專利名稱：色譜分析組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于多維色譜分析的色譜分析組件，包括(a)第一分離柱，用于將流過該分離柱的樣本分離成多個組分；(b)第二分離柱，用于進一步分離由第一分離柱分離過的多個組分，其中第二分離柱具有與第一分離柱不同的分離特性；(c)收集容器，其置于第一分離柱和第二分離柱之間的流動路徑中，用于在進入第二分離柱前收集所述組分；(d)切換組件，用于將色譜分析組件從第一狀態(tài)切換到第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)時，離開第一分離柱的組分被收集在收集容器中，在第二狀態(tài)時，收集在收集容器中的組分被轉(zhuǎn)移到第二分離柱中，和(e)檢測器，用于檢測離開第二分離柱的樣本組分。此外，本發(fā)明還涉及產(chǎn)生多維色譜圖的方法，包括以下步驟(a)在第一分離柱中將樣本分離為多個組分；(b)在收集容器中收集所述組分；(c)在第二分離柱中分離所收集的組分，和(d)檢測在第二分離柱中被分離的組分。這樣的組件稱為多維或全色譜分析。在氣相色譜分析領(lǐng)域，這些組件和方法稱為 “GCXGC”或“GC-GC”，在高效液相色譜法領(lǐng)域，稱為“LCXLC”。還存在多種混合組件，如 GCXLC和LCXGC。這些組件的特征在于樣本流過兩個具有不同的分離特性的分離柱。第一分離柱未分辨的峰能夠在第二分離柱中被分離。以這樣的方式可以獲得高分辨率。已知的組件基于兩種不同原理的其中一種。一種選擇是用冷凍劑，如氮氣，來冷凍在第一分離柱中分離的組分，并在收集后通過加熱的方式釋放這些組分。另一種選擇是切換經(jīng)過這些柱和收集容器的流體流，使得這些組分被周期性地收集在收集容器中并隨后轉(zhuǎn)移到第二分離柱。這樣就避免使用了昂貴的冷凍劑。本發(fā)明涉及后一種組件和方法，其中通過合適的流動管理裝置來進行狀態(tài)的切換。
背景技術(shù)：
US7383718B2 (McCurrey)公開了具有第一和第二分離柱的裝置，這兩個分離柱用于進行二維氣相色譜分析。帶有閥門和壓力控制器的流動調(diào)節(jié)器以期望的方式切換流動。 這種裝置由 Agilent Technologies Corp 銷售，名稱為 “Agilent7890A GC System，，。第一步驟中，在第一分離柱中分離的組分收集在收集容積中。第二步驟中，收集到的組分被快速轉(zhuǎn)移到第二分離柱中以進行進一步的分離。為達這一目的，在第二步中，使載氣流流過收集容器。在收集過程中，使載氣流繞過收集容器。基于流動狀態(tài)、柱的設(shè)計和應(yīng)用，很多離開第一分離柱的可移動相進入收集容器。 也就是說，收集容器是滿的。因此，部分組分在轉(zhuǎn)移步驟前已經(jīng)進入第二分離柱。這不是所期望的。然而，通常也不期望使用大的收集容器，這是因為此時向第二分離柱的轉(zhuǎn)移將持續(xù)很長的時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供具有精度高和分析持續(xù)時間短的上述所述類型的組件和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，收集容器的容積是可變的。收集容器可以是，例如由可更換的、可拆卸地連接的管道、管子、管線或毛細管或通過蝕刻到板中的溝槽形成。然而，也可以以適于整體更換的模塊的方式提供收集容器?？勺兊氖占萜髂軌蚋鶕?jù)分離柱的各種特征和各種應(yīng)用環(huán)境做出調(diào)整。最好是由收集容器的高達約50%的收集量啟動所述調(diào)整，優(yōu)選處于40-60 %的范圍內(nèi)。如果第一分離柱設(shè)計為具有高的流體流速，則使用大的收集容器是有益的。對于引起更高擴散的高溫應(yīng)用也是如此，此時大的收集容器也是有益的。為了減少將樣本轉(zhuǎn)移到第二分離柱的轉(zhuǎn)移時間，以及因此減少在第一分離柱中的流體流速較低時的測量時間，選擇較小的收集容器是有益的。收集容器的調(diào)整通過選擇與所選擇的應(yīng)用和第一分離柱匹配的管線部分或毛細管部分來進行，管線部分或毛細管部分此時可以， 例如螺接到該組件的匹配連接器上。