DE102016123911A1

DE102016123911A1 - Beheizte Transferleitungen

Info

Publication number: DE102016123911A1
Application number: DE102016123911.9A
Authority: DE
Inventors: Antonella Guzzonato; Heinz Mehlmann; Hans-Jürgen Schlüter
Original assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Current assignee: Thermo Fisher Scientific Bremen GmbH
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-06-22
Also published as: CN106898537A; CN106898537B; US20190346410A1; US10761069B2; US10365256B2; GB2549566A; US20170184552A1; GB201620713D0; JP6581561B2; GB2549566B; GB201522435D0; JP2017122721A; US20200378929A1

Abstract

Flexible, leichte Gaschromatografie-Transferleitung, die zum Anschließen eines Gas Gaschromatografen (GC) an ein Spektrometer geeignet ist, wie z. B. ein Massenspektrometer oder ein optisches Spektrometer, insbesondere an die Ionenquelle des Spektrometers, wie z. B. eine Ionenquelle mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP). Die Transferleitung weist eine Heizanordnung auf, die es ermöglicht, ein gleichmäßiges Temperaturprofil aufrechtzuerhalten, was die Qualität der Spektren verbessert. Die Transferleitung weist eine niedrige thermische Masse auf und die Heizung kann mit der Steuereinheit des GC geregelt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf beheizte Transferleitungen, insbesondere Transferleitungen zwischen einem Gaschromatografen und einem Massenspektrometer. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf GC-MS-Instrumente, die beheizte Transferleitungen aufweisen.
Einleitung
Die Gaschromatografie (GC) ist ein häufig angewandtes Analyseverfahren zum Trennen und Analysieren von Verbindungen, die verdampft werden können, normalerweise zur Bestimmung der Reinheit von Substanzen oder zum Trennen von Komponenten aus einem Gemisch von Substanzen. Bei der Gaschromatografie werden die Proben in eine Gaschromatografiesäule in einer mobilen Phase, normalerweise ein Inertgas wie Helium, injiziert. Die Gaschromatografiesäule hat typischerweise eine stationäre Phase, die eine mikroskopische Polymer- oder Flüssigkeitsschicht auf einem inerten festen Träger enthält.
Die analysierten Verbindungen interagieren mit den Wänden der Säule, was zu unterschiedlichen Elutionszeiten der Verbindungen in Abhängigkeit von deren chemischen und physikalischen Eigenschaften führt. Die Abmessungen der Säule beeinflussen ebenfalls das Elutionsprofil. Die Säulen sind dazu konzipiert, unterschiedliche Eigenschaften aufzuweisen, die für jede gegebene Analyse geeignet sind, und beinhalten normalerweise eine Veränderung der Polarität der stationären Phase, zusammen mit der Anwendung von spezifischen Funktionsgruppen.
Die GC-Säulen werden beheizt, normalerweise indem man die Säulen in einen Ofen verbringt. Die Temperatur der GC-Säule beeinflusst das Elutionsprofil, wobei höhere Temperaturen eine schnelle Elution und weniger Interaktion mit der stationären Phase begünstigen.
Verbindungen, die von der GC-Säule eluieren, müssen detektiert werden, um ein Chromatogramm zu erstellen. In vielen Anwendungen wird der Detektor durch ein Massenspektrometer bereitgestellt, das die verschiedenen Verbindungen, die von der GC-Säule eluieren, separat erfassen, ionisieren, beschleunigen und detektieren kann. Die Verfahren der Gaschromatografie und Massenspektrometrie sind ihrer Art nach komplementär und durch Kombinieren von diesen entsteht ein leistungsfähiges Instrument für zahlreiche analytische Anwendungen, die hohe Empfindlichkeit und Genauigkeit erfordern.
Verbindungen, die von einer GC-Säule eluieren, müssen zur Ionenquelle eines nachgeschalteten Massenspektrometers überführt werden. Typischerweise ist die Verbindung zwischen dem Gaschromatografen und der Ionenquelle eine feste, semipermanente Übertragungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, an die Ionenquelle angeschaltet zu werden, die unter Vakuum stehen kann, wie z. B. bei der Elektronenstoß-(EI)-Massenspektrometrie, oder bei atmosphärischem Druck, wie bei der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP), (ICP-MS).
Bei ICP-MS wird die Ionenquelle durch ein induktiv gekoppeltes Plasma bereitgestellt, das innerhalb eines ICP-Brenners generiert werden kann. Der ICP-Brenner ist typischerweise aus Glas hergestellt und seine Position ist zur Optimierung der Plasmabedingungen in drei Dimensionen verstellbar. Für einige Anwendungen sind Massenspektrometer dauerhaft für den Einsatz mit einem Gaschromatografen angeordnet, während bei anderen (wie z. B. ICP-MS) die Verbindung mit einem GC-Instrument optional sein kann, und sie austauschbar mit anderen Probenbereitstellungssystemen eingesetzt werden können.
Verbindungen oder Transferleitungen zum Verbinden von GC- und MS-Instrumenten sind nach dem Stand der Technik bekannt. US 4650964 legt eine beheizte Transferleitung zum Erwärmen eines Glaskapillarrohrs offen. Es wird Strom an ein elektrisch leitfähiges Heizrohr angelegt, das die Glaskapillare über erste und zweite Stromleiter umgibt, die an den jeweiligen Enden des Heizrohrs befestigt sind. Zwischen dem Heizrohr und den ersten und zweiten Stromleitern ist eine elektrische Isolierung angeordnet, und eine wärmeisolierende Abdeckung wird über das Heizrohr und die Stromleiter gelegt, um das Heizrohr thermisch zu isolieren.
US 5702671 beschreibt eine Gaschromatografen-Förderleitung für den Transport einer Probe in eine GC-Säule, die ein Glasrohr, ein das Glasrohr umschließendes Stahlrohr und eine Heizschlange aufweist, die das Stahlrohr umschließt, und wobei ein Rohr aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Stahlrohr und der Heizschlange angeordnet ist.
EP 152946 legt eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Rohrleitungslänge, z. B. eines Glaskapillarrohrs in der Gaschromatografie, offen. Die Leistung zum Erwärmen des Glaskapillarrohrs wird dadurch angelegt, dass Strom durch ein zylinderförmiges Heizrohr fließt, das das Glaskapillarrohr umgibt. Das Heizrohr wird von weiteren Rohren für elektrische und Wärmeisolierung umgeben.
US 8759758 legt eine Transferleitung zur Beförderung eines Säuleneffluenten aus einem Gaschromatografen zu einer Ionenquelle eines Massenspektrometers offen, das einen Transferleitungskörper und einen Mechanismus umfasst, um den Transferleitungskörper entweder hin zum oder weg vom Massenspektrometer zu bewegen. Eine Gasdichtung zwischen dem Gehäuse des Massenspektrometers und dem Transferleitungskörper verhindert Vakuumleckage beim Bewegen des Transferleitungskörpers.
US 7958770 legt eine Wärmetransferleitungsbaugruppe für mikrowellenbeheizte Chromatografieinstrumente offen. Die Transferleitung kann mittels eines um einen wärmeleitfähigen Stab gewickelten Drahts erwärmt werden. Die Transferleitung ist von einem voluminösen Isoliergehäuse umgeben.
US 8808629 legt eine Transfereinheit für Analysevorrichtungen, die eine rohrförmige Baugruppe umfasst, welche durch ein elektrisches Heizgerät programmiert erwärmt werden kann, sowie ein Rohr zur Aufnahme einer gaschromatografischen Trennsäule offen. Die Einheit weist einen in einer Ringkammer zwischen der Innenwand der Baugruppe und einem Verdampferrohr angeordneten Temperatursensor auf.
US 6530260 legt ein Gaschromatografiesystem offen, das einen GC-Ofen mit einer zur Integration mit außerhalb des Ofens angeordneten Gaschromatografiemodulen ausgelegten Tür umfasst, wobei die Tür über Modulaufnahmeöffnungen verfügt, in denen die Module befestigt sind. Innerhalb des Modulgehäuses befinden sich eine Spule einer Kapillarsäule, ein Paar Transferleitungen, die auf die freien Enden der Kapillarsäule hülsenförmig aufgesteckt sind, ein Heizdraht, der auf die Transferleitungen gewickelt ist, wobei der Draht zum Ofenraum hin mit einer kleineren Anzahl Wicklungen je Zoll entlang der Länge der Transferleitung gewickelt sein kann.
US 5736739 legt ein GC-Ionenmobilitätsspektrometersystem mit einer beheizten Transferleitung zwischen dem GC und dem Spektrometer offen. Die Transferleitung wird beheizt, um zu verhindern, dass Analytspezies an den Wänden an der Transferleitung adsorbiert werden. Drähte des Heizelements sind in Form einer Einfach- oder Doppelhelix um den Durchgang der Transferleitung herum angeordnet, wobei sie durch Bohrungen in zwei miteinander verbundenen zylindrischen Hälften aus Isoliermaterial, das zwischen den Metallschalen eingebettet ist, hindurchgehen. Um ein einheitlicheres Temperaturprofil entlang der Durchgangslänge herzustellen, ist die Wicklungsdichte (Steigung) der Heizelementdrähte neben dem Ein- und Austritt der Heizvorrichtung erhöht.
Die Analysequalität wird dadurch erhöht, dass während des Transfers des Effluenten von der GC-Säule zu einem nachgeschalteten optischen Spektrometer und/oder einer MS-Ionenquelle die Temperatur auf gleichem Niveau gehalten wird. Temperaturschwankungen während des Effluenten-Transfers, insbesondere kalte Stellen, können zu Kondensation von der Gasphase und/oder übermäßiger Peakerweiterung führen. Weiterhin sind die nach dem Stand der Technik bekannten GC-MS-Transferleitungen in der Regel starr am Gehäuse des Massenspektrometers und des Gaschromatografen befestigt, wodurch nur minimale oder keine Möglichkeiten zum Einstellen der Positionierung, z. B. an einen ICP-Brenner, verbleiben.
Zusammenfassung
Die vorliegende Erfindung ist in den Ansprüchen sowie der nachstehenden Beschreibung näher beschrieben.
Die Erfindung bezieht sich auf Überbrückungsvorrichtungen, auch als Transferleitungen bezeichnet, die zum Verbinden eines Gaschromatografen (GC) mit einem Spektrometer, wie z. B. einem Massenspektrometer oder optischen Spektrometer, insbesondere mit der Ionenquelle des Massenspektrometers, dienen. Häufig sind diese Transferleitungen mit einer Ionenquelle mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) verbunden. Häufige Probleme, die sich bei diesen Überbrückungsvorrichtungen stellen und im Idealfall bewältigt werden sollten, sind u. a.: 1) das Wärmeprofil entlang der Transferleitung sollte homogen und konstant sein; 2) die Transferleitung sollte flexibel genug sein, um freie Bewegung bei minimalem Widerstand ICP-Brenner-seitig zu ermöglichen; und 3) es sollten keine kalten Stellen vorhanden sein, die in der Folge zu Kondensation der Analyten und Peakerweiterung führen können; 4) es sollten keine heißen Stellen vorliegen, die zur Zersetzung der analysierten Verbindungen führen können.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Transferleitung bereit, die diese und andere Herausforderungen bewältigt. Die Transferleitung zum Überführen einer Probe von einem Gaschromatografen in ein Spektrometer zur Analyse weist ein Eintrittsende für den Anschluss an die Gaschromatografiesäule und ein Austrittsende für den Anschluss an ein Spektrometer auf und umfasst:
eine flexible Transferkapillare zur Aufnahme eines Endabschnitts einer Gaschromatografiesäule in dieser, oder eine mit dem genannten Endabschnitt verbundene Kapillare;
mindestens eine erste Widerstandsheizanordnung, die die Transferkapillare umgibt;
wobei die Widerstandsheizanordnung mit einer Stromversorgung verbunden werden kann, die die Heizanordnung oder Heizschicht mit Strom versorgt, um die Heizanordnung oder Heizschicht zu erwärmen und somit die Transferkapillare zu erwärmen;
wobei die genannte erste Widerstandsheizanordnung in mindestens einen zentralen Bereich und mindestens einen Austrittsbereich unterteilt ist, und wobei die erste Widerstandsheizanordnung dazu ausgelegt ist, eine andere Wärmeabgabe je Längeneinheit in dem genannten mindestens einen zentralen Bereich als in dem genannten Austrittsbereich bereitzustellen,
wobei die flexible Transferleitung faltbar ist.
Die Erfindung bietet ebenfalls ein Gaschromatografie-/Massenspektrometrie-System (GC-MS), umfassend:

– mindestens einen Gaschromatografen,
– mindestens eine Transferleitung,
– mindestens ein Massenspektrometer,

