用于减少由于泵振荡所致的信号噪声的系统和设备的制作方法

本申请案大体上涉及用于减少由于泵移动所致的不希望的噪声的系统和设备。

背景技术：

高压液相色谱法(HPLC)和离子色谱法(IC)一般需要待分离或分析的样本的组份溶解于被称为溶离剂的移动相液体中，且由所述液体传递到固定相，即分离柱。经分离的组份接着可由所述固定相下游的电导率检测器分析。常常使用活塞泵来供应液体和将液体与溶解的样本一起递送到分离柱。这些活塞泵用以承受极端压力，且以平稳且均匀方式在精确受控的流动速率下递送液体。

在HPLC中，这些活塞泵可一般包含泵头部，其具有由例如不锈钢等导电材料形成的一或多个柱塞。在IC中，这些活塞泵一般包含具有由例如蓝宝石或陶瓷等非导电材料形成的一或多个柱塞的泵头部。所述泵头部还包含特殊高压力密封件，所述密封件可具有通过在泵头部中积累的压力(即，系统压力)而抵着柱塞表面按压的唇缘。这些压力密封件在颁于Staffler的第6,623,630号美国专利中和颁于Proper的第6,918,595号美国专利中描述。

随着活塞移动以吸入新的溶离剂，驻留于泵的头部腔室中的少量溶离剂常常由活塞表面通过密封件输送到密封件的背面。因此，这些活塞泵常常在密封件的背面上包含洗涤腔室以冲刷通过密封件的任何泄漏。这些洗涤腔室一般填充有含水的洗涤溶液，所述溶液可防止密封件的背侧上的盐晶体的生长。所述洗涤溶液有时添加有机溶剂。对洗涤溶液的此有机添加防止了洗涤腔室内部的藻类和真菌的生长。

通过活塞抵靠着密封件移动和/或通过从密封件的微泄漏的电池效应可以产生电压电位。此电压电位可能不合需要地偏置电导率检测器，从而造成信号基线上的不希望的噪声。

鉴于前述内容，具有克服利用电导率检测器和活塞泵的当前可用色谱法系统的以上和其它缺点的系统和设备将是有益的。

技术实现要素：

本发明的一个方面是针对一种用于减少由于泵振荡所致的不希望的噪声的设备，所述设备包含：泵，其用于将样本流体沿着分析路径泵送到电导率检测器，所述泵包含泵送腔室、延伸到用于沿着所述分析路径泵送所述样本流体的所述泵送腔室中的活塞、密封洗涤腔室以及使所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室流体地分离的密封件，其中所述活塞延伸通过所述密封件且随着所述活塞往复运动由于电荷转移和浓度梯度效应而在所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室之间产生电压电位；洗涤路径，其将洗涤流体从洗涤储集器供应到所述密封洗涤腔室；以及电导体，其用于减少由于泵移动所致的所述电导率检测器中的不希望的噪声，所述电导体将所述分析路径电连接到所述洗涤路径；以及接地导体，其经由电阻器将所述电导体电连接到接地。

所述活塞可以由蓝宝石形成。

所述电导体可为铂线，所述铂线的第一末端与所述分析路径电连通且第二末端与所述洗涤路径电连通。

所述分析系统可进一步包含电连接所述电导体与接地的接地导体。

所述分析系统可进一步包含位于所述电导体与接地之间的电阻器。

所述电阻器可具有至少一兆欧姆电阻器的电阻。

所述接地可为底盘接地。

所述电阻器可提供所述分析路径与接地噪声的隔离，同时允许随着所述活塞往复运动由所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室之间的所述电压电位产生的浮动电压电荷的耗散。

