專利名稱：改善的用于氣相色譜術(shù)的封殼注入系統(tǒng)的制作方法
改善的用于氣相色譜術(shù)的封殼注入系統(tǒng)
背景技術(shù)：
氣相色譜術(shù)(GC)用于分離和分析可以被氣化而不發(fā)生降解的化合物。典型地，借 助載氣使得含有多種組分的待分析樣品移動(dòng)通過(guò)柱子。填充材料或柱壁包含與樣品中的組 分相互作用的一種或多個(gè)化學(xué)物質(zhì)，使得不同組分以不同速率移動(dòng)通過(guò)柱子。因此，即使樣 品的所有組分在相同時(shí)間進(jìn)入柱子，不同組分也在不同時(shí)間被從樣品洗脫。GC的性能依賴 于用于在短時(shí)間內(nèi)將樣品引入氣流中而不顯著擾動(dòng)該氣流的機(jī)構(gòu)。對(duì)于在室溫下不是氣體的樣品來(lái)說(shuō)，需要如下的機(jī)構(gòu)其將樣品加熱到蒸氣相，然 而在短時(shí)間內(nèi)將氣體引入到GC柱中。GC上的注入端口被保持在升高的溫度下，使得當(dāng)液體 樣品被注入時(shí)，溶劑和溶解在溶劑中的(一種或多種)樣品被氣化。存在如下的平衡注入 溫度高到足以快速氣化樣品，但是不會(huì)高到熱降解樣品中的任何組分。液體樣品通常用注 射器和針頭注入到注入端口中。注射器的針頭刺穿注入端口上的隔膜，并且壓縮注射器的 柱塞，將液體樣品壓入注入端口中。較之基于樣品的手工注入的注入方案，自動(dòng)化注入器通 常提供更一致的結(jié)果。但是，這些方案都不能適用于處理固體樣品。此外，在注入過(guò)程中， 注入端口一般將差別化。就是說(shuō)，較低沸點(diǎn)的溶劑和(一種或多種)樣品將較之更高沸點(diǎn) 的化合物更早氣化。并且，根據(jù)注入技術(shù)和注入端口設(shè)計(jì)，溶劑和樣品將在不同時(shí)間氣化， 導(dǎo)致較之期望的更寬的溶劑氣霧進(jìn)入柱子。結(jié)果，對(duì)于不同類型的樣品和不同類型的分析 需要不同的注入器。原則上，基于預(yù)先包裝在封殼中的樣品的注入技術(shù)可以克服上述問(wèn)題中的一些。 在這樣的系統(tǒng)中，樣品被置于封殼中并密封。密封的封殼被引入GC中的腔室中，在此其被 加熱到期望溫度以氣化樣品，然后在氣流中迅速敞開(kāi)。這樣的構(gòu)造允許一種類型的注入器 處理不同類型的樣品。此外，僅僅是封殼裝載設(shè)備需要被放置在取樣位置處，因此與遠(yuǎn)程監(jiān) 控相關(guān)的問(wèn)題被大大地減少。不幸的是，用于這樣的系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)的封殼具有顯著的問(wèn) 題，限制了這種類型的GC系統(tǒng)。理想的封殼必須滿足多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。第一，封殼必須能夠在不使得裝載在封殼中的樣 品氣化的情況下被裝載和密封。第二，密封機(jī)構(gòu)必須以高性價(jià)比的方式容易地實(shí)現(xiàn)。第三， 封殼在用于氣化樣品的溫度下必須是化學(xué)惰性的并是不揮發(fā)的。第四，封殼必須容易在GC 內(nèi)被刺穿以釋放封殼的揮發(fā)內(nèi)容物。最后，用過(guò)的封殼必須容易地從GC取出。不幸的是，現(xiàn)有技術(shù)的封殼與這樣的理想封殼存在明顯差距，這已經(jīng)限制了其使 用。用于GC的現(xiàn)有技術(shù)的封殼一般由金屬或玻璃構(gòu)造。由金、銦或鋁構(gòu)造的金屬封殼是本 領(lǐng)域已知的。金屬封殼在將樣品密封在封殼中時(shí)存在問(wèn)題。通常，封殼端部在將樣品引入封 殼之后或者通過(guò)卷曲操作或者通過(guò)焊接封斷而被封閉。即便是卷曲密封具有小的泄漏時(shí)， 該密封也可能看起來(lái)是封閉的。對(duì)于固體或液體樣品，泄漏可能直到封殼在GC中被加熱時(shí) 才變得明顯。這樣的封殼將在封殼被實(shí)際刺穿之前在一段長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)釋放內(nèi)容物。焊接同 樣存在問(wèn)題。因?yàn)榻饘偈橇己玫臒釋?dǎo)體，所以在封殼的一端處的焊接操作所產(chǎn)生的熱可能 在焊接操作過(guò)程中傳到樣品，并且導(dǎo)致部分樣品氣化，并且在焊接完成之前逸出。大部分金屬在樣品被氣化的溫度下不是化學(xué)惰性的。