流体分析装置的制作方法

专利名称：流体分析装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及流体分析组件，并更具体地涉及用于在诸如分 光光度测量中使用的流动池之类的分析化学应用中分析流体的装置。 本发明还涉及制造这种装置的方法。
背景技术：
已经设计和实现了各种流体分析池组件以用于分析流体试样，特 别是在分析化学应用中。这些流体池组件可以构造成静态地保持预定 体积的待分析流体，或者可以构造成常用于输送流体试样通过分析室 的流动池。在流动池布置中，流体试样通常被输送通过位于辐射能量源和辐 射能量检测器之间的室，该检测器测量通过流体试样的相关辐射能量 波长吸收或透射。这种检测器的一个示例是分光光度计。然后各种分 析仪器利用吸收对透射的辐射能量来确定相关流体试样的成分。但是，为了使辐射能量有效通过分析室中的流体试样，限定形成 含流体的室的壁优选是折射率小于流体试样的折射率的材料。流体试 样和分析室壁之间的这种折射率关系有助于内反射，并由此使辐射能 量波传播通过流体试样分析室。这种现象在转让给与本申请相同的受让人且通过引用在此包括的美国专利No. 6678051和6734961中进行说明。因此，为了最好地利用水流体试样，需要折射率小于水的材料来 至少形成流体分析室壁的衬垫。这样的一种材料是E丄du Pont de Nemours and Company of Wilmington, Delaware以Teflon AF⑧的商 标名销售的氟化聚合物产品。由此本发明的流体分析池的一个期望方 面是在其中包括一层Teflon AF⑧或其它低折射率材料，以允许分光光 度测量应用中的有效辐射能量传播。虽然目前在本领域中利用各种这样的流体试样分析池和组件，但 是仍存在某些操作和实现缺陷。例如，已经发现当在制造大批池体部 件中期望诸如不锈钢之类的相对刚性材料时，多单元流动池组件难以 彼此液压密封。此外，用于将辐射能量导引元件安装到这些流动池且 特别是用不锈钢制造的流动池中的方法遇到了困难，或者实现起来相 对低效和昂贵。因此本发明的一个主要目的是提供一种改进的流体试样分析装 置，其具有的设计特征使得能够使用流体连接且彼此液压密封的多个 独特的金属池体。本发明的另 一 目的是提供一种将辐射能量导引构件安装到流体分 析池体中的组装方法。本发明的另一目的是提供一种将辐射能量传输构件安装到流体分 析池体中的组装方法。本发明的另一目的是提供一种外壳体，用于将在其中轴向对齐的 多单元流动池组件摩擦固定。发明内容借助本发明，提供了一种改进的流体试样分析装置来简化构造并 提高其内的辐射能量导引构件的安装精度的可靠性。这种流体分析池 构造的提高精度和可重复性相应地提高这些池内所分析的流体试样的 分光光度测量中可实现的精度。在一个具体实施例中，本发明的流体分析装置包括池体组件，该池体组件具有彼此流体和光学连通的不同的第一部分和第二部分，所 迷第一部分和第二部分中每个都具有可操作地布置成彼此相邻面对关系的相应的第一端。为了使得能够在这些不同的第一部分和第二部分 之间进行液压密封，在第一部分和第二部分之间设置第一弹性垫圏，并且该第一弹性垫圏优选用Kapton⑧或有涂层的金属基体制造，其中 所述金属基体具有从PTFE、氟化聚氨酯及其组合中选择的涂层材料。
第一弹性垫圏优选包括与第一部分的辐射能量入口和第二部分的 流体试样分析室可操作对准的第一辐射能量孔隙。该垫圏还包括与第 一部分和第二部分的相应的第一流体试样出口和第二流体试样出口可 操作对准的第二流体试样出口孔隙。此外，该垫圏包括从该垫圏的流 体试样入口部分延伸到第 一辐射能量孔隙的流体试样转移槽，所述流 体试样入口部分与第 一部分的流体试样入口可操作对准。在本发明的某些实施例中，并特别在沿着中心纵向轴线相对较长 的池体组件实施例中，设置外壳体来至少部分包围池体组件。外壳体 优选包括第一底座部分和从其延伸的基本圆柱形侧壁。侧壁优选至少 部分地同心包围池体组件，其中侧壁的内径的尺寸特别确定以摩擦接 合所述池体组件的外周。