用于液相色谱应用中的改善穿刺性能的纹理化针的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月6日提交的名称为“用于液相色谱中的改善穿刺性能的纹理化针(texturedneedleforimprovedpiercingperformanceinliquidchromatography)”的美国临时申请62/639,305的优先权，其全部内容以引用方式并入本文。

以下涉及纹理化针的实施方案，并且更具体地涉及用于具有粗糙纹理化表面区域的液相色谱系统的样品针的实施方案。

背景技术：

液相色谱法是分析化学中的技术，其中通过使用流体流使混合物通过吸附剂介质以使得组分以不同速率洗脱来分离各个组分，从而识别混合物的不同组分。液相色谱系统通常由溶剂递送泵、自动取样器、柱和检测器构成。溶剂递送泵将流动相流体泵送通过系统，自动取样器将待分析的样品引入分析流动路径，柱包含用于实现分离的吸附剂填充材料，并且检测器在分离的组分从柱中洗脱出来时检测到这些分离的组分。

可将用于色谱分析的样品保存在小瓶或孔板中。孔板通常为平坦的矩形板，该矩形板具有保持样品的孔阵列。通常，在孔的开口上方将密封件施加到孔板的顶部表面以更好地包含样品。将孔板插入到液相色谱自动取样器中，其中将针插入各个孔中以抽吸包含在孔板中的样品，然后将样品插入用于色谱分析的流动路径中。当自动取样器中的孔板具有密封件时，针必须刺穿密封件以抽吸样品，但是针并不总是干净地刺穿密封件，而是密封材料将在撕裂之前拉伸，留下包裹在针尖端周围的材料。当针抽吸样品或将样品插入到分析流动路径中时，保留在针尖端上的撕裂材料可导致堵塞。

因此，在液相色谱应用中，需要消除由保留在针上的样品源密封件产生的堵塞。

技术实现要素：

第一方面整体涉及用于从样品源抽吸样品并将样品注入到液相色谱系统中的针，该针包括：具有粗糙纹理化表面光洁度的针主体，其中该粗糙纹理化表面光洁度减小了针主体的摩擦系数。

第二方面整体涉及液相色谱系统的自动取样器，该自动取样器包括：注射阀，该注射阀用于将样品注入到液相色谱系统的分析流动路径中；样品隔室，该样品隔室被构造成接收具有密封件的至少一种样品源；以及样品针，该样品针流体连接到注射阀，该样品针被构造成通过刺穿至少一种样品源的密封件来从至少一种样品源抽吸样品，然后将样品注入到液相色谱系统的分析流动路径中，其中该样品针具有纹理化外表面。

第三方面整体涉及改善液相色谱系统中的针的穿刺性能的方法，该方法包括：通过在针的外表面上形成粗糙纹理化表面区域来减小针的摩擦系数，使得当针刺穿样品源的密封件时，由于摩擦系数减小，密封件不会附着到针的粗糙纹理化表面区域。

通过结合附图进行的以下详细公开，将更容易地理解和充分理解构造和操作的上述和其他特征。

附图说明

将参考以下附图详细描述一些实施方案，其中类似的命名表示类似的构件，其中：

图1示出了具有刺穿样品源的密封件的平滑外表面的当前针设计，其中密封材料的部分附着到针；

图2示出了由于密封材料不希望地附着到图1的当前针上而造成的样品源上的严重拉伸的残留密封材料；

图3示出了根据本发明的实施方案的针的剖视图；

图4示出了根据本发明的实施方案的图3中的针的透视图；

图5示出了根据本发明的实施方案的图3的详细信息b的详细视图；

图6示出了根据本发明的实施方案的图3的详细信息c的详细视图；

图7示出了根据本发明的实施方案的附接到液相色谱系统的管材的纹理化针；

图8示出了根据本发明的实施方案的图7的放大视图，其示出连接到纹理化针的管材；

图9示出了根据本发明的实施方案的图8的详细信息j的详细视图。

图10示出了根据本发明的实施方案的具有图3的针的液相色谱系统的自动取样器的示意性流体图；以及

图11示出了根据本发明的实施方案的液相色谱系统的示意图。

具体实施方式

本文所公开的设备和方法的以下描述的实施方案的详细描述以举例的方式示出，而不是参照附图进行限制。尽管详细示出和描述了某些实施方案，但应当理解，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下可作出各种改变和修改。本公开的范围绝不限于构成部件的数量，其材料，其形状，其相对布置等，并且仅作为本公开的实施方案的一个示例公开。