相對(duì)惰性的那些(諸如金)是昂貴的。此外，在注入溫度下熔融的金屬在入口中留下難以去除的材料。玻璃封殼在化學(xué)惰性和成本方面得到改進(jìn)。但是，這些封殼難以密封，并且在打開(kāi) 之后留下難以從通向GC的入口去除的小片玻璃。玻璃封殼通常是內(nèi)徑約Imm并且一端封 閉的玻璃毛細(xì)管。密封的玻璃毛細(xì)管被置于通向GC的入口的加熱區(qū)中，并且被允許逐漸升 溫。一旦達(dá)到溫度，毛細(xì)管破裂，揮發(fā)內(nèi)容物被釋放，并且載氣將揮發(fā)物吹掃到通向GC的入 口中。利用火焰的毛細(xì)管密封對(duì)于部分使用者而言需要專門技能，并且不容易自動(dòng)化。 此外，在密封過(guò)程中，毛細(xì)管被加熱，并且熱量可能被傳到樣品，導(dǎo)致?lián)]發(fā)物逸出。利用熱或 火焰密封玻璃毛細(xì)管的另一問(wèn)題在于，即使當(dāng)毛細(xì)管的端部被密封時(shí)，玻璃在一段時(shí)間內(nèi) 仍保持升高的溫度和軟化狀態(tài)。殘余的熱量可能被傳到封殼中的溶劑，導(dǎo)致溶劑氣化并且 增大封殼內(nèi)的壓力，使得軟化玻璃密封失效。最后，如上所述，當(dāng)玻璃毛細(xì)管在入口中破裂 時(shí)，產(chǎn)生難以去除的小片玻璃。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適用于GC的可熱密封的封殼，利用該封殼的GC以及利用該封殼 在GC中執(zhí)行分析的方法。所述封殼包括具有被熱密封的第一和第二端部的聚合物管，以容 納將在注入溫度下被分析的樣品。管包括具有封閉的第一端部的可熱密封介質(zhì)，所述管具 有內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面和所述外表面對(duì)于所述樣品都是基本化學(xué)惰性的。此外，所 述管基本不含任何在所述注入溫度下釋放氣體的材料。所述封殼可以包含吸附基質(zhì)，所述 吸附基質(zhì)固定處于低于注入溫度的溫度下的樣品。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，管包括有機(jī)聚 合物。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，封殼包括可編程RF標(biāo)識(shí)(RFID)標(biāo)簽。所述RFID標(biāo)簽可 以被密封在封殼上或封殼中的單獨(dú)腔室中。待分析樣品被置于管中，并且管的端部被熱密封。經(jīng)熱密封的封殼被置于分析裝 置的樣品注入室中，并被加熱到注入溫度，在所述注入溫度下所述樣品的組分處于氣態(tài)。然 后，打開(kāi)所述封殼，利用載氣將所述氣態(tài)組分吹掃到所述分析裝置中進(jìn)行分析。在本發(fā)明的 一個(gè)方面中，所述封殼通過(guò)刺穿所述封殼被打開(kāi)。在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，所述封殼通過(guò) 機(jī)械壓縮或擠壓封殼使得熱密封區(qū)域或材料失效并打開(kāi)而被打開(kāi)。在本發(fā)明的另一個(gè)方面 中，與封殼相關(guān)的標(biāo)識(shí)信息被從封殼讀取，并與在分析裝置中進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)。


圖1示出了密封前的根據(jù)本發(fā)明的封殼。圖2A-2C示出了一種用于在樣品被引入封殼之后密封封殼的方法。圖2D和2E示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)其他實(shí)施例的封殼。圖3A-3D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的封殼被用于經(jīng)由封殼注入室處理樣 品的方式。圖4A-4C示出了在封閉樣品之前從封殼去除溶劑。圖5示出了用于將具有吸附材料內(nèi)含段的聚酰亞胺管裝載和密封到封殼中的設(shè)備。圖6示出了包括RFID的空封殼。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的樣品注入室的另一實(shí)施例。圖8示出了封殼注入室，其在封殼被加熱到注入溫度之后利用局域化能量源弱化 封殼一端處的熱密封。圖9示出了一種用于自動(dòng)更換封殼的機(jī)構(gòu)。圖10A-10E示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例填充和密封封殼的方式。