在另一实施例中， 一种用于将辐射能量传输构件安装在流体分析 装置中的方法包括首先提供具有至少部分延伸穿过其的开孔的池体组 件，所述开孔具有相对的第一开口端和第二开口端。进一步提供可压 缩的中空套筒，所迷套筒的内径基本等于所述辐射能量传输构件的外 径且所述套筒的未受应力的外径稍大于所述开孔的第 一直径尺寸。所 述方法还包括绕所述辐射能量传输构件的第 一端安装所述套筒，以及 将所述辐射能量传输构件的第二端插入所述开孔的所述第一端中到所 述套筒接合在其内的程度。所述套筒的插入可操作地导致套筒绕所述 辐射能量传输构件沿径向向内压缩，由此将所述辐射能量传输构件摩 擦接合并固定在所迷开孔内。所述开孔优选包括小于第一直径尺寸的第二直径尺寸，其中第二 直径尺寸从开孔的第二端延伸到以下位置，所述位置与开孔的第一端 间隔开至少等于套筒的长度尺寸的距离。开孔的第一尺寸和第二尺寸 的结合处优选形成止动肩部，所述止动肩部可操作地防止套筒过度插 入到开孔中。


图l是本发明的流体分析装置的组装剖视图2是图1所示流体分析装置的一部分的局部侧剖视图； 图3是图l所示流体分析装置的一部分的局部侧剖视图； 图4是图1所示流体分析装置的一部分的局部俯视图； 图5是图1所示流体分析装置的一部分的放大剖视图； 图6是图l所示流体分析装置在组装之前的一部分的示意剖视图； 图7是图1所示流体分析装置的一部分的局部俯视图； 图8是本发明的流体分析装置的剖视图； 图9是本发明的流体分析装置的剖视图；以及 图10是图1所示流体分析装置的一部分的局部侧剖视图，并且还 示出在流体分析装置的开孔内的辐射能量传输构件的优选安装技术。
具体实施方式
现在将按照参照附图所述的详细实施例给出本发明的以上列举的 目的和优点以及其它目的、特征和进步，这些附图作为本发明的各种 可能构造的代表。本领域普通技术人员将认识到本发明的其它实施例和方面o现在参照附图并首先参照图1，本发明的流体分析装置10以剖视 图示出并包括池体组件12，该池体组件12具有可操作地布置成彼此 流体且光学连通的第一部分15和第二部分16。如图1所示，第一部 分15和第二部分16优选是布置成相互轴向相邻关系的相互独立的安 阳。第一部分15包括第一端22和基本相对的第二表面24。此外，第 二部分16包括第一端32和基本相对的第二端34，其中第一部分15 的第一端22可操作地布置成与第二部分16的第二端32成面对的关 系。如图2的局部视图最清楚示出，第一部分15包括入口孔26、第 一出口孑L 28和辐射能量入口孑L 30。入口管42优选布置在入口孑L 26 内。装置管42优选用惰性材料制成，例如PEEK、 PTFE等。入口管 42延伸通过第一部分15的轴向长度"L1，，以将其内流动的流体引向第
一部分15的第一端22。第一出口孔28优选轴向延伸通过第一部分15的长度"L1，，。优选 地，出口管44是从第二部分16的第二端34经由第一出口孔28和第 二出口孔38延伸通过第一部分15的单件管道。出口管44优选用惰性 材料制成，例如PEEK、 PTFE等。入口管42优选受压摩擦装配在第 一部分15的入口孔26内。出口管44优选受压摩擦装配在第二部分 16处的第一出口孔28内，同时优选不摩擦装配在第一部分15处的第 一出口孑L28内。但是，可替代的，可以通过利用粘结剂、点焊等改善 入口管42和出口管44在第一部分15和第二部分16的相应孔内的摩 擦装配。优选地，辐射能量传输构件31可操作地布置在第一部分15的辐 射能量入口孔30中。辐射能量传输构件31优选是有效传播辐射能量 轴向通过其的基本透明元件。所以，辐射能量传输构件31优选是固定 在孔30内的光纤元件，其从第一端22通过第二端25轴向延伸通过第 一部分15。用于将辐射能量传输构件31固定在孔30内的一种优选方法由图 IO所示装置示出。如图中所示，套筒35优选绕辐射能量传输构件31 的第一端33布置，其中套筒35相对较紧地绕其装配。套筒35优选用 可稍微压缩的材料制造，其具体示例是PEEK。在未受应力的状况下， 套筒35的外径稍大于孔30的第一直径尺寸Np从而在套筒35绕其 布置的情况下插入辐射能量传输构件31使得套筒35绕辐射能量传输 构件31径向向内压缩。通过这样，将辐射能量传输构件31摩擦固定 在开孔30内。为了允许套筒35在开孔30内的受压装配，套筒35的外径比孔 30的内径 大大约0.001到0.006英寸之间。通过将套筒35插入开 孔30中而在套筒35上产生的压缩作用导致套筒35的内径稍稍减小， 从而在套筒35和辐射能量传输构件31之间产生紧静压密封。在优选 实施例中，开孔30包括小于第一直径尺寸 的第二直径尺寸N2，该 第二直径尺寸N2从开孔30的第二端25延伸到与其第一端22间隔开
