包括至少一个色谱柱的用于分析气体混合物的系统技术方案

一种用于分析气体混合物的系统，包括至少一个色谱柱（4）、用于注射所述混合物到所述柱（4）中的装置（2），和用于检测形成气体混合物的化合物的装置（6），检测装置（6）包括在柱的出口处的纳米传感器类型的至少一个检测器和在柱中的纳米传感器类型的检测器，能够检测的化合物的通过。然后，可以测定在系统内的每种化合物的速度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于分析气体混合物的系统，包括至少一个色谱柱，以测定混合物的成分。本专利技术更具体地涉及包括一个或多个微毛细管(microcapiIIary)类型(例如用具有10 y m和几百微米之间的直径的空心管形成)，或具有大约500 u m和几毫米之间的直径的大毛细管(macrocapillary)类型的色谱柱的分析系统，并且其长度在几厘米至几米之间变化。
技术介绍
例如，问题是在给定的浓度阈值检测混合物中一种特定气体的存在。这种类型的检测系统的应用有很多，并且特别是在空气质量监测、食品和农业监测、工艺和安全监测领域中。这样的检测系统包括气相色谱柱和在柱的出口处的检测器。预浓缩器或注射系统可以设置在柱的进口处。色谱柱是为了分离混合物的不同成分，以便后者在不同的时刻离开柱并依次被检测。这种在柱内的分离是通过覆盖柱的内部并具有与成分或多或少的亲和力的固定相的存在下获得；这些成分然后以不同的速率移动。在应用色谱柱的目前系统中，假设各成分的速度在柱中是恒定的。现在，如果固定相的厚度是恒定的，这个假设就是正确的。但是获得这样恒定的厚度给制造柱的方法带来技术限制，其价格成本高。此外，对现有技术水平的系统，在第一种混合物的所有成分已经离开柱之前，第二种混合物不能被注射入柱中。事实上，正如我们已经示出，在柱中的位移速度取决于成分对固定相的亲合力，因此，可能发生第二种混合物的成分在第一种混合物的一种或多种成分之前离开柱，或被叠加到它们中的一种。那么不可能确定是否这种成分属于第一种或第二种混合物。当先前的混合物的所有成分已经离开柱时，这种注射新的混合物的需求可能是极大的损失，例如，当某些成分是非常缓慢的离开柱。那么分析速率是低的。尤其在复杂的混合物的情况下，例如，在石油化工领域，单个柱不足够用于分离所有的组分。事实上，对于给定的固定相，一些化合物可能具有相同的与此固定相的亲和力。那么使用串联连接的两个具有不同的固定相的柱。各化合物通过一对亲和力两个柱表征。混合物穿过第一个柱，然后第二个柱，每种组分在第一个柱中被分离然后在第二个柱中被分离。为了知道与每个柱的亲和性对，必须知道每种化合物在每个柱中的通过时间。对于每种化合物，即每个从第二个柱的离开峰，知道从这个第二柱的离开时刻和第一个柱的样品的引入时刻是没有任何困难的。另一方面，更困难的是知道从第一个到第二个柱通过的时刻。需要知道这个时刻为了估计在每个柱中的传送速率。事实上，因为在第二柱中化合物可以“超越”彼此，因此不会以相同的顺序从第二柱离开，然后不能明确地知道如何在两个柱之间通过的峰和晚些时刻从第二个柱离开的峰之间建立对应关系。用于解决这种不明确的方法之一是用包括阀和/或热控的相对复杂的系统调整柱中的流率。这样的系统描述在文献 Dimandja, J. M. D.，GC x GC. Analytical Chemistry, 2004. 76(9) :p. 167A-174A 中。因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有比现有技术水平的系统较少的制造约束的检测系统。本专利技术的另一个目的是提供一种应用一个或多个色谱柱的分析系统，其与现有技术水平的系统相比，可以提高样品的分析的速率，并允许简化复杂样品的分析。
技术实现思路
先前所述的目的是通过的分析系统实现，该分析系统包括气相色谱柱和用于检测在柱内分离的组分的装置，该检测装置位于待分析的混合物的流程上的至少两个不同的点上，以便可以确定在柱内的成分的位移速率。例如，检测装置包括位于柱的出口处的检测器和位于上游的另一个检测器，在柱的进口处或柱内。因此，样品的每种成分的速度可以以更准确的方式估计，特别是当成分的速度沿柱是不严格恒定时。这样可以降低制造柱的技术约束。此外，通过根据本专利技术的系统，第二个样品可以在第一个样品的所有成分已经离开之前被引入。根据样品的复杂性，由柱中的成分和相应的峰的数量表征，足够数量的检测器可以用于跟踪每种成分并检测第二个样品的成分，其速度大于第一个样品的成分的速度，所以，然后不再有任何不确定性。对于任意复杂的样品，足以以一定的密度放置检测器，使得它们的间隔小于对应于峰的半宽度(half-width)的距离。为了确定此半宽度，将优先选择与溶剂或更一般的与固定相不具有任何亲和力或只有很少的亲和力的成分对应的峰。