Die Widerstandsheizanordnung ist vorzugsweise dazu ausgelegt, Wärme zum Beheizen der Transferleitung abzugeben, die die Wärme kompensiert, die andernfalls von der Transferleitung abgestrahlt würde. Typischerweise ist die Wärmeabgabe von den Transferleitungen an den jeweiligen Enden am höchsten, an denen die Transferleitung mit jeweiligen vor- und nachgeschalteten Analysekomponenten verbunden ist, z. B. einem vorgeschalteten Gaschromatografen und einem nachgeschalteten Spektrometer (z. B. einem optischen Spektrometer oder Massenspektrometer), wobei diese Verbindungen als Wärmesenken wirken können.
Die Heizanordnung kann elektrisch resistives Material umfassen, so dass bei Anlegen eines elektrischen Stromes an die Heizanordnung Wärme generiert und an die Transferkapillare überführt oder abgegeben wird, welche die Heizanordnung oder Heizschicht umgibt.
Die Widerstandsheizanordnung kann in Form einer resistiven Heizschicht vorliegen, die in einigen Ausführungsformen ein Material umfasst, das in Form einer Trägerfolie oder einer Umhüllung vorliegt, die die Transferkapillare umgeben kann. Die Trägerfolie ist vorzugsweise dazu ausgelegt, entlang ihrer Länge für eine unterschiedliche Wärmeabgabe zu sorgen, um die höhere Wärmeabgabe an den Enden der Transferleitung zu kompensieren. So kann z. B. die Trägerfolie an den oder in Richtung auf die Enden der Transferleitung eine höhere Dichte aufweisen, so dass bei Anlegen von Strom an die Trägerfolie eine höhere Wärmeabgabe je Längeneinheit in der Nähe der Enden der Transferleitung stattfindet.
Die Widerstandsheizanordnung kann einen oder mehrere Widerstandsdrähte umfassen, die die Transferkapillare umgeben, so dass beim Anlegen von Strom an den Widerstandsdraht Wärme im Draht erzeugt und an die Transferkapillare abgegeben wird, wodurch diese erwärmt wird. Vorzugsweise ist der Widerstandsdraht um die Transferkapillare geschichtet oder gewickelt, so dass während des Betriebs eine näherungsweise einheitliche Temperatur in der Transferkapillare entlang ihrer gesamten Länge herrscht.
Die durch den Widerstandsdraht hergestellte Wärmeabgabe kann durch die Eigenschaften des Drahtes selbst oder durch die Art, wie der Draht um die Transferkapillare gewickelt ist, reguliert werden. So kann z. B. die Steigung eines Widerstandsdrahtes entlang der Transferkapillare verändert werden. In diesem Zusammenhang bezeichnet „Steigung” den Abstand zwischen aneinander grenzenden Wicklungen (zwischen deren jeweiligen Mittelpunkten), gemessen entlang der Achse der Transferleitung, d. h. die Breite einer vollen Windung des Drahtes auf der Transferkapillare.
Durch eine kleinere Steigung (engere Wicklungen) des Drahtes zu einem oder beiden Enden der Transferkapillare hin kann bei Anlegen von Strom an den Draht verstärkte Erwärmung an den Enden erreicht werden. Die Steigung des Widerstandsdrahtes im zentralen Bereich kann zwischen ca. 5% und ca. 35% höher, bevorzugter ca. 10% bis ca. 35%, noch bevorzugter ca. 15% bis 35% höher als die Steigung im Eintritts- und die Steigung im Austrittsbereich liegen.
Die Steigung im zentralen Bereich kann ebenfalls zwischen ca. 15% und ca. 25% über der Steigung im Ein- und der Steigung im Austrittsbereich liegen.
Die Länge der jeweiligen Endbereiche (Austrittsbereich bzw. Eintrittsbereich) kann 5 bis 10%, z. B. ca. 5%, der Länge des zentralen Bereichs betragen. In einigen Ausführungsformen können mittlere Bereiche vorliegen, z. B. ein mittlerer Bereich zwischen dem Eintritts- und dem zentralen Bereich und ein mittlerer Bereich zwischen dem Eintritts- und dem zentralen Bereich. Jeder mittlere Bereich kann 5 bis 10%, z. B. ca. 5%, der Länge des zentralen Bereichs betragen. Der mittlere Bereich kann eine Steigung des Drahtes aufweisen, die zwischen den Steigungen der Drahtwicklung im zentralen Bereich und dessen jeweiligem Endbereich, zwischen denen er sich befindet, liegt. So kann z. B. der mittlere Bereich eine Steigung aufweisen, die 10% niedriger ist als der zentrale Bereich, und der Endbereich kann eine Steigung aufweisen, die 10% niedriger ist als der mittlere Bereich.
Wie aus dem Vorstehenden verständlich ist, weist die Transferleitung in vielen zweckmäßigen Ausführungsformen mindestens einen Eintrittsbereich angrenzend an GC, mindestens einen zentralen Bereich und mindestens einen Austrittsbereich auf.
In bestimmten Ausführungsformen liegt jedoch kein spezifischer Eintrittsbereich mit unterschiedlicher durch die Widerstandsheizanordnung oder -Schicht angelegter Beheizung vor, sondern statt dessen wird die Wärmeabstrahlung vom Eintrittsende durch Einbeziehung einer geeigneten Länge der Transferleitung und/oder eines Verlängerungsendes der Transferkapillare der Transferleitung in einen GC-Ofen oder dergleichen GC-Heizvorrichtung und Nutzung der darin befindlichen Wärme zum Aufrechterhalten einer gewünschten Temperatur des Eintrittsendes der Transferleitung minimiert.
Es können auch zwei oder mehr Ein- und/oder Austrittsbereiche vorliegen, die jeweils ihre eigene Drahtwicklungsstruktur oder -Steigung aufweisen. So kann z. B. die Widerstandsdrahtwicklung mindestens zwei Eintrittsbereiche aufweisen, wobei ein erster Eintrittsbereich eher distal vom zentralen Bereich und ein zweiter Eintrittsbereich eher proximal zum zentralen Bereich liegt, so dass die Steigung der Wicklung im ersten Eintrittsbereich kleiner ist als die Steigung im zweiten Eintrittsbereich, die wiederum kleiner ist als die Steigung im zentralen Bereich.
Es können auch mindestens zwei Austrittsbereiche vorliegen: ein erster Austrittsbereich eher distal vom zentralen Bereich und ein zweiter Austrittsbereich eher proximal zum zentralen Bereich, so dass die Steigung der Wicklung im ersten Austrittsbereich kleiner ist als die Steigung im zweiten Austrittsbereich, die kleiner ist als die Steigung im zentralen Bereich.
Mit anderen Worten können entlang der Länge der Transferkapillare unterschiedliche Bereiche vorliegen, jeweils mit eigener Wicklungsstruktur (Steigung), um entlang der Transferleitung eine variable und unterschiedliche Heizleistung zu generieren.
Die unterschiedlichen Bereiche können jede geeignete Länge aufweisen, z. B. kann der Austrittsbereich und optionale Eintrittsbereich in einigen Ausführungsformen jeweils zwischen 5 und 10% oder zwischen 10 und 40% der Gesamtlänge der Transferleitung liegen, wie z. B. 2 cm, 4 cm, 5 cm, 10 cm bzw. 20 cm. Der(die) Eintrittsbereich(e) kann (können) dieselbe oder eine andere Länge als der(die) Austrittsbereich(e) aufweisen. Wie nachstehend detaillierter beschrieben, ist das Eintrittsende der Transferleitung in einigen Situationen in den GC-Ofen, mit dem die Transferleitung verbunden ist, hinein verlängert. In derartigen Fällen kann sich die Transferkapillare innerhalb der Transferleitung weiter erstrecken als die Heizanordnung, die Heizanordnung kann z. B. so konfiguriert sein, dass sie den Abschnitt der Transferkapillare außerhalb des GC-Ofens und den Abschnitt, der innerhalb der Wand selbst liegt (der durch die Bohrung der Wand verläuft), umschließt, aber den Abschnitt innerhalb der GC-Ofenwand nicht umschließt, wenn die Transferleitung auf geeignete Weise an einen GC angeschlossen ist. Derartige Ausführungsformen können einen Eintrittsbereich aufweisen, wie hier beschrieben, mit mehr Beheizung als im zentralen Bereich, wobei der Eintrittsbereich am distalen Ende der Heizanordnung angeordnet ist, so dass sich der Eintrittsbereich vorzugsweise bis in die GC-Ofenwand erstreckt, jedoch nicht in den Ofenraum des GC-Ofens.
Die Steigung des Widerstandsdrahtes innerhalb der einzelnen Bereiche kann in einigen Ausführungsformen gleichförmig oder gleichmäßig sein. Allerdings kann sich die Steigung innerhalb der einzelnen Bereiche auch allmählich verändern. So kann die Steigung z. B. entlang eines Eintrittsbereichs vom distalen Ende des Bereichs zum proximalen Ende des Bereichs allmählich zunehmen (vorzugsweise erfolgt diese Zunahme nicht in einzelnen Schritten). Die Steigung kann auch entlang eines Austrittsbereichs vom distalen Ende des Bereichs zum proximalen Ende des Bereichs allmählich zunehmen. Die Steigung kann ebenfalls innerhalb bestimmter Bereiche gleichförmig verlaufen und in anderen Bereichen eine Gradienten aufweisen. Der Gradient einer Steigung in einem gegebenen Bereich ist vorzugsweise einheitlich, d. h. linear, aber der Gradient der Steigung innerhalb eines Bereichs kann auch nichtlinear sein, d. h. die Zu- oder Abnahme der Steigung kann sich linear oder nichtlinear verändern.
Die Steigung am Ende eines gegebenen Bereichs kann im Wesentlichen identisch mit der Steigung am angrenzenden Ende eines benachbarten Bereichs sein. So kann die Steigung am proximalen Ende eines Eintrittsbereichs und am proximalen Ende eines Austrittsbereichs dieselbe sein wie die Steigung im zentralen Bereich angrenzend an den Ein- und Austrittsbereich.
Die Wicklungsstruktur des Drahtes kann sich ebenfalls modular verändern. So kann z. B. eine „Pulsweiten”-Modulation der Wicklung entlang der Transferkapillare vorliegen, so dass sich eine Spuleneinheit in variablen Abständen entlang der Transferleitung wiederholt und somit zu unterschiedlicher Wärmeabgabe durch den Draht führt. Die Spuleneinheit kann entlang der Transferkapillare identisch (d. h. eine identische Anzahl Wicklungen mit identischer Steigung aufweisen) oder unterschiedlich sein. Wenn sie unterschiedlich ist, kann der Zwischenraum zwischen den Spuleneinheiten gleichförmig sein, aber die Wärmeabgabe entlang der Transferleitung wird aufgrund der Unterschiedlichkeit der Spuleneinheiten unterschiedlich sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der spezifische Widerstand des Drahtes variabel sein. Dadurch ergibt sich selbst bei einheitlicher Steigung des Drahtes entlang der Transferkapillare eine ungleichförmige Wärmeabgabe durch den Draht aufgrund seines variablen spezifischen Widerstandes. Der Widerstand des Drahtes im ersten Eintrittsbereich kann somit anders sein (z. B. höher) als der Widerstand des Drahtes im zentralen Bereich. Wenn mehr als ein Eintrittsbereich vorliegt, kann somit der Widerstand des Drahtes im ersten Eintrittsbereich anders (z. B. höher) sein als der Widerstand des Drahtes im genannten zweiten Eintrittsbereich, der wiederum anders (z. B. höher) als der Widerstand des Drahtes im zentralen Bereich sein kann. Auf ähnliche Weise kann somit der Widerstand des Drahtes im ersten Austrittsbereich anders sein (z. B. höher) als der Widerstand des Drahtes im zentralen Bereich. Wenn mehr als ein Austrittsbereich vorliegt, kann der Widerstand des Drahtes im ersten Austrittsbereich anders sein als der Widerstand des Drahtes im genannten zweiten Austrittsbereich, der wiederum anders als der Widerstand des Drahtes im zentralen Bereich sein kann. Es kann ebenfalls ein anderer Drahttyp innerhalb von einem oder mehreren Bereichen entlang der Transferleitung vorliegen, so dass ein unterschiedlicher Widerstand vorhanden ist, was zu unterschiedlicher Wärmeabgabe durch den Draht bei gleicher angelegter Leistung führt. Ein derart variabler Widerstand kann ebenfalls mit variablen Wicklungsstrukturen kombinieret werden, wie vorstehend beschrieben.
Es ist ebenfalls möglich, Widerstandsdrähte innerhalb unterschiedlicher Segmente oder Bereiche entlang der Transferkapillare separat mit unterschiedlichen Stromquellen zu verbinden, oder die an jeden angelegte Leistung unabhängig zu regeln. Mit anderen Worten: die dem Widerstandsdraht in einem Eintrittsbereich zugeführte Leistung kann unabhängig an einen anderen Widerstandsdraht im zentralen Bereich angelegt werden. Die dem Widerstandsdraht in einem Austrittsbereich zugeführte Leistung kann ebenfalls unabhängig an den Widerstandsdraht im zentralen Bereich angelegt werden. Wenn mehrere Eintritts-, zentrale und/oder Austrittsbereiche vorhanden sind, kann die jedem Bereich zugeführte Leistung ebenfalls unabhängig angelegt werden. Auf diese Weise kann die Wärmeabgabe innerhalb jedes dieser Bereiche unabhängig geregelt werden, selbst im Fall einer identischen Drahtzusammensetzung oder -Steigung der einzelnen Bereiche.
Es können eine zweite oder noch weitere Schichten einer Widerstandsheizanordnung vorliegen, die vorzugsweise die erste Schicht umgeben. Diese weitere Schicht oder diese weiteren Schichten kann bzw. können als Puffer vorgesehen sein, um die Temperatur entlang der Transferleitung stabil zu halten, und kann bzw. können gleichzeitig Temperaturschwankungen ausgleichen, die von der ersten Schicht nicht ausreichend kompensiert werden. Die zweite Heizanordnung und/oder Heizschicht kann von einem ähnlichen Typ wie die erste sein. Alternativ können sie von unterschiedlichen Typen sein, d. h. es kann eine Heizschicht (z. B. Folie) eine Heizanordnung (z. B. Draht) umgeben, oder eine Heizanordnung (z. B. Draht) kann eine Heizschicht (z. B. Folie) umgeben.
Somit kann eine zweite Widerstandsdrahtwicklung vorliegen, die die erste Widerstandsdrahtwicklung umgibt und die vorzugsweise ebenfalls spiralförmig um die Transferkapillare gewickelt ist. Die zweite Wicklung (erste Schicht) kann so geschichtet sein, dass sie der ersten Wicklung überlagert oder auf dieser aufgebracht ist. Die zweite Wicklung kann ebenfalls mit der zweiten Schicht ineinandergreifend angeordnet sein. Die zweite Wicklung kann eine weitere Glättung des Temperaturprofils auf der Transferleitung bewirken. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die äußere (zweite) Wicklung mit einer konstanten (gleichförmigen) Steigung gewickelt, die vorzugsweise größer ist als der zentrale Bereich, bevorzugter um 10 bis 20% (noch bevorzugter 15%) größer als der zentrale Bereich der ersten Wicklungsschicht. Diese zweite Wicklungsschicht weist vorzugsweise eine konstante Steigung auf, um als wärmeisolierendes Material zu fungieren, das die erwünschte Isolierwirkung ohne die unerwünschte „Wärmesenken”-Wirkung der größeren thermischen Masse herstellt, die konventionelles Isoliermaterial in Verbindung mit dem aktiv beheizten Teil der Transferleitung mit sich bringt.
Die zweite Schicht kann eine gleichförmige Steigung aufweisen. Die zweite Schicht kann ebenfalls eine ungleichförmige Steigung oder eine Steigungsstruktur entgegen der ersten Schicht aufweisen (z. B. wenn die Aus- und Eintrittsbereiche eine breitere Steigung als der zentrale Bereich aufweisen), oder auf andere Weise so implementiert werden, dass eine ungleichmäßige Wärmeabgabe entlang der Transferleitung vorliegt, wie im Vorstehenden für die erste Schicht beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann die zweite Schicht, z. B. mit einer gleichförmigeren Steigung als die erste Schicht, unter der ersten Schicht angeordnet sein, statt diese zu umgeben.
Die Widerstandsheizanordnung weist vorzugsweise einen relativ stabilen spezifischen Widerstand über einen großen Temperaturbereich auf. Die Heizanordnung verzeichnet eine Veränderung des spezifischen Widerstands von weniger als 20% über einen breiten Temperaturbereich, vorzugsweise mindestens im Bereich von 100 bis 400°C, bevorzugter 200 bis 400°C, bevorzugter 250 bis 320°C, noch bevorzugter 300 bis 320°C. Der spezifische Widerstand des Widerstandsdrahtes kann im Bereich von ca. 1 Ohm/m bis 500 Ohm/m liegen. In einigen Ausführungsform kann der spezifische Widerstand des Widerstandsdrahtes im Bereich von ca. 100 μOhm/cm oder von ca. 120 μOhm/cm, bis ca. 140 μOhm/cm oder bis ca. 150 μOhm/cm, bevorzugter ca. 130 μOhm/cm, liegen. Der Widerstandsdraht kann aus jedem geeigneten Widerstandsmaterial hergestellt werden. Der Draht kann vorzugsweise aus einer Ni-Cr-Legierung wie Edelstahl oder dergleichen hergestellt werden.
Das Widerstandsmaterial, wie z. B. der Widerstandsdraht, kann mit elektrisch isolierendem Material oder elektrisch isolierender Beschichtung ummantelt sien, die den gewünschten Temperaturen standhalten sollten. Derartiges Material ist z. B. Polyimidmaterial, wie z. B. Kapton, und Fluorpolymere, wie z. B. Polytetrafluorethylen. Zwischen den Drahtschichten oder -Wicklungen kann zusätzlich oder alternativ eine elektrisch isolierende Schicht oder Umhüllung vorhanden sein. Eine derartige elektrisch isolierende Schicht kann aus einem geeigneten und flexiblen Material hergestellt sein, wie z. B. Glasfaser, Steinfaser oder siliziumgehärtetem Gel.
Der Fachmann wird erkennen, dass die vorstehenden Merkmale zur selektiven Regelung der Wärmeabgabe auf jede gewünschte Weise mit einer Transferleitung kombiniert werden können. Mit anderen Worten: die vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Verfahren oder Arten können kombiniert eingesetzt werden, um selektiv eine geeignete Temperaturregelung der Transferleitung in Anwendung zu bringen.
Die thermische Masse ist eine Eigenschaft eines Objekts, die es wärmespeicherungsfähig macht und somit „Trägheit” gegen Temperaturschwankungen verleiht.
Die thermische Masse ist gleichwertig der Wärmeleistung oder Wärmekapazität, der Fähigkeit eines Körpers, Wärmeenergie zu speichern. Sie wird typischerweise mit dem Symbol C_th bezeichnet und in Einheiten von J/°C oder J/K (die gleichwertig sind) gemessen. Diese Maßzahl ist somit nützlich für die Charakterisierung der Fähigkeit der Transferleitung, eine stabile Temperatur aufrecht zu erhalten, und der benötigten Leistung.
Die thermische Masse kann allgemein definiert werden als: C_th = Q/ΔT wobei Q die übertragene Wärmeenergie und ΔT die Temperaturveränderung angibt. Die thermische Masse einer Transferleitung nach dieser Erfindung, die über den typischen Betriebstemperaturbereich an konstante Werte angenähert werden kann, kann auf zweierlei Weise geschätzt werden:

a) durch eine beobachtete Aufheizrate und die angelegte Leistung. In einer Konfiguration beträgt die angelegte Leistung 180 W und die Temperatur bewegte sich innerhalb von 9 Sekunden von Raumtemperatur auf 295°C; folglich: P = 180 W = 180 J/s; und Q = 180 J/s·9 s = 1620 J ΔT = (295° – 25°) = 270° und somit C_th = 1620 J/270 = 6 [J/K] Bei einer Transferleitung mit einer Länge von 0,5 m beträgt die relevante thermische Masse pro Länge 12 [J/(K·m)]. Bei einer Transferleitung mit einer Masse von 25 g ergibt dies eine spezifische Wärmekapazität von 6 (J/K)/0.025 kg = 240 [J/(kg·K)]
b) Die Gesamt-Wärmekapazität kann bewertet werden als durch die spezifische Wärmekapazität des Grundmaterials der flexiblen Transferkapillare dominiert; bei Verwendung von Edelstahl beträgt die spezifische Wärmekapazität ca. 450 [J/(kg K)] (andere zweckmäßige Metalle weisen typischerweise ähnliche Werte auf, z. B. hat Nickel eine spezifische Wärmekapazität von 440 [J/(kg K)]: C_th = 450 [J/(kg K)]·0.025 kg = 11 [J/K]