作为具体实施方式的前言，应当指出的是，除非上下文另外清楚指明，否则如本说明书和所附权利要求中所用，单数形式“一个”，“一种”和“所述”包括复数指代。

参见附图，图1示出了具有刺穿样品源的密封件的平滑外表面的当前针设计，其中密封材料8的部分附着到针。已经确定的是，用于液相色谱应用的当前针设计的平滑外部上的高摩擦系数导致样品源的某些塑料密封件8附着到针的平滑外表面，并且在穿刺期间围绕针拉伸，如图1所示。密封材料8的拉伸和附着可导致密封材料8的部分破碎，从而导致不需要的塑料套管、片、物体、团块等卡在针尖端上，这可堵塞、阻塞或以其他方式破坏注入到系统(诸如高效液相色谱系统)中。具体地讲，平滑表面在穿刺期间在针与密封件之间产生量块效应，使得密封件附着到针的表面并且随着针降低到孔中而拉伸。图2示出了由于密封材料不希望地附着到图1的当前针上而造成的样品源7(诸如孔板)上的拉伸的残留密封材料9。

现在参见图3，其示出了根据本发明的实施方案的针100的剖视图。针100的实施方案可以是针、样品针、注射针、纹理化针、液相色谱针、自动进样器针、注射器、样品注射器等。针100的实施方案可包括第一端部1、第二端部2和针主体50。针主体50的实施方案可以是主体、主体部分或限定针100的一般结构的其他结构元件。针100的针主体50可具有总体长度l。总体长度l可根据应用、自动取样器的样品隔室的尺寸、待分析的样品的体积等而变化。在示例性实施方案中，总长度l可介于3英寸-4英寸(7.62cm-10.16cm)之间。针100的实施方案可由金属、一种或多种金属合金、或它们的组合构成。在示例性实施方案中，针100可由不锈钢或铬合金(诸如)构成。

此外，针100或针主体50的实施方案可包括平滑表面区域10、纹理化表面区域20和非纹理化区域30。在示例性实施方案中，针100可为用于从样品源7抽吸样品并将样品注入到液相色谱系统中的针，其中针100包括针主体50，该针主体具有施加到纹理化区域20的粗糙纹理化表面光洁度25，该粗糙纹理化表面光洁度可通过平滑表面区域10从针主体50的尖端偏移，其中粗糙纹理化表面光洁度25减小针主体50的摩擦系数。通过至少在纹理化区域20的区域中减小针100的摩擦系数，可减小针主体50与密封件8之间的摩擦，以防止、阻碍或以其他方式减小当针100刺穿密封件8以从样品源7内抽吸样品时密封件8(例如，孔板上的塑料密封材料)被拉伸的可能性。

继续参考图3，并且另外参考图4，其示出了根据本发明的实施方案的图3中的针的透视图，针100的实施方案可包括平滑表面区域10。平滑表面区域10的实施方案可为具有平滑表面或平滑表面光洁度15的针主体50的外表面的区域、部分、区段等。平滑表面光洁度15可具有16微英寸(0.4064μm)的最大表面粗糙度ra。此外，平滑表面区域10可靠近针主体50的尖端11。在示例性实施方案中，平滑表面区域10可包围针主体50的尖端11。针主体50的尖端11可以是针主体50的尖端、鼻部、抽吸端部等，其可被构造成初始接合并刺穿样品源7的盖密封件8。在到达纹理化表面区域20之前，针主体50的平滑表面区域10可从针100的第一端部1或从针主体50的尖端11延伸一定距离。在示例性实施方案中，平滑表面区域10可从针100的第一端部1延伸至少0.01英寸(0.0254cm)。在另一个示例性实施方案中，平滑表面区域10可从针100的第一端部1延伸0.025英寸±0.15英寸(0.065cm±0.381cm)。在另一个示例性实施方案中，平滑表面区域10可从针100的第一端部1延伸小于0.01英寸(0.0254cm)。

针100的实施方案可包括平滑表面区域10，使得当针将样品注入到液相色谱系统的分析流动路径中时，尖端11的平滑表面光洁度15保持针主体50的尖端11与注射座之间的液密密封。当针100将样品插入到分析流动路径中时，在针主体50的尖端11上保留平滑表面光洁度15可保持适当的密封。例如，在针100抽吸样品之后，针100移动到注射工位，在该注射工位，针100抵靠注射座装载，从而在注射期间形成液密密封。针尖端11上的平滑表面光洁度15可确保在注射期间在针尖端11与注射座之间形成液密密封。