至少等于套筒35的长度尺寸"P"的距离的位置，从而套筒35完全插 入开孔30内会导致套筒35的端部37与开孔30的第一直径尺寸1N^ 和第二直径尺寸N2的结合处形成的止动肩部39接触。这样，止动肩 部39用于可操作地防止套筒35到开孔30中的过度插入。在某些实施例中，期望在辐射能量传输构件31的端表面41上产 生光学光洁度。这种表面可以通过研磨和抛光套筒35和/或辐射能量 传输构件31从开孔30的第 一端22延伸出去的任何多余材料来产生。 在设置辐射能量传输构件31的预精加工光学表面41的实施例中，套 筒35可以压成相对于开孔30的第一端22平齐。所以，本发明的方法 允许用相对简单的技术将辐射能量传输构件31安装到开孔30中，而 不会有使其断裂或不对准的显著危险。将辐射能量传输构件31安装到开孔30中的传统方法涉及在安装 之前对绕辐射能量传输构件31的聚合物套管的热处理。然后在安装在 开孔30内之后，使得传统技术的部分熔融的套管绕辐射能量传输构件 31重新形成。但是，这种热处理具有在辐射能量传输构件31上产生 热应力的不利效果，该热应力可能导致在进行研磨和/或抛光过程时产 生裂紋。而且，现有技术中使用热处理阻碍了对涂覆Teflon AF^的光 纤材料的一致的利用，而依赖于没有涂覆Teflon AF 的光纤材料的期 望光学特性的涂覆聚酰亚胺的光纤。辐射能量传输构件31优选从辐射能量源(未示出)接收辐射能量 并将这种辐射能量有效地轴向传输通过第一部分15。虽然用于辐射能 量传输构件31的光纤元件是优选的，但可以替代地利用本领域普通技 术人员认识到的其它辐射能量传输材料。如图3中的局部视图最清楚示出的，第二部分16优选包括可操作 地与第一出口孔28对准的第二出口孔38。同样地，第二出口孔38轴 向延伸通过第二部分16的长度"L2"。这样，出口管44轴向延伸通过 各个第一出口孔28和第二出口孔38。此外，第二部分16优选包括流 体试样分析室46，该流体试样分析室46包括轴向延伸通过第二部分 16且与第一部分15的辐射能量入口孔30可操作地轴向对准的孔。具
体地，流体试样分析室46的中心轴线47优选与第一部分15中的辐射 能量入口孔30的中心轴线基本重合。同样地，将传输通过第一部分 15的辐射能量输送到流体分析室46的第一端48。优选地，辐射能量导引构件52轴向布置在限定形成流体试样分析 室46的轴向孔内。如图3所示，辐射能量导引构件52优选形成绕流 体试样分析室46的中心轴线47径向布置的管。这样，辐射能量导引 构件52同心围绕由中心轴线47限定的行进通过辐射能量传输构件31 和流体试样分析室46的辐射能量轴线。因此，允许辐射能量在由辐射 能量导引构件52的内径53限定的区域中进入流体试样分析室46。如上所述，辐射能量导引构件52优选用按照其光学特性并具体按 照辐射能量传播特性选择的材料制造。在如本发明所设想的其中辐射 能量可操作地传播通过流体场的应用中，期望形成约束流体试样和辐 射能量的通道壁的材料的折射率小于所分析的流体试样的折射率。因 为在某些应用中由本发明的装置分析的流体试样可以是含水的，所以 辐射能量导引构件52优选用折射率小于水的折射率的材料制造。这样 一种材料的具体优选示例是E丄du Pont de Nemours and Company of Wilmington, Delaware以Teflon AF 2400的商标名制造和销售的氟 化聚合物产品。申请人已经确定用Teflon AF 2400制造的辐射能量导 引构件52在本发明装置中提供期望的辐射能量传播特性。