用於調製色譜系統中流體流量的系統和裝置製造方法
2023-07-13 02:01:01 2
用於調製色譜系統中流體流量的系統和裝置製造方法
【專利摘要】本文中描述的某些實施方案涉及用於調製色譜系統中流體流量的系統和裝置，所述色譜系統包括構造為提供三通切換或者在三個或三個以上以上輸入或者輸出之間切換的微流體裝置。所述微流體裝置流體耦合至一個或一個以上切換閥以提供色譜系統中流體流量的選擇性控制。
【專利說明】用於調製色譜系統中流體流量的系統和裝置
[0001]優先申請案
[0002]本申請主張2010年6月14日提交的美國臨時申請號61 / 354，526的優先權，其全部公開為了全部目的據此以引用的方式併入。
[0003]相關申請案
[0004]本申請涉及共同受讓的申請號美國12 / 472，948，其全部公開為了全部目的據此以引用的方式併入。
【技術領域】
[0005]某些特徵、方面和實施方案涉及氣相色譜系統，特別是，某些實施方案涉及色譜系統，所述色譜系統包括微流體裝置以控制到系統中一個或一個以上其它組件的流體流。
【背景技術】
[0006]利用現有色譜系統，可能很難分離複雜樣品。特別是，具有洗提接近的峰的樣品可能很難分離。此外，也可能需要反衝、中心切割、柱切換和檢測器切換。各種微流體裝置和系統在美國申請號為8303694和7468095的美國申請中有所描述。
實用新型內容
[0007]在一個方面，提供一種用於調製色譜系統中流體流量的系統，所述色譜系統包括流體耦合至第一切換閥和第二切換閥的微流體裝置。在某些實施例中，所述系統配置用於在第一位置和第二位置之間獨立制動第一切換閥和第二切換閥，第一切換閥的第一位置允許流體從切換氣源流到微流體裝置的一個埠，第二切換閥的第一位置允許流體從調製氣源流到微流體裝置的另一個埠，其中第一切換閥和第二切換閥的制動被構造為使用微流體裝置來提供三通切換。
[0008]在某些實施方案中，第一切換閥和第二切換閥中的每個為三通電磁閥。在其它實施方案中，所述系統可包括通過以至少一個節流器旁通流路構造微流體裝置來平衡系統中的壓力。在一些實施方案中，所述微流體裝置是由輸入埠以及第一、第二、第三、第四、第五和第六埠構造的，其中第一切換閥流體耦合至切換氣源、第一埠和第三埠，且第二切換閥流體耦合至切換氣源、第三埠和第五埠。在其它實施方案中，將第一切換閥和第二切換閥中的每個構造為處於第一位置中，以將切換氣體提供給第一埠和第五埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第二埠。在某些實施例中，將第一切換閥構造為處於第二位置中且將第二切換閥構造為處於第一位置中，以將切換氣體提供給第三埠和第五埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第六埠。在另外實施例中，將第一切換閥構造為處於第一位置中且將第二切換閥構造為處於第二位置中，以將切換氣體提供給第一埠和第三埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第四埠。在更多實施例中，將第一切換閥和第二切換閥中的每個構造為處於第二位置中，以將切換氣體提供給第三埠且將柱流出物提供給第四埠和第六埠。[0009]在另一個方面，描述了一種系統，其包括:微流體裝置，其包括輸入埠和多個附加埠，微流體裝置被建構且配置為允許三通切換；第一切換閥，其流體耦合至微流體裝置且構造為將切換氣體提供給微流體裝置的至少兩個埠 ；以及第二切換閥，其流體耦合至微流體裝置且構造為將切換氣體提供給微流體裝置的至少兩個埠，其中流體耦合至第一切換閥和第二切換閥的所述至少兩個埠中的至少一個可為相同。
[0010]在某些實施方案中，微流體裝置包括第一、第二、第三、第四、第五和第六埠，其中第一切換閥為流體耦合至切換氣源、第一埠和第三埠的三通閥，以及其中第二切換閥為流體耦合至切換氣源、第三埠和第五埠的三通閥。在一些實施例中，第二、第四和第六埠中的每個流體耦合至檢測器。在其它實施例中，第二埠流體耦合至介於第二埠和檢測器之間的柱。在另外實施例中，第六埠流體耦合至介於第六埠和檢測器之間的柱。在某些實施方案中，第四埠流體耦合至介於第四埠和檢測器之間的節流器。在其它實施方案中，檢測器中的至少一個為質譜儀。在更多實施方案中，第二、第四和第六埠中的每個流體耦合至色譜柱。
[0011]在另外方面，提供一種配置用於在包括三個不同檢測器的色譜系統中切換柱流出物的系統，所述系統包括獨立制動第一切換閥和第二切換閥，以將柱流出物從柱提供給流體耦合至第一切換閥和第二切換閥中的每個的微流體裝置，其中第一切換閥和第二切換閥中的每個的位置將從微流體裝置流出的輸出提供給三個檢測器中的一個。
[0012]在另一個方面，描述一種配置用於在多柱色譜系統中切換柱流出物的系統，所述系統包括獨立制動第一切換閥和第二切換閥，每個切換閥流體耦合至微流體裝置，微流體裝置還流體耦合至至少三個色譜柱，其中第一切換閥和第二切換閥的位置提供從所述柱中一個流出從微流體裝置流出的輸出。