仍然参见图3和图4，针主体50的实施方案可包括纹理化表面区域20。纹理化表面区域20的实施方案可为纹理化区域、粗糙表面纹理区域、摩擦系数减小的区域、表面粗糙度增大的区域、粗糙度增大的区域等。纹理化表面区域20可沿着针100的外表面驻留在平滑表面区域10旁边或与该平滑表面区域邻接。另外，纹理化表面区域20可从针主体50的尖端11偏移一定距离。因为纹理化表面区域20从针主体50的尖端11偏移，所以在尖端处保留平滑表面光洁度15，而针100的平滑表面光洁度的总表面积受到限制，这导致如上所述的样品源8的密封材料的附着问题。

在针主体50的纹理化表面区域20中，针100的外表面可包括粗糙表面纹理光洁度25。粗糙表面纹理光洁度25的实施方案可具有大于15微英寸(0.3810μm)的粗糙度ra。在示例性实施方案中，粗糙表面纹理光洁度25可具有介于15微英寸(0.3810μm)和30微英寸(0.7620μm)之间的粗糙度ra。粗糙表面纹理光洁度25的实施方案可具有大于30微英寸(0.7620μm)的粗糙度ra，但纹理化表面光洁度25的表面粗糙度ra可为有限的，因为已过度粗糙化的表面将增加摩擦系数并且密封材料仍可附着和拉伸。例如，纹理化表面光洁度25可具有80微英寸(2.032μm)的最大ra。通过将粗糙纹理化表面光洁度25施加到针100的外表面，摩擦系数减小，使得塑料密封材料8在刺穿样品源7的密封件8期间不会拉伸或套紧。向针主体50的外部添加纹理化表面光洁度25可通过改善穿刺性能并减少由于塑料密封件(例如，孔板密封件)的拉伸或套紧而导致的故障次数来改善当前针设计。

可使用各种方法在纹理化表面区域中形成粗糙表面纹理光洁度25或以其他方式使针主体50的外表面粗糙化或纹理化。在一个实施方案中，纹理化表面光洁度25可使用喷砂技术来形成。例如，可通过在特定压力下喷涂玻璃珠来对针主体50的外表面进行喷砂处理，以形成表面纹理光洁度25。在喷砂处理期间，可进行测量以确保粗糙度ra落在某个范围内(例如，15微英寸-30微英寸/0.381μm-0.762μm)。在另一个实施方案中，纹理化表面光洁度25可使用喷丸方法来形成。例如，表面纹理可使用喷丸工艺形成，该喷丸工艺涉及用处于特定压力的不锈钢球流轰击针主体50以形成表面纹理光洁度25。在另一个实施方案中，纹理化表面可使用激光蚀刻工艺形成。在另外的实施方案中，纹理化表面可通过磨削技术形成。可使用其他表面纹理化和/或粗糙化方法来实现本文所述的针100的表面粗糙度ra。

重新参见图3，针主体50的实施方案也可包括非纹理化区域30。非纹理化区域30的实施方案可潜在地包括针主体50的在纹理化表面区域20与针100的第二端部2之间驻留在纹理化表面区域20旁边或与其邻接的区域、区段、部分等。非纹理化区域30可具有与靠近尖端的平滑表面区域10相同的粗糙度ra，或与平滑表面区域10和纹理化区域20两者不同的粗糙度ra。在一些实施方案中，针100可不具有非纹理化区域30，其中针主体50包括从平滑表面区域10的边缘到针100的第二端部2的粗糙表面纹理光洁度25。此外，在示例性实施方案中，整个针主体50可由纹理化区域20构成。在另一个示例性实施方案中，针主体50可不包括靠近针尖端11的平滑表面光洁度，而是可如在纹理化区域20中那样纹理化。例如，纹理化区域20可从针主体50的第一端部1和第二端部2之间的点延伸到针主体50的尖端11。因此，针主体50的实施方案可从针主体50的尖端11开始并从尖端11继续一定长度、甚至一直到针主体50的第二端部2而被纹理化。

