[发明专利]微流体气相色谱系统体系结构

说明书

技术领域

本发明涉及气相色谱系统，并且更具体地涉及可以适于在各种环境下操作的小型系统。 

背景技术

气相色谱法使用色谱柱分离样品流体中的分子种，从而提取关于样品流体的信息。色谱柱具有固定在柱内的固定相和流动相，所述流动相是流动通过柱的载气(例如，氦气)。采集样品并将所述样品注射到柱中，然后通过载气将所述样品输送到柱并通过柱。如果样品是液态，所述样品可以首先被注射到汽化室以被汽化，然后被输送通过柱。当样品通过柱时，各个分子组分根据所述分子与固定相的亲和力缓慢流到下游。在柱的出口处，检测器检测流出柱的每一个组分的数量。用校正的保留时间(即，组分在柱中所用的时间)来鉴别组分。 

传统的气相色谱设备基于标准色谱柱和注射器构造的，当装有热操纵设备时，所述注射器会变的很庞大。柱和流动通道越大，载气的消耗率就越大。因此，对于传统的系统来说需要相对较大的载气供应。典型的，在实验室或具有大载气存储器的其它环境下使用传统的系统进行样品的色谱分析。 

虽然裸眼可能具有较大的直径，但是裸眼井是典型的直径大约在5英寸或更小直径的井眼。另外，在井下要受到振动和典型高温(大约200摄氏度)以及高压环境，这又进一步约束了适于井下作业的系统的设计。此外，应当准确控制和监控色谱部件的温度，这在井下环境中是困难的。因此，在给定井下环境的空间和其它约束的情况下，在井下使用传统的气相色谱装置将具有挑战性。 

已经有很多尝试开发更小的气相色谱装置。例如，各公司已经引入使用有限微型技术的便携式气相色谱装置。然而，并没有被设计成用于井下 应用。SLS MICRO TECHNOLOGY GmbH生产的系统是一个这样的示例系统。SLS单元将微型柱和检测器与大约1英寸×1英寸和1.5英寸长的机动化的滑动注射器结合到一起。然而，SLS装置没有包括在高温(例如，大约200℃)井下环境中操作的高压采样和热操纵要求。SLS单元没有自带(on-board)载气供应部和废弃物处理装置，这对于井下应用是期望的甚至是必须的。此外，SLS系统使用包括提供流体的内部连接的融硅管的胶合的部件设计，这可能不适于高温环境。 

另一个示例是建在荷兰的C2V(Concept to Volume)公司生产的系统。C2V单元包括微型注射器和检测器。然而，该单元使用容纳在加热筒里的传统柱。注射器尽管是微型的，但是需要在外部供应被调节的流体压力以操作各种微型阀，而不是被设计成在高温和高压环境下操作。流体连接通过胶合毛细管实现，所述胶合毛细管可能对于井下应用或其它高温环境并不适合。另外，C2V单元不能自行供应载气并且没有废物处理设备。两辆需求比SLS装置大很多，并且需要相当大的载气体积。C2V装置也不具有热操纵设备并且仅仅能在恒温模式下操作，即，所有部件在同一个温度下操作。SLS装置和C2V装置都不具有功能性地适于井下的工具构造。 

发明内容

本发明的各个方面和实施例涉及一种气相色谱系统，所述气相色谱系统包括以适于井下条件的方式部署的微型部件。为了在井下或者在诸如水下环境的其它非实验室环境、其它地下(即，非油井)地方或空间受限的环境或者非地球环境(例如，在空中或者其它行星上)进行色谱分析，系统可以是设备齐全的，包括自带载气供应部和自带废物处理部。此外，根据本发明实施例的小尺寸系统可以提供改善气相色谱分析的操作性和可靠性的关键优势，尤其在井下环境下。例如，系统的实施例的小尺寸如下所述可以便于热操纵。 

根据一个实施例，气相色谱设备可以包括微流体平台，所述微流体平台包括：多个微流动通道，所述多个为流动通道设置在所述微流体平台上；连接到微流体平台的注射器，该注射器被构造和布置成提供用于分析的样品；通过微流体平台连接到注射器的一个或多个气相色谱柱，所述气相色 谱柱被构造和布置成接收来自注射器的样品，并产生基于样品的化学成分的输出。所述设备还可以包括一个或多个检测器以及壳体，所述一个或多个检测器连接到与一个或多个气相色谱柱，并被构造和布置成接收来自一个或多个气相色谱柱的输出，所述壳体大致包围并封闭微流体平台、注射器、一个或多个气相色谱柱以及一个或多个检测器，其中所述多个微通道为样品和来自一个或多个气相色谱柱的输出提供流体通道。在一个示例中，所述注射器、一个或多个气相色谱柱、一个或多个检测器中的至少一个以微型方式被实施。