[0013]在某些實施方案中，第一切換閥和第二切換閥中的每個為三通電磁閥。在其它實施方案中，所述系統可包括通過以至少一個節流器旁通流路構造微流體裝置來平衡系統中的壓力。在一些實施方案中，所述微流體裝置是由輸入埠以及第一、第二、第三、第四、第五和第六埠構造的，其中第一切換閥流體耦合至切換氣源、第一埠和第三埠，且第二切換閥流體耦合至切換氣源、第三埠和第五埠。在其它實施方案中，將第一切換閥和第二切換閥中的每個構造為處於第一位置中，以將切換氣體提供給第一埠和第五埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第二埠。在某些實施例中，將第一切換閥構造為處於第二位置中且將第二切換閥構造為處於第一位置中，以將切換氣體提供給第三埠和第五埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第六埠。在另外實施例中，將第一切換閥構造為處於第一位置中且將第二切換閥構造為處於第二位置中，以將切換氣體提供給第一埠和第三埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第四埠。在其它實施例中，將第一切換閥和第二切換閥中的每個構造為處於第二位置中，以將切換氣體提供給第三埠且將柱流出物提供給第四埠和第六埠。
[0014]在另外方面，提供了一種用於在色譜系統中在多個入口流體之間切換的系統，所述系統包括獨立制動第一切換閥和第二切換閥，每個切換閥流體耦合至微流體裝置，微流體裝置還流體耦合至至少三個輸入流體流，其中第一切換閥和第二切換閥的位置提供微流體裝置中來自至少三個輸入流體流的輸出流。
[0015]在某些實施例中，第一切換閥和第二切換閥中的每個為三通電磁閥。在其它實施方案中，可包括通過以至少一個節流器旁通流路構造微流體裝置來平衡系統中的壓力。在一些實施方案中，所述微流體裝置是由輸入埠以及第一、第二、第三、第四、第五和第六埠構造的，其中第一切換閥流體耦合至切換氣源、第一埠和第三埠，且第二切換閥流體耦合至切換氣源、第三埠和第五埠。在其它實施方案中，將第一切換閥和第二切換閥中的每個構造為處於第一位置中，以將切換氣體提供給第一埠和第五埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第二埠。在某些實施例中，將第一切換閥構造為處於第二位置中且將第二切換閥構造為處於第一位置中，以將切換氣體提供給第三埠和第五埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第六埠。在另外實施例中，將第一切換閥構造為處於第一位置中且將第二切換閥構造為處於第二位置中，以將切換氣體提供給第一埠和第三埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第四埠。在更多實施例中，使第一切換閥和第二切換閥中的每個構造為處於第二位置中，以將切換氣體提供給第三埠且將柱流出物提供給第四埠和第六埠。
[0016]在另一個方面，公開了一種三通切換微流體裝置。在一些構造中，三通切換微流體裝置可被構造為在第一切換閥的第一位置中從第一切換閥接收流體流且被構造為在第二切換閥的第一位置中從第二切換閥接收流體流，其中第一切換閥和第二切換閥的制動被構造為使用微流體裝置來提供三通切換。
[0017]在某些實施例中，耦合至所述三通切換裝置的第一切換閥和第二切換閥中的每個為三通電磁閥。在其它實施方案中，所述三通切換裝置可用於通過以至少一個節流器旁通流路構造微流體裝置來提供壓力平衡。在一些實施方案中，所述三通切換裝置可包括輸入埠以及第一、第二、第三、第四、第五和第六埠，其中第一切換閥流體耦合至切換氣源、微流體裝置的第一埠和第三埠，且第二切換閥流體耦合至切換氣源、微流體裝置的第三埠和第五埠。在其它實施方案中，第一切換閥和第二切換閥中的每個可被構造為處於第一位置中，以將切換氣體提供給微流體裝置的第一埠和第五埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第二埠。在某些實施例中，第一切換閥可定位於第二位置中且第二切換閥可定位於第一位置中，以將切換氣體提供給第三埠和第五埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第六埠。在另外實施例中，第一切換閥可處於第一位置中且第二切換閥可處於第二位置中，以將切換氣體提供給第一埠和第三埠且將來自入口埠的柱流出物提供給第四埠。在更多實施例中，第一切換閥和第二切換閥中的每個可處於第二位置中，以將切換氣體提供給第三埠且將柱流出物提供給第四埠和第六埠。
[0018]另外特徵、方面、實施例和實施方案在下文中更詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]下文中參考附圖詳細描述某些說明性實施方案，其中:
[0020]圖1A和圖1B為用於描述根據某些實施例的微流體裝置的一般操作原理的示意圖；
[0021]圖2為根據某些實施例具有中點聯接的色譜系統的圖；
[0022]圖3A至圖3C示出了根據某些實施例可在色譜系統中用於實施流量控制的用戶界面；
[0023]圖4A至圖4E為示出在各種條件下系統中流體流量的圖；[0024]圖5為根據某些實施例包括氣動控制器的色譜系統；
[0025]圖6為根據某些實施例包括切換閥和兩個檢測器的色譜系統；
[0026]圖7為根據某些實施例包括兩個檢測器和分離器的色譜系統；
[0027]圖8A為示出根據某些實施例作為柱內徑誤差的函數的流率變化的曲線圖；
[0028]圖SB為示出根據某些實施例作為柱長度誤差的函數的流率變化的曲線圖；
[0029]圖9A和圖9B是根據某些實施例包括微流體裝置和切換閥的色譜系統的圖；