所以，辐射 能量导引构件52可以采用绕中心轴线47径向布置且用Teflon AF 2400制造的管的形式。在本发明的一些实施例中，辐射能量导引构件52至少部分同轴容 纳在套管构件56内，该套管构件56有助于将辐射能量导引构件52 中心对准在限定形成流体试样分析室46的孔内并有助于将辐射能量 导引构件52插入流体试样分析室46中。优选地，套管构件56用相对 弹性的聚合物材料制造，例如TEFZEL⑧、FEP或PTFE。 TEFZEL 可从E.I. du Pont de Nemours and Company of Wilmington, Delaware 获得。如上所述，辐射能量导引构件52优选用于将辐射能量传播通过由 其内壁53限定形成的内部通道。目前在商业上可得到用在辐射能量导 引构件52中的材料通常是基本透明的。于是，射到例如辐射能量导引 构件52的笫一端48上的辐射能量可以沿轴向穿过辐射能量导引构件 52的侧壁到达其第二端50。这种辐射能量的通道被认为是"散射光"， 这由于穿过流体试样分析室46的辐射能量的某些部分还未穿过所分 析的流体试样，而可能对分光光镨流体分析的精度产生不利的影响。 所以，本发明的流体试样分析室46的一个重要方面是有效遮蔽或以其 它方式防止辐射能量在未首先穿过所分析的流体试样的情况下穿过流 体试样分析室46。遮蔽这种散射光的一种方法是制造并安装布置在流 体试样分析室46的第一端48处的物理遮蔽元件，其中该遮蔽元件中 设有孔隙，并且该孔隙可操作地与由辐射能量导引构件52限定形成的 开口通道对准，从而不允许辐射能量进入辐射能量导引构件52的侧 壁。另一有效防止散射光传输通过流体试样分析室46的方法是使辐射 能量导引构件52和套管构件56的至少一部分不透明。通过使用不透 明辐射能量导引构件52阻止散射光的一种方法在转让给与本申请相 同的受让人且通过引用在此包括的美国专利No. 6734961中描述。回来参照图1，流体分析装置10优选还包括置于池体组件12的 第一部分15和第二部分16的相应第一端22、32之间的第一弹性垫圏 62。弹性垫圏62优选用于将第一部分15和第二部分16彼此流体联接 并液压密封。如图4中的局部俯视图最清楚示出，弹性垫圏62包括第 一辐射能量孔隙64，该第一辐射能量孔隙64在流体分析装置10中安 装成与辐射能量入口孔30和流体试样分析室46可操作对准，并更具 体地与辐射能量传输构件31和由辐射能量导引构件52的内壁53限定 形成的中心通道可操作对准。同样地，允许辐射能量从辐射能量传输 构件31穿过孔隙64到达由辐射能量导引构件52限定形成的通道内。 如上所述，本发明的一个具体方面是防止和以其它方式遮蔽由辐射能 量传输构件31输送的辐射能量进入辐射能量导引构件52的侧壁中。 同样地，弹性垫圏62中的第一辐射能量孔隙64的尺寸公差可以允许 第一辐射能量孔隙64与由辐射能量导引构件52限定形成的通道之间
的大体直径匹配。在这种实施例中，弹性垫圏62优选用基本不透明的 材料制造。因为在第一辐射能量孔隙64的直径大小基本上等于由辐射 能量导引构件52限定形成的通道的情况下弹性垫圏62与流体分析装 置10的对准可能是困难的，所以本发明的某些实施例提供了直径稍大 于由辐射能量导引构件52限定形成的通道的直径的第一辐射能量孔 隙64，特别是在按照上面引用的美国专利No. 6734961将辐射能量导 引构件52制成不透明的以不允许辐射能量穿过导引构件52的侧壁的 情况下。弹性垫圏62优选还包括第二流体试样出口孔隙66，该第二流体 试样出口孔隙66优选在流体分析装置10中安装成与第一部分15和第 二部分16的相应第一出口孔28和第二出口孔38可操作对准。同样地， 流体试样出口管44优选延伸穿过第 一弹性垫圏62的第二流体试样出 口孔隙66。由于流体试样出口管44是单件的，第二流体试样出口孔 隙66的直径尺寸可能大于第一出口孔28和第二出口孔38的相应直 径。实际上，本发明的一个优选方面是提供直径充分大于第一出口孔 28和第二出口孔38的第二流体试样出口孔隙66，以便于将第一弹性 垫圏62布置和对准在流体分析装置10内。