此外，采用几个柱，尤其是具有不同的固定相的几个柱并串联连接，是被简化的，因为处理不同的成分相对彼此的位移不再是必要的。换言之，根据本专利技术，速度是用于表征柱中的化合物以及不再仅仅是通过在像在现有技术水平的系统中的柱的出口处的检测器提供的检测峰。以一个特别有利的方式，使用微机电系统(MEMS)类型检测器或传感器，以及还更有利地纳机电系统(NEMS)类型的检测器，其尺寸允许其集成到柱的壁里，截面(section)的宽度是几十微米。另外，NEMS检测器一般比MEMS检测器更敏感。有利地是，将检测器沿色谱柱并置提供(juxtaposing)，其可以具有关于柱中的每种化合物的速度上的变化的特定感知(know I e dge )。检测器例如是重力微传感器(gravimetric microsensors)或纳米传感器。这些也可以是具有纳米管支撑的电导检测器，例如碳纳米管。就尺寸、灵敏度、响应时间而言具有兼容的特性的其他检测器也可以采用。本专利技术的主题主要是一种用于分析气体混合物的系统，包括至少一个色谱柱、用于注射所述混合物进入所述柱的装置，以及用于检测形成气体混合物的化合物的装置，检测装置能够在柱的进口和出口之间的至少两个位置中检测化合物，包括柱的进口和出口。例如，检测装置包括至少一个在柱的出口处的检测器和至少一个在进口和/或柱中的检测器。有利地，检测装置包括至少一个在柱的出口处的检测器和至少一个在柱中的检测器，更特别地是至少一个检测器被集成到色谱柱的壁中。优选地，根据本专利技术的系统包括一个在柱的进口和出口之间沿柱分布的检测器的网络。有利地是，在两个连续的检测器之间的间距小于或等于峰的半宽度。有利地是，柱包括足够数量的检测器，以便通过至少两个检测器在任何时刻“看到”每种成分。在一个实施方式中，根据本专利技术的系统包括至少两个串联连接的柱，第二个下游柱包括至少两个检测器，一个检测器在进口处以及一个检测器在出口处。第一个上游柱也可以包括位于后者的出口处的检测器。很好理解地是第一个柱可以包括多个检测器。例如,检测器是重力传感器(gravimetric sensors)。在当柱是微毛细管或大毛细管类型的情况下，检测器是NEMS传感器。检测器例如具有包括在IOOnm2的和几个y m2之间的有用表面积。检测器可以通过沉积一层吸附材料功能化；沉积在检测器上的吸附材料可以与柱的固定相是相同的。柱例如一方面通过在基板上蚀刻槽，以及另一方面通过用板闭合所述槽制得。检测器可以根据与槽的形状相对应的图案在槽中或板上制得。本专利技术的主题也是一种应用根据本专利技术的系统分析样品的方法，包括步骤-依次注射样品进入柱中，-检测所述混合物的成分的峰，-建立混合物的每种成分的轨迹图，其中每种所述成分的局部速度可以在两个连续的检测器之间确定。有利地是，两次注射之间的时间小于输送第一次注射的最慢成分的时间，或甚至小于输送气体溶剂的时间。附图说明通过下面的描述和附图将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.07 US 61/352,2411.一种用于分析气体混合物的系统，包括至少一个色谱柱(4，104. 1，104. 2)，用于将所述混合物注射到所述柱(4，104. 1,104.2)中的装置(2)，和用于检测形成所述气体混合物的化合物的装置(6，106)，所述检测装置(6，106)能够检测在所述柱(4，104. 1，104. 2)的进口和出口之间的至少两个位置的化合物，包括所述柱(4，104. 1,104. 2)的进口和出口。2.根据权利要求1所述的分析系统，其中，所述检测装置(6，106)包括至少一个在所述柱的出口处的检测器(6. 1,106.1)和至少一个在柱(6. 2,106. 2)中的检测器。3.根据权利要求2所述的分析系统，包括在所述柱的进口和出口之间，沿所述柱(4，104. 1,104. 2)分布的检测器的网络。4.根据权利要求3所述的分析系统，其中，在两个连续的检测器之间的间距小于或等于峰的半宽度。5.根据权利要求1所述的分析系统，包括至少两个串联连接的柱(104.1，104. 2)，第二个下游柱(104. 2)包括至少两个检测器(106.1，106. 2), 一个检测器在所述进口处以及一个检测器在所述出口处。6.根据权利要求5所述的分析系统，其中，所述第一个上游柱(104.1)包括至少一个位于后者的出口处的检测器(106.1)。7.根据权利要求2至6任一项所述的分析系统，其中，所述检测器是重力传感器。8.根据权利要求2至7任一项所述的分析系统，其中，所述柱是微毛细管或大毛细管类...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔·皮热，爱德华·B·米尔斯，迈克尔·L·罗克斯，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，加州理工学院，
类型：
国别省市：