[0030]圖10為根據某些實施例包括三個檢測器的色譜系統的圖；
[0031]圖11為根據某些實施例示出內部微通道的微流體裝置的橫截面；
[0032]圖12為根據某些實施例包括四個出口埠的微流體裝置的橫截面；
[0033]圖13為根據某些實施例包括微通道中的細長部分的微流體裝置的橫截面；
[0034]圖14A和圖14B為根據某些實施例分別包括兩個出口埠和三個出口埠的微流體裝置的橫截面，每個出口埠與其它出口埠並聯配置；
[0035]圖15A和圖15B示出根據某些實施例的微流體裝置的其它示意圖；
[0036]圖16為根據某些實施例包括流體耦合至微流體裝置的單個檢測器的色譜系統的示意圖；
[0037]圖17為根據某些實施例包括兩個檢測器的色譜系統的示意圖，每個檢測器流體耦合至微流體裝置；
[0038]圖18為根據某些實施例包括三個檢測器的色譜系統的示意圖，每個檢測器流體耦合至微流體裝置；
[0039]圖19為根據某些實施例包括四個檢測器的色譜系統的示意圖，每個檢測器流體耦合至微流體裝置；
[0040]圖20為根據某些實施例包括單個檢測器和檢漏頭埠的色譜系統的示意圖，每個檢測器和檢漏頭埠流體耦合至微流體裝置；
[0041]圖21為根據某些實施例包括兩個檢測器的色譜系統的示意圖，每個檢測器流體耦合至微流體裝置且其中可執行第一柱的反衝；
[0042]圖22為根據某些實施例包括兩個柱以及流體耦合至微流體裝置的單個檢測器的色譜系統的示意圖；
[0043]圖23為根據某些實施例包括兩個柱和兩個檢測器的色譜系統的示意圖，每個檢測器流體耦合至微流體裝置；
[0044]圖24為根據某些實施例包括三個柱和兩個檢測器的色譜系統的示意圖，每個檢測器流體耦合至微流體裝置；
[0045]圖25為根據某些實施例包括兩個檢測器的色譜系統的示意圖，每個檢測器通過柱流體耦合至微流體裝置；
[0046]圖26A和圖26B為根據某些實施例包括微通道的微流體裝置的圖，其中埠全部串聯配置；
[0047]圖27為根據某些實施例示出微流體裝置以及用於支承微流體裝置的兩個板的照片;
[0048]圖28為根據某些實施例示出內部旁通節流器的微流體裝置的橫截面；
[0049]圖29為根據某些實施例包括兩個柱和兩個檢測器的色譜系統的示意圖，每個檢測器流體耦合至第一微流體裝置和第二微流體裝置；
[0050]圖30A和圖30B為色譜系統的示意圖，所述色譜系統具有可提供交叉流動的微流體裝置；
[0051]圖31為另一個色譜系統的示意圖，所述色譜系統具有可提供交叉流動的微流體
裝置；
[0052]圖32A至圖32D為根據某些實施例示出微流體裝置的各種層的橫截面部分；
[0053]圖33A和圖33B示出根據某些實施例可用於制動切換閥的控制器；
[0054]圖34為示出根據某些實施例已經調製的單峰的結果的曲線圖；
[0055]圖35A至圖35C示出根據某些實施例來自兩個不同柱的樣品痕量(圖35A和圖35B)以及這些樣品峰的調製(圖35C)；
[0056]圖36和圖37為根據某些實施例可用於進行同時分析兩個色譜圖的系統的示意圖；
[0057]圖38和圖39為根據某些實施例構造用於多維分離、多路復用色譜法或者多路復用檢測的系統的示意圖；
[0058]圖40為根據某些實施例包括第一充填室和第二充填室的微流體裝置的橫截面；
[0059]圖41示出常規色譜圖，且圖42示出根據某些實施例使用調製和充填室的預示結果;
[0060]圖43A和圖43B示出根據某些實施例使用二通切換閥通過充填室的流體流動；
[0061]圖44A和圖44B示出根據某些實施例使用三通切換閥通過充填室的流體流動；
[0062]圖45A和圖45B示出根據某些實施例使用三通切換閥通過第一充填室和第二充填室的流體流動；
[0063]圖46示出根據某些實施例包括放大微通道部分的微流體裝置；
[0064]圖47示出根據某些實施例包括其中具有限制的微通道的微流體裝置；
[0065]圖48至圖54示出根據某些實施例可用於例如峰分裂的色譜系統的圖；
[0066]圖55為示出根據某些實施例的管道直徑的照片；
[0067]圖56為示出根據某些實施例使用本文中描述的流量控制算法和使用壓力控制的流率測量結果的曲線圖；
[0068]圖57為示出根據某些實施例包括內部旁通節流器的微流體裝置的示意圖；
[0069]圖58為根據某些實施例的三通切換微流體裝置的圖；
[0070]圖59為根據某些實施例的一層層狀三通切換微流體裝置的圖；
[0071]圖60為根據某些實施例的另一層層狀三通切換微流體裝置的的圖；
[0072]圖61為根據某些實施例在三通切換系統中的兩個三通切換裝置的圖；
[0073]圖62示出根據某些實施例在系統中兩個切換裝置都處於第一位置(關閉位置)中的流體流；
[0074]圖63示出根據某些實施例在系統中第一切換裝置處於第二位置(打開位置)中且第二切換裝置處於第一位置(關閉位置)中的流體流；
[0075]圖64示出根據某些實施例在系統中第一切換裝置處於第一位置(關閉位置)中且第二切換裝置處於第二位置(打開位置)中的流體流；以及
[0076]圖65示出根據某些實施例在系統中兩個切換裝置都處於第二位置(打開位置)中的流體流。