第二流体试样出口孔隙66 的直径优选至少约0.010英寸，并更优选地在约0.010和0.060英寸之 间。如图4所示，第一弹性垫圏62优选还包括从流体试样入口部分 70延伸到第一辐射能量孔隙64的流体试样转移槽68。第一弹性垫圏 62的流体试样入口部分70优选在流体分析装置10中安装成与第 一部 分15的入口孔26可操作对准，并具体与延伸通过入口孔26的入口管 42对准。结果，将在第一部分15的第一端22处从入口管42出来的 流体试样经由流体试样转移槽68引向并到达第一辐射能量孔隙64。 然后入口的试样流体通过弹性垫圏62的辐射能量孔隙64进入流体试 样分析室46。在本发明的优选实施例中，如图4A的剖视端视图中所示，流体 试样转移槽68仅仅部分穿过第一弹性垫圏62的厚度尺寸延伸。使槽68仅仅部分延伸通过弹性垫圏62的厚度尺寸"T"的一个目的是在除孔 隙64和66之外的所有位置处保持弹性垫圏62的不透明性，使得通过 辐射能量传输构件31进入的辐射能量不会泄漏到辐射能量导引构件 52的侧壁中。但是，在利用不透明辐射能量导引构件52的实施例中， 流体试样转移槽68整个延伸通过第一弹性垫圏62的厚度尺寸"T"。 而且，流体试样入口部分70可以按应用需要而部分或完全延伸通过第 一弹性垫圏62的厚度尺寸"T"。在本发明的特别优选实施例中，池体组件12的第一部分15和第 二部分16用惰性金属材料如不锈钢制造。本发明所解决的传统流体分 析系统的 一个缺陷是对不同金属部件彼此的液压密封，例如对池体组 件12的第一部分15和第二部分16的液压密封。传统设计无法将金属 部分如第一部分15和第二部分16彼此液压密封以便在相对较高内部 流体压力下工作时防止流体泄漏。但是，第一弹性垫圏62使得能够在 足够的程度上将第一部分15和第二部分16彼此液压密封，以便甚至 在相对较高的设想工作流体压力下也能够保持液压密封。以类似的方 式，笫二弹性垫圏92使得能够将第二部分16液压密封到池窗口 96。 为了允许这种液压密封，垫圏62优选用弹性和柔性的材料制造，但是 其在压配合在第一部分15和第二部分16之间时保持其结构完整性和 工作对准特性。本发明的垫圏62和92中可用的示例材料包括 Kapton⑧或有涂层的金属基体，例如在一个或两个主要表面71、 72 上涂覆有弹性材料如PTFE或氟化聚氨酯(fluorourethane )的不锈钢 金属基体。本发明的垫圏62、 92的表面涂层应用中可用的氟化聚氨酯 可从21st Century Coatings of Vancouver, British Columbia得到或者 通过如Hougham等人1999年的著作"Fluoropolymers 1, Synthesis"中 所述的直接合成得到。垫圏62的厚度尺寸"T"优选约50pm。在垫圈62是有涂层的金属 基体的实施例中，金属基体的厚度约50nm,而每个主要表面71、 72 上的弹性材料涂层的厚度在约1到40pm之间。在第一或第二垫圏62、92用非不透明材料或者不会由于其相对较
小的厚度而使所完成的垫圏不透明的材料制造的情况下，辐射能量孔隙64可以优选包括例如绕其圆周径向布置的金属化涂层。这种金属化 涂层优选绕孔隙64径向延伸到足以阻止散射光进入辐射能量导引构 件52的侧壁的程度。同样地，金属化涂层延伸超出孔隙64的周向尺 寸在约100到500nm之间。或者，非金属材料的不透明涂层可以绕孔 隙64的周长布置。但是，在如上所述辐射能量导引构件52包括辐射 能量阻挡不透明部分的情况下，这种不透明涂层不是必要的。在本发明的一个具体方面中，垫圏62、 92的厚度尺寸"T"导致试 样流体和辐射能量同时行进通过的孔隙64的已知转移区域长度65。 在工作中，试样流体在整个转移区域长度65中填充孔隙64，由此在 辐射能量穿过没有辐射能量导引构件52的流体填充转移区域65时导 致可计算的辐射能量损耗。结果，允许进入孔隙64的辐射能量在由转 移区域65限定的整个体积中分散，从而导致辐射能量的部分扩散或损 耗。与具有相对较低折射率的流体相比，具有相对较高折射率的流体 在转移区域65中产生更大程度的辐射能量损耗。该关系在转让给与本 申请相同的受让人且通过引用在此包括的美国专利No. 