Offensichtlich weisen Varianten der Transferleitung, z. B. eine Transferleitung mit einem innenliegenden Rohr mit einer anderen Wärmekapazität oder Transferleitungen unterschiedlicher Dicke eine andere spezifische Wärme und Wärmekapazität auf.
Die Transferleitung allgemein kann eine spezifische Wärmekapazität im Bereich ab ca. 100 J/(kg K), wie z. B. ab ca. 200 J/(kg K), wie z. B. ab 300 J/(kg K) oder ab ca. 400 J/(kg K), wie z. B. bis ca. 1000 J/(kg K), oder bis ca. 800 J/(kg K), wie z. B. bis ca. 600 J/(kg K) oder bis ca. 500 J/(kg K) aufweisen. Die Transferleitung kann eine spezifische Wärme von weniger als 1000 J/(kg K), weniger als ca. 800 J/(kg K), weniger als ca. 600 J/(kg K) oder weniger als ca. 500 J/(kg K) aufweisen.
Die Transferleitung nach der Erfindung bietet den Vorteil, dass ihre thermische Masse gering ist und dass sie somit relativ wenig Leistung zum Erwärmen benötigt. Allgemein kann die thermische Masse der Transferleitung nach dieser Erfindung weniger als ca. 50 J/K, weniger als ca. 40 J/K, weniger als ca. 30 J/K, weniger als ca. 20 J/K oder weniger als ca. 15 J/K betragen. Die thermische Masse der Transferleitung kann größer als ca. 5 J/K oder größer als ca. 10 J/K sein. Die thermische Masse kann im Bereich von ca. 5 bis ca. 50 J/K, ca. 5 bis ca. 40 J/K, ca. 5 bis ca. 30 J/K, ca. 5 bis ca. 20 J/K oder im Bereich von ca. 5 bis ca. 15 J/K liegen.
Die thermische Masse je Längeneinheit der Transferleitung kann weniger als ca. 100, weniger als ca. 50, weniger als ca. 40, weniger als ca. 30 oder weniger als ca. 25 [J/(K·m)] betragen. Die thermische Masse je Längeneinheit kann ebenfalls im Bereich von ca. 5 bis 30, bevorzugter im Bereich von ca. 10 bis 25 [J/(K·m)] liegen.
Die Transferkapillare ist vorzugsweise chemisch inert, wenigstens auf ihrer Innenfläche, um unerwünschte chemische Reaktionen zwischen der Kapillare und den Proben zu vermeiden, die die Transferleitung von einer GC-Säule kommend durchströmen. Dementsprechend kann die Transferkapillare auf mindestens ihrer Innenseite mit einem geeigneten inerten Material beschichtet sein. Die Transferkapillare kann eine Metallrohrleitung (z. B. Nickelrohrleitung) mit einer inerten Beschichtung seiner Innenfläche umfassen. Bei der inerten Beschichtung kann es sich um eine Beschichtung auf Siliziumbasis, einschließlich Sulfinert, oder andere glasartige Beschichtungen oder eine Polymerbeschichtung handeln. Die Beschichtung ist oder umfasst vorzugsweise eine Polyimidbeschichtung, wie z. B. Kapton oder Vespel.
Die flexible Transferkapillare ist vorzugsweise dazu ausgelegt, eine GC-Säule aufzunehmen, so dass die GC-Säule innerhalb eines der beheizten Bereiche der flexiblen Transferkapillare endet. Die Transferkapillare kann ebenfalls eine inerte Kapillare aufnehmen, die mit der GC-Säule verbunden ist. Die Kapillare kann an oder in der Nähe des Endes der beheizten Bereiche, innerhalb des zentralen Bereichs oder innerhalb des Eintrittsbereichs enden. Vorzugsweise endet die GC-Säule oder eine damit verbundene inerte Kapillare ca. 1 cm bis ca. 5 cm, vorzugsweise ca. 1 cm bis ca. 3 cm, bevorzugter ca. 2 cm vom distalen Ende des Eintrittsbereichs.
Die flexible Transferkapillare kann ferner dazu ausgelegt sein, an oder in der Nähe ihres Eintrittsendes an eine Versorgung mit inertem Trägergas, vorzugsweise Argon, angeschlossen zu werden, so dass das Trägergas in den Raum (Zwischenraum) zwischen der Transferkapillare und einer eingesetzten GC-Säule in einer Richtung zum Austrittsende der Transferkapillare hin fließen kann. Auf diese Weise fließen Proben, die die GC-Säule durchströmen, vom Ende der GC-Säule aus in die Transferkapillare, in der sie durch Trägergasstrom zu einem nachgeschalteten Spektrometer mitgeführt werden. Das Trägergas kann das Plasma bildende Gas der ICP-Ionenquelle (z. B. Argon, Helium oder Wasserstoff) oder ein Prozessgas der der Kapillare nachgeschalteten Vorrichtung sein. Typischerweise fließt im Zwischenraum zwischen der GC-Säule und der Transferkapillare ein Schutzgas, Argon, zusammen mit dem He aus der GC-Säule in eine ICP-Ionenquelle.
Die Widerstandsheizanordnung kann die Transferkapillare im Wesentlichen über ihre gesamte Länge umgeben. Die Heizanordnung kann auch in einem vorgegebenen Abstand vom Eintrittsende der Transferleitung enden, so dass während des Betriebs der Teil der Transferkapillare, der nicht von der Heizanordnung eingeschlossen ist, innerhalb des Ofens eines Gaschromatografen platziert wird, mit dem die Transferleitung verbunden ist. Auf diese Weise wird der Teil der Transferkapillare, der nicht durch die Widerstandsheizanordnung beheizt wird, vom GC-Ofen beheizt und somit auf einer geeigneten Temperatur gehalten. Die Widerstandsheizanordnung kann z. B. in einem Abstand im Bereich von ca. 1 cm bis ca. 20 cm, oder ca. 2 cm bis ca. 15 cm vom Eintrittsende der Transferleitung enden. Die Transferleitung ist dazu konzipiert, einen Abstand vom GC außerhalb des GC-Ofens zu einem Einlass eines Massenspektrometers zu überbrücken.
Die flexible Transferkapillare kann einen Innendurchmesser im Bereich von ca. 0,40 mm bis ca. 1,0 mm und einen Außendurchmesser im Bereich von ca. 1,0 mm bis ca. 2,5 mm aufweisen. Die Transferleitung, einschließlich der Heizanordnung, kann einen Außendurchmesser im Bereich von ca. 1,5 mm bis ca. 5 mm aufweisen.
Die Transferleitung kann weiterhin eine äußere elektrisch isolierende und/oder wärmeisolierende Hülse entlang mindestens eines Teils davon umfassen. Der Außendurchmesser der Transferleitung, einschließlich einer derartigen Isolierhülse, kann im Bereich von ca. 2,0 bis ca. 10 mm, vorzugsweise ca. 2,0 bis ca. 5 mm liegen. Die äußere Hülse kann einen Benutzer vor der Berührung des Widerstandsdrahtes bei Stromdurchfluss durch diesen schützen. Weiterhin könnte die Transferleitung unter einer Schutzhaube oder -Abdeckung platziert werden, um den Benutzer vor der heißen Oberfläche der Transferleitung zu schützen. Die Haube oder Abdeckung ist vorzugsweise starr und/oder vorzugsweise in einem Abstand von der Transferleitung angeordnet.
Die Transferleitung kann eine Gesamtlänge im Bereich ab ca. 20 cm, wie z. B. ab ca. 30 cm, wie z. B. ab ca. 40 cm, bis ca. 100 cm, oder bis ca. 80 cm, wie z. B. bis ca. 70 cm, noch bevorzugter ca. 50 cm, aufweisen.
Die Gaschromatografie-Transferleitung ist außerordentlich flexibel, was das einfache Zusammenfalten oder Krümmen ermöglicht, ohne die Leitung zu stark zu belasten oder die Leitung zu brechen. Hier bezeichnet der Begriff „flexibel” die Funktion der Transferleitung als solcher. Beim Gebrauch, z. B. zum Anschließen der Transferleitung an einen beweglichen ICP-Brenner oder eine andere bewegliche Komponente eines Massenspektrometers, muss die Transferleitung während des Gebrauchs gebogen werden können, zumindest beim anfänglichen Einrichten, z. B. bei der Feineinstellung oder Ausrichtung des ICP-Brenners. Die Transferleitung ist vorzugsweise ausreichend flexibel, um faltbar zu sein, wobei eine ICP-Quelle nur wenig oder nicht belastet wird (im Wesentlichen unbelastet), wenn sie an ihrem Austrittsende mit der ICP-Quelle verbunden wird und die ICP-Quelle bewegt wird, typischerweise in 3 Richtungen bewegt wird. Die Transferleitung weist vorzugsweise einen Biegeradius von weniger als ca. 40 mm, bevorzugter von weniger als ca. 35 mm, bevorzugter von weniger als ca. 30 mm, bevorzugter von weniger als ca. 25 mm, bevorzugter von weniger als ca. 20 mm, bevorzugter von weniger als ca. 15 mm und noch bevorzugter von weniger als ca. 12 mm auf. Der Begriff „Biegeradius”, wie er hier verwendet wird, bezeichnet den Mindestradius (gemessen an der inneren Krümmung), um den die Transferleitung gebogen werden kann, ohne beschädigt zu werden, wie z. B. durch Knicken. Somit bedeutet ein kleiner Biegeradius höhere Flexibilität.
Die Transferleitung ist auch leicht, wodurch sie die Komponenten, an die sie angebaut ist, nur wenig belastet. Vorzugsweise hat die Transferleitung ein Gewicht von weniger als ca. 100 g, vorzugsweise weniger als ca. 50 g, und bevorzugter weniger als 30 g. Selbstverständlich ist das Gewicht der Transferleitung von ihrer Länge abhängig. Allerdings besteht ein Vorteil der Transferleitung in ihrer geringen Dichte. Die Transferleitung hat vorzugsweise ein Gewicht je Längeneinheit von weniger als ca. 200 g/m, vorzugsweise weniger als ca. 100 g/m und bevorzugter weniger als 50 g/m.
An die Transferleitung kann bzw. können ein oder mehrere Temperatursensoren angebaut oder in sie integriert werden, um die Isttemperatur der – oder in – der Transferleitung zurückzumelden. Vorzugsweise ist der Temperatursensor so angeordnet, dass er die Transferkapillare berührt. Im Idealfall befindet sich ein derartiger Sensor in der Transferkapillare. Ein derartiger Temperatursensor kann Rückmeldung an eine Temperatursteuereinheit liefern. Die Temperatursteuereinheit kann vorzugsweise einen Computer oder Prozessor umfassen und Software zur Regelung der Stromversorgung basierend auf der Temperaturrückmeldung nutzen. Die Temperatursteuereinheit kann an die Stromversorgung/Stromversorgungen angeschaltet sein, die die Widerstandsheizanordnung mit Strom versorgen, so dass der Austritt der Stromversorgung an die Widerstandsheizanordnung angesteuert und dadurch die Temperatur der flexiblen Transferkapillare geregelt wird.
Die Temperatursteuereinheit und die Stromversorgung können Bestandteil einer Ofensteuereinheit zur Regelung der Temperatur eines GC-Ofens sein, in dem sich die GC-Säule befindet. Dadurch kann dasselbe Steuergerät zur Regelung der Temperatur im GC-Ofen und in der Transferkapillare eingesetzt werden. Es kann günstiger sein, dass die Temperatur des GC-Ofens und der Transferkapillare völlig oder fast identisch sind. Die Ofensteuereinheit kann somit dazu betrieben werden, gleichzeitig die Temperatur der flexiblen Transferkapillare und die Temperatur des GC-Ofens hochzufahren. Somit kann die Heizung der Transferleitung dazu ausgelegt sein, die Temperatur der Transferkapillare im Wesentlichen gleichzeitig mit entsprechenden Temperaturänderungen des GC-Systems, mit dem die Transferleitung verbunden ist, zu verändern. Die Ofensteuereinheit kann dazu betrieben werden, die Temperatur der Transferkapillare und des GC-Ofens zu regeln, so dass die beiden im Einsatz im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweisen. In einer Ausführungsform werden die Temperaturänderungen des GC-Systems durch die Programmierbare Temperatur-Verdampfungs-(PTV)-Einheit des GC geregelt, die somit als Ofensteuereinheit fungiert. In einer Ausführungsform kann das GC-System die Programmierbare Temperatur-(PTV)-Verdampfungseinheit regeln, die in einigen Ausführungsformen der Temperaturrampe des GC-Ofens folgt. Vorzugsweise liegt die Temperaturdifferenz der beiden (GC-Ofen und Transferkapillare) im Bereich von ca. 40°C, bevorzugter im Bereich von ca. 30°C, noch bevorzugter im Bereich von ca. 20°C, und noch stärker bevorzugt im Bereich von ca. 10°C und am bevorzugtesten im Bereich von ca. 5°C. Im Gegensatz dazu liegt in GC-MS-Transferleitungen nach dem früheren Stand der Technik mangelnde Softwaresteuerung der Heizung und die physikalische Unmöglichkeit einer Transferleitung vor, auf die Temperaturänderungen des GC-Ofens schnell genug zu reagieren, um effektiv dieselbe Temperatur wie der GC-Ofen während eines Hochfahr-GC-Temperaturprogramms zu erreichen: Die Fähigkeit zum schnellen Aufheizen und Abkühlen ist abhängig von der niedrigen thermischen Masse der Transferleitung der Erfindung.
Es kann günstiger sein, dass das Ofensteuergerät die Temperatur der Transferkapillare so regelt, dass sie im Bereich von ca. 30°C unterhalb bis ca. 10°C oberhalb der des GC-Ofens liegt, vorzugsweise im Bereich von ca. 30°C unterhalb der des GC-Ofens bis zu derselben Temperatur wie dieser.
Die Transferleitung bietet den Vorteil, dass ihre Temperatur schnell hochgefahren werden kann, und ihre Temperatur im Wesentlichen entlang ihrer Länge konstant gehalten wird. Somit kann die Transferleitung und der Temperaturregler, mit dem sie verbunden ist, dazu ausgelegt werden, die Temperatur der Transferleitung mit einer Geschwindigkeit hochzufahren, die im Bereich zwischen ca. 10°C/min bis ca. 200°C/min, vorzugsweise ca. 10°C/min bis ca. 100°C/min, bevorzugter ca. 10°C/min bis ca. 60°C/min, liegt.
Die Transferleitung kann auf eine Temperatur erwärmt und auf ihr gehalten werden innerhalb eines Temperaturbereichs mindestens im Bereich von ca. 50°C bis ca. 350°C, vorzugsweise ca. 200°C bis ca. 320°C, wobei die Transferleitung ein Temperaturprofil über mindestens 90% ihrer Länge mit einer Temperaturveränderung von weniger als ±5% aufrechterhalten kann.
Bevorzugter kann die Transferleitung auf eine Temperatur erwärmt und auf ihr gehalten werden innerhalb eines Temperaturbereichs umfassend mindestens den Bereich von ca. 50°C bis ca. 350°C, vorzugsweise ca. 200 bis ca. 320°C, wobei die Transferleitung ein Temperaturprofil über mindestens 95% ihrer Länge mit einer Temperaturveränderung von weniger als ±15%, bevorzugter mit einer Temperaturveränderung von weniger als ±10%, noch bevorzugter mit einer Temperaturveränderung von weniger als ±5%, noch bevorzugter mit einer Temperaturveränderung von ±3% aufrechterhalten kann.
Weiterhin kann die Transferleitung auf eine Temperatur erwärmt und auf ihr gehalten werden innerhalb eines Temperaturbereichs umfassend mindestens den Bereich von ca. 200° bis ca. 320°C, wobei die Transferleitung ein Temperaturprofil über ihre Länge, vorzugsweise über mindestens 95% ihrer Länge, bevorzugter über ihre gesamte Länge, umgeben von der Widerstandsanordnung oder -Schicht bei einer relativen Standardabweichung (RSD) von weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15%, noch bevorzugter weniger als 10% aufrecht erhalten kann.
Die Transferleitung nach der Erfindung ist zweckmäßig zum Überführen von gasförmigen Proben zwischen einzelnen Komponenten von Analysesystemen. Die Transferleitung ist insbesondere zweckmäßig für das Überführen von Effluenten (umfassend Träger- und Elutionsproben-Komponenten) von einem Gaschromatografen zu einem nachgeschalteten Spektrometer. Das Spektrometer kann z. B. ein optisches Spektrometer oder ein Massenspektrometer sein. Die Transferleitung kann daher dazu ausgelegt werden, durch ihr Eintrittsende mit einer Gaschromatografiesäule und durch ihr Austrittsende mit einem Massenspektrometer oder optischem Spektrometer verbunden zu werden. Die Transferleitung kann insbesondere an einem Austrittsende der Transferkapillare dazu ausgelegt sein, mit einer Ionenquelle mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP), vorzugsweise einer ICP-Quelle eines Massenspektrometers oder eines optischen Spektrometers, verbunden zu werden. Der Vorteil der leichten und flexiblen Beschaffenheit der Transferleitung ist ein klarer Vorteil bei derartigen Konfigurationen, da das Risiko einer Beschädigung des ICP-Brenners durch die ICP-Quelle oder deren Motor bei der Brennerbewegung weitestgehend ausgeschaltet ist.
Entsprechend kann die Transferleitung mit einer ICP-Ionisierungsquelle verbunden werden, die einen ICP-Brenner umfasst, der durch einen Motorantrieb in drei Dimensionen (x, y, z) beweglich ist, wobei die Richtung z im Allgemeinen die Axialrichtung der Transferleitung darstellt und die x-, y-Achsen senkrecht zu z stehen. Der Bewegungsbereich des ICP-Motorantriebs kann z. B. im Bereich von 2–20 mm entlang jeder der drei Dimensionen x, y, z liegen. So kann z. B. der Bewegungsbereich bis zu ca. 10–20 mm betragen, vorzugsweise bis ca. 15 mm, entlang der z-Richtung, und bis zu ca. 2–6 mm, vorzugsweise bis ca. 4 mm, entlang der x- und y-Richtung. Die Transferleitung kann eine Verschiebekraft des Austrittsendes der Transferleitung aufweisen, wenn übrige Teile der Transferleitung befestigt sind, die dazu angepasst ist, kleiner zu sein als die Betätigungskraft des Motors. Die Verschiebekraft in den einzelnen Dimensionen (x, y, z) (von einem Motor zum Bewegen, Heben oder Biegen des Austritts der Transferleitung – bei befestigtem Eintrittsende – erforderliche Kraft) kann weniger als ca. 10 N, weniger als ca. 5 N, weniger als ca. 2 N, weniger als ca. 1 N, weniger als ca. 0,5 N betragen. Die Verschiebekraft beträgt vorzugsweise weniger als ca. 2 N, bevorzugter weniger als ca. 1,5 N, noch bevorzugter weniger als ca. 1 N, jedoch noch bevorzugter weniger als 0,5 N.
Die Flexibilität der Transferleitung ermöglicht somit eine dreidimensionale Bewegung der Leitung und insbesondere des Austrittsendes, wenn das Eintrittsende an eine GC-Schnittstelle angeschlossen ist (d. h. Heben, Senken, Bewegen nach links oder rechts des Austrittsendes, und auch einschließlich des Bewegens des Austrittsendes in der Richtung weg vom oder hin zum GC-Ofen, und jede Kombination der vorstehenden allgemeinen Bewegungsrichtungen, und auch einschließlich des Faltens der Transferleitung zu einer ”gekrümmten” oder ”federartigen” Form. Wie bereits erwähnt, wird jede dieser Bewegungen vorzugsweise mit einer geringen Verschiebekraft ausgeführt, wie z. B. mit einem der vorstehend erwähnte Werte. Typischerweise kann, wie vorstehend aufgeführt, die Bewegung des Austrittsendes der Transferleitung mit der GC MS-Anordnung bei mit einem Gaschromatografen verbundenen Eintrittsende durch drei orthogonale Motoren, die am Injektor des Massenspektrometers angebaut sind (welches das Austrittsende der Transferleitung aufnimmt), mit einer Verschiebekraft, die vorzugsweise weniger als 1 N in beiden Richtungen beträgt, herbeigeführt werden.
Es ist auch ein Herstellungsverfahren für eine Gaschromatografie-Transferleitung vorgesehen, insbesondere eine Transferleitung, die einen Widerstandsdraht umfasst, wie vorstehend beschrieben. Das Verfahren kann folgende Schritte umfassen:

a. Bereitstellen einer Transferkapillare und mindestens eines um die Transferkapillare zu wickelnden Widerstandsdrahtes;
b. Abgeben des Widerstandsdrahtes auf die Transferkapillare an einem Abgabepunkt, während gleichzeitig die Transferleitung mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit gedreht wird; wobei die Längsbewegung des Abgabepunktes relativ zur Transferkapillare (oder umgekehrt die Längsbewegung der Transferkapillare relativ zum Abgabepunkt oder beide Bewegungen gleichzeitig) variabel ist, um die gewünschte Steigung des Widerstandsdrahtes entlang der Transferkapillare herzustellen.

Alternativ kann das Verfahren folgende Schritte umfassen:

a. Bereitstellen einer Transferkapillare und mindestens eines um die Transferkapillare zu wickelnden Widerstandsdrahtes;
b. Bewegen des Drahtabgabepunktes mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang der Länge der Transferkapillare, während gleichzeitig die Transferkapillare mit einer Rotationsgeschwindigkeit gedreht wird, die einstellbar ist, so dass die gewünschte Steigung des Widerstandsdrahtes entlang der Transferkapillare hergestellt wird.