[0077]本領域一般技術人員應當理解，受益於本發明，圖中所示的各種組件的精確大小和配置可改變，例如，放大、拉伸、減少、重新配置或者以其它方式不同構造以提供期望結果或者期望操作模式。此外，根據使用本文中描述的技術來執行的期望結果或者期望方法，一個組件相對於另一個組件「上遊」或者「下遊」的特定放置也可改變。除非另有說明，雖然根據使用的精確構造和壓力，其它流動方向可行，如本文中更詳細描述，但是流體流動(例如，氣體流動)意為在圖中一般從左到右出現。可行箭頭在某些情況下可用於示出流體流動的一般方向。
【具體實施方式】
[0078]以下描述旨在證明由本文中描述的技術提供的一些有用、新穎和非顯著標的物。這樣的描述無意有所限制，而是說明本文中描述的色譜系統的許多構造、實施方案和用途及其組件和用途。受益於本發明，根據裝置的預定用途、期望形狀因子以及本領域一般技術人員將選擇的其它因素，圖中所示的組件的精確形狀、大小和其它尺寸可改變。
[0079]在某些實施方案中，本文中描述的裝置、方法和系統可用於流體色譜系統中。流體色譜系統旨在包括但不限於氣體色譜系統、液體色譜(LC)系統、超臨界流體(SCF)色譜系統以及這些說明性流體色譜系統的組合。下文中特定參考氣體色譜(GC)系統來描述某些特定實施例，但是除了 GC系統之外的流體色譜系統可使用相似原理和構造。
[0080]在本文公開且在圖中示出的系統中，經常使用通用術語「檢測器」。檢測器可為任何共用的GC、LC或者SCF檢測器，包括但不限於火焰離子化檢測器(FID)、火焰光度檢測器(FPD)、熱傳導式檢測器(TCD)、熱離子化檢測器(TID)、電子捕獲檢測器(ECD)、原子發射檢測器(AED)、光離子化檢測器(PI)、電化學檢測器、螢光檢測器、UV /可見光檢測器、紅外檢測器、核磁共振檢測器或者與GC、LC或者SCF共同使用的其它檢測器。此外，檢測器可為質譜儀、外部檢測器(諸如例如放電離子化檢測器(DID)或者硫化學發光檢測器(SCD))或者可聯用為氣體色譜裝置或者其它流體色譜裝置的其它合適檢測器和裝置，例如使用毛細管柱的裝置。在一些實施例中，可存在兩個或兩個以上檢測器。
[0081]在某些實施方案中，術語「微流體裝置」或者「交換機」在本文中可互換使用。微流體裝置在許多不同情況下描述，且通常被構造為將流體流從至少一個入口埠提供到一個或一個以上出口埠。微流體裝置也可被構造為將流體流提供到流體耦合至微流體裝置的出口埠的兩個或兩個以上裝置。微流體裝置可採用許多不同形式，諸如例如包括多個層的層狀晶圓，當組裝時，多個層提供一個或一個以上內部微流體通道。在其它實施例中，微流體裝置可通過耦合期望數量管道(例如毛細管管道或者其它類型管道)來製造，以提供以期望方式實現執行的微流體裝置。「流體耦合」在本文中用於是指流體可在兩個或兩個以上組件之間流動的情況。通過例如切換或者打開組件之間的閥可允許組件之間的流體流動，而例如通過切換或者關閉閥可限制組件之間的流體流動。在兩個或兩個以上組件流體耦合的情況下，流體並不一定一直在它們之間流動。相反，根據系統的其它組件及其操作狀態，在某些構造和配置下，流體可在兩個流體耦合組件之間流動。在切換閥定位於兩個組件之間的情況下，例如，當閥處於關閉位置中時，即使組件之間沒有流體流動，兩個組件也可仍然保持流體耦合。[0082]在某些情況下，微流體裝置可被稱為「二通」切換裝置或者「三通」切換裝置。這樣的術語只是為了方便，且無意使二通切換裝置限制為只可提供二通切換或者使三通切換裝置限制為只可提供三通切換。微流體裝置可相互菊鏈式連接以提供更多切換方式。此外，特定系統中切換閥的精確數目可增加或者減少以提供期望數量的切換。
[0083]在某些實施方案中，本文中描述的流量控制算法和方法可適用於節流器、柱、傳輸線或者其它管道，諸如例如毛細管管道。例如，節流器、柱、傳輸線等的直徑和長度可使用所述算法來判定，且本文中針對特定裝置(例如節流器)提供的描述可適用於系統的不同裝置，例如柱。
[0084]在某些實施方案中，本文中描述的組件可通過管道、配件、金屬環或者可提供基本上不透流體的密封件且可在兩個或兩個以上選定組件之間提供流體流路的其它裝置來相互連接。可基於實驗或者使用本文中描述的長度和直徑計算來判定這樣的附加組件的長度、直徑和其它參數。
[0085]在某些實施例中，本文中描述的裝置和系統可用於許多不同類型色譜系統中。在一些實施方案中，可能期望將裝置構造用於中心切割或者溶劑轉儲系統中。在中心切割系統中，樣品中選定物種或者峰可被發送到兩個或兩個以上不同柱或者檢測器。在實現兩個峰的差分離度的情況下，中心切割系統可能尤其可取。這些峰可被發送到具有不同分離介質或者機構的不同柱。例如，長度30米、內徑0.25mm或者0.32mm的第一常規柱可用於提供第一分離臺。柱流出物的選定部分然後可被傳遞到具有不同固定相、長度、內徑或者可用於分離第一柱流出物的所述部分中組分的其它特性的第二柱。在溶劑轉儲系統中，發送到檢測器的溶劑量可減少。例如，可能期望減少發送到檢測器(諸如質譜儀)的溶劑容積。首先可對第一柱執行粗略分離，例如大內徑、低分離度柱。只有所關注的組分可被發送到第二柱，第二柱可為更高分離度柱。為了說明壓力差，一個或一個以上節流器可用於系統中。例如，跨大內徑柱幾乎沒有壓力差，且引導跨節流孔反向流動所需的壓力可引起通過第一柱的流大量減少。為了減少這個影響，節流器可用於增加系統中的總壓力。本文中更詳細描述節流器用途及其對壓力的影響。
