用新型一实施例的分析系统的框图。

图3示出了根据本实用新型一实施例的进样系统的主体示意图。

图4示出了根据本实用新型一实施例的两位三通电磁阀的表面示意图。

图5示出了根据本实用新型一实施例的集流器装置各表面通孔设置示意图。

图6示出了根据本实用新型一实施例的进样系统第一状态的示意图。

图7示出了根据本实用新型一实施例的进样系统第二状态的示意图。

具体实施方式

图2示出了根据本实用新型一实施例的分析系统200。该分析系统200包括进样系统230。进样系统230包括一集流器装置(manifold)、一定量装置以及多个电磁阀，并将在下文中加以详细描述。将样品210和流动相220输入进样系统230的不同输入口，进样系统230对所输入的样品210进行定量操作，并输出携带在流动相220中的一定量的样品210至色谱分析装置的分离系统或检测系统240。样品210可以是本领域技术人员所熟知的气体、液体样品。当输入样品210进入进样系统230时，可以采用人工手动把样品导入定量管，或者也可以使用泵装置(没有示出)将样品打入进样系统中。色谱分析装置的分离系统或检测系统240可以按照需要选用各种气相或液相色谱分析仪器。控制系统250对进样系统230的各部件进行控制。通过对控制系统250的设置，允许对进样系统的各种参数，例如，阀切换信号、切换周期、样品进入量等，进行自定义。

图3示出了根据本实用新型一实施例的进样系统230的主体示意图，包括集流器装置310、两个两位三通电磁阀321和322、一个两位二通电磁阀323，以及一个定量装置330。如图3所示，集流器装置310形成为立方体结构，在其上的六个表面都开有不同数量的通孔，并且在其内部具有将各个相应通孔连接起来的通路。集流器装置310可以由机械性能好、抗化学腐蚀能力强、热变形小、吸附小的金属及其氧化物或塑料等材料来制造，较佳地，可以使用诸如聚三氟氯乙烯PCTFE或聚醚醚酮PEEK。该装置可由机械加工或模具制成。在集流器装置310的各表面相对于通孔的位置处安装有两位三通电磁阀321和322、两位二通电磁阀323、以及定量装置330。定量装置330用于在进样系统的第一状态中存储一定量的样品，并在第二状态中将所存储的样品通过流动相带入色谱分析装置的分离系统或检测系统240。定量装置330可容易地从集流器装置310表面拆卸下来，由此可便于对定量装置进行清洗。可以根据实际需要而选择装配不同体积和特性的定量装置。

如图4所示，两位三通电磁阀321和322表面具有接孔I、II、III，并分别连接到集流器装置310表面相对应的三个通孔。在电磁阀通电期间，接通I、III孔之间的通路，在断电后，断开I、III孔而接通I、II孔。此外，两位二通电磁阀323(没有示出)具有两个接孔，并可以在电磁阀通电期间断开两个接孔之间的通路而在电磁阀断电期间接通两个接孔之间的通路。

图5示出了根据本实用新型一实施例的集流器装置310的六面视图。结合图3中的主体示图可知，通孔1、2、3和4、5、6并行排列在集流器装置310的作为第一表面的后表面上，通孔7、8排列在集流器装置310作为第二表面的前表面上(前表面定义为图3中正对阅读者的面)，通孔11和12排列在集流器装置310的作为第三表面的上表面上，通孔13和14排列在集流器装置310的作为第四表面的下表面上，而通孔9和10分别位于集流器装置310的作为第五表面的左表面和作为第六表面的右表面上。在集流器装置310内部，通孔11与通孔1之间存在通路，通孔2和通孔7之间存在通路，通孔3、9、14之间存在一个三通通路，通孔12和通孔4之间存在通路，通孔5和通孔8之间存在通路，通孔6、10、13之间存在一个三通通路。

当集流器装置310被安装入进样系统230后，位于集流器装置310后表面(即，第一表面)上的通孔1、2、3分别与第一两位三通电磁阀321的II、I和III接孔相连接，通孔4、5、6则分别与第二两位三通电磁阀322的II、I和III接孔相连接。位于集流器装置310下表面(即，第四表面)上的通孔14和13则与两位二通电磁阀323的两个接孔相连接。位于集流器装置310前表面(即，第二表面)上的通孔7、8与定量装置330的两个端口相连接。同时，集流器装置310上表面(即，第三表面)的通孔11用于输入待测样品，通孔12用于流出多余的样品。集流器装置310左表面(即，第五表面)上的通孔9用于输入流动相，而右表面(即，第六表面)上的通孔10用于连接到色谱分析装置的分离系统或检测系统240。