Bei einer weiteren Alternative zur Herstellung der gewünschten Steigung des Widerstandsdrahtes entlang der Transferkapillare kann das Verfahren die beiden vorstehenden Ansätze umfassen, d. h. Verändern der Geschwindigkeit der relativen Bewegung des Drahtabgabepunktes und der Transferkapillare entlang der Länge der Kapillare bei gleichzeitiger Drehung der Transferkapillare mit einer einstellbaren Rotationsgeschwindigkeit.
Die Transferkapillare kann jede geeignete Transferkapillare sein, wie vorstehend beschrieben, d. h. es kann sich um eine Transferkapillare handeln, die eine Metallrohrleitung mit einer inerten Beschichtung auf ihrer Innenfläche umfassen kann, wie z. B. ein Edelstahlrohr, Nickelrohr oder ein Rohr aus einem anderen geeigneten Metall oder einer anderen geeigneten Metallverbindung.
Die Transferkapillare kann vorgeformte Rillen entlang deren Länge aufweisen, wobei die Rillen spiralförmig übereinstimmend mit der beabsichtigten Steigung des Widerstandsdrahtes entlang der Länge der Transferkapillare ausgebildet sind. Die Rillen können dazu verwendet werden, das Positionieren des Drahtes bei dessen Abgabe zu unterstützen. Daher kann das Verfahren die Bereitstellung einer derartigen Kapillare zum Umwickeln mit einem Draht beinhalten.
Es kann ebenfalls ein Klebstoff bereitgestellt werden, um den Widerstandsdraht an der Transferkapillare zu befestigen. Der Klebstoff kann vorzugsweise ein Hochtemperaturkleber sein, der den Langzeit-Betriebstemperaturen der Transferleitung standhält, z. B. Temperatur im Bereich von ca. 200°C bis ca. 350°C. So könnte z. B. eine Hochtemperatursiliziumkautschukdichtung verwendet werden, die einen Temperaturbereich von –65°C bis +300°C aufweist. Das Verfahren kann daher weiterhin die Verwendung von Hochtemperaturkleber zum Befestigen des Widerstandsdrahtes auf der Transferkapillare in seiner Position umfassen.
Die Transferleitung nach der Erfindung kann insbesondere verwendet werden für den Anschluss von Analysesystemen, die gasförmige Proben umfassen, bei denen die Temperaturbeständigkeit und/oder Temperaturregelung eine wichtige Rolle spielen. Dementsprechend bietet die Erfindung auch Analysesysteme, die eine Transferleitung wie in diesem Schriftstück beschrieben umfassen, wie z. B. Systeme, die einen Gaschromatografen und ein optisches Spektrometer enthalten, oder Systeme, die einen Gaschromatografen und ein Massenspektrometer enthalten. Derartige Systeme können jede Transferleitung, wie vorstehend beschrieben, enthalten, und können auch eine oder mehrere Stromversorgungen, Regler, Temperatursensoren und Temperaturregler usw. enthalten, einschließlich der vorstehend beschriebenen.
Analysesysteme können z. B. ein Gaschromatografie-Massenspektrometrie-(GC-MS)-System sein, das einen Gaschromatografen, eine oder mehrere Transferleitungen, wie hier beschrieben, und ein Massenspektrometer umfassen kann, und wobei das System und die Transferleitung Verbindungsmittel aufweisen, z. B. dass die Transferleitung ein Eintrittsende aufweist, das fluidisch mit dem Gaschromatografen verbunden werden kann, und ein Austrittsende, das fluidisch mit dem Massenspektrometer verbunden werden kann. Somit kann eine Probe kontinuierlich vom Gaschromatografen über die Transferleitung in das Massenspektrometer – insbesondere in dessen Ionenquelle – fließen.
Das System kann ebenfalls eine oder mehrere Stromversorgungen, Temperatursensoren und Temperaturregler umfassen, um die Transferleitung mit Strom zu versorgen und deren Temperaturregelung zu ermöglichen. Diese Stromleitungen, Sensoren und Regler können im Vorstehenden beschrieben sein.
So können z. B. eine Temperatursteuereinheit und eine Stromversorgung zur Regulierung der Temperatur in der Transferleitung Bestandteil einer Ofensteuereinheit des Gaschromatografen zur Regelung der Temperatur eines GC-Ofens sein, in dem sich der Gaschromatograf befindet. Die Ofensteuereinheit kann dazu betrieben werden, die Temperatur der flexiblen Transferkapillare und die Temperatur des GC-Ofens synchron hochzufahren, so dass die Transferkapillare und der GC-Ofen im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweisen.
Der Temperatursensor kann so kalibriert werden, dass seine Anzeige oder seine Readback-Werte um das Verhältnis oder die Differenz zwischen der Temperatur in der Transferleitung und der „scheinbaren” Temperatur an der Sensorposition über dem entsprechenden Temperaturbereich korrigiert werden. Mit anderen Worten: selbst falls der Temperatursensor keine genaue Temperaturmessung innerhalb der Transferkapillare liefert, kann seine Anzeige basierend auf einer Bestimmung der tatsächlichen Temperatur in der Transferkapillare für jede gegebene Einstellung kalibriert werden, und die Anzeige oder die Readback-Werte des Temperatursensors können entsprechend während des Normalbetriebs eingestellt werden. Eine derartige Korrektur kann auf dem Verhältnis von bzw. der Differenz zwischen der Temperatur innerhalb der Transferleitung und der scheinbaren oder gemessenen Temperatur an der Sensorposition in der Transferleitung innerhalb des Betriebs-Temperaturbereichs basieren. Bei Bedarf kann eine derartige Kalibrierung für verschiedene Temperaturbereiche ausgeführt werden und eine entsprechende Korrektur für jeden gegebenen Temperaturbereich zur Anwendung kommen.
Die vorstehenden Merkmale sowie zusätzliche Details der Erfindung werden in den nachstehenden Beispielen weiter beschrieben, die der weitergehenden Veranschaulichung der Erfindung dienen sollen, jedoch nicht dazu gedacht sind, deren Geltungsbereich in irgendeiner Weise einzuschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Der Fachmann wird verstehen, dass die nachstehend beschriebenen Zeichnungen nur zur Veranschaulichung dienen. Die Zeichnungen sollen den Geltungsbereich der vorliegenden Lehren in keiner Weise einschränken.
1 zeigt Temperaturprofile entlang einer Transferleitung nach dem früheren Stand der Technik (A) und eine Transferleitung nach dem verbesserten früheren Stand der Technik (B), wobei die Leitungsenden zusätzliche Wärmeisolierung aufweisen.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Innenrohres einer Transferleitung nach der Erfindung. Ein beschichteter Widerstandsdraht (Ader) ist um das Innenrohr gewickelt. Es sind drei Bereiche (I, II, III) dargestellt, in denen die Wicklungen jeweils eine Steigung von d1, d2 bzw. d3 aufweisen.
3 zeigt eine Seitenansicht einer Transferleitung nach der Erfindung. Dargestellt ist eine GC-Säule, die in das Innenrohr der Transferleitung eingesetzt ist, die mit zwei Schichten Widerstandsdraht umwickelt ist (getrennt durch eine Hülse aus elektrisch isolierendem Material wie Glasfaser), wobei eine erste Schicht Bereiche (II, III) mit unterschiedlicher Steigung (d2, d3) und eine zweite Schicht eine gleichförmige Steigung (d4) aufweist. Das Rohr ist mit einer wärmeisolierenden Schicht gekapselt.
4 zeigt ein Temperaturprofil einer Transferleitung nach der Erfindung.
5 zeigt den Beitrag der ersten (A) und zweiten (B) Schicht des Widerstandsdrahtes zum Temperaturprofil der Transferleitung.
6 zeigt eine schematische Darstellung von drei alternativen Ausführungsformen, wobei die Temperatur entlang der Transferleitung variiert werden kann. (A) Eine Pulsweitenmodulation der Drahtwicklung, wobei sich in regelmäßigen Abständen angeordnete Spuleneinheiten in kürzerem Abstand innerhalb von Bereichen wiederholen, die proximal zu beiden Enden der Transferleitung angeordnet sind; (B) eine Variante einer Pulsweitenmodulation, wobei die Breite der Spuleneinheit entlang der Transferleitung variiert wird; (C) eine Konfiguration, bei der drei getrennte Drähte entlang der Transferleitung verlaufen, was das Variieren der auf die einzelnen Drähte angelegten Leistung zur Erzeugung einer variablen Erwärmung entlang der Länge ermöglicht.
7 zeigt eine schematische Ansicht eines GC-MS-Instrumentenaufbaus, in den eine Transferleitung nach der Erfindung integriert ist.
8 zeigt Auswirkungen der Auswahl der Transferleitung auf die analytische Auflösung bei GC-MS. (A) zeigt ein Chromatogramm, für das eine Transferleitung nach einem früheren Stand der Technik verwendet wird, während (B) ein Chromatogramm zeigt, das mit einer Transferleitung nach der Erfindung hergestellt wurde.
9 zeigt, wie die Laufzeit der analytischen Trennverfahren mittels einer Transferleitung nach der Erfindung verkürzt werden kann. Dargestellt sind (A) Ergebnisse des 30-min-Durchlaufs und (B) Ergebnisse des 20-min-Durchlaufs.
10 zeigt eine Veranschaulichung einer möglichen Verbindung zwischen dem Austritt der Transferleitung und einem ICP.
11 zeigt eine Detailansicht der Schnittstelle der Transferleitung mit einem GC-Ofen.
12 zeigt eine flexible Transferleitung, die zwischen einem GC-System (GC) und einem Massenspektrometer (MS) angeschlossen ist.
Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen
Nachstehend werden die beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Diese Beispiele sollen ein gründlicheres Verständnis der Erfindung ermöglichen, ohne deren Geltungsbereich einzuschränken.
In der nachfolgenden Beschreibung wird eine Abfolge von Schritten beschrieben. Der Fachmann wird erkennen, dass – außer wenn der Kontext dies erfordert – die Reihenfolge der Schritte nicht ausschlaggebend für die resultierende Konfiguration und deren Wirkung ist. Weiterhin wird es für den Fachmann ersichtlich sein, dass unabhängig von der Reihenfolge der Schritte das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Zeitverzögerung zwischen den Schritten zwischen einigen oder allen der beschriebenen Schritte gegeben sein kann.
Unter Bezugnahme auf 1 sind Temperaturprofile einer Transferleitung nach dem früheren Stand der Technik veranschaulicht. Typische Transferleitungen nach dem früheren Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass sie an ihren Enden mit Steckverbindern aus Stahl versehen sind. Falls diese Stahl-Steckverbinder nicht isoliert sind, findet aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit der Steckverbinder signifikanter Wärmeverlust statt. Dies wird durch das Temperaturprofil in 1 dargestellt, wobei an beiden Enden der Transferleitung ein sehr starker Temperaturabfall gegenüber der Temperatur von ca. 320°C in Leitungsmitte stattfindet. Dieser Temperaturabfall führt zu signifikantem Wärmeverlust zu beiden Enden der Transferleitung hin, was zu einer signifikanten Peakerweiterung während einer typischen GC-MS-Analyse führt.
Eine Lösung für die Bereitstellung eines einheitlichen Temperaturprofils entlang einer Transferleitung ist veranschaulicht in 2. Es ist eine Transferleitung 1 veranschaulicht, die ein Rohr oder eine Kapillare 4 aufweist, die ein wärmeleitfähiges Material umfasst, typischerweise ein Metallrohr, das auf seiner Innenfläche mit inertem Material beschichtet ist, wie z. B. ein Ni-Rohr, das mit einer inerten Beschichtung auf Siliziumbasis versehen ist, wie z. B. Sulfinert^TM. Es ist ein wichtiges Merkmal des Rohres, dass es eine niedrige thermische Masse aufweist und flexibel ist (kleiner Biegeradius), wie in diesem Schriftstück beschrieben. Wenn sich das Rohr 4 an Ort und Stelle befindet, umschließt es einen Endabschnitt einer GC-Säulenkapillare 2, die in die Transferleitung eingesetzt ist. Zwischen der inneren Oberfläche des Rohres 4 und der äußeren Oberfläche der GC-Säulenkapillare 2 befindet sich ein Ringraum, z. B. für einen Gasstrom, wie nachstehend beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird die GC-Kapillare in die Transferleitung eingesetzt, so dass sie bis in Nähe des Endes der Transferleitung verläuft und massenspektrometerseitig ein Abstand von 5 bis 10 cm vom Ende der Transferleitung verbleibt. Allerdings zeigten Versuche des Aufbaus, dass es ebenfalls möglich ist, ein hochwertiges Chromatogramm zu erhalten, wenn die GC-Kapillare so in das Rohr 4 eingesetzt ist, dass eben ein kurzer Abstand zum Rohr-Eintrittsende verbleibt, wie z. B. im Bereich von 2–5 cm, 2, 3 oder 4 cm. Ein Widerstandsdraht 3 wird spiralförmig um das wärmeleitfähige Rohr 4 gewickelt. Die Wicklung des Drahtes weist eine Steigung von d3 im Eintrittsendbereich (Eintrittsbereich III), eine Steigung von d1 zum gegenüber liegenden Ende des Rohres (Endbereich I), die kleiner ist als die Steigung d2 in Rohrmitte (zentraler Bereich II), auf. Die verminderte Steigung an den Enden sorgt für verstärkte Erwärmung zum Ende des Rohres hin, um Wärmeverlust an den Enden auszugleichen und somit eine gleichmäßige Wärme über das gesamte Rohr 1 hinweg bereitzustellen. Die Steigung d1, d2 und d3 kann je nach dem im Rohrverwendeten Material, der Länge des Rohres, seiner Isolierung und der Verbindungen an beiden Enden nach Bedarf eingestellt werden, um über die gesamte Rohrlänge hinweg eine geeignete Temperatur während des Normalbetriebs herzustellen. Der End- ebenso wie der Eintrittsbereich kann 10 bis 40% der Gesamtlänge der Transferkapillare einnehmen. So kann z. B. bei einer 50 cm-Transferleitung der End- oder Eintrittsbereich 5–20 cm der Transferleitung einnehmen.
Der Widerstandsdraht 3 kann auch in zwei Schichten oder Wicklungen um das Innenrohr herum gewickelt werden 4. Eine Transferleitung mit einer derartigen doppelten Wicklung wird veranschaulicht in 3. Die GC-Kapillare 2 wird von einem wärmeleitfähigen Rohr 4 eingeschlossen. Der Widerstandsdraht ist in zwei Schichten um das Rohr 4 (das von einer Hülse aus elektrisch isolierendem Material wie Glasfaser abgedeckt ist) gewickelt. Die erste Schicht wird durch Wickeln des Drahtes 3 auf eine Weise hergestellt, dass die Steigung d3 zum Ende des Rohres 1 hin kleiner ist als zu dessen Mitte (d2). Eine kleinere Steigung d1 ist vorzugsweise ebenfalls am anderen Ende des Rohres vorgesehen, das in dieser Abbildung nicht dargestellt ist.
Es ist eine zweite Drahtschicht/-Wicklung vorhanden, wobei die zweite Wicklung eine gleichförmige Steigung d4 aufweist und die erste Wicklung einschließt. Eine Hülse 13 aus elektrisch isolierendem Material wie Glasfaser ist zwischen den beiden Wicklungen vorgesehen. Vorzugsweise sind die Drähte ebenfalls mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet, wie z. B. einem Kapton-Film. Die Kapselung der äußeren Wicklung ist eine Schicht eines wärmeisolierenden Materials, wie z. B. eine Hülse aus Glaswolle.
Die Transferleitung bietet ein sehr stabiles Temperaturprofil entlang ihrer Länge. Somit, wie in 4 dargestellt, ist die Temperatur entlang der Transferleitung bei Aufheizen auf ca. 320°C sehr konstant und weist nur geringfügige Abweichungen an den Enden der Transferleitung auf. Insgesamt weist die Temperaturschwankung entlang der Leitung eine Standardabweichung von nur ca. 21°C auf, was einer relativen Standardabweichung von ca. 6,7% entspricht.