具體實(shí)施例方式基于封殼注入的GC或類似裝置所用的理想封殼應(yīng)該具有多種特性。第一，封殼 應(yīng)該由在用于氣化樣品的溫度下化學(xué)惰性的材料構(gòu)成。在一些實(shí)施方式中，封殼可以耐受 300°C的溫度。封殼材料應(yīng)該在這些溫度下沒(méi)有顯著的氣體釋放(out-gas)。第二，封殼必須具有最小的蒸氣透過(guò)，直至封殼在GC的入口中被打開(kāi)。如上所述， 在封殼被打開(kāi)之前的蒸氣透過(guò)導(dǎo)致GC分析的劣化。第三，封殼必須容易密封，并且容易在GC中打開(kāi)，以允許蒸氣逸出。如下的密封系 統(tǒng)是優(yōu)選的其需要便宜的設(shè)備，該設(shè)備不要求高程度的操作者技能。第四，用過(guò)的封殼必須容易從GC取出。因此，在氣化溫度下熔融或在打開(kāi)過(guò)程中 碎裂的材料是不合要求的。第五，封殼應(yīng)該具有低的熱質(zhì)量和低的熱阻。將熱傳到封殼以氣化樣品所需的時(shí) 間可能是顯著的。這樣的加熱時(shí)間可能增加分析時(shí)間，因此，減小了 GC的樣品處理量。最后，封殼應(yīng)該是便宜的?，F(xiàn)在參考圖1，圖1示出了在被密封之前的根據(jù)本發(fā)明的封殼。在本發(fā)明的一個(gè)方 面中，由聚酰亞胺管11制成的封殼包括氟聚合物(FEP)的內(nèi)涂層12。聚酰亞胺和FEP對(duì)于 作為GC處理的候選者的大多數(shù)樣品都是化學(xué)惰性的。此外，聚酰亞胺可以耐受> 300°C的 溫度。FEP在高于280°C的溫度下軟化，但是可以在短時(shí)間內(nèi)耐受更高的溫度。因此，聚酰 亞胺封殼可以耐受高達(dá)280°C或稍微更高的注入溫度。聚酰亞胺膜可以被形成為內(nèi)徑范圍從100微米到數(shù)毫米的管。聚酰亞胺管的厚度 通常在25微米到150微米之間。在管壁的內(nèi)側(cè)上具有FEP涂層并且可選地在管壁的外側(cè) 上具有FEP涂層的商業(yè)可得的管可得的壁厚為2. 5微米到25. 4微米。管可以被切成適用 于GC注入系統(tǒng)的長(zhǎng)度。此FEP涂層賦予管可熱密封性，提供提高的蒸氣阻隔，并且提高聚 酰亞胺的耐化學(xué)性?，F(xiàn)在參考圖2A-2C，圖2A-2C示出了一種用于在樣品被引入封殼中之后密封封殼 的方法。封殼最初由如上所述具有FEP的內(nèi)涂層12的聚酰亞胺管11構(gòu)成。如圖2A所示， 封殼13的開(kāi)口端被置于夾具21的夾頭中。然后，如圖2B所示，使得夾具21的夾頭合在一 起，以封閉封殼13的端部。夾具21包括加熱元件22，所述加熱元件22施加足夠的熱量，以 熔化聚酰亞胺管的內(nèi)表面上的FEP涂層。加熱元件可以由電流通過(guò)的電阻絲構(gòu)成。另一種 用于密封封殼的方法是超聲焊接。該方法提供局域化能量，以熔融熱塑性塑料?，F(xiàn)在參考圖2D和2E，圖2D和2E示出了根據(jù)本發(fā)明的封殼的兩個(gè)其他實(shí)施例。在 這些實(shí)施例中，使用稍微更厚的管部分，并且一個(gè)或兩個(gè)端蓋被熱密封到管部分上。在圖2D 所示的實(shí)施例中，兩個(gè)端蓋132和134被熱密封到管131上。端蓋中的一個(gè)可以包括用于 存儲(chǔ)關(guān)于樣品的信息的器件，諸如RFID標(biāo)簽133。實(shí)際中，在引入樣品之前一端被密封。然后，第二端被熱密封。在圖2E所示的實(shí)施例中，封殼使用具有封閉的端的注塑成型構(gòu)件121。然后，在樣 品被引入之后將蓋122熱密封到構(gòu)件121上。應(yīng)該注意，管可以在相對(duì)于GC遠(yuǎn)程的地方被裝載和密封。密封設(shè)備需要非常少的 技術(shù)專業(yè)技能，并且是便宜的。然后可以將經(jīng)密封的管運(yùn)輸?shù)紾C，作為用于分析的組。聚酰亞胺管具有低的熱質(zhì)量，因此不會(huì)顯著增加當(dāng)施加熱量時(shí)使得封殼內(nèi)的樣品 達(dá)到注入溫度所需的時(shí)間。例如，壁薄至50微米的聚酰亞胺管可以被用于提供短的熱平衡 時(shí)間。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，管具有約3mm的內(nèi)徑和IOmm的長(zhǎng)度。