下面将参照图6和图7来具体说明根据本实用新型的进样系统230的操作状态切换步骤。

首先，根据图6，示出了进样系统230的第一状态，其中使用数字1-14表示图5所示的集流器装置310的14个通孔，使用罗马字母I、II、III表示电磁阀321、322的各个接孔。在图6中，带有箭头的线表示集流器装置310的通路，其中，黑色箭头表示通路畅通，白色箭头表示通路被截断。在第一状态中，第一两位三通电磁阀321、第二两位三通电磁阀322和两位二通电磁阀323都被切换为断电状态。由此，第一两位三通电磁阀321连通其两个接孔II、I并相应地接通了集流器装置310的通孔1和2，第二两位三通电磁阀322连通其两个接孔II、I并相应地接通了集流器装置310的通孔4和5，两位二通电磁阀323连通其接孔并相应地接通了集流器装置310的通孔13和14。这样，就形成了从通孔11开始，经由通孔1-＞通孔2-＞通孔7-＞穿过定量装置330-＞通孔8-＞通孔5-＞通孔4-＞通孔12，并到排出样品的排出泵的第一通路。并形成了从通孔9开始，经由通孔14-＞通孔13-＞通孔10，并到色谱分析装置的分离系统或检测系统240的第二通路。可以认识到，在第一状态下，第一通路和第二通路之间不存在任何相通的部分。由此，待测样品210可从通孔11流入，流经第一通路并在定量装置330中积蓄到预先设定的量，多余的待测样品210从连接到通孔12的排出泵排出。同时，流动相220从通孔9流入，并通过第二通路而直接流入色谱分析装置的分离系统或检测系统240。进样系统230此时完成了取样定量的操作。

接下来根据图7，示出了进样系统230的第二状态。其中所使用数字1-14和罗马字母I、II、III与图7中的含义相同。在图7中，与图6相反的是，黑色箭头表示通路被截断，而白色箭头表示通路畅通。在第二状态中，第一两位三通电磁阀321、第二两位三通电磁阀322和两位二通电磁阀323都被切换为通电状态。由此，第一两位三通电磁阀321连通其两个接孔I、III并相应地接通了集流器装置310的通孔2和3，第二两位三通电磁阀322连通其两个接孔I、III并相应地接通了集流器装置310的通孔5和6，两位二通电磁阀323断开其接孔并相应地断开了集流器装置310的通孔13和14。由此，就形成了从通孔9开始，经由通孔3-＞通孔2-＞通孔7-＞穿过定量装置330-＞通孔8-＞通孔5-＞通孔6-＞通孔10，并到色谱分析装置的分离系统或检测系统240的第三通路。由于断开了通孔1和2之间的连接，此时从通孔11流入待测样品210并将其堵塞在通孔1处。而从通孔9流入的流动相220通过第三通路并到达定量装置330，将定量装置330中已积蓄的预定的量的待测样品210沿着第三通路冲入色谱分析装置的分离系统或检测系统240。进样系统230此时完成了样品进样的操作。

利用控制系统250对进样系统230的控制，可以达到对进样系统的电动控制效果。例如，在控制系统250的控制下可以对各个电磁阀提供通/断控制信号。进样系统250平时处于第一状态，当接收到控制系统250的控制信号时，藉由手工方式或泵装置(没有示出)将样品210提供给进样系统250的定量装置，在经过由控制系统250设置的预定时间之后，电磁阀进行电动切换，将进样系统从第一状态快速切换为第二状态，随后流动相将定量装置中积蓄的样品导入分析装置的分离系统或检测系统。这样，样品完成了取样、定量、进样的过程，模拟出了传统的自动六通阀进样结构的操作形式。此外，当进样系统230的操作从第一状态被电动切换为第二状态后，又可通过控制电磁阀，将进样系统230从第二状态再切换返回第一状态。

基于上述的描述，本领域技术人员可以很清楚地认识到，本实用新型的进样系统230中所进行的切换是通过三个电磁阀321、322、323的通断而实现的电子切换过程，其中不对集流器装置310的机械结构产生任何的改变。因此，避免了传统六通阀中机械切换结构的各种弊端。并且，由于整个进样系统230不需要进行实质上的机械形状切换过程，所有通路都集成在集流器装置310中，因此具有较高的集成性，减小了整个进样系统的死体积。此外，进样系统230的各个部件(电磁阀321、322、323，定量装置330)都能够容易地进行拆卸，克服了许多六通阀机械磨损及电子部分不容易维修的弊端。并且，通过对进样系统的控制，可以编程实现实时在线分析。

同时，可以通过一加热装置(在图中没有示出)对整个进样系统230进行加热。加热也可仅仅对于进样系统230的一部分而进行。这样一方面，因为整体系统的温度高于环境温度可以减少样品残留；另一方面将系统加热到一定的温度可以将液态样品汽化供气体分析仪器分离检测。

本实用新型的进样系统230实现了完全自动的采样进样动作，对空气中的挥发性气体组分的分析达到了很好的重复性。同时，本实用新型的进样系统230由三个电磁阀构成，避免了目前商用的自动六通阀的复杂设计结构，其成本要远低于一般的商用六通阀。