Um die Vorteile des Vorliegens von zwei Wicklungen des Widerstandsdrahtes weiter zu veranschaulichen, wobei der erste eine ungleichförmige Steigung (dichter zu den Enden hin) und der zweite eine gleichförmige Steigung aufweist, geben die in 5 gezeigten Daten an, wie die einzelnen Wicklungen zum Temperaturprofil beitragen. Somit zeigt 5A das Temperaturprofil der Transferleitung, wenn nur die erste Wicklung angelegt ist. Obwohl das Temperaturprofil insgesamt durchaus gleichförmig ist, zeigt es einen leichten Peak in der Nähe beider Enden, mit einem kleinen ungefähr symmetrischen Abfall zentriert in der Mitte der Transferleitung. Dagegen ist das Temperaturprofil nur der zweiten Leitung angegeben in 5B. Das Profil weist Temperaturabfälle zu beiden Enden hin auf, mit erhöhter Temperatur zwischen den Enden, die einen Peak in der Mitte der Transferleitung aufweist. Somit ist ersichtlich, dass die zweite Wicklung das Temperaturprofil entlang der Transferleitung stabilisiert und ausgleicht und geringfügige Unzulänglichkeiten im Temperaturprofil der ersten Drahtwicklung kompensiert.
Die beiden Widerstandsdrahtwicklungen ergänzen sich gegenseitig, wobei die Gesamtwirkung von beiden der 4 entspricht. Der geringfügige Peak an den Enden der Säule, der sich aus der ersten Wicklung ergibt, wird durch den Abfall aufgrund der zweiten Wicklung kompensiert, und umgekehrt zur Mitte der Transferleitung hin. Das Gesamtergebnis ist das einer Transferleitung mit einem sehr gleichförmigen Temperaturprofil, wie angegeben in 4 entspricht.
Alternative Ausführungsformen zum Erreichen einer variablen Erwärmung entlang der Transferleitung sind veranschaulicht in 6. A zeigt ein Transferrohr, um das ein Draht in einer sogenannten Pulsweitenkonfiguration gelegt ist (in regelmäßigen Abständen angeordnete, relativ kurze Einheiten von Wickeldraht (”Spuleneinheit”)). Die Spuleneinheit ist relativ kurz, verglichen mit der Gesamtlänge der Transferleitung. Somit ist eine Spuleneinheit vorhanden (angegeben durch drei Wicklungen, die sich in regelmäßigen Abständen wiederholen), die sich mit einem ersten Abstand d1 zwischen Einheiten zu einem Ende des Rohres hin, einem zweiten Abstand d2 in einem zentralen Segment des Rohres und einem dritten Abstand d3 zum anderen Ende des Rohres hin wiederholt. Dadurch, dass Abstand d2 größer ist als d1 und/oder d3, kann eine verminderte Wärmeübertragung durch die Spule im zentralen Bereich des Rohres statt an den beiden Rohrenden auftreten, um den größeren Wärmeverlust an den jeweiligen Enden auszugleichen.
B zeigt eine alternative Ausführungsform. Hier liegen zwei verschiedene Typen von „Spuleneinheiten” vor, die sich in einem festen Intervall d1 entlang des Rohres wiederholen. Die erste Einheit, die sich an beiden Enden des Rohres wiederholt, ist breiter (mehr Wicklungen) als die zweite Einheit, die sich im mittleren Rohrbereich wiederholt. Der Gesamteffekt ist vergleichbar zu dem in A, d. h. die Wärmeübertragung an den Rohrenden ist größer als in der Mitte.
Eine dritte alternative Ausführungsform wird in C gezeigt, wo drei Drähte als um das Rohr gewickelt dargestellt werden. Ein erster Draht ist an einem Rohrende gewickelt, ein zweiter Draht ist am anderen Ende gewickelt und ein dritter Draht ist im mittleren Bereich des Rohres gewickelt. Durch Variieren der an die Drähte angelegten Leistung kann das Beheizen der einzelnen Drähte nach Belieben variiert werden, z. B. indem man die Rohrenden durch Anlegen von höherer Leistung mit mehr Wärme beaufschlagt.
Transferleitungen nach der Erfindung können in Instrumentenanwendungen zum Einsatz kommen, für die Verbindungen zwischen Komponenten bei konstanter Temperatur erforderlich sind. So kann z. B. die Transferleitung außerordentlich zweckmäßig sein zum Anschließen eines Gaschromatografen (GC) an ein Massenspektrometer oder ein optisches Spektrometer. Bei derartigen Anwendungen erfüllt die GC-Säule die Funktion, verschiedene Komponenten einer Probe, die injiziert wird, aufzutrennen, und das nachgeschaltete Massenspektrometer und/oder das optische Spektrometer kann dazu verwendet werden, Komponenten der Probe zu erfassen, während sie von der GC-Säule zugeführt werden, und/oder um zusätzliche Trennung von Probenkomponenten zu erreichen.
Ein beispielhafter Aufbau eines GC-MS-Instruments, der sich der Transferleitung bedient, ist veranschaulicht in 7. Abgebildet ist ein Gaschromatograf 20, der eine GC-Säule 21 enthält, die typischerweise in einem thermisch kontrollierten Raum (z. B. einem GC-Ofen) bereitgestellt wird. Die GC-Säule ist mit dem Transferrohr 4 der Transferleitung 1 über einen gasdichten T-Steckverbinder 22 verbunden. Die GC-Säule stellt eine gasdichte Verbindung mit dem T-Steckverbinder an einer Seite her und verläuft durch den Steckverbinder und in das Transferrohr 4, das mit dem Ende des T-Steckverbinders auf der Gegenseite verbunden ist. In dieser Ausführungsform verläuft die GC-Säule ca. 12 cm in die Transferkapillare hinein, 10 cm von der Transferkapillare erstrecken sich aus dem beheizten Eintrittsbereich der Transferleitung heraus und befinden sich innerhalb des thermisch kontrollierten Raumes (Ofenraum) des GC. Somit erstreckt sich die GC-Säule in dieser Konfiguration ca. 2 cm in den beheizten Bereich der Transferleitung hinein. Eine Gasleitung 31 zur Bereitstellung von Argongas (Ar) in die Transferleitung ist ebenfalls mit dem T-Steckverbinder verbunden. An ihrem anderen Ende ist die Gasleitung 31 mit einer Gasversorgung eines Massenspektrometers verbunden. Die Gasleitung kann aus jedem geeigneten inerten Material hergestellt werden. Das Rohr kann z. B. aus Sulfinert-beschichtetem Nickel hergestellt sein. Die Länge des Rohres 4 der Transferleitung in diesem Beispiel beträgt 50 cm. Die typischen Durchmesserbereiche von GC-Säulen betragen ID = 0,1 – 0,25 mm, AD = 0,32 mm. Der Durchmesser (ID und AD) des Rohres 4 in diesem Beispiel beträgt ID = 0,46 mm AD = 1,53 mm.
Während des Betriebs wird Ar-Gas durch das Gasrohr 31 und in das Rohr 4 der Transferleitung 1 zugeführt. Die Ar-Gasleitung wird durch den GC-Ofen beheizt, wodurch sicherstellt wird, dass das Ar-Gas bei Eintritt in die Transferleitung erwärmt ist. Dies ist wichtig, um Kondensation zu vermeiden, die dadurch entstehen könnte, dass kaltes Ar-Gas in das Rohr der Transferleitung eintritt. Der Anschluss der Ar-Gasleitung an die Transferleitung befindet sich daher vorzugsweise innerhalb des GC-Ofens, so dass das Ar beim Eintritt in die Transferleitung die geeignete Temperatur aufweist. Das Ar-Gas wird durch das Rohr um das eingeschlossene Ende der GC-Säule dem Massenspektrometer 30 zugeführt. Während Probengas aus der GC-Säule austritt, mischt sich das Probengas mit dem Ar-Gas, das durch das Rohr 4 strömt.
Die GC-Säule oder eine inerte Verlängerung von dieser, wie z. B. eine Kapillarverlängerung der GC-Säule, erstreckt sich in die flexible erwärmte Transferleitung, d. h. in die flexible Transferkapillare 4. Das Ende der GC-Säule muss vom Austrittsende der flexiblen Transferkapillare auf der Spektrometerseite mindestens so weit entfernt sein, dass ein laminarer Fluss des Gemisches aus dem Effluent der Kapillare und Argongas hergestellt werden kann, bevor das Probengemisch in das Spektrometer eintritt.
Die GC-Säule kann sich ca. 5–10 cm vom Eintrittsende der Transferleitung auf der Spektrometerseite erstrecken. Es kann jedoch günstiger sein, dass die GC-Säule (oder eine Verlängerung von dieser) sich im Bereich von ca. 1 bis 10 cm in den Eintrittsbereich der Transferleitung erstreckt, vorzugsweise ca. 1 bis 5 cm, oder ca. 2 cm in den Eintrittsbereich der Transferleitung. Der Gasstrom im Innenrohr beträgt typischerweise ca. 1 l/min und ist damit erheblich größer als der Gasstrom durch die GC-Säule (typischerweise ca. 1,6 ml/min).
Die Temperatur der Transferleitung wird durch einen mit dem Rohr verbundenen Temperatursensor überwacht, und das Sensorsignal wird an eine (nicht abgebildete) Steuereinheit des GC gesandt, wobei es sich um dieselbe Steuereinheit wie zum Regeln des GC-Ofens handelt, in dem die GC-Säule untergebracht ist. Somit kann die Temperatur der Transferleitung durch den an den GC angeschlossenen Computer und die Software und optional das ICP-MS geregelt werden, z. B. durch Verwendung von Erweiterungs-Steueranschlüssen des GC. Daher ist es möglich, die Temperatur der Transferleitung basierend auf der Ofentemperatur zu regeln. In dieser Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, die Temperatur der Transferleitung synchron mit dem GC-Ofen hochzufahren, so dass die Temperatur im GC-Ofen und in der Transferleitung dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe ist. Somit kann die Transferleitung als effektiv eine „Verlängerung” des GC-Ofens betrachtet werden.
Die Position eines ICP-Brenners wird durch die dreidimensionale Bewegung des Brenners optimiert. Daher muss die Transferleitung flexibel sein, so dass eine derartige dreidimensionale Bewegung der IPC-Quelle und des Endes der damit verbundenen Transferleitung möglich ist. Die Transferleitung muss flexibel sein, so dass diese dreidimensionale Bewegung des damit verbundenen Endes der Transferleitung keine Belastung auf die ICP-Quelle ausübt. Die Transferleitung nach der Erfindung ist für diese Anforderung ausgelegt, da sie sehr leicht und außerordentlich flexibel ist, was bedeutet, dass die Transferleitung im stationären Zustand die ICP-Quelle nur minimal belastet, während sie auch so flexibel ist, dass sie die dreidimensionale Bewegung der ICP-Quelle bei minimalem Widerstand von der angeschlossenen Transferleitung ermöglicht. Die Verschiebekraft des Austrittsendes der Transferleitung (das Ende, das an die ICP-Quelle angeschlossen ist) kann auf weniger als die Betätigungskraft des Motors eingestellt werden, der den ICP-Brenner antreibt. Die Betätigungskraft des Motors kann in den drei Dimensionen unterschiedlich sein (z. B. 40 N in x- und y-Richtung, 170 N in z-Richtung), und die Transferleitung kann so eingestellt werden, dass eine Verschiebekraft entsteht, die niedriger ist als entlang jeder Richtung des ICP-Brenners, wie z. B. 10 N oder weniger.
Ein weiterer Vorteil der Transferleitung besteht darin, dass die Transferleitung, wenn sie nicht in Gebrauch ist, einfach zusammengefaltet und verstaut werden kann. Weiterhin kann die Transferleitung so hergestellt werden, dass sie relativ lang ist, um für verschiedene Anwendungen eingesetzt zu werden. Wenn nicht die gesamte Länge der Transferleitung benötigt wird, z. B. wenn der Abstand zwischen GC und MS kurz ist, kann die Überlänge der Transferleitung zusammengefaltet und in die Instrumentenabdeckung gelegt oder spiralförmig aufgewickelt werden. Dies stellt eine enorme Verbesserung gegenüber zahlreichen Transferleitungen nach dem früheren Stand der Technik dar, die schwer und unflexibel sind und somit eine feste Geometrie zwischen den beiden Instrumente erfordern und auch den ICP-Brenner stark belasten und auf den Brenner bei der dreidimensionalen Bewegung eine erhebliche Belastung ausüben.
12 zeigt schematisch die Flexibilität einer Transferleitung 1 beim Verbinden eines GC-Systems (20) mit einem ICP-Brennereinlass eines Massenspektrometers (30). Dank ihrer großen Flexibilität kann die Transferleitung einen Bereich von Entfernungen zwischen dem GC und dem MS überbrücken. Der Umstand, dass die Transferleitung länger – typischerweise erheblich länger – ist als der Abstand zwischen den GC- und MS-Schnittstellen und ihre hohe Flexibilität bedeutet, dass die Transferleitung gefaltet werden kann, um in den Zwischenraum zwischen den Systemen zu passen, z. B. spiralförmig oder zu gebogener Form gefaltet, wie dargestellt, während sie die beiden Systeme verbindet.
Noch ein weiterer Vorteil der Transferleitung besteht darin, dass sie aufgrund ihres kleineren Außendurchmessers durch einen sehr kleinen Austrittsschlitz oder eine Austrittsöffnung aus dem GC herausgeführt werden kann.
Durch Verwendung der Transferleitung entsprechend der Erfindung in GC-MS-Anwendungen entsteht eine signifikante Verbesserung der Analyse. Diese Verbesserung wird demonstriert durch die Chromatogramme eines Gemischs von zinnorganischen Verbindungen, die abgebildet sind in 8. Das obere Chromatogramm wird mittels einer konventionellen Transferleitung nach dem früheren Stand der Technik hergestellt, die einen Gaschromatografen mit einem Massenspektrometer verbindet. Die Auflösung und das Signal-Rausch-Verhältnis sind im oberen Chromatogramm (nach dem früheren Stand der Technik) geringer, und folglich wird das Signal mit schwächeren Peaks beeinträchtigt, insbesondere hinsichtlich der späteren Elutionspeaks (p), und die Analyse ist für zahlreiche Anwendungen unannehmbar. Dagegen erhält man das untere Chromatogramm unter Verwendung einer Transferleitung nach der Erfindung. Es ist eine erhebliche Verbesserung der Peakbreite und Peaktrennung im Vergleich zum oberen Chromatografen sichtbar, die die Verbesserung veranschaulicht, die durch die vorhandene gleichmäßige Temperatur entlang der Transferleitung entsteht.
Ein weiterer Vorteil der erhöhten Auflösung besteht darin, dass die Laufzeit für jede gegebene analytische Analyse verkürzt werden kann. Dies wird sichtbar beim Vergleich der Zeitsignale, die abgebildet sind in 9. Der obere Chromatograf resultiert aus einem Analysedurchlauf von 30 Minuten Dauer, während der untere Chromatograf aus einem Durchlauf von 20 Minuten mit identischen Analyseproben resultiert. Eine geeignete Peaktrennung wird im unteren Chromatografen erreicht und die verkürzte Laufzeit bedeutet, dass der Durchsatz des Instruments erheblich vermindert wird.
Noch ein weiterer Vorteil der Transferleitung besteht darin, dass komplexe Analyseverfahren, die schnelle Temperaturwechsel erfordern, leicht ausgeführt werden können, so dass die Temperatur zu jeder gegebenen Zeit entlang der Transferleitung konstant ist. So kann z. B. ein Analyseverfahren eine Anfangstemperatur (T1), schnellen Hochlauf auf eine zweite Temperatur (T2) für einen Zeitraum t2, Hochlauf auf eine dritte Temperatur T3 für eine dritte Zeit t3, usw., erfordern. Derartige Verfahren sind mittels konventioneller Transferleitungen, die nicht für schnellen Temperaturhochlauf ausgelegt sind, nicht einfach zu bewirken. Die Transferleitung nach dieser Erfindung bietet daher einzigartige Möglichkeiten für die Anwendung von komplexen Analyseverfahren. Ein Beispiel für ein derartiges Verfahren (die untere Spur von 8 zeigt ein Chromatogramm, das mit diesem Verfahren hergestellt wird) beinhaltet eine GC-MS-Anwendung, bei der die folgenden Schritte ausgeführt werden:

a) Anfangsphase bei 35°C für die Dauer von 1 min.
b) Hochlauf auf 160°C bei einer Geschwindigkeit von 25°C/min.
c) Hochlauf auf 220°C bei einer Geschwindigkeit von 12°C/min.
d) Hochlauf auf 320°C bei einer Geschwindigkeit von 40°C/min.
e) Aufrechterhaltung der Temperatur von 320°C für 0,5 min.

Durch umsichtige Auswahl dieser Parameter und der Möglichkeit zum (a) schnellen und gleichmäßigen Temperaturwechsel entlang der Länge der Transferleitung, und (b) Aufrechterhalten der geeigneten Temperatur entlang der Transferleitung können Separationsverfahren nach Bedarf für jede analytische Herausforderung konzipiert werden.
10 zeigt ein Beispiel einer möglichen Verbindung zwischen dem Austrittsende der Transferleitung und einem ICP-Brenner, z. B. einem ICP-Brenner eines ICP-MS. Die Transferkapillare 4 der Transferleitung 1 erstreckt sich vorzugsweise in den Brenner 40, innerhalb des Innenrohres 41 des Brenners, und endet im veranschaulichten Fall (Abstand a) ca. 3 cm vom dem Plasma nächstgelegenen Ende des mittleren Rohres des Brenners (typischerweise im Bereich von 1 bis 5 cm). Es sind die Anschlüsse 42 zum Einführung von Plasmagas und Hilfsgas dargestellt.
11 zeigt eine Detailansicht der Schnittstelle durch die Wand 23 des GC-Ofens des Gaschromatografen 20. Der aktiv beheizte Bereich 1a der Transferleitung 1 erstreckt sich in die Wand 23 des GC-Ofens, aber nicht in den Ofenraum. Die GC-Säule 21 verläuft durch die T-Verbindung 22 und in das Rohr 4 der Transferleitung (das nackte Rohr 4 im GC-Ofen stellt den nicht aktiv beheizten Teil der Transferleitung 1 dar). Typischerweise erstreckt sich die Kapillare 2 innerhalb von 1–5 cm der GC-Säule in den aktiv beheizten Bereich 1a, und in der vorstehend in 7 dargestellten Konfiguration beträgt dieser Teil der GC-Säulenkapillare 2 cm. Argongas wird der Transferleitung durch die Gasleitung 31 zugeführt.
Aus dem Vorstehenden sollte ersichtlich sein, dass die Transferleitung nach dieser Erfindung zahlreiche Vorteile gegenüber nach dem Stand der Technik bekannten Transferleitungen aufweist, einschließlich:

a. Die Transferleitung bietet ein sehr homogenes Temperaturprofil ohne „kalte Stellen”, die zu Kondensation führen könnten, noch „heiße Stellen”, die die wärmeempfindlichen Verbindungen beschädigen könnten.
b. Die Temperatur in der Transferleitung kann dank ihrer niedrigen thermischen Masse sehr schnell hochgefahren werden. Ähnlich kann die Temperatur in der Transferleitung sehr schnell abgekühlt werden.

Der Stromverbrauch für das Beheizen der Transferleitung ist sehr niedrig, verglichen mit den voluminösen Konstruktionen nach dem früheren Stand der Technik (z. B. kann der Stromverbrauch ca. 80 W zum Aufheizen und ca. 15 W zum Aufrechterhalten einer Temperatur von 315°C betragen).

c. Die Transferleitung bietet aufgrund des verbesserten Temperaturprofils eine außergewöhnliche Peaktrennung während der GC-MS-Analyse und/oder der GC-Analyse mit optischem Spektrometer.
d. Die Transferleitung weist einen kleinen Außendurchmesser und ein geringes Gewicht auf im Vergleich zu Transferleitungen nach dem Stand der Technik, die typischerweise schwer, voluminös und unflexibel sind.
e. Die Transferleitung ist außerordentlich flexibel, was für Verbindungen mit ICP-Brennern, die empfindlich gegen Belastung durch externe Anschlüsse sind, von größter Bedeutung ist.
f. Die Energieeffizienz der Transferleitung ist hervorragend.
g. Die Transferleitung kann an GC-Elektronik angeschlossen werden, was eine komfortable elektronische Temperaturregelung ermöglicht, die z. B. so programmiert werden kann, dass das Temperaturprofil der Transferleitung das Temperaturprofil der GC-Säule nachbildet.
h. Die Transferleitung kann aufgrund ihrer einfachen Bauweise und ihrer geringen Masse relativ kostengünstig produziert (und ausgetauscht) werden.

Im Sinne ihrer Verwendung in diesem Dokument, einschließlich der Ansprüche, sind die Singularformen von Begriffen so auszulegen, dass sie auch die Pluralform und umgekehrt umfassen, sofern der Kontext nicht etwas anderes nahelegt. So ist zu beachten, dass die Singularformen „ein/einer/eine/eines” und „der/die/das” Pluralbezüge umfassen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen sind die Begriffe „umfassen”, „einschließlich”, „aufweisend” und „enthalten” und ihre Varianten so zu verstehen, dass sie bedeuten „einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein”, und andere Komponenten nicht ausschließen sollen.
Die vorliegende Erfindung deckt ebenfalls die genauen Begriffe, Merkmale, Werte und Bandbreiten usw. ab, falls diese Begriffe, Merkmale, Werte und Bandbreiten usw. in Verbindung mit Begriffen wie etwa, ca., im Allgemeinen, im Wesentlichen, hauptsächlich, mindestens, usw. verwendet werden (d. h. „etwa 3” deckt auch „genau 3” ab, oder „im Wesentlichen konstant” deckt auch „genau konstant” ab).
Der Begriff „mindestens ein” ist so zu verstehen, dass er „ein oder mehrere” bedeutet, und daher beide Ausführungsformen, die eine oder mehrere Komponenten umfassen, einschließt. Weiterhin haben abhängige Ansprüche, die sich auf unabhängige Ansprüche beziehen, die Merkmale mit „mindestens ein/e” beschreiben, dieselbe Bedeutung, wenn das Merkmal mit „der/die/das” ebenso wie mit „der/die/das mindestens ein/e” bezeichnet wird.
Es versteht sich, dass an den vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung Änderungen vorgenommen werden können, die jedoch immer noch in den Geltungsbereich der Erfindung fallen vorgenommen werden können, die jedoch immer noch in den Geltungsbereich der Erfindung fallen. In der Spezifikation offengelegte Merkmale können, sofern nicht anders angegeben, durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, gleichwertigen oder ähnlichen Zweck dienen. Somit stellt, sofern nicht anders angegeben, jedes offengelegte Merkmal ein Beispiel einer generischen Reihe von gleichwertigen oder ähnlichen Merkmalen dar.
Die Verwendung von beispielhafter Sprache, wie z. B. „beispielsweise”, „wie z. B.”, „zum Beispiel” und dergleichen, soll lediglich der besseren Veranschaulichung der Erfindung dienen und stellt keine Einschränkung in Bezug auf den Geltungsbereich der Erfindung dar, sofern dies nicht beansprucht wird. Alle in der Spezifikation beschriebenen Schritte können in jeder beliebigen Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes nahelegt.
Alle in der Spezifikation offengelegten Merkmale und/oder Schritte können in jeder beliebigen Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen mindestens einige der Merkmale und/oder Schritte sich gegenseitig ausschließen. Insbesondere gelten die bevorzugten Merkmale der Erfindung für alle Aspekte der Erfindung und können in jeder beliebigen Kombination verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4650964 [0008]
US 5702671 [0009]
EP 152946 [0010]
US 8759758 [0011]
US 7958770 [0012]
US 8808629 [0013]
US 6530260 [0014]
US 5736739 [0015]