图5示出了根据本发明的实施方案的图3的详细信息b的详细视图。图5的详细视图示出了针主体50的尖端11、平滑表面区域10和纹理化表面区域20的一部分。尖端11的实施方案可具有被称为鼻部直径nd的直径。nd可为针主体50在尖端11处的直径。在示例性实施方案中，nd可为约0.014英寸(0.03556cm)。针主体50的直径d可为针主体50的最大直径。针主体50的最大直径d可改变。在用于液相色谱自动取样器中的示例性实施方案中，最大针直径d可为约0.04英寸(0.1016cm)。此外，针100的实施方案可包括内部流体通路12。内部流体通路12的实施方案可为大致轴向延伸穿过针100的内孔。在液相色谱应用中，来自样品源7的样品可流过流体通路12。流体通路12的实施方案可以具有孔径bd，该孔径可根据待测样品的体积而变化。在一些实施方案中，针100的流体通路12的bd可为约0.005英寸(0.0127cm)。在其他实施方案中，bd可为约0.010英寸(0.0254cm)。在另一个实施方案中，内孔的最大直径为0.01英寸(0.0254cm)。此外，针主体50的实施方案可包括锥形区段cs。锥形区段cs的实施方案可以是针主体50的朝向针尖端11渐缩的一部分。大多数针主体50可具有均匀的最大直径d，但锥形区段cs可具有朝向针主体50的尖端11移动的逐渐减小的最大直径。针主体50的锥形区段cs的长度可改变。在示例性实施方案中，cs的长度可为约0.10英寸(0.0254cm)。针主体50的cs的角度φ可小于15°。然而，角度φ可改变并且大于15°。

图6示出了根据本发明的实施方案的图3的详细信息c的详细视图。图6的详细视图示出了针主体50的第二端部2。针主体50的实施方案可包括部件附接区域70。部件附接区域70的实施方案可被构造成接收液相色谱系统的部件、紧固件、元件、零件等。图7示出了根据本发明的实施方案的附接到液相色谱系统的管材95的纹理化针100。针100可以可操作地连接到液相色谱系统的管材95。套圈90可围绕管材95和针100的部分。图8示出了根据本发明的实施方案的图7的放大视图，其示出连接到纹理化针100的管材95。针100可被焊接到管材95。在示例性实施方案中，针100可被激光焊接到管材95。图9示出了根据本发明的实施方案的图8的详细信息j的详细视图。针主体50的部件附接区域70可接收管材95的端部，该端部可被激光焊接(焊接点示意性地示出为93)。因此，针100的实施方案可以可操作地连接到液相色谱系统的管材95。

现在参见图10，其示出了根据本发明的实施方案的具有图3的针100的液相色谱系统的自动取样器200的示意性流体图。针100可用于从样品源7抽吸样品5以注入到分析流动路径中并最终到达柱以进行色谱分析。图7所示的位置是针100的抽吸位置，该针已刺穿样品源7的密封件8(诸如孔板)以用于抽吸样品5。自动取样器200(例如，样品管理器)的实施方案可包括样品隔室80和注射阀81，以及用于液相色谱应用的自动取样器的其他特征和部件。注射阀81的实施方案可以将样品5注入液相色谱系统的分析流动路径中，到达柱以进行色谱分析。样品隔室80的实施方案可被构造成接收具有密封件8的至少一种样品源7。例如，样品隔室80可容纳、接收包含样品5的孔板阵列，或以其他方式与包含样品5的孔板阵列协作。自动取样器200的部件(诸如过程样品管理器)可以自动编程地从样品源7获得样品5，以用于最终经由注射阀81注入到柱中。

针100可以是样品隔室80的一部分，用于与样品源容器7协作。例如，针100可容纳在自动取样器200的样品隔室80内以用于液相色谱处理。此外，针100可流体连接到注射阀81，其中针100可被构造成通过刺穿至少一种样品源7的密封件8来从至少一种样品源7抽吸样品5，然后将样品5注入液相色谱系统的分析流动路径中。

图11示出了根据本发明的实施方案的液相色谱系统300的示意图。液相色谱系统300的实施方案可包括流动相，诸如溶剂贮存器/源、一个或多个泵、与样品流体连通的自动取样器200、柱和检测器，如液相色谱领域的技术人员已知的。

现在参见图1至图11，改善液相色谱系统200中的针100的穿刺性能的方法可包括通过在针100的外表面上形成粗糙纹理化表面区域20来减小针100的摩擦系数，使得当针刺穿样品源7的密封件8时，由于摩擦系数减小，密封件8不会附着到针100的粗糙纹理化表面区域20。

虽然已经结合上述具体实施方案描述了本公开，但显而易见的是，许多替代方案，修改形式和变型对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，如上文所述的本公开的优选实施方案旨在为示例性的而非限制性的。在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可根据以下权利要求书的要求作出各种改变。权利要求书提供了本发明的覆盖范围，并且不应限于本文提供的具体示例。