所述分析系统可进一步包含由导电聚醚醚酮(PEEK)材料形成的泵体，其中所述导电泵体形成将所述分析路径电连接到所述洗涤路径的所述电导体。

所述电导体通过减少在所述活塞往复运动时由电荷转移和/或浓度梯度效应造成的跨所述泵送腔室和所述密封洗涤腔室的任何电压电位而减少所述电导率检测器中的不希望的循环。

本发明的另一方面是针对一种分析系统，其包含：分析路径；泵，其用于沿着所述分析路径泵送样本流体，所述泵包含泵送腔室、延伸到用于沿着所述分析路径泵送所述样本流体的所述泵送腔室中的不导电活塞、密封洗涤腔室以及使所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室流体地分离的密封件，其中所述活塞延伸通过所述密封件且随着所述活塞往复运动由于电荷转移而在所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室之间产生电压电位；电导率检测器，其流体地连接到所述泵的下游的所述分析路径以用于监视所述样本流体；洗涤路径，其将洗涤流体从洗涤储集器供应到所述密封洗涤腔室；以及电导体，其用于减少由于泵移动所致的所述电导率检测器中的不希望的噪声，所述电导体将所述分析路径电连接到所述洗涤路径。

所述分析系统可为离子色谱法系统。

所述活塞可以由蓝宝石形成。

所述电导体可为铂线，所述铂线的第一末端与所述分析路径电连通且第二末端与所述洗涤路径电连通。

所述分析系统可进一步包含聚合T形组合件，所述聚合T形组合件的第一和第二支腿沿着所述分析路径在所述泵与所述电导率检测器之间延伸，且第三支腿定位所述铂线的与所述分析路径电连通的所述第一末端。

所述分析系统可进一步包含形成所述洗涤路径的一部分的不锈钢管道，其中所述铂线的所述第二末端附接到不锈钢管道。

所述分析系统可进一步包含电连接所述电导体与接地之间的电阻器的接地导体。

所述电阻器可具有至少一兆欧姆的电阻。

所述接地可为底盘接地。

所述电阻器可提供所述分析路径与接地噪声的隔离，同时允许随着所述活塞往复运动由所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室之间的所述电压电位产生的浮动电压电荷的耗散。

所述分析系统可进一步包含由导电聚醚醚酮(PEEK)材料形成的泵体，其中所述导电泵体形成将所述分析路径电连接到所述洗涤路径的所述电导体。

所述泵体可由含有碳的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)形成。

所述电导体通过减少在所述活塞往复运动时由电荷转移和/或浓度梯度效应造成的跨所述泵送腔室和所述密封洗涤腔室的任何电压电位而减少所述电导率检测器中的不希望的循环。

本发明的又一方面是针对一种离子色谱法系统，其包含：分析路径；溶离剂源，其将溶离剂供应到所述分析路径以形成用于色谱分析的移动相；注入器，其用于将含有分析物的样本引入到所述溶离剂中以形成所述移动相；分离柱，其在所述注入器的下游，用于分离所述分析物；泵，其用于将所述溶离剂泵送到所述分离柱，所述泵包含不导电泵体、所述泵体中的泵送腔室、延伸到用于沿着所述分析路径泵送溶离剂的所述泵送腔室中的不导电活塞、所述泵体内的密封洗涤腔室以及使所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室流体地分离的密封件，其中所述活塞延伸通过所述密封件且随着所述活塞往复运动通过电荷转移和/或浓度梯度效应而在所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室之间产生电压电位；电导率检测器，其流体地连接到所述泵和所述分离柱的下游的所述分析路径以检测沿着所述分析路径流动通过所述电导率检测器的分析物；洗涤路径，其将洗涤流体供应到所述密封洗涤腔室；以及电导体，其将所述分析路径电连接到所述洗涤路径，其中所述电导体减少由于泵振荡所致的所述电导率检测器中的不希望的噪声。

所述泵体可以由聚合材料形成。

所述聚合材料可为聚醚醚酮(PEEK)。

所述活塞可以由蓝宝石形成。

所述电导体可为铂线，所述铂线的第一末端与所述分析路径电连通且第二末端与所述洗涤流体路径电连通。

所述离子色谱法系统可进一步包含聚合T形组合件，所述聚合T形组合件的第一和第二支腿沿着所述分析路径在所述泵与所述电导率检测器之间延伸，且第三支腿定位所述铂线的与所述分析路径电连通的所述第一末端。