在加熱到期望的注入溫度之后，通過(guò)用尖銳物體刺穿可以容易地打開(kāi)管。刺穿操 作不會(huì)導(dǎo)致管碎裂，因此可以在不在GC中留下封殼碎片的情況下取出封殼。此外，材料在 注入溫度下不會(huì)熔融，因此不會(huì)留下必須單獨(dú)從GC去除的殘余物。現(xiàn)在參考圖3A-3D，圖3A-3D示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的封殼被用于經(jīng)由 封殼注入室處理樣品的方式。參考圖3A，樣品注入室30包括樣品室31，密封封殼41被置 于樣品室31中。在這些圖中所示的實(shí)例中，封殼41包括既具有揮發(fā)性(即，低沸點(diǎn))組分 又具有非揮發(fā)性(即，高沸點(diǎn))組分的樣品42。樣品室31還包括矛刺端口 34，其中，可以 通過(guò)該矛刺端口 34插入矛刺35來(lái)刺穿封殼41。樣品室31包括入口端口 32和出口端口 33，其中，可以通過(guò)入口端口 32引入載氣，出口端口 33可以將載氣排出到GC中的柱子。樣 品室31還包括樣品端口，其中，封殼41通過(guò)該樣品端口引入到樣品室31。為了簡(jiǎn)化附圖， 樣品端口沒(méi)有被示出；但是應(yīng)該理解，樣品端口在封殼41被引入樣品室31之后可密封。在封殼41被置于樣品室31之后，如圖3B中標(biāo)號(hào)36的箭頭所示，封殼41由加熱 器和經(jīng)加熱的載氣加熱，所述加熱器也是樣品室31的一部分。由于加熱，樣品42的揮發(fā)性 組分被氣化，并且充滿封殼41的內(nèi)部，如標(biāo)號(hào)42a所示。非揮發(fā)性組分保留在封殼41中， 如標(biāo)號(hào)42b所示。因?yàn)樗袚]發(fā)性組分被轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)并且仍然處于封殼41中，所以避免了 與組分的依次氣化相關(guān)的問(wèn)題。注入端口的溫度被設(shè)置為使得所有關(guān)注的化合物將被轉(zhuǎn)變 為蒸氣相，但是該溫度不被設(shè)置為太高，不會(huì)導(dǎo)致關(guān)注的化合物的熱降解?，F(xiàn)在參考圖3C。在封殼41的內(nèi)容物被加熱到注入溫度之后，利用矛刺35打開(kāi)封 殼41。封殼41的內(nèi)容物被釋放到樣品室31中。然后，通過(guò)端口 32引入載氣，樣品室31的 內(nèi)容物被從端口 33吹掃到GC中。樣品的非揮發(fā)性組分被留在封殼41中，如圖3D中所示。 這些非揮發(fā)性組分在用過(guò)的封殼被取走時(shí)被取走，因此不會(huì)污染GC或樣品室。因?yàn)榉菗]發(fā) 性組分與一次性封殼一起被取走，而該封殼在打開(kāi)時(shí)不會(huì)碎裂或以其他方式裂開(kāi)，所以樣 品之間的樣品遺留的問(wèn)題被明顯減少。還應(yīng)該注意，本發(fā)明允許精確確定由GC分析的樣品量?？梢栽诩虞d樣品之前和密 封管子之后稱重管子。因?yàn)槊芊膺^(guò)程不會(huì)改變封殼的重量，所以樣品的量就是所觀察到的
重量差。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，根據(jù)本發(fā)明的封殼可以用于在密封封殼之前濃縮樣品。 在一些情形中，待分析的樣品僅僅可以稀溶液的形式獲得。提供足夠樣品所需的樣品/溶 劑的體積對(duì)于通過(guò)GC的處理來(lái)說(shuō)太大。為了減小體積并濃縮樣品，在GC中氣化樣品本身 之前必須蒸發(fā)溶劑。用于在GC中實(shí)現(xiàn)其的方法是已知的；但是，這樣的方式在溶劑被蒸發(fā) 時(shí)使得GC停頓較長(zhǎng)時(shí)間，并且可能導(dǎo)致GC分辨率的損失。