6678051中描 述。使用这种关系，本发明的池体组件12的制造者可以为第一垫圏 62和第二垫圏92中的一个或多个选择合适的厚度尺寸"T"，以由此限 定与穿过孔隙64时的辐射能量损耗的可计算量相对应的期望转移区 域尺寸65。这种可控制的变量允许制造者安装已知厚度尺寸"T"的一 个或多个垫圏62、 92，这些垫圏在结合具有不同折射率的各种流体使 用时有效校准通过装置10的能量损耗。这样，通过赋予垫圏62、 92 合适的校准厚度"T，，而可以使通过装置10的辐射能量损耗标准化以用 于各种流体。例如，可操作地布置在孔隙64内的相对较高折射率流体优选结合 具有相对较小厚度尺寸"T"的一个或多个垫圏62、 92使用，以抵消由 相对较高折射率流体导致的相对较高程度的辐射能量损耗。相应地， 在装置10中使用相对较低折射率流体的情况下，可以采用相对较大厚
度尺寸"T"的垫圏62、 92。通过这种方法，可以对可操作地暴露到传 输通过装置10的辐射能量的相应流体使用合适的独特垫图组合。回来参照图1，流体分析装置10优选包括外壳体82，该外壳体 82具有第一底座部分84和从底座部分84延伸的基本圆柱形侧壁86, 以在由底座部分84和侧壁86的组合所限定的边界内至少部分地同心 包围池体组件12。优选地，侧壁86的内径"D,具体确定尺寸以使得 第一部分15和第二部分16能够在约5到20^im之间的周向间隙的情 况下插入由底座部分84和侧壁86限定的室中。申请人已经确定通过 包括独特的外壳体单元82而方便了构成池体组件12的多个不同单元 之间的精确轴向对准的工作优点。同样地，通过简单地将这些第一部 分15和第二部分16安装在外壳体82的至少部分界限内，而使至少第 一部分15和第二部分16彼此精确地轴向对准。以前，需要构成池体组件12的多个不同部分的低效的手动对准， 以确保构成池体组件12的这些不同元件之间的正确轴向对准。本发明 的外壳体82通过制备将池体12紧密固定在其内的预定尺寸的隔间而 消除了此低效的过程。这种功用特别可应用于具有相对较长总长度 "L3"尺寸的池体组件12。优选地，包括螺母14的池体组件12具有在 约2到约100mm之间的总长度"L3"，其中池体组件12的特别优选的 实施例的总长度是3、 5、 10、 25和75mm。在本发明的一些实施例中，外壳体82包括布置在侧壁86中以与 第一部分15中的相应构造的切口 79可操作接合的抗旋转构件88。但 是，这种切口 79可以替代地位于第二部分16中。而且，可以在本发 明的流体分析装置10中结合多于一个的抗旋转构件/切口组合。如图l中进一步示出，第二弹性垫圏92优选置于第二部分16的 第二端34与外壳体82的底座部分84之间。第二弹性垫圏92可以优 选地与第一弹性垫圏62相同，但是第一弹性垫圏62的流体试样入口 部分70用作第二弹性垫圏92中的第二流体试样出口部分。所以，流 体试样入口部分70可以包括为了第二弹性垫圏92延伸通过厚度尺寸 "T，，的孔隙。在这样构造的情况下，第二弹性垫圏92的第二流体试样 出口孔隙70在流体分析装置10中安装成与第二部分16的第二出口孔 38可操作对准。这样，将从流体试样分析室46出来的流体试样引入 第二出口孔38中，并具体经由第二弹性垫圏92中的第二流体试样出 口孔隙70引入流体试样出口管44中。第二弹性垫圏92优选设置在第二部分16的第二端34处，以在第 二部分16和布置在外壳体82的底座部分84中的窗口 96之间提供液 压密封。如本领域中已知的，窗口 96可以用例如熔融石英、金刚石、 蓝宝石或其它对装置10中所用辐射能量波长透明的惰性材料制造，并 用于将从流体试样分析室46出来的辐射能量传输到辐射能量检测器 (未示出)。第二弹性垫圏92优选用如上参照第一弹性垫圏62所述的 材料制造。而且，第二弹性垫圏92优选定向成使得转移槽68与窗口 96成可操作面对的关系，由此减小流体未扫过体积。优选地，第三垫圏99可操作地布置在窗口 96与底座部分84之间， 以由此帮助确保第二部分16的第二表面34与窗口 96之间的正确对 准。