[0086]在某些實施例中，本文中描述的裝置、系統和方法可包括微流體裝置。微流體裝置可被構造為使來自柱的流分流，以切換在兩個或兩個以上出口埠之間的流或者將流體流提供給其它埠或者在其它方向上提供流體流量。下文中描述微流體裝置的某些特定構造。這些構造只是說明，且其它合適構造是可行的。在某些實施方案中，本文中描述的微流體裝置操作為使用來自外部氣體供應器或者壓力調節器的差分壓力來引導氣體流動。這些差分壓力可用於改變從在兩個或兩個以上出口埠之間色譜柱洗提的氣流的方向。這樣的操作可具有比傳統機械閥系統可取的屬性，例如包括:輸入和輸出流率未受幹擾，導致沒有或者很少改變保留時間，可從低熱質量組件製造裝置以避免或者減少冷點的可能性，沒有移動部件(或者很少移動部件，其中存在一個或一個以上閥)，交換機中通道的內容積可為最小以減少峰分散和吸附作用，響應時間非常快，使得窄切割機在輸出之間切換，這允許其與現代毛細管柱一起使用，且內表面可一般為惰性以及/或者失活以使與不穩定分析物一起使用成為可能。根據系統的精確構造，其它屬性也可行。
[0087]在某些實施例中，本文中描述的流率控制可由自身使用或者與一個或一個以上微流體裝置組合使用。例如，微流體裝置可被構造為包括一個或一個以上微通道的中心切割附件或者模塊。在其它構造中，微流體裝置可被構造為分流來自介於多個檢測器之間的柱的流出物。本領域一般技術人員應當認可微流體裝置的其它構造，且本文中描述某些說明性構造。
[0088]在某些實施方案中，本文中描述的裝置可用於提供可用於色譜分離中的流體混合物，例如氣體或者液體混合物，或者可用於例如研究氣相反應動力學。例如，使用本文中描述的流量控制算法可根據期望量提供兩個或兩個以上不同氣體。氣體可在微流體裝置(或者其它裝置)中混合。例如，第一氣體可被引入到微流體裝置的第一埠中，且第二氣體可被引入到微流體裝置的第二埠中。氣體可例如使用內部緩衝器、充填室或者其它期望的內部通道來混合，且輸出到反應室、檢測器或者其它合適裝置。受益於本發明，將本文中描述的微流體裝置用於這些和其它用途應當在本領域一般技術人員的能力範圍內。
[0089]壓力平衡系統由英國帝國化學工業集團(ICI)的院長David Dean博士在20世紀50年代末首創，且在幾個重要GC應用中仍然是熱門選擇。例如，排放可從PerkinElmer (Waltham, MA)購得的預排放、保護、MS排放和臭氧前驅物系統全部利用本技術。這些技術足夠強大，在許多情況下，執行特定分析沒有其它方式，或者其使用使得相對於結果的生產量或者質量顯著提高。
[0090]對於現有壓力平衡系統，存在一些缺點。無法直接或者明確控制通過柱的載氣的流率。許多用戶更喜歡指定對於通過柱的載氣控制的流率而不是入口壓力。在大多數情況下，這給出更一致的色譜性能。控制到檢測器中的載氣流率也不可行。大多數GC檢測器的響應對於氣體流率高度敏感，因此用戶更喜歡使用流量控制以使基線漂移最小化且提供一致的分析物響應。所施加的載氣壓力也可能很難設置且需要對用戶部分大量理解。本文中描述的某些實施方案可通過控制或者指定通過柱的載氣流率來允許控制通過柱的流率。
[0091]為了便於更好理解本文中描述的微流體裝置，參考圖1A和圖1B描述微流體裝置的廣義操作原理。參考圖1A，來自柱的流出物進入在箭頭50方向上在位點或者點52處的T形接頭。切換閥65 (例如電磁閥、MEMS裝置或者其它合適裝置)可被切換為第一位置或者至少在某個程度上調製為打開，以允許載氣從氣源67流到在點54處的T形接頭中。由源67提供的氣體壓力為處於比在點52處氣體壓力略高的壓力處。在點54處壓力比在點52和56處略高，使得載氣將從點54向點52和56流動且將來自柱的流出物推向或者引導向點56。流出物將在由圖1A中的箭頭57所示的方向上離開埠 58處的T形接頭。此外，基本沒有來自柱的流出物的載氣將離開埠 60處的T形接頭。在裝置中心處的針形閥62操作為通過未清掃過的氣體管線來保持載氣滴流，使得樣品不從點56擴散到這些區域中。
[0092]在某些實施例中，切換閥65可被切換為第二位置，使得在T形接頭中的氣體流動被改變或者反向。參考圖1B，切換閥65被制動為使得氣體從壓力源67流動到點56，使得在點56處壓力高於在點52和點54處。來自柱的流出物將在如由圖1B中箭頭59所示的方向上離開埠 60處的T形接頭。此外，基本沒有來自柱的流出物的載氣將離開埠 58處的T形接頭。圖1A和圖1B所示的系統被設計為當在點58和點60處壓力基本上相同時操作，例如，當壓力在這些點處平衡時。如下文中詳細描述，本文中描述的微流體裝置可在這樣的壓力平衡系統中用於將從柱洗提的物種的流動引導到流體耦合至檢測器、排放口、柱或者其它組件的期望埠。
[0093]在某些實施例中，在微流體裝置包括切換閥的情況下，切換閥可操作為連接(或者斷開)兩個或兩個以上流體流路，使得當連接時流體可在流路之間流動，當流路斷開連接時限制流體流動。說明性切換閥包括但不限於諸如例如流動控制閥、電磁閥或者Photovac閥、MEMS裝置、操作為打開和關閉其下面通道具有層狀膜的金屬層狀構造、機電閥、氣動操作膜閥、電動操作針形閥的閥以及可在一個狀態下限制流動且在另一個狀態下允許流動的其它合適裝置。在某些實施例中，切換閥可整合到本文中公開的微流體裝置中，而在其它實施例中，切換閥可與微流體裝置分開。例如，在微流體裝置放置於烘箱中的情況下，切換閥可放置於烘箱外部且通過合適供應線以及/或者管道耦合至微流體裝置。在高烘箱溫度可對切換閥性能產生不利影響的情況下，這樣的外部放置可能特別可取。在一些實施例中，切換閥可表面安裝到烘箱外表面，使得介於切換閥和微流體裝置之間任何管道的長度可減少。