現(xiàn)在參考圖4A-4C，其示出了在封閉樣品之前從封殼去除溶劑的方法。在本發(fā)明 的此方面中，利用分配器43將溶劑與溶解的樣品41 一起置于敞開(kāi)的封殼42中。然后，如 圖4B所示，將封殼和其內(nèi)容物加熱到如下溫度在該溫度下，溶劑將蒸發(fā)而不會(huì)導(dǎo)致樣品 明顯蒸發(fā)?？梢酝ㄟ^(guò)如下來(lái)輔助該過(guò)程將惰性氣體輕柔地吹過(guò)溶劑的表面，以加速去除溶 劑的速率。當(dāng)已經(jīng)去除了期望量的溶劑時(shí)，封殼被封閉，留下經(jīng)濃縮的樣品，如圖4C中標(biāo)號(hào) 44所示。在本發(fā)明的另一方面中，聚酰亞胺管包括吸附基質(zhì)，樣品可以被截留在吸附基質(zhì) 上。通過(guò)使得氣體或液體流過(guò)含有該基質(zhì)的聚酰亞胺管，使樣品通過(guò)基質(zhì)。在樣品已經(jīng)被 吸附在基質(zhì)上之后，基質(zhì)的端部被如上所述地?zé)崦芊狻，F(xiàn)在參考圖5，其示出了用于將聚酰 亞胺管加載和密封到封殼中的裝置。聚酰亞胺管51與吸附基質(zhì)52 —起被定位在包括兩個(gè) 密封夾頭53和54的夾具中。裝置50可選地包括加熱器55，其中，當(dāng)通過(guò)將含有樣品材料的溶劑通過(guò)吸附基質(zhì) 52而將樣品加載到吸附基質(zhì)52上時(shí)，加熱器55將熱施加到聚酰亞胺管51和吸附基質(zhì)52， 以從吸附基質(zhì)52去除溶劑。可以通過(guò)如下方式來(lái)加速溶劑的去除在溫和地加熱吸附基質(zhì) 52的同時(shí)，使得惰性氣體通過(guò)聚酰亞胺管51。加熱器55可以被實(shí)現(xiàn)為通過(guò)紅外加熱或微 波加熱向聚酰亞胺管51直接施加熱。加熱器55也可以通過(guò)如下來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱惰性氣體，然 后將該氣體通過(guò)吸附基質(zhì)52。吸附基質(zhì)52可以由大量不同的材料構(gòu)造。示例性材料包括Tenax-TA 、 Tenax-GR 、HayeS印 D 、Chromsorb 106 和 Carbotrap 。在一個(gè)實(shí)施例中，吸附基質(zhì) 52 由可壓縮材料構(gòu)造，使得基質(zhì)可以被插入聚酰亞胺管51中并由管形成密封，該密封抑制了 載氣或液體在不通過(guò)吸附基質(zhì)52的情況下移動(dòng)通過(guò)聚酰亞胺管51。在本發(fā)明的另一方面中，封殼附帶標(biāo)識(shí)信息，其中，所述標(biāo)識(shí)信息可由樣品室在即 將注入之前讀取。標(biāo)識(shí)信息可以包括標(biāo)識(shí)封殼的號(hào)碼和其內(nèi)容物。在本發(fā)明的一個(gè)方面中， 標(biāo)識(shí)信息在封殼填充樣品時(shí)加入，并且包括GPS定位和操作者姓名。應(yīng)該注意，信息必須以 如下方式加入該方式使得在封殼稍后在樣品室中被加熱時(shí)，不會(huì)提供氣體釋放源。因此， 基于墨水印刷的標(biāo)簽技術(shù)存在問(wèn)題。基于封殼外表面的激光刻劃技術(shù)避免了這些問(wèn)題。例 如，裝置50可以包括激光器56，所述激光器56在填充和密封過(guò)程中將由操作者提供的標(biāo)識(shí) 信息刻劃在聚酰亞胺管51的外表面上。在本發(fā)明的另一方面中，標(biāo)簽信息由可編程RF標(biāo)識(shí)標(biāo)簽(RFID)提供，所述可編程 RF標(biāo)識(shí)標(biāo)簽(RFID)結(jié)合到空的RFID中。現(xiàn)在參考附圖6，其圖示了包含RFID的空的封殼。 封殼60由可熱密封的管61構(gòu)造，并且在管的一端具有兩個(gè)熱密封，如標(biāo)號(hào)62和64所示。 RFID 63被置于熱密封62和64之間。通過(guò)首先熱密封管61的一端形成密封62，可以形成 封殼60。然后，通過(guò)在管61處于垂直位置時(shí)將RFID 63從管61的開(kāi)口端落入管61中，使 得RFID 63靠近密封62布置。然后，形成熱密封64，以將RFID 63與封殼60中的樣品室隔 離。在樣品置于封殼中并且另一端被密封之后，RFID 63可利用RF發(fā)射器而被編程。然后，當(dāng)封殼被加載到GC中進(jìn)行處理時(shí)，利用RF接收器訪問(wèn)存儲(chǔ)在RFID 63中的 信息。由輸入RF信號(hào)供能的RFID不需要電池，并且可以耐受密封過(guò)程中的加熱。應(yīng)該注 意，RFID不需要在樣品室中經(jīng)歷加熱而存留下來(lái)，只要其在加熱樣品之前被讀取即可。上述實(shí)施例采用涂有FEP的聚酰亞胺管；但是，也可以使用其他材料。管材料的選擇取決于將被封裝和分析的樣品類型。理想地，管材料在樣品注入溫度下對(duì)于要被分析的 樣品和在這些溫度下的釋放氣體而言都是惰性的。