第三垫圏99在图7中示为具有孔隙101，该孔隙101的尺寸大到 足以避免从窗口 96通过底座部分84出来的辐射能量的阻挡或干涉。 第三垫圏99优选用弹性材料制造，当由于螺母14向着底座部分84 驱动第一部分15和第二部分16而从第二部分16对窗口 96施加压力 时，该材料可操作地在窗口 96与底座部分84之间压缩。这种可压缩 的第三垫圏99有助于允许在窗口 96与第二部分16的第二表面34之 间的相应的基本平面的表面，通过螺母14在外壳体82内拧紧来抵靠 窗口 96轴向安装第二部分16，而变成彼此平行对准。更优选地，第 三垫圏99用透明的惰性材料制造，例如FEP、 TEFZEL⑧等。在图5所示第二部分16的实施例中，第一锁定结构112设置在流 体试样分析室46处，并与流体试样分析室46的第一端48相邻布置。 第一锁定结构112优选是池体组件12的第二部分16的设计细节，并 具体构造成可操作且静态地将辐射能量导引构件52固定在流体试样 分析室46内。第一锁定结构112用于可操作地阻止辐射能量导引构件 52和套管构件56的组合相对于第二部分16之间的相对运动。由于套
管构件56可靠地抵靠室壁49受压装配在流体试样分析室46中，仅仅 通过在第一锁定结构112和套管构件56之间的界面处形成的摩擦阻力 来形成这种对运动的阻止。此外，通过下述过程将辐射能量导引构件 52摩擦固定到套管构件56。因此，第一锁定结构112提供了用于产生 对套管构件56和第二部分16之间相对运动的相对较大程度摩擦阻力 的焦点，由此将辐射能量导引构件52可锁定地保持在流体试样分析室 46内。优选地，流体试样分析室46包括延伸通过流体试样分析室46的 第 一长度Xl的第 一直径尺寸D2和延伸通过流体试样分析室46的第二 长度X2的第二直径尺寸D3。如图5所示，第二直径尺寸D3优选比第 一直径尺寸D2稍大这样的量，该量足以向第一锁定结构112提供对套 管构件56和第二部分16之间相对运动的摩擦阻力的足够焦点。优选 地，第二直径尺寸D3比第一直径尺寸D2大约0.001英寸，其中第一 直径尺寸D2约0.03英寸。流体试样分析室46在第一锁定结构112处 的直径尺寸变化形成了优选角度定向到室壁49的第一过渡段118。如图5所示，第二部分16可以附加地包括形成有第二过渡段120 的第二锁定结构114。图5所示实施例是第一锁定结构112和第二锁 定结构114的各种构造的代表。例如，第一过渡段118和第二过渡段 120可以替代地反映完全不同的构造。此外，第二直径尺寸D3可以替 代地小于第一直径尺寸D2，或者可以在第一锁定结构112和第二锁定 结构114之间交替。另外，这些锁定结构112、 114中的一个或多个可 以结合到本发明的装置中，同时保持在申请人设想的范围内。这里所 示和所述的实施例仅仅代表了流体试样分析室46的直径尺寸的内部 变化，以在套管构件56和室壁49之间产生一个或多个摩擦阻力焦点。用于将辐射能量导引构件52可靠安装在流体试样分析室46内的 优选方法包括利用套管构件56的弹性特性的套管压缩技术。如上所 述，套管构件56优选用相对弹性的材料如TEFZEI^等制造，并且形 状形成为管，该管的未受应力的外径稍大于流体试样分析室46的笫二 直径尺寸D3且内径尺寸基本等于但稍大于辐射能量导引构件52的外 径。开始时，如图6所示，将辐射能量导引构件52插入由套管构件 56限定形成的通道中。套管构件56优选在开始时稍长于辐射能量导 引构件52，以在第二端51处提供位置来抓住套管构件56并将其拉入 通过流体试样分析室46。套管构件56优选沿着方向"Y"可操作地伸长，该伸长减小了套管 构件56的内径和外径两者以小到足以送入穿过流体试样分析室46。 套管构件56的这种直径减小还用于紧紧地摩擦接合其内的辐射能量 导引构件52。但是，在安装过程中不应超过套管构件56的弹性极限。 一旦套管构件56和辐射能量导引构件52的组合布置在流体试样分析 室46内，则允许该组合在其固有的弹性恢复力下松弛，而由此将套管 构件56摩擦接合并固定到室壁49。为了进一步提高和帮助套管构件56和辐射能量导引构件52物理 松弛到图5所示的构造中，在第二部分16内所安装的套管构件56和 辐射能量导引构件52的组合上进行一次或多次热处理循环。