有益的是，收集容器總是具有比第一分離柱大的內(nèi)徑。 當(dāng)應(yīng)用于氣相色譜分析時，優(yōu)選的是管線-或毛細管部分或可更換的模塊由金屬制成，而應(yīng)用于液相色譜分析時，優(yōu)選的是，由惰性聚合物制成。該組件特別適用于氣相色譜分析分離柱、液相色譜分析分離柱或它們的組合。在本發(fā)明特別優(yōu)選的實施例中，收集容器適合被加熱。第二分離柱優(yōu)選和第一分離柱的溫度相同。另一選擇是，所述分離柱各自被保持恒溫。本發(fā)明進一步的改進技術(shù)方案中，切換組件包括流體源和閥，該流體源具有流動或壓力控制器，用于產(chǎn)生一流體流，該閥使得流體流在第二狀態(tài)中流過收集容器。在本發(fā)明的特別優(yōu)選的進一步的改進技術(shù)方案中，提供另一個收集容器，使流體流在第一狀態(tài)中流過第一收集容器，在第二狀態(tài)中流過第二收集容器。使用這樣的組件，可從一個收集容器與另一個收集容器中的收集物同時地將收集到的組分轉(zhuǎn)移到第二分離柱中。這樣，檢測時沒有樣本組分的損失。使用兩個收集容器進一步的好處是延長了樣本轉(zhuǎn)移的時間長度，但不會增加測量的持續(xù)時間。與僅使用一個收集容器相比，可以以更小的體積速度實現(xiàn)向第二分離柱的轉(zhuǎn)移。根據(jù)本發(fā)明的多維色譜圖的產(chǎn)生的特征在于收集容積適應(yīng)于柱的特性和操作條件。為收集組分，該組件優(yōu)選在至少兩個收集容器間切換，在一個收集容器內(nèi)進行收集時， 另一個收集容器中收集的組分被轉(zhuǎn)移到第二分離柱中，反之亦然。對于根據(jù)本發(fā)明的方法，液體可用作為載體，并且可通過質(zhì)譜分析法實現(xiàn)檢測。然而，可以理解的是，本發(fā)明除了液相色譜分析LCXLC或其它方法外還可以適用于氣相色譜分析和如UV、DAD或FID的檢測方法。為了在兩個收集容器間進行切換，優(yōu)選使用受控流體流，該流體流交替地流過這些收集容器，且流體流的進口壓力是及時可調(diào)并可變的。然后在收集容器中保持較小的流體流，在該收集容器中組分被轉(zhuǎn)移到第二分離柱。本發(fā)明進一步的改進技術(shù)方案為從屬權(quán)利要求的主題。以下將參照附圖對實施例進行更為詳細的描述。


圖1圖示具有處于收集狀態(tài)的收集容器的多維色譜分析組件的示意圖。圖2示出了在將收集容器中所收集的組分轉(zhuǎn)移到第二分離柱過程中的圖1所示組件。圖3圖示處于第一切換狀態(tài)的帶有兩個收集容器的多維色譜分析組件的示意圖。圖4處于第二切換狀態(tài)的圖3所示組件。圖5圖示了可變收集容器對于具有l(wèi)ml/min的氣體流速的第一分離柱的影響。圖6圖示了可變收集容器對于具有2ml/min的氣體流速的第一分離柱的影響。圖7具有兩個收集容器和另一切換閥的用于LCXLC的組件。
具體實施例方式圖1顯示了用于多維色譜分析的組件，用數(shù)字10表示。該組件包括第一分離柱12 和第二分離柱14。基于應(yīng)用，設(shè)計分離柱12和14以用于氣相色譜分析或液相色譜分析。 分離柱12和14是串聯(lián)連接的。從樣本進口 16流過第一分離柱12的樣本隨后還會完全流過第二分離柱14。在第二分離柱14的出口端，提供檢測器18。任何檢測器都適合作為檢測器18，該檢測器還適合其它已知的色譜分析組件，例如UV、AED、MS、FID等。分離柱12和分離柱14的固定相不同。這樣，從分離柱12進入分離柱14的不同組分的未分辨的峰被分辨。在第一分離柱12和第二分離柱14之間提供收集容器20。當(dāng)前的實施例中，收集容器20為使用多徑螺栓組件可拆卸螺接到分離柱12和14兩端的毛細管。毛細管與螺栓組件一起形成可更換的模塊。在氣相色譜分析領(lǐng)域，該模塊由高溫穩(wěn)定、惰性的不銹鋼制成。 在液相色譜分析領(lǐng)域，該模塊由惰性聚合物材料制成。提供載流源22以影響收集容器20中的流動。在氣相色譜分析中，載氣來自載氣流體源22，如分子態(tài)的氫。一方面，載氣流體源22在該模塊處通過閥M連接于收集容器 20的進口。另一方面，載氣源22通過閥M連接于收集容器20的出口，并且因此與第二分離柱14的進口連接?；陂yM的位置，載體流體流或者流過收集容器20，或者繞過收集容器20。