Claims

Flexible Transferleitung für einen Gaschromatografen zum Überführen einer Probe von einer Gaschromatografiesäule in ein Spektrometer zur Analyse, die ein Eintrittsende für den Anschluss an die Gaschromatografiesäule und ein Austrittsende für den Anschluss an ein Spektrometer aufweist, wobei die Transferleitung umfasst: eine flexible Transferkapillare zur Aufnahme eines Endabschnitts einer Gaschromatografiesäule in dieser, oder einer mit dem genannten Endabschnitt verbundenen Kapillare; mindestens eine erste Widerstandsheizanordnung, die die Transferkapillare umgibt; wobei die Widerstandsheizanordnung mit einer Stromversorgung verbunden werden kann, die die Heizanordnung oder Heizschicht mit Strom versorgt, um die Heizanordnung oder Heizschicht zu erwärmen und somit die Transferkapillare zu erwärmen; wobei die genannte erste Heizanordnung in mindestens einen zentralen Bereich und mindestens einen Austrittsbereich unterteilt ist, und wobei die erste Widerstandsheizanordnung dazu ausgelegt ist, eine andere Wärmeabgabe je Längeneinheit in dem genannten mindestens einen zentralen Bereich als dem genannten Austrittsbereich bereitzustellen, wobei die flexible Transferleitung faltbar ist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die genannte erste Widerstandsheizanordnung in mindestens einen zentralen Bereich, mindestens einen Austrittsbereich und mindestens einen Eintrittsbereich unterteilt ist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die thermische Masse der Transferleitung im Bereich von ca. 5 bis ca. 50 J/K, vorzugsweise im Bereich von ca. 5 bis ca. 20 J/K, liegt.
Gaschromatografie-Transferleitung nach Anspruch 1, wobei die Widerstandsheizanordnung eine Widerstandsheizschicht umfasst.
Gaschromatografie-Transferleitung nach Anspruch 4, wobei die Widerstandsheizschicht eine Trägerfolie umfasst, die elektrisch resistives Material umfasst.
Gaschromatografie-Transferleitung nach Anspruch 1, wobei die Widerstandsheizanordnung mindestens einen Widerstandsdraht umfasst, der spiralförmig um die Transferkapillare gewickelt ist, und wobei die Wärmeabgabe durch den mindestens einen Widerstandsdraht durch ein oder mehrere Elemente aus der folgenden Liste reguliert wird: a) Verändern der Steigung des Widerstandsdrahtes; b) Bereitstellen eines Widerstandsdrahtes, der entlang seiner Länge einen variierenden Widerstand aufweist; c) Variieren der Wicklungsstruktur des Widerstandsdrahtes entlang der Transferleitung; e) unabhängiges Regeln der auf den Widerstandsdraht angelegten Leistung innerhalb des Eintritts-, des zentralen und/oder Austrittsbereichs.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Steigung des Widerstandsdrahtes im genannten zentralen Bereich zwischen ca. 5% und ca. 35% höher liegt, bevorzugter ca. 10% bis ca. 35%, noch bevorzugter ca. 15% bis 35% höher als die Steigung mindestens im Eintritts- und die Steigung im genannten mindestens einen Austrittsbereich.
Gaschromatografie-Transferleitung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Widerstandsdrahtwicklung mindestens zwei Eintrittsbereiche umfasst, bei denen ein erster Eintrittsbereich eher distal vom zentralen Bereich und ein zweiter Eintrittsbereich eher proximal zum zentralen Bereich ist, wobei: (i) die Steigung der Wicklung im genannten ersten Eintrittsbereich kleiner ist als die Steigung im genannten zweiten Eintrittsbereich, die ihrerseits kleiner ist als die Steigung im zentralen Bereich, oder (ii) der Widerstand des Drahtes im genannten ersten Eintrittsbereich höher ist als der Widerstand des Drahtes im genannten zweiten Eintrittsbereich, der wiederum höher ist als der Widerstand des Drahtes im zentralen Bereich, oder (iii) die Wicklungsstruktur des Drahtes im genannten ersten Eintrittsbereich sich von der Wicklungsstruktur des Drahtes im genannten zweiten Eintrittsbereich unterscheidet, die sich ihrerseits von der Wicklungsstruktur des Drahtes im zentralen Bereich unterscheidet, oder (iv) die dem Widerstandsdraht im genannten ersten Eintrittsbereich zugeführte Leistung unabhängig an den Widerstandsdraht im genannten zweiten Eintrittsbereich angelegt wird, die ihrerseits unabhängig an den Widerstandsdraht im zentralen Bereich angelegt wird.
Gaschromatografie-Transferleitung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Widerstandsdrahtwicklung mindestens zwei Austrittsbereiche umfasst, nämlich einen ersten Austrittsbereich eher distal vom zentralen Bereich und einen zweiten Austrittsbereich eher proximal zum zentralen Bereich, wobei: (i) die Steigung der Wicklung im genannten ersten Austrittsbereich kleiner ist als die Steigung im genannten zweiten Austrittsbereich, die kleiner ist als die Steigung im zentralen Bereich, oder (ii) der Widerstand des Drahtes im genannten ersten Austrittsbereich höher ist als der Widerstand des Drahtes im genannten zweiten Austrittsbereich, der wiederum höher ist als der Widerstand des Drahtes im zentralen Bereich, oder (iii) die Wicklungsstruktur des Drahtes im genannten ersten Austrittsbereich sich von der Wicklungsstruktur des Drahtes im genannten zweiten Austrittsbereich unterscheidet, die sich ihrerseits von der Wicklungsstruktur des Drahtes im zentralen Bereich unterscheidet, oder (iv) die dem Widerstandsdraht im genannten ersten Austrittsbereich zugeführte Leistung unabhängig an den Widerstandsdraht im genannten zweiten Austrittsbereich angelegt wird, die ihrerseits unabhängig auf den Widerstandsdraht im zentralen Bereich angelegt wird.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Steigung des Widerstandsdrahtes innerhalb jedes einzelnen Bereichs gleichmäßig ist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Steigung entlang des Eingangsbereichs vom distalen Ende des Bereichs zum proximalen Ende des Bereichs allmählich zunimmt.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Steigung entlang des Austrittsbereichs vom distalen Ende des Bereichs zum proximalen Ende des Bereichs allmählich zunimmt.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, umfassend eine zweite Wicklung des Widerstandsdrahtes, die die Transferkapillare umgibt und die vorzugsweise spiralförmig um die Transferkapillare gewickelt ist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach Anspruch 13, wobei die zweite Wicklung durch den ersten Widerstandsdraht bereitgestellt wird.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das genannte Austrittsende so ausgelegt ist, dass es durch eine gasdichte Gummi- oder Polymerdichtung eines Steckverbinders hindurchgeht, der dazu ausgelegt ist, die Transferleitung mit einem Massenspektrometer-Probeninjektor und/oder einer ICP-Ionenquelle zu verbinden.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flexible Transferkapillare eine Metallrohrleitung mit einer inerten Beschichtung auf ihrer Innenfläche umfasst.
Gaschromatografie-Transferleitung nach Anspruch 16, wobei die inerte Beschichtung ausgewählt ist aus einer Beschichtung auf Siliziumbasis, einschließlich Sulfinert, und anderen glasartigen Beschichtungen, Polymerbeschichtungen, vorzugsweise Polyimidbeschichtung.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flexible Transferkapillare dazu ausgelegt ist, eine GC-Säule aufzunehmen, so dass die GC-Säule innerhalb der beheizten Bereiche der flexiblen Transferkapillare endet.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flexible Transferkapillare dazu ausgelegt ist, an oder in der Nähe ihres Eintrittsendes an eine Versorgung mit inertem Trägergas angeschlossen zu werden, so dass das Trägergas in den Raum zwischen der Transferkapillare und einer GC-Säule in einer Richtung zum Austrittsende der Transferkapillare hin fließen kann.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Widerstandsheizanordnung in einem vorgegebenen Abstand vom Eintrittsende der Transferleitung endet, so dass während des Betriebs der Teil der Transferkapillare, der nicht von der Heizanordnung eingeschlossen ist, innerhalb des Ofens eines Gaschromatografen platziert wird, mit dem die Transferleitung verbunden ist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die flexible Transferkapillare einen Innendurchmesser im Bereich von ca. 0,40 mm bis ca. 1,0 mm und einen Außendurchmesser vorzugsweise im Bereich von ca. 1,0 mm bis ca. 2,5 mm aufweist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die weiterhin eine äußere wärmeisolierende Hülse entlang mindestens eines Teils von dieser umfasst.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die weiterhin mindestens einen Temperatursensor, vorzugsweise in Kontakt mit der Transferkapillare, umfasst, um Rückmeldung an eine Temperatursteuereinheit zu geben.
Gaschromatografie-Transferleitung nach dem vorstehenden Anspruch, wobei die Temperatursteuereinheit an eine Stromversorgung angeschaltet ist, um die Ausgangsleistung der Stromversorgung an die Widerstandsheizanordnung zu regeln und somit die Temperatur der flexiblen Transferkapillare zu regeln.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Heizung der Transferleitung dazu ausgelegt ist, die Temperatur der Transferkapillare im Wesentlichen gleichzeitig mit entsprechenden Temperaturänderungen des GC-Systems, mit dem die Transferleitung verbunden ist, zu verändern.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Transferleitung und ein Temperaturregler, mit dem sie verbunden ist, dazu ausgelegt sind, die Temperatur der Transferleitung mit einer Geschwindigkeit hochzufahren, die im Bereich zwischen ca. 10°C/min bis ca. 200°C/min, vorzugsweise ca. 10°C/min bis ca. 100°C/min, bevorzugter ca. 10°C/min bis ca. 60°C/min, liegt.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Transferleitung auf eine Temperatur erwärmt und auf einer Temperatur innerhalb eines Temperaturbereichs gehalten werden kann mindestens im Bereich von ca. 100°C bis ca. 350°C, vorzugsweise ca. 200°C bis ca. 320°C, wobei die Transferleitung ein Temperaturprofil über mindestens 90% ihrer Länge mit einer Temperaturveränderung von weniger als ±5% aufrechterhalten kann.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Transferleitung einen Biegeradius von ca. 40 mm, bevorzugter von weniger als ca. 30 mm, bevorzugter von weniger als ca. 20 mm, bevorzugter von weniger als ca. 15 mm und noch bevorzugter von weniger als ca. 12 mm aufweisen kann.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Transferleitung einen Außendurchmesser im Bereich von ca. 2 mm bis ca. 10 mm, vorzugsweise im Bereich von ca. 2 bis ca. 5 mm aufweist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Transferleitung ein Gewicht von weniger als ca. 100 g, vorzugsweise weniger als ca. 50 g und bevorzugter weniger als 30 g aufweist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dazu ausgelegt ist, am Eintrittsende an eine Gaschromatografiesäule werden und am Austrittsende der genannten Transferkapillare an eine Ionenquelle mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP), vorzugsweise eine ICP-Quelle eines Massenspektrometers oder eines optischen Spektrometers, angeschlossen zu werden.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verschiebekraft in jede Dimension (x, y, z) des Austrittsendes der Transferleitung bei befestigtem Austrittsende weniger als ca. 5 N und vorzugsweise weniger als ca. 1 N beträgt.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Transferleitung eine thermische Masse je Längeneinheit im Bereich von ca. 5 bis 30 J/K·m, vorzugsweise ca. 10 bis 25 J/K·m, aufweist.
Gaschromatografie-Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Transferleitung eine spezifische Wärmekapazität im Bereich von ca. 100 bis 500 J/(kg·K), vorzugsweise ca. 250 J/(kg·K), aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Gaschromatografie-Transferleitung, insbesondere einer Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst: a. Bereitstellen einer Transferkapillare, insbesondere einer Transferkapillare, wie in einem der Ansprüche 17 bis 19 definiert, und mindestens eines Widerstandsdrahtes, der um die Transferkapillare zu wickeln ist; b. Abgeben des Widerstandsdrahtes auf die Transferkapillare an einem Abgabepunkt, während gleichzeitig die Transferleitung mit einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit gedreht wird; wobei die Längsbewegung des Abgabepunktes, insbesondere die Längsbewegung entlang der Transferkapillare, variabel ist, um die gewünschte Steigung des Widerstandsdrahtes entlang der Transferkapillare herzustellen.
Verfahren zur Herstellung einer Gaschromatografie-Transferleitung, insbesondere einer Transferleitung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst: a. Bereitstellen einer Transferkapillare, insbesondere einer Transferkapillare, wie in einem der Ansprüche 17 bis 19 definiert, und mindestens eines Widerstandsdrahtes, der um die Transferkapillare zu wickeln ist; b. Bewegen des Drahtabgabepunktes mit einer konstanten Geschwindigkeit entlang der Länge der Transferkapillare, während gleichzeitig die Transferkapillare mit einer Rotationsgeschwindigkeit gedreht wird, die einstellbar ist, so dass die gewünschte Steigung des Widerstandsdrahtes entlang der Transferkapillare hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 36, das weiterhin das Bereitstellen einer Transferkapillare umfasst, die vorgeformte Rillen entlang deren Länge aufweist, wobei die Rillen spiralförmig passend zur beabsichtigten Steigung des Widerstandsdrahtes entlang der Länge der Transferkapillare ausgebildet sind, und die genannten Rillen dazu verwendet werden können, das Positionieren des Drahtes bei dessen Abgabe zu unterstützen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 oder 37, weiterhin umfassend die Verwendung von Hochtemperaturkleber zum Befestigen des Widerstandsdrahtes auf der Transferkapillare in seiner Position.
Gaschromatografie-/Massenspektrometrie-System (GC-MS), umfassend: – mindestens einen Gaschromatografen; – mindestens eine Transferleitung, insbesondere eine Transferleitung, wie in einem der Ansprüche 1 bis 34 aufgeführt; – mindestens ein Massenspektrometer; wobei das Eintrittsende der Transferleitung fluidisch mit dem Gaschromatografen verbunden ist und das Austrittsende fluidisch mit dem Massenspektrometer verbunden ist, wobei die Widerstandsheizanordnung mit einer Stromversorgung verbunden ist, um die Widerstandsheizanordnung mit Strom zu versorgen und damit die Transferkapillare zu erwärmen.
GC-MS-System nach Anspruch 39, wobei die Transferleitung in einer ihrer Schichten, vorzugsweise in Kontakt mit der Transferkapillare, einen Temperatursensor umfasst, um Readback-Werte an eine Temperatursteuereinheit des Gaschromatografen zu liefern, wobei die Temperatursteuereinheit an die Stromversorgung angeschaltet ist, um die Ausgangsleistung der Stromversorgung zum Widerstandsdraht zu regeln und somit die Temperatur der flexiblen Transferkapillare zu regeln.
GC-MS-System nach Anspruch 40, wobei die Temperatursteuereinheit und fir Stromversorgung Bestandteil einer Ofensteuereinheit des Gaschromatografen zur Regelung der Temperatur eines GC-Ofens sind, in dem sich der Gaschromatograf befindet.
GC-MS-System nach Anspruch 41, wobei die Ofensteuereinheit dazu betrieben werden kann, synchron die Temperatur der flexiblen Transferkapillare und die Temperatur des GC-Ofens hochzufahren.