[0094]在某些實施方案中，本文中描述的微流體裝置可包括或者構造為晶圓、層壓體或者可提供從入口到兩個或兩個以上可能出口的一個或一個以上流體流路的其它合適構造的裝置。裝置可被構造為提供在柱、檢測器或者流體耦合至裝置的其它部分內物種的流動控制。例如，微流體裝置可構造一個或一個以上微通道，以在系統內提供切換或者選擇氣體流動。在下文中更詳細描述說明性的這種系統和裝置。這樣的微流體裝置也可通過分離柱來允許載氣流動控制，以簡化終端用戶工具的整體安裝和使用。這些和其它特徵以及構造以說明方式使用氣相色譜系統且參考某些特定實施方案來描述。層壓體可包括兩個、三個、四個、五個、六個或者更多不同層，其中每個層可識別為存在於層間的邊界的結果。根據用於產生層壓體的精確材料，層壓體可經受後層壓處理，諸如加熱、退火、燒結等。
[0095]在典型毛細管柱設置中，除了只到柱本身中之外，氣體以其它方式從噴射器流出。這些路徑包括但不限於分路器、密封墊吹掃以及偶爾輕微洩漏。由於這些其它路徑，調節到噴射器中的載體流率通常不通過柱本身來控制實際流率。為了規避這個困難，大多數GC實際上控制載氣壓力，且未明確流率。根據方程式I中所示的哈根-泊蕭葉關係，施加壓力以提供設定流率，
[0096]⑴疫..Ml.256 X.L X 7 X p0
[0097]其中，F。為出口處流率，d。為柱的內徑，L為柱長度，η為在設定溫度下的載氣粘度，Pi為入口處氣體壓力，P。為出口處氣體壓力。使用以上方程式，用戶可將柱幾何尺寸(d和L)、載氣類型(以使得正確計算粘度)和柱出口壓力(P。-對於MS系統正常設定為環境或者真空)的細節輸入用戶界面。GC系統將知道柱溫度(以能夠計算粘度)，因此，其可計算實現所需流率需要的入口壓力(P)。
[0098]一旦系統設置且運行，唯一可能的變量為氣體粘度，如果在烘箱溫度程序期間柱溫度增加，那麼氣體粘度會變化。使用方程式1，系統可調整入口壓力Pi，以保持設定載氣流率。雖然這個方法已經廣泛用於許多成功GC設計中的載氣流率控制，但是用於壓力平衡系統中並不完全正確，因此替代性載氣控制方法是可取的。
[0099]在某些實施例中，在圖2中示出典型壓力平衡系統，諸如例如構造為單個柱反衝構造或者中心切割構造的系統。系統100包括噴射器110，噴射器110可在方向115上提供分流流動。柱120流體耦合至噴射器110以從氣源105以及可能已經通過噴射器110引入到系統中的任何樣品接收載氣。壓力平衡系統具有至少兩個活動組件，柱120和節流器130，氣體通過它們流動。
[0100]通過柱120的流率一般是其在噴射器處入口壓力(P1)和其在中點聯接125處中點壓力(P2)的函數，而通過節流器130到檢測器135中的流率由其在中點處的入口壓力P2和其在檢測器處出口壓力(P。)控制。這兩個流率並不一定相同(事實上在大多數應用中，它們優選是不同的)，且可通過使用獨立氣源105和122改變壓力P1和P2的組合來獨立控制。
[0101]通過柱120和節流器130的載氣流率可每個仍然使用方程式I來計算-它們只具有不同入口壓力和出口壓力。為了提供只在柱120內的載氣流體控制，在中點處壓力可用作離開壓力。
[0102]在某些實施例中且參考圖3A，示出Clams GC的圖形用戶界面屏幕310。目前，柱離開壓力只可設定為環境(意味著未選擇真空)或者真空(例如，對於MS)。為了使當安裝到壓力平衡系統時柱的流動控制成為可能，用戶具有進入出口壓力的能力將是可取的，例如，如圖3B中的屏幕320或者圖3C中屏幕330所示。這樣的修改允許用戶明確控制在壓力平衡系統中通過GC柱的流率，以在溫度編程色譜期間提供通過柱的恆定氣體流動。
[0103]在某些實施例中，通過柱和節流器兩者的流控制可使用本文中描述的裝置和方法來執行。為了控制通過節流器的流，其尺寸和其出口壓力(環境或者真空)應當知道或者可測量。信息的其餘部分將與柱的信息相同。可通過根據方程式I設定節流器入口壓力(例如，中點壓力)來控制流率。在一些實施例中，諸如例如用於PerkinElmer PreVent系統中的PPC壓力模塊可被用作載體供應器(利用流率控制算法)而不只是被動壓力調節器。一旦中點PPC模塊被配置，噴射器壓力(例如柱入口壓力)就將被設定為使用方程式I中出口壓力的PPC中點壓力設定來實現設定流率。如果柱出口壓力與中點壓力動態連結，如圖3C所示，那麼整個過程可自動跟蹤烘箱溫度程序。本方法可提供通過柱和節流器兩者的氣體流動的獨立控制，以提供在溫度編程色譜法期間通過柱的恆定氣體流以及到檢測器中的恆定氣體流。兩個氣體流的獨立和明確控制也提供對於用戶更加友好的壓力平衡系統的安裝和操作。
[0104]根據某些實施例，為了考慮流量控制可提供的一些改善，在圖4A中示出用於壓力平衡的構造。中點壓力的調整以相反方式影響柱和節流器中的相應流率。中點壓力的增加減少了通過柱的流率，但增加了通過節流器的流率。減少這個壓力對於兩個流具有相反影響。參考圖4A，示出壓力平衡系統400，壓力平衡系統400包括:在點415處具有分流的噴射器410 ;流體耦合至噴射器410的柱420 ;在到節流器430的流路中的中點聯接425，節流器430自身流體耦合至檢測器435。由於中點壓力設定為非常低，使得P2小於P1，通過柱的流率F。將高於通過節流器的流率Ft，因此從中點聯接425將不會發生氣體流動，如圖4A所示。相反，從柱420流出的氣體將以流率Fm向中點供應線422上流動,造成樣品損失以及氣動系統的潛在汙染。