尽管以上描述了本实用新型的较佳实施例，但是本实用新型不限于此。本领域的熟练技术人员在以上描述的揭示和训导之下，可以很容易地想到对上述结构的各种变化和改变。例如，集流器装置310可以不形成为一个正六面体，而是可以根据实际安装的需要而形成为其它形状的立体结构，例如，斜六面体、三角体、圆柱体、等。其上的各个通孔也可以根据需要而变换位置或数量。上述三个电磁阀321、322、323以及定量装置330也可以按照需要而被排列在集流器装置310的表面上。定量装置330也可以内置在集流器装置310内部。此外，可以用两位三通电磁阀来代替所使用的两位二通电磁阀323。

不脱离本实用新型精神的各种改变和变化都应落在本实用新型的保护范围之内，本实用新型的保护范围由所附的权利要求书及其等价物来限定。

Claims (10)

1.一种集流器装置(310)，其特征在于，所述集流器装置是一立体结构，其表面上具有十四个通孔，其中：

第一通孔与第十一通孔相连通，

第二通孔与第七通孔相连通，

第三通孔、第九通孔与第十四通孔相连通，

第四通孔与第十二通孔相连通，

第五通孔与第八通孔相连通，

第六通孔、第十通孔与第十三通孔相连通。

2.如权利要求1所述的集流器装置，其特征在于，所述集流器装置是一六面体，其中，第一、第二、第三通孔位于同一表面上，第四、第五、第六通孔位于同一表面上，第七、第八通孔位于同一表面上，第十三、第十四通孔位于同一表面上。

3.如权利要求2所述的集流器装置，其特征在于，所述第一、第二、第三通孔以及第四、第五、第六通孔都位于第一表面上，第七、第八通孔位于第二表面上，第十一、第十二通孔位于第三表面上，第十三、第十四通孔位于第四表面上，第九通孔位于第五表面上，第十通孔位于第六表面上，并且：

所述第一表面与所述第二表面是相对的表面，

所述第三表面与所述第四表面是相对的表面，

所述第五表面与所述第六表面是相对的表面。

4.一种进样系统(230)，其特征在于，包括：

如权利要求1-3任意一项中所述的集流器装置；

第一两位三通电磁阀(321)，被配置为连接到所述集流器装置的第一、第二、第三通孔，

第二两位三通电磁阀(322)，被配置为连接到所述集流器装置的第四、第五、第六通孔，

第一两位二通电磁阀(323)，被配置为连接到所述集流器装置的第十三、第十四通孔，

定量装置(330)，被配置为连接到所述集流器装置的第七、第八通孔。

5.如以上权利要求4所述的进样系统，其特征在于，所述第一两位三通电磁阀、第二两位三通电磁阀、第一两位二通电磁阀以及所述定量装置都是可独立拆卸的。

6.如权利要求4所述的进样系统，其特征在于：

所述第十一通孔被配置为用于接收待检测的样品(210)；

所述第十二通孔被配置为用于排出多余的待检测的样品；

所述第九通孔被配置为用于接收流动相(220)；

所述第十通孔被配置为用于连接到分析装置的分离系统或检测系统(240)。

7.如权利要求6所述的进样系统，其特征在于，所述进样系统处于第一状态，在所述第一状态中，所述第一两位三通电磁阀将所述第一和第二通孔连通，所述第二两位三通电磁阀将所述第四和第五通孔连通，所述第一两位二通电磁阀将所述第十三和第十四通孔连通，从而，建立从第十一通孔，经过第一通孔、第二通孔、第七通孔、定量装置、第八通孔、第五通孔、第四通孔，到第十二通孔的第一通路，用于使样品流入所述定量装置并流出多余的样品，并且，建立从第九通孔，经过第十四通孔、第十三通孔，到第十通孔的第二通路，用于使流动相流入分析装置的分离系统或检测系统。

8.如权利要求7所述的进样系统，其特征在于，所述进样系统还处于第二状态，在所述第二状态中，所述第一两位三通电磁阀将所述第二和第三通孔连通，所述第二两位三通电磁阀将所述第五和第六通孔连通，所述第一两位二通电磁阀将所述第十三和第十四通孔断开，从而，建立从第九通孔，经过第三通孔、第二通孔、第七通孔、定量装置、第八通孔、第五通孔、第六通孔，到第十通孔的第三通路，用于使流动相流经所述定量装置并将定量装置中留存的样品导入分析装置的分离系统或检测系统中。

9.如权利要求8所述的进样系统，其特征在于，所述进样系统还包括一控制系统(250)，所述控制系统将所述进样系统控制为从所述第一状态切换为所述第二状态，以模拟出六通阀进样状态；所述控制系统还将所述进样系统控制为从所述第一状态切换为所述第二状态后再切换返回所述第一状态，以对所述进样系统进行电动控制。

10.如权利要求9所述的进样系统，其特征在于，所述进样系统通过一加热装置而被整体地或部分地加热。

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