[发明专利]隔膜密封阀、色谱分析系统及其使用方法

说明书

本申请是基于名称为“隔膜密封阀、色谱分析系统及其使用方法”、申请日为2005年2月22日的第200580049422.7号申请的分案申请。

技术领域

本发明一般涉及用于流体分析系统的隔膜密封阀，更加特别地，涉及具有改进特性的隔膜密封阀。本发明还涉及使用这种隔膜密封阀的色谱分析系统和色谱分析方法。

背景技术

本领域技术人员都知道，色谱系统通过利用阀来进行可再现的样品注入和各种柱切换方案。

目前，在色谱领域，主要有两种阀在使用：旋转阀和隔膜密封阀。旋转阀正如其名称所表示的，利用旋转运动来切换或转变特定应用所需的各个流路。这种阀的描述可以参见同一申请人的公开号为No.2006-0042686的美国专利申请。

旋转色谱阀非常适合于液体应用，它们甚至还适合于气体应用。它们的设计可以使用各种材料来提供惰性或非常长的使用寿命，以及提供在各种液相色谱应用中所需要的相对高的工作压力和温度。用来致动旋转阀的致动装置通常是气动旋转装置或装配有齿轮的电动机，该齿轮用于增大使阀旋转所需的扭矩。在这两种情况中，这些组件即致动装置和阀在系统中需要相对大的空间。此外，在使用气动致动装置的情况中，必须使用附加的三通电磁阀来切换气动气体。

在大量气体分析如He、H₂、O₂、N₂、Ar、Kr、Xe、Ne、CO、CO₂、CH₄、THC、H₂O和其它气体中，和液相色谱法相比，色谱系统的工作压力和温度相对较低。由于隔膜密封的色谱阀通常非常适合于气相色谱法，因此使用该色谱阀。明智且有益的是，对于气相色谱法来说，使用隔膜密封阀而不使用旋转阀，气相色谱法中的低压和温度应用可能会过度损坏旋转阀的设计。

当和使用陶瓷材料的旋转阀相比，由于隔膜密封阀占用的空间比旋转系统小得多，并且制造成本更低，同时能够提供长的工作寿命，因此是非常期望的。

最近四十年来，许多人为色谱法设计了多种隔膜阀。这些隔膜阀被用于许多可商业获得的气相色谱法。由于其物理尺寸，以及由于致动装置被嵌入阀本身中，因此它们能够更加容易地集成到气相色谱法中。这些特性使得它们对气相色谱法的制造商们来说具有吸引力。然而，其性能却不好。例如，从端口到端口的泄漏率过高，因而限制了系统性能。此外，在阀的各个端口上的压降彼此不同，从而导致系统中的压力和流动的变化。这对柱性能和检测器基线来说会产生不利的影响。此外，这些阀中有许多阀会产生过多的阀内污染。以下美国专利示出了这些阀的设计：No.3111849；3140615；3198018；3376894；3387496；3417605；3439542；3492873；3545491；3633426；4112766；4276907；4333500；5601115和6202698。图1中示出了这些阀的一般构思。

如图1所示，阀1具有顶部单元2，该顶部单元具有交界面4和多个端口6。每个端口6在交界面4上开口，并具有倾斜的螺纹通路8，以连接各种分析配件和管路(未示出)。在倾斜的螺纹通路8的底部，有一个在顶部单元2中延伸并开口到交界面4上的管道10。端口6布置在顶部单元2的交界面4上的环线上。该交界面4有利地是扁平的且被抛光，以使端口和环境大气之间的泄漏最小。阀1还设有底部单元12和隔膜14，该隔膜通常由聚酰亚胺、Teflon或其它聚合材料构成。隔膜14位于顶部单元的交界面4和底部单元12之间。阀1还包括多个柱塞16，每个柱塞分别布置成能够在两个端口6之间的一个位置将隔膜14压靠在顶部单元2上。优选地，正如所示出的，当阀处于静止状态时，三个柱塞16向上而其它三个柱塞向下。当柱塞向上时，它们将隔膜14压靠在顶部单元2上，用于封闭由隔膜凹入部18形成的导管，从而阻断流体循环。可替换地，在相应的柱塞向下的各端口之间存在流动的流体。隔膜14中的凹入部18坐落在底部单元12中形成的凹入部20中，由此形成流体循环的一些间隙。底部单元12使柱塞16和致动机构保持在合适的位置。