[0105]在某些實施例中且參考圖4B，在通過柱F。和節流器Ft的流率為相同的情況下，然後基本上不存在往返於中點聯接425的流，例如Fm大約為零。在圖4B中示意性示出的情況下，中點壓力被稱為自然中點壓力，且系統可視為壓力平衡。這個壓力平衡狀態可用作壓力設定基準。
[0106]在某些實施方案中且參考圖4C，在通過柱的流率F。小於通過節流器的流率Ft的情況下，例如，通過增加中點聯接425處的流率Fni，氣體將通過中點調節器421流到中點聯接425中，且與進入節流器430和檢測器435的柱流出物混合。隨著中點壓力逐漸增加，來自柱的氣體流率將穩定地降低，直至達到中點壓力與噴射器壓力相同的點(參見圖4D)。通過柱的流率F。將變為零，且任何色譜法將停止。在這些條件下，流到檢測器435中的氣體通過中點調節器421仍保持唯一。
[0107]在某些實施例中且參考圖4E，如果中點壓力上升為高於噴射器壓力，使得p2大於P1，那麼通過柱的氣體流動F。被反向，且可在分流點415處離開系統。這個情況對於色譜分離不理想，但是它可被用於反衝。例如，在所關注的物種已經從柱洗提之後，重的樣品或者很難從柱洗提的樣品可利用反衝從柱驅動。
[0108]根據某些實施例，系統的自然中點可優選用於本文中公開的方法和構造中。如本文中討論，自然中點表示介於丟失樣品和稀釋中點之間的閾值，因此其判定可增加本文中描述的方法和裝置的整體精度。為了判定自然中點，可使用諸如圖5所示的系統。系統500包括流體耦合至柱520的噴射器510以及載氣源505。中點聯接525介於柱520和節流器530之間。系統500也包括壓力傳感器540、切換閥550和比例閥555，每個電氣耦合至控制器545。在正常操作期間，當其在系統中流動時，壓力傳感器540可監測氣體的氣體壓力。內部控制器545使用這個信息來調整定位於壓力傳感器540上遊的比例閥555。以此方式，閉環控制可使壓力維持在設定值處。
[0109]為了建立自然中點壓力，切換閥550被制動為使得中點聯接525沒有進出的流(假設沒有洩漏)。通過柱520和節流器530的流率現在將為基本上相同。隨著氣體流過柱520且通過節流器530流出時，中點處壓力將最終達到穩定值-自然中點壓力。通過柱520的流可使用方程式I來計算或者從表中估計。如果需要調整流量，那麼可改變入口壓力P1，中點壓力需要時間穩定且重複計算，直至獲得期望流率。
[0110]一旦已經建立正確流率且知道對應自然中點壓力，那麼切換閥550可被制動為允許氣體流動，且中點壓力可被設定為在自然中點壓力之上I或者2psi。在自然壓力之上設定壓力的輕微增加提供從中點調節器的氣體的積極流動，以防止樣品擴散到供應線552中。當烘箱溫度變化時，它也用作維持壓力平衡。以傳統方式使用差分壓力控制來設置壓力平衡系統是漫長繁瑣的過程，這個過程往往使許多潛在用戶分心或者造成安裝困難及後續性能。
[0111]在某些實施方案中，對於在柱和節流器中流率的明確控制，系統設置被大大簡化，且整個準確度和精度可增加。系統可被構造為使得通過節流器的流率小於通過柱的流率，以確保正確操作。系統用戶只需要在分析方法中輸入相應流率，以及差分流量控制可保持柱和節流器之間的正確平衡且提供通過柱和到檢測器中的氣體的恆定流率。本方法可在如前面描述單柱反衝的簡單情況下使用，但是也可用於圖6和圖7所示的中心切割和分流。參考圖6，其中示出中心切割構造，系統600包括通過供應線607流體耦合至壓力調節器605的噴射器610。噴射器610通過供應線617流體耦合至柱620。柱620通過供應線622流體耦合至微流體裝置630。微流體裝置630通過供應線637流體耦合至中點壓力調節器635。檢測器650和660分別通過節流器640和645流體耦合至微流體裝置630。節流器640和645優選匹配或者基本上相同，使得通過節流器640的流率Frt與通過節流器650的流率Fr2基本上相同。本文中描述判定節流器長度和直徑以提供期望流率的方法。[0112]在某些實施例中且參考圖7，示出壓力調節分流系統。系統700包括噴射器710，噴射器710通過供應線707流體耦合至壓力調節器705。噴射器710通過供應線717流體耦合至柱720。柱720通過在聯接或者分流器727處的供應線722和737流體耦合至中點壓力調節器735。檢測器750和760通過聯接或者分流器727、分別通過電阻器740和745流體耦合至中點壓力調節器735。在系統700的操作中，可設定節流器740和745中一個的流率，另一個節流器可被顯示和保持，但未獨立於另一個節流器控制。在柱和節流器兩者中的實際流率可將方程式I用於計算來判定。柱的長度及其直徑可由用戶基於由柱供應器提供的柱規格來輸入。根據方程式1，柱流率具有依賴於柱直徑的第四階。柱的直徑誤差可導致大誤差，如圖8A中曲線預先示出。如圖8A所示，柱內徑只有2%誤差(例如，250微米內徑柱上5微米)足以導致施加流率中幾乎8%的不準確度。就柱長度而言，流量與柱長度之間有相互關係，如圖8B所示。在該情況下，柱長度的2%誤差(例如，30米柱上大約60釐米誤差)將產生所計算流率中大約2%的誤差。然而，這誤差可導致流率假設中的另外誤差。
[0113]在某些實施例中，對於任何可能不準確度的一個解決方案是考慮提供可應用於特定柱的幾何因子(GF)。GF可使用方程式2來近似。
[0114]
【權利要求】