因?yàn)楣懿牧显诜鈿け淮蜷_(kāi)之后將暴露于 樣品室中的經(jīng)加熱的樣品，所以封殼的內(nèi)表面和外表面應(yīng)該對(duì)于被分析樣品都是化學(xué)惰性 的。但是，應(yīng)該注意，外表面暴露于注入溫度下的樣品的時(shí)間長(zhǎng)度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于內(nèi)表面。因 此，外表面所需的惰性程度可以在某種程度上低于內(nèi)表面所需的惰性程度。管材料必須能以不會(huì)將顯著量的熱量施加到樣品的方式熱密封。就此而言，具有 高的橫向熱阻的材料是有利的，因?yàn)樽柚沽藖?lái)自密封加熱器的熱流過(guò)管子到達(dá)樣品。但是 同時(shí)，管材料不應(yīng)阻止注入室中樣品的快速加熱。薄的、熱阻材料提供這樣的功能。熱密封必須在封殼被打開(kāi)之前在樣品注入溫度下保持完整。因?yàn)闃悠纷⑷霚囟纫?賴于被分析的樣品，所以可以使用不同的材料來(lái)滿足不同類型的樣品。在一些實(shí)施例中，注 入溫度為至少 220，240，260，280，300，320 或 340°C。管材料必須允許封殼被打開(kāi)而不在樣品注入室中留下任何殘余物。因此，管材料 不應(yīng)在打開(kāi)時(shí)熔融或碎裂。如上所述，F(xiàn)EP涂層的聚酰亞胺管對(duì)于大量樣品來(lái)說(shuō)滿足這些限制。此外，這樣的 管子被用于電絕緣，并且因此是商業(yè)可得的，這減小了管子的成本。沒(méi)有聚酰亞胺芯的FEP 管也可用于封殼?？梢允褂玫钠渌牧习崴苄运芰?，諸如PEEK和特富龍(Teflon)。 PEEK具有340°C的熔融溫度，因此可以在至少300°C的注入溫度下使用。在上述實(shí)施例中，在封殼已經(jīng)加熱到注入溫度之后通過(guò)用矛刺刺穿封殼，來(lái)打開(kāi) 封殼。雖然通過(guò)此過(guò)程去除了封殼的大部分揮發(fā)性內(nèi)容物，但是一些材料可能仍然保留在 封殼中并且不會(huì)被吹掃到GC中。在期望定量結(jié)果的情形下，留下的材料可能將誤差引入測(cè) 量結(jié)果中。此外，當(dāng)樣品特別小時(shí)，留下的材料可能占整個(gè)樣品的顯著部分。現(xiàn)在參考圖7，其示出了根據(jù)本發(fā)明的樣品注入室的另一實(shí)施例。樣品注入室70 包括兩個(gè)針71和72，其在封殼41被加熱到注入溫度之后刺穿封殼41。載氣經(jīng)由針71流 入被刺穿的封殼中，并且經(jīng)由連接到GC柱的針72流出。通過(guò)機(jī)構(gòu)73使封殼41靠著針71 和72，所述機(jī)構(gòu)73在靠著針向封殼施力的時(shí)候?qū)⒎鈿?1保持在期望位置。因?yàn)檩d氣實(shí)際 進(jìn)入封殼，并且將封殼的揮發(fā)性內(nèi)容物沖出，所以基本上全部樣品被引入GC。上述實(shí)施例需要一定形式的可移動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)，以弄破樣品注入室內(nèi)的封殼。但是， 也可構(gòu)建利用其它機(jī)構(gòu)來(lái)打開(kāi)封殼的實(shí)施例?，F(xiàn)在參考示出了封殼注入室80的圖8，所述 封殼注入室80利用局域化能量源81在封殼已被加熱到注入溫度之后弱化封殼一端處的熱 密封。例如，能量源81可以是激光器81，其照射封殼41上的熱密封82。一旦熱密封已被 弱化或熔融，封殼41中的內(nèi)部壓力強(qiáng)迫封殼41的端部82打開(kāi)，因此不要求移動(dòng)部件。在 另一實(shí)例中，熱密封區(qū)域具有能量吸收材料，諸如深色的、化學(xué)惰性材料的涂層，其增強(qiáng)期 望區(qū)域中對(duì)激光的吸收。在另一實(shí)例中，封殼41可以在熱密封區(qū)域中包括金屬材料，能量 源81可以是微波源。根據(jù)本發(fā)明的封殼注入系統(tǒng)非常適用于自動(dòng)化樣品處理?，F(xiàn)在參考圖9，其示出了 一種用于自動(dòng)更換封殼的機(jī)構(gòu)。待分析的多個(gè)個(gè)體封殼被加載在托架91中，所述托架91 包括保持個(gè)體封殼的腔室92。托架91以一次一個(gè)的方式將封殼移動(dòng)到樣品注入室96中。 在各個(gè)封殼被移動(dòng)到位之后，由一組密封95將室密封。