在圖1示出的組件中，來自載氣流體源22的載體流體流通過閥M繞過收集容器 20，并向第二分離柱14轉(zhuǎn)移。在圖2示出的組件中，其中來自載氣流體源22的載體流體流流過閥M并流過收集容器20流向第二分離柱14。該組件的操作如下具有多種組分的樣本通過樣本進口 16進入第一分離柱12。盡可能地使樣本的多種組分分離。來自第一分離柱的組分進入收集容器20。如圖1所示，在循環(huán)的第一步驟中，如圖1所示，載體流體繞過收集容器，并流向第二分離柱14。在收集容器20中收集樣本，其中樣本以較小的體積速度移動。如果收集容器20遠大于第一分離柱的容積，那么相應(yīng)于第一分離柱12中的較小的氣體流量的體積速度就會產(chǎn)生小的體積速度。這就是收集步驟。如圖2所示，在循環(huán)的第二步驟中，如圖2所示，載體流體流過收集容器，流向第二分離柱14。收集容器20收集的樣本隨后被以較高的體積速度轉(zhuǎn)移到第二分離柱中。該體積速度對應(yīng)于由來自第一分離柱12的氣體流和載體流體源的氣體流總和產(chǎn)生的氣體流。重復(fù)循環(huán)的第一和第二步驟，直到所有樣本流過該組件。循環(huán)的持續(xù)時間由應(yīng)用和測量條件決定。流體源上設(shè)置的流動和/或壓力控制器可以控制流過收集容器20的體積速度。模塊形式的體積容器20設(shè)置有固定長度的毛細管。然而，毛細管的內(nèi)徑采用以下方式確定，使得在給定的第一分離柱直徑和選定的循環(huán)持續(xù)時間的情況下，收集到的樣本量為收集容器容量的約50%。因此，對于每種樣本和每種分離柱，避免了收集階段中的樣本過早離開，且使得測量時間較短。如果該組件搭配不同的柱使用，則該模塊是可更換的。為達到該目的，連接流體源和分離柱的連接件是可釋放的，且可以插入不同的模塊。通過實施例，圖1和2顯示了關(guān)于氣相色譜分析應(yīng)用的典型的氣體流和體積速度的值。樣本與載氣一起流動，lml/min的氣體流對應(yīng)于通過第一分離柱12的15 μ 1/ s氣體流。分離柱的尺寸為約30mX0. 25_Χ0. 25μπι?？梢苿酉嗟捏w積速度為30cm/s。 收集容器的尺寸為2. 25mmX50mm。根據(jù)更大的截面和收集階段中的lml/min的氣體流， 得到更小的為O.km/s的體積速度。其后的第二分離柱18又具有更小的截面，尺寸為 2mX0. 25mmX0. 25 μ m0來自收集容器的氣體流和來自載氣源22的在本實施例中為19ml/ min的氣體流被加在一起。因此，在收集階段，在第二分離柱14中產(chǎn)生的氣體流為20ml/ min。得到的體積速度較高，為500cm/s。在轉(zhuǎn)移階段(圖2、來自載氣源22的載氣流流過收集容器。這時總氣體流達到了 20ml/min。這對應(yīng)較高的體積速度8. 5cm/s?？梢钥闯?，體積速度越大，就能越快地轉(zhuǎn)移所收集的樣本到第二分離柱中。若改變第一分離柱中的尺寸或氣體流，那么收集容器20達到 “滿”的狀態(tài)的時間將發(fā)生變化。這由圖5中的數(shù)值可以看出。圖1中給出的尺寸和數(shù)值導(dǎo)致200 μ 1的收集容器達到一半收集量的時間為約6s。較小的收集容器，容量62 μ 1，直徑為1.25mmX50mm，填滿時間僅為約&。基于應(yīng)用，即峰寬、樣本性質(zhì)、柱的分辨率等，優(yōu)選較大或較小的收集容器。分離柱12和14，以及收集容器20和21被設(shè)置于更夠控制到高達30°C的爐40中。 在可選的未示出的實施例中，第二分離柱14被置于獨立的爐中。圖3和4顯示了另一的實施例。如該實施例中所描述的，在樣本進口 116上方，設(shè)置第一分離柱112、第二分離柱114和檢測器118。該實施例中，在分離柱112和114間設(shè)置兩個收集容器120和121。收集容器120和121為毛細管，它們定位在公共的可拆卸的模塊中。每一個收集容器的進口均連接于第一分離柱112的出口。而且，帶有流動和/或壓力控制器的通向流體源122的連接件與收集容器的各進口連接。來自流體源122的流體流通過切換閥1 能夠被輸送到進口。收集容器120和121的出口與第二分離柱114相連接。該組件的操作過程如下第一步驟中，流體流134流到收集容器120的進口。同時， 來自第一分離柱112的被分離的樣本流到另一個收集容器121的進口。