所述T形组合件可以由聚醚醚酮(PEEK)形成。

所述离子色谱法系统可进一步包含形成所述洗涤路径的一部分且电接触所述洗涤流体的不锈钢管道，其中所述铂线的所述第二末端附接到不锈钢管道。

所述电阻器可为兆欧姆电阻器。

所述电阻器可为13兆欧姆电阻器。

所述接地可为底盘接地。

所述电阻器提供所述分析路径与接地噪声的隔离，同时允许随着所述活塞往复运动由所述泵送腔室与所述密封洗涤腔室之间的所述电压电位产生的浮动电压电荷的耗散。

本发明的方法和设备具有其它特征和优点，这些特征和优点将从结合在此的附图和以下详细说明中变得明显或在附图和详细说明中更详细地阐述，附图和详细说明一起用以阐释本发明的某些原理。

附图说明

图1是根据本发明的各种方面的用于减少由于泵振荡所致的不希望的噪声的示范性系统的示意图，所述系统包含具有延伸通过溶离剂腔室的分析路径和延伸通过洗涤腔室的洗涤路径的泵。

图2是根据本发明的各种方面的可在图1的系统中利用的示范性设备的横截面图。

图3A是展示在泵的操作期间由于通过电荷转移在泵送腔室与密封洗涤腔室之间产生的电压电位所致的基线电导率信号振荡的振幅的曲线图。

图3B是展示对应于图3A的振幅的泵的压力迹线的曲线图。

图4A是展示在泵的操作期间的基线电导率信号的曲线图，其中分析路径电连接到洗涤路径。

图4B是展示对应于图4A的振幅的泵的压力迹线的曲线图。

图5是类似于图1中所示的根据本发明的各种方面的用于减少由于泵移动所致的不希望的噪声的示范性系统的示意图，所述系统包含具有通过溶离剂腔室的分析路径和通过洗涤腔室的洗涤路径的泵。

图6是根据本发明的各种方面的可在图1的系统中利用的示范性聚合T形连接器的放大视图。

具体实施方式

现将详细参考本发明的各种实施例，随附图式中说明这些实施例的实例并在下文对其进行描述。尽管将结合示范性实施例来描述本发明，但应了解本说明并不希望将本发明限制于那些示范性实施例。相反，本发明意图不仅涵盖示范性实施例，而且还涵盖各种替代方案、修改、等效物和其它实施例，这些内容均可包含在如由所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围内。

现在转向附图，其中在各图中相同组件始终由相同参考标号指定，图1说明用于减少由于泵振荡和/或其它移动所致的不希望的噪声的系统30。所述系统一般包含泵32，其沿着分析路径33供应样本流体通过分离柱35和任选的抑制器37到达用于样本分析的电导率检测器39。如图2中所示，所述泵一般包含往复式不导电活塞40，其泵送溶离剂通过溶离剂或泵送腔室42。所述活塞还延伸通过密封洗涤腔室44，所述密封洗涤腔室通过密封件46与溶离剂腔室分离。根据本发明的各种方面，所述系统还具备电导体47，所述电导体将分析路径流体连接到洗涤腔室的洗涤路径流体49，以便消除随着活塞往复运动而在溶离剂与洗涤腔室之间产生的电压电位。且根据本发明的各种方面，所述系统也可以具备接地导体51和电阻器52以将电导率检测器隔离于地面噪声，同时允许随着活塞往复运动而由泵送腔室与密封洗涤腔室之间的电压电位产生的浮动电压电荷的耗散。

所述系统具备用于将溶离剂供应到分析路径33以形成用于色谱的移动相的溶离剂源53，以及用于将含有分析物的样本引入到溶离剂中以形成移动相的样本注入器54，所述移动相流动到分离柱和任选的抑制器以用于分离分析物供电导率检测器检测。

在各种实施例中，泵32是活塞泵，其以众所周知的方式沿着分析路径33泵送色谱法溶离剂和移动相以递送到分离柱35和电导率检测器39。所述泵包含一或多个泵头部，其中的每一者包含可操作地延伸到形成于泵的外壳内的高压力头部腔室中的往复式柱塞或活塞，所述高压力头部腔室充当溶离剂腔室。例如，图1展示具有两个泵头部的泵，而图5展示具有单个泵头部的泵。