當(dāng)封殼通過(guò)讀取站97時(shí)，上述的標(biāo) 識(shí)信息被讀取，并發(fā)送到控制器98，控制器98將該信息與所得的GC數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)。如上所述，一旦被置于樣品注入室96中，封殼被加熱并且釋放內(nèi)容物。在圖9所示的實(shí)施例中，托 架91包括通道，這些通道與分別由標(biāo)號(hào)93和94表示的氣體入口端口和出口端口連接。端 口 94與分析裝置105連通，所述分析裝置105在此情況下是GC的分離柱99和檢測(cè)器101。 檢測(cè)器101檢測(cè)隨事件而變的、從柱洗脫的材料，并且將結(jié)果報(bào)告給控制器98，所述控制器 將該數(shù)據(jù)與從封殼讀取的信息關(guān)聯(lián)。在另一實(shí)施例中，封殼是由與上述的相同的(一種或多種)聚合物材料制造的毛 細(xì)管。此形式的封殼允許液體樣品被吸到毛細(xì)管中，移動(dòng)到毛細(xì)管的中部，然后密封毛細(xì)管 的端部以形成密封的毛細(xì)管?，F(xiàn)在參考圖10A-10E，其示出了填充封殼的操作工序。毛細(xì)管 110被置于注射器111中，并且毛細(xì)管的端部用0形圈113密封到注射器的內(nèi)腔，如圖IOA 所示。圖IOB示出了毛細(xì)管被插入到液體樣品容器114中。通過(guò)移動(dòng)注射器中的活塞112 將液體樣品吸到毛細(xì)管中。圖IOC所示，吸入到毛細(xì)管中的液體樣品的體積由活塞端部的 面積和活塞移動(dòng)的距離來(lái)確定。在將毛細(xì)管從樣品容器取出之后，再次移動(dòng)活塞，以將液體 樣品填充柱定位在毛細(xì)管的中部，如圖IOD所示。圖IOE示出了如上所述從注射器取出并 且端部已經(jīng)被密封的毛細(xì)管。雖然利用適用于GC的實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明也可以用于其他形式 的分析裝置。例如，根據(jù)本發(fā)明的注入室也可以用于到質(zhì)譜儀的輸入級(jí)。在這樣的應(yīng)用中， 圖9中所示的分離柱和檢測(cè)器將由可替代的分析裝置代替。上述實(shí)施方式涉及可熱密封管。為了本專利的目的，如果管的端部可以通過(guò)向該 端部施加熱來(lái)密封，則該管被定義為可熱密封的。管端部可以通過(guò)接觸加熱器直接被加熱、 通過(guò)輻射加熱、超聲焊接或微波加熱間接加熱。密封操作還可以采用局部加壓結(jié)合加熱，以 形成密封。上述的發(fā)明內(nèi)容和本發(fā)明的實(shí)施方式被提供來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的各個(gè)方面。但是，應(yīng) 該理解，在不同的具體實(shí)施方式
中示出的本發(fā)明的不同方面可以被組合，提供本發(fā)明的其 他實(shí)施方式。此外，根據(jù)前面的描述、附圖和權(quán)利要求，可以想到本發(fā)明的各種修改形式。
權(quán)利要求
1.一種封殼，用于容納在注入溫度下具有氣體組分的樣品，所述封殼包括包含第一端部和第二端部的管，所述管包含聚合物可熱密封介質(zhì)，所述第一端部被密 封并且所述第二端部可被熱密封，所述管具有內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面和所述外表面對(duì)于所述樣品都是基本上化學(xué) 惰性的，所述管基本上不含任何在所述注入溫度下釋放氣體的材料，以及 所述管在所述注入溫度下保持完整。
2.如權(quán)利要求1的封殼，其中，所述管是毛細(xì)管。
3.—種封殼，用于容納在注入溫度下具有氣體組分的樣品，所述封殼包括 包含可熱密封介質(zhì)的管；以及吸附基質(zhì)，用于固定處于低于所述注入溫度的溫度下的所述樣品，所述吸附基質(zhì)位于 所述管中，所述管具有內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面和所述外表面對(duì)于所述樣品都是基本上化學(xué) 惰性的，所述管基本上不含任何在所述注入溫度下釋放氣體的材料，以及 所述管在所述注入溫度下保持完整。
4.如權(quán)利要求1的封殼，其中，所述注入溫度大于280°C。
5.如權(quán)利要求1的封殼，其中，所述管包含有機(jī)聚合物。