1.一種用於調製色譜系統中流體流量的系統，所述色譜系統包括流體耦合至第一切換閥和第二切換閥的微流體裝置，所述系統構造用於在第一位置和第二位置之間獨立制動所述第一切換閥和所述第二切換閥，所述第一切換閥的所述第一位置允許流體從切換氣源流到所述微流體裝置的一個埠，所述第二切換閥的所述第一位置允許流體從所述調製氣源流到所述微流體裝置的另一個埠，其中所述第一切換閥和所述第二切換閥的所述制動被配置為使用所述微流體裝置來提供三通切換。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述第一切換閥和所述第二切換閥中的每個為三通電磁閥。
3.根據權利要求2所述的系統，還包括在旁通流路中的至少一個節流器，其中所述至少一個節流器構造用於平衡所述系統中的壓力。
4.根據權利要求2所述的系統，還包括以輸入埠以及第一、第二、第三、第四、第五和第六埠構造所述微流體裝置，其中所述第一切換閥流體耦合至所述切換氣源、所述第一埠和所述第三埠，且所述第二切換閥流體耦合至所述切換氣源、所述第三埠和所述第五埠。
5.根據權利要求4所述的系統，其中所述第一切換閥和所述第二切換閥中的所述第一位置被構造用於提供切換氣體給所述第一埠和所述第五埠且將來自所述輸入埠的柱流出物提供給所述第二埠。
6.根據權利要求4所述的系統，其中所述第一切換閥被構造為處於所述第二位置中且所述第二切換閥被構造為處於所述第一位置中，以將切換氣體提供給所述第三埠和所述第五埠且將來自所述輸入埠柱流出物提供給所述第六埠。
7.根據權利要求4所述的系統，其中所述第一切換閥被構造為處於所述第一位置中且所述第二切換閥被構造為處於所述第二位置中，以將切換氣體提供給所述第一埠和所述第三埠且將來自所述輸入埠的柱流出物提供給所述第四埠。
8.根據權利要求4所述的系統，其中所述第一切換閥和所述第二切換閥中的每個被構造為處於所述第二位置中，以將切換氣體提供給所述第三埠且將柱流出物提供給所述第四埠和所述第六埠。
9.一種用於調製色譜系統中流體流量的系統，其包括: 微流體裝置，其包括輸入埠和多個附加埠，所述微流體裝置被建構且配置為允許三通切換； 第一切換閥，其流體耦合至所述微流體裝置且構造為將切換氣體提供給所述微流體裝置的至少兩個埠 ；以及 第二切換閥，其流體耦合至所述微流體裝置且被構造為將切換氣體提供給所述微流體裝置的至少兩個埠。
10.根據權利要求9所述的系統，其中流體耦合至所述第一切換閥和所述第二切換閥的所述至少兩個埠中的至少一個可為相同。
11.根據權利要求9所述的系統，其中所述微流體裝置包括所述輸入埠以及第一、第二、第三、第四、第五和第六埠，其中所述第一切換閥為流體耦合至切換氣源、所述第一埠和所述第三埠的三通閥，以及其中所述第二切換閥為流體耦合至所述切換氣源、所述第三埠和所述第五埠的三通閥。
12.根據權利要求11所述的系統，其中所述第二、第四和第六埠中的每個流體耦合至檢測器。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述第二埠流體耦合至介於所述第二埠和所述檢測器之間的柱。
14.根據權利要求12所述的系統，其中所述第六埠流體耦合至介於所述第六埠和所述檢測器之間的柱。
15.根據權利要求12所述的系統，其中所述第四埠流體耦合至介於所述第四埠和所述檢測器之間的節流器。
16.根據權利要求12所述的系統，其中所述檢測器為質譜儀。
17.根據權利要求12所述的系統，其中所述第二、第四和第六埠中的每個流體耦合至色譜柱。
18.一種用於調製色譜系統中流體流量的系統，所述系統包括三個不同檢測器，微流體裝置，第一切換閥和第二切換閥，其中第一和第二切換閥的每個與所述微流體裝置流體耦合，其中所述系統進一步被構造為獨立制動第一切換閥和第二切換閥，以將柱流出物從柱提供給流體耦合至所述第一和第二切換閥中的每個的所述微流體裝置，其中所述第一和第二切換閥中的每個的位置 將來自所述微流體裝置的輸出流提供給所述三個檢測器中的一個。
19.一種用於調製色譜系統中流體流量的系統，所述系統包括至少三個色譜柱，微流體裝置，以及流體耦合至所述微流體裝置的第一切換閥和第二切換閥，所述系統被構造為獨立制動所述第一切換閥和第二切換閥，每個切換閥流體耦合至微流體裝置，所述微流體裝置還流體耦合至所述至少三個色譜柱，其中所述第一和第二切換閥的位置提供所述微流體裝置中來自所述至少三個色譜柱中的一個的流出物的輸出流。
20.一種用於調製色譜系統中流體流量的系統，所述系統包括微流體裝置，以及流體耦合至所述微流體裝置的第一切換閥和第二切換閥，所述系統被構造為獨立制動所述第一切換閥和第二切換閥，所述微流體裝置還流體耦合至至少三個輸入流體流，其中所述第一和第二切換閥的位置提供所述微流體裝置中來自所述至少三個輸入流體流中的一個的輸出流。
21.一種用於調製色譜系統中流體流量的裝置，其被構造為在第一切換閥的第一位置中從所述第一切換閥接收流體流且被構造為在第二切換閥的第一位置中從所述第二切換閥接收流體流，其中所述第一切換閥和所述第二切換閥的制動被構造為使用所述微流體裝置來提供三通切換。
【文檔編號】G01N30/00GK203786091SQ201190000646
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2011年6月13日 優先權日:2010年6月14日
【發明者】A·蒂普勒 申請人:魄金萊默保健科學有限公司