在該步驟中，樣本被收集于收集容器121中。通過流體流，將收集容器120收集的組分轉(zhuǎn)移到第二分離柱中。 該過程如圖3所示。通過切換切換閥124，流體流被導(dǎo)向進入收集容器121的進口。離開第一分離柱112的樣本流到收集容器120的進口。在那，樣本被收集。這一狀態(tài)如圖4所示。 容易認識的是，在該組件中，樣本總是在兩個收集容器的一個中被收集，同時另一個收集容器中的收集物被轉(zhuǎn)移到第二分離柱中。以這樣的方式可以實現(xiàn)連續(xù)的樣本收集，且該過程不會受到轉(zhuǎn)移樣本至第二分離柱的影響。相應(yīng)地，轉(zhuǎn)移可花費更多的時間。為了使離開第一分離柱的樣本進入期望的收集容器中，在收集容器的進口前，流體流的一小流動部分130被分離出來，并與樣本流132 —起流到另一個進口。如圖4中，流體流的流動部分130被分離出來，并流到收集容器120的進口 134。圖3中的情形恰好相反。用于流體部分130的管線截面遠小于用于剩余流體流的管線截面，從而產(chǎn)生了相應(yīng)的分離，不需要任何其它的控制裝置。該管線形成了限制以為分別完全轉(zhuǎn)移收集容器120或 121的來自第一分離柱112的組分做好準(zhǔn)備。分離柱112和114，及收集容器120和121被設(shè)置于具有高達300°C的受控溫度的爐中。在另一未示出的實施例中，第二分離柱114被置于單獨的爐中。以下通過舉例的方式，對流動狀態(tài)的一些典型數(shù)值進行說明。然而，需要理解的是，這僅是操作方式的說明，并不意味著將本發(fā)明限制到這些值。如上述實施例中所述，控制載氣源的氣體流為20ml/min，第一分離柱中的氣體流為lml/min。在圖3所示的步驟中，樣本流入收集容器121。相應(yīng)地，總體為20ml/min的載氣中的19ml/min將流過收集容器120。lml/min的載氣與樣本一起流過收集容器121。其中的氣體流是anl/min，對應(yīng)于小的體積速度0. 8cm/s。其中的收集組分被轉(zhuǎn)移到第二分離柱的收集容器120中的體積速度為85cm/s。圖4所示情形的流動狀態(tài)恰好相反。通過舉例方式在圖6中顯示了改變收集容器的效果減小收集容器，會得到較高的體積速度，繼而獲得較快的填充。如果要使向第二分離柱114的轉(zhuǎn)移較慢，那么通過相應(yīng)的收集容器減小載氣流。 這可以通過及時改變的流動或壓力控制器或通過旁通器實現(xiàn)。圖7顯示了 HPLC組件，其中示出了與上述用于氣相色譜分析的實施例不同的體積速度。收集容器220和221的進口通過公共的切換閥2M接受來自樣本進口 216的樣本。 切換閥224引導(dǎo)可移動相到其中一個收集容器中，這里收集容器用數(shù)字221表示。只有來自HPLC-泵222的可移動相流過另一個收集容器220，這類似于圖3和4中的實例。切換閥224能在HPLC中實現(xiàn)特別簡單的處理，因為操作是恒溫的，與氣相色譜分析相反。為了使分離柱212和214，及收集容器221和220恒定在30°C左右，需要提供爐對0。流動從第一分離柱212以4. 81mm/s的體積速度經(jīng)切換閥2M流向收集容器221。 由于較大的截面，在收集容器221中體積速度減小到0. 57mm/s。收集容器220中的樣本以體積速度為3. 2mm/s被轉(zhuǎn)移到分離柱214中。這樣的組件特別適用MS-檢測器。
權(quán)利要求
1.用于對樣本進行多維色譜分析的色譜分析組件，包括(a)第一分離柱(12；112)，用于將流過所述分離柱的所述樣本分離成多個組分；(b)第二分離柱(13;114)，用于進一步分離在所述第一分離柱內(nèi)分離的所述組分，其中第二分離柱具有與第一分離柱(12 ；112)不同的分離特性；(c)收集容器OO;120，121)，用于在進入所述第二分離柱(14;114)前收集在所述第一分離柱內(nèi)分離的所述組分，所述收集容器置于所述第一分離柱(12 ；112)和所述第二分離柱(14 ； 114)之間的流動路徑中；(d)切換組件02二4；122，124)，用于使所述色譜分析組件由第一狀態(tài)(圖1 ；圖3)切換至第二狀態(tài)(圖2，；圖4)，在第一狀態(tài)時在所述收集容器OO ； 120，121)中收集離開所述第一分離柱(12 ；112)的組分，在第二狀態(tài)時在所述收集容器OO ；120，121)中收集的所述組分被轉(zhuǎn)移到所述第二分離柱(14 ； 114)中；和(e)檢測器(18；118)，用于檢測離開所述第二分離柱(14 ； 114)的樣本組分，其中(f)所述收集容器OO；120，121)的內(nèi)部尺寸是可變的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色譜分析組件，其中所述收集容器O0;120，121)由可更換的、可釋放地連接的管道、管子、管線或毛細管形成或者由蝕刻到板中的溝槽形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色譜分析組件，其中所述分離柱(12，14;112，114)為氣相色譜分析分離柱或液相色譜分析分離柱或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色譜分析組件，其中所述收集容器(20；120,121)適合被加熱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色譜分析組件，其中所述切換組件包括用于產(chǎn)生流體流的具有流動或壓力控制器的流體源02 ；122)和在第二狀態(tài)時使流體流流過所述收集容器OO ； 120，121)的閥(24 ； 124)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色譜分析組件，其中設(shè)置另一個收集容器(121)，所述流體流在第一狀態(tài)時流過所述第一收集容器(120)，在第二狀態(tài)時流過第二收集容器(121)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色譜分析組件，其中收集容器由毛細管柱形成。
8.產(chǎn)生多維色譜圖的方法，包括步驟(a)在第一分離柱(12；112)中將樣本分離為多種組分；(b)在收集容器(20；120，121)中收集所述組分；(c)在第二分離柱(14； 114)中分離所述收集到的組分；和(d)檢測在第二分離柱(14； 114)中分離的所述組分，和其中(e)根據(jù)所述柱的一個或多個特性及根據(jù)所選擇的操作條件調(diào)整所述收集容器OO； 120，121)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中關(guān)于對所述組分進行所述收集，所述組件在至少兩個收集容器(120，121)間進行切換，當(dāng)在一個收集容器中進行所述收集時，另一個收集容器中收集的組分被轉(zhuǎn)移到所述第二分離柱(14;114)中，反之亦然。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中使用液體作為載體，使用質(zhì)譜分析法實現(xiàn)所述檢測。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中受控流體流用于在所述收集容器(120，121)間進行切換，該流體流交替地流過所述收集容器，且所述流體流的進口壓力是及時可調(diào)的且可變的。
全文摘要
色譜分析組件，包括第一分離柱，用于將流過該分離柱的樣本分離成多個組分；第二分離柱，用于進一步分離該第一分離柱中分離的該組分，其中第二分離柱具有與第一分離柱不同的分離特性；收集容器，用于在進入該第二分離柱前收集該組分，該收集容器置于該第一和該第二分離柱之間的流動路徑中；切換組件，用于使該色譜分析組件由第一狀態(tài)切換至第二狀態(tài)，第一狀態(tài)時在該收集容器中收集離開該第一分離柱的組分，第二狀態(tài)時該收集容器中收集的該組分被轉(zhuǎn)移到該第二分離柱中；和檢測器，用于檢測離開第二分離柱的樣本組分，該收集容器的容積是可變的。提供另一個收集容器，該流體流在第一狀態(tài)時流過該第一收集容器，在第二狀態(tài)時流過第二收集容器。
文檔編號G01N30/46GK102269746SQ20111011314
公開日2011年12月7日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者J·拉特克 申請人:聯(lián)合分析系統(tǒng)有限責(zé)任公司