6.如權(quán)利要求1的封殼，其中，所述管包含熱塑性塑料。
7.如權(quán)利要求6的封殼，其中，所述熱塑性塑料是PEEK。
8.如權(quán)利要求1的封殼，其中所述可熱密封介質(zhì)是FEP。
9.如權(quán)利要求8的封殼，其中所述管包含聚酰亞胺，所述內(nèi)表面由FEP涂覆。
10.如權(quán)利要求9的封殼，其中，所述管的所述外表面涂覆 Ρ。
11.如權(quán)利要求1的封殼，其中，所述管包含可編程RFID。
12.如權(quán)利要求11的封殼，其中，所述RFID被密封在所述管中的單獨(dú)腔室中。
13.如權(quán)利要求1的封殼，其中，所述第二端部被熱密封，樣品被密封在所述管內(nèi)、所述 第一密封端部與第二密封端部之間。
14.一種用于處理GC中的樣品的方法，所述方法包括 將所述樣品熱密封在封殼中，所述封殼包含具有內(nèi)表面和外表面的聚合物管，所述內(nèi)表面和所述外表面對(duì)于所述樣品都是基本上 化學(xué)惰性的，所述管基本上不含任何在所述注入溫度下釋放氣體的材料； 將所述樣品置于所述GC中的樣品注入室中；將所述樣品加熱到注入溫度，在所述注入溫度下，所述樣品的組分處于氣態(tài)； 打開(kāi)所述封殼；以及使載氣流過(guò)所述樣品注入室，以將所述氣態(tài)組分吹掃到所述GC中進(jìn)行分析。
15.如權(quán)利要求14的方法，其中，所述封殼通過(guò)刺穿所述封殼而被打開(kāi)。
16.如權(quán)利要求14的方法，其中，所述封殼通過(guò)選擇性加熱所述封殼而被打開(kāi)。
17.如權(quán)利要求14的方法，其中，所述封殼通過(guò)用第一針和第二針刺穿所述封殼而被打開(kāi)，所述第一針與所述載氣的源連通，所述第二針與到所述GC的輸入端口連通。
18.如權(quán)利要求14的方法，其中，所述GC包括標(biāo)識(shí)碼讀取器，所述標(biāo)識(shí)碼讀取器讀取并 存儲(chǔ)所述封殼中編碼的信息。
19.一種設(shè)備，包括注入室，其接納聚合物封殼，所述聚合物封殼用于容納待分析的樣品，所述注入室包括 用于在所述樣品被加熱到預(yù)定注入溫度之后打開(kāi)所述聚合物封殼的機(jī)構(gòu)，以及 與分析裝置連通的第一端口。
20.如權(quán)利要求19的設(shè)備，包括第二端口，所述第二端口接收將所述注入室的內(nèi)容物 吹掃到所述第一端口中的載氣。
21.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中，所述分析裝置包括分離柱。
22.如權(quán)利要求19的設(shè)備，其中，所述分析裝置包括質(zhì)譜儀。
23.如權(quán)利要求20的設(shè)備，其中，用于打開(kāi)經(jīng)熱密封的所述封殼的機(jī)構(gòu)包括刺穿所述 經(jīng)熱密封的封殼的第一針和第二針，所述第一針與所述第一端口相連，所述第二針與所述第二端口相連。
24.如權(quán)利要求19的設(shè)備，還包括標(biāo)識(shí)讀取器，所述標(biāo)識(shí)讀取器讀取被編碼在所述經(jīng) 熱密封的封殼中的信息。
25.如權(quán)利要求19的設(shè)備，還包括樣品加載器，所述樣品加載器將所述聚合物封殼自 動(dòng)加載到所述注入室中。
全文摘要
本發(fā)明涉及改善的用于氣相色譜術(shù)的封殼注入系統(tǒng)，具體地涉及一種適用于諸如GC的分析裝置的可熱密封的封殼，以及利用該封殼在分析裝置中執(zhí)行分析的方法。所述封殼包括具有被熱密封的端部的管，以容納將在注入溫度下被分析的樣品。管包括具有封閉端部的熱密封的可熱密封介質(zhì)，所述管具有內(nèi)表面和外表面，所述內(nèi)表面和所述外表面對(duì)于所述樣品都是基本化學(xué)惰性的。所述管基本不含任何在所述注入溫度下釋放氣體的材料。所述管可不用破裂而打開(kāi)，并在所述注入溫度下保持完整。所述封殼可包括存儲(chǔ)關(guān)于容納在其中的樣品的信息的可編程標(biāo)簽。
文檔編號(hào)G01N30/02GK102103127SQ20101055768
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月20日
發(fā)明者卡爾·A·馬爾霍茲, 阿瑟·施萊費(fèi)爾 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司