在各种实施例中，所述泵包含不导电泵体56，因为各种色谱法过程中利用的各种溶离剂常常对金属是高度腐蚀性的。用于泵体的合适的材料包含(但不限于)例如聚醚醚酮(PEEK)等聚合材料和/或其它合适的材料。优选地，所选择的材料具有高耐磨性，可耐受色谱法中使用的腐蚀性媒介和有机溶剂，且在色谱使用期间并不浸出离子。离子从金属材料的浸出已知将干扰离子色谱分离。

活塞延伸到溶离剂腔室中以用于沿着分析路径泵送溶离剂。活塞还延伸通过密封洗涤腔室以及密封件，从而使溶离剂腔室与密封洗涤腔室流体地分离。随着活塞往复运动且抵靠着密封件移动，活塞可在泵送腔室与洗涤腔室之间通过电荷转移而产生电压电位。例如，当活塞不导电时，通过活塞抵靠着密封件移动和/或通过来自密封件的微泄漏的电池效应可以产生电压电位。此积聚可以是由在通过密封件彼此隔离的相应溶离剂腔室和洗涤腔室中具有不同离子浓度的两个流体组成的浓度电池单元“电池”的结果。此电压电位可能不合需要地偏置电导率检测器，从而造成信号基线上的具有对应于泵冲程循环的振荡。而且，活塞的表面上的离子可从密封洗涤腔室或溶离剂腔室中的一者转移到另一腔室，这造成取决于时间的电压积累。由于溶离剂腔室与密封洗涤腔室之间的不同离子浓度和/或通过活塞的离子转移，可能跨密封件形成浓度梯度。

活塞40可以由蓝宝石、锆、陶瓷或适合与色谱法分析中存在的常常对各种金属组件高度腐蚀性的各种溶离剂和样本一起使用的其它已知材料形成。

还将了解，溶离剂腔室与洗涤腔室之间的泄漏可通过上文在背景技术中描述的浓度电池单元的电池效应而贡献于电压电位。在此方面，分离所述两个隔室的密封件可以是稍微渗透性的、泄漏的，或另外允许活塞通过在活塞主体自身上积累流体的薄膜而将痕量的液体从一个隔室转移到另一隔室。虽然此泄漏在常规制造规范内，但此液体的转移贡献于此电池效应且广泛被称为浓度电池单元。应注意，所述密封件可以类似于盐桥的方式起作用。

电导率检测器39流体地连接到在泵、分离柱和任选的抑制器下游的分析路径。电导率检测器原本是常规的，因为其检测沿着分析路径流动通过电导率检测器的经分离分析物。

洗涤路径49将洗涤流体供应到洗涤腔室44以冲刷经过密封件46的任何泄漏。洗涤路径可包含用于将洗涤流体供应到密封洗涤腔室的洗涤储集器58。

洗涤路径49是后部密封洗涤回路，其一般从洗涤储集器60延伸，通过洗涤泵61且到达洗涤腔室44。在说明的实施例中，洗涤路径是开放的，因为用过的洗涤溶液将浪费，然而将了解，洗涤路径可为封闭的，其中洗涤路径可返回到洗涤储集器。

通过活塞的往复运动产生的电压电位可能不合需要地造成电导率检测器中的不希望的噪声。跨溶离剂与密封洗涤流体之间的UHMWPE密封件的电荷转移在PEEK泵头部中产生的电压电势会造成基线读数中的不合意的振荡。此振荡电压电位被传导通过溶离剂流体，且影响电导率检测器的电导率测量系统。

此电压电位且因此电导率信号振荡的振幅基于跨密封件和系统的接地的浓度梯度电位而变化。此电压电位必须被中和且过度耗散以消除电导率检测器循环。

例如，在溶离剂腔室与洗涤腔室之间可形成电压电位，其可能不合需要地偏置电导率检测器，从而造成信号基线上的具有对应于泵冲程循环的周期的高达纳西门子(nS)级的振荡。例如，图3A是对应于在电导率检测器中测得的传导循环的观测信号振荡，而图3B是展示两个泵头部之间的对应止回阀打开和关闭的压力迹线(psi)。曲线图的双峰是由于两个泵头部的重叠操作。因此，随着泵头部往复运动，不合需要的电压电位可能显著影响电导率检测器的测量值。

根据本发明的各种方面，系统30具备电导体47，其将分析路径电连接到洗涤路径以减少电导率检测器中由于泵移动所致的不希望的噪声。短接这两个流体路径会减少溶离剂腔室与洗涤腔室之间的电压电位，且因此减少电导率检测器39检测到的噪声。已发现短接分析路径和洗涤路径会将电导率检测器检测到的基线噪声减少到10-20皮西门子(pS)范围中的随机噪声。例如，图4A是对应于当分析路径33和洗涤路径49彼此短接时在电导率检测器中测得的传导循环的观测信号振荡，且图4B是类似于图3B的展示两个泵头部之间的止回阀打开和关闭的对应压力迹线(psi)。再次，曲线图的双峰是由于两个泵头部的重叠操作。

根据本发明，将分析路径耦合到洗涤路径的电导体可以由铜、金、铂、银、钛或其它合适的金属形成。例如，所述电导体可为铂线，所述铂线的第一末端63与分析流体路径33电连通且第二末端65与洗涤流体路径49电连通。

在各种实施例中，聚合T形组合件71的第一和第二支腿67、68沿着分析路径在泵与电导率检测器之间延伸，且第三支腿70定位所述铂线的与分析流体路径电连通的第一末端63(参见图6)。在说明的实施例中，第一末端63与溶离剂液体物理接触且与分析路径电接触，然而将了解，所述线可与溶离剂和/或洗涤流体直接或间接物理接触，前提是所述线与所述流体之间存在电连通。所述T形组合件可以由聚醚醚酮(PEEK)和/或与色谱过程中常用的液体和溶剂的腐蚀性性质相容的其它合适的材料形成。

在各种实施例中，不锈钢管道72可形成洗涤路径的部分，以便提供从铂线的第二末端65到洗涤路径的电路径。应注意，第二末端65与不锈钢管道72成物理和电接触。然而，由于不锈钢管道72是导体，因此第二末端65与洗涤路径和洗涤路径中的洗涤液体成电接触。

根据本发明的各种方面，接地导体51经由电阻器52将电导体47电连接到接地。例如可使用兆欧姆电阻器来隔离分析路径与地面噪声，同时允许随着活塞40往复运动可由溶离剂腔室42与洗涤腔室44之间的电压电位产生的浮动电压电荷的耗散。中和所述电压电位且从泵排放所述电压电位不需要低电阻连接。虽然测试已展示10-13兆欧姆电阻器相当适合于隔离分析路径，同时耗散可能形成的任何浮动电荷，但所述电阻优选地处于至少一兆欧姆的范围内，更优选地处于1-100兆欧姆的范围内，且更优选地处于1-20兆欧姆的范围内，并且最优选地处于10-13兆欧姆的范围内。

在各种实施例中，所述接地可为底盘接地，然而将了解，所述接地可为低阻抗接地。

在各种实施例中，泵体56或活塞40可从导电聚合组件制造，且充当电导体47。例如，由具有碳纳米粒子的导电PEEK和/或由具有碳的UHMWPE形成的泵体。溶离剂和密封洗涤路径可通过这些较高电阻材料而电连接，且可以类似于上文所论述的铂线的方式类似地中和电压电位。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，且并不希望限制权利要求书。如实施例及所附权利要求书的描述中所使用，单数形式“一”及“所述”意在也包括复数形式，除非上下文另有清楚指示。还将理解，如本文中所使用的术语“和/或”指代且涵盖相关联的所列项目中的一或多者的任何及所有可能的组合。应进一步理解，当用于本说明书中时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。

为了说明和描述的目的呈现了上文对本发明的特定示范性实施例的描述。这些描述不意在是详尽的或者将本发明限于所揭示的精确形式，并且鉴于上述教示显然可以进行许多修改和变化。选择和描述示范性实施例以便解释本发明的某些原理和其实用应用，进而使得所属领域的技术人员能够制作并利用本发明的各种示范性实施例，以及其各种替代方案和修改。希望本发明的范围由此处附加的权利要求书和其等效物定义。