热循环表 示将组合周围的环境温度升高到约80到100摄氏度之间达约10分钟 的时间段。尽管上升和下降速率对热循环性能并不十分关键，但是已 经发现优选具有每分钟10摄氏度的上升速率和每分钟20摄氏度的下 降速率。在本发明的一个具体实施例中，在该组合上进行室温和约80 摄氏度之间的4次循环，以使套管构件56和辐射能量导引构件52完 全松弛成与图5所示构造一致的与室壁49的摩擦接合。 一旦热循环完 成，则使用例如切片过程来清除从流体试样分析室46延伸出去的多余 材料。当辐射能量导引构件52留下作为基本透明的体部时，套管构件 56还可以使用半透明材料制造，因为第一垫圏62在这些实施例中构 造成遮蔽所有的散射光进入套管构件56和光导引构件52。在如上所 述使辐射能量导引构件52不透明的情况下，第一塾圏62不需要遮蔽 散射光，只要套管构件56也用不透明材料制造。在其中套管构件56 和辐射能量导引构件52两者都不透明到防止散射光从其穿过所必要 的程度的实施例中，第一垫圏62仅仅需要用作池体组件12的相邻部
分之间的流体引导元件、间隔元件和柔性密封元件。在本发明的另一实施例中且如图8所示，装置210包括可操作地 布置在外体282内的池体组件212。螺母214优选可柠紧地插入外体 282内，并可操作地压靠弹簧垫圏213，以将第一部分215、第二部分 216和第三部分217紧紧安装在外体282内。如图8所示，池体组件 212包括第一部分215、第二部分216和第三部分217。第一部分215 包括入口管道242可操作地布置在其中的入口孔226,但不包括参照 装置10的第一部分15中的标号28所述的第一出口孔。替代地，第三 部分217包括用于可操作地允许从装置210移除试样流体的流体出口 孔229和出口管道233。由于在第三部分217中包括出口孔229和出 口管道233,第二部分216优选不包括参照装置10的第一出口孔38 所述的布置在其中的出口孔。第三部分217优选还包括辐射能量出口孔281，在该辐射能量出 口孔281中布置光纤元件282用于将辐射能量从流体分析室246传输 到辐射能量检测器(未示出)。因此，在图8所示实施例中，笫三部分 217代替装置10中的窗口 96来将辐射能量从装置210传输出去。另 外，池体组件212优选利用以上参照第一弹性垫圏62和第二弹性垫圏 92所述的第一弹性垫圏262和第二弹性垫圏292。但是，第二弹性垫 圏292优选定向成将转移槽268对准在流体分析室246与第三部分217 的出口孔229之间，从而将从流体分析室246出去的流体可操作地引 向出口管道233。图8所示实施例的另一方面是第一部分215和第三 部分217可以制造成基本相同的部件，并且仅需要以相对彼此成相反 定向定位在装置210内，以实现流体试样和辐射能量进出池体组件212 的输入和退出。本发明的另一实施例在图9中示出，其中装置310包括如上参照 装置10的第一部分15所述的笫一部分315、按照装置10的第二部分 16构造的第二部分316、以及按照装置10的第一弹性垫闺62和第二 弹性垫圏92制造和构造的第一弹性垫圏362和第二弹性垫圏392。但 是，装置310优选包括在功能上代替装置10的窗口 96的第三部分317,
其中第三部分317包括辐射能量出口孔381 ，在该辐射能量出口孔381 中布置有出口辐射能量传输构件383用于可操作地将辐射能量从流体 分析室346传输到辐射能量检测器(未示出)。第三部分317优选通过 与布置在其间的第二弹性垫圏392的压缩配合而液压密封到第二部分 316。回来参照图1，池体组件12优选通过外壳体82径向固定到位。 但是，多个不同部分例如池体组件12的第一部分15和第二部分16 可能另外需要紧固件，例如用于将不同的第一部分15和第二部分16 彼此轴向联接的螺母14。将池体组件212的各个部件固定到位的其它 装置包括例如夹紧装置、粘结剂等。如图l中进一步示出，底座部分 84优选通过螺钉128可操作地固定到外壳体82的侧壁86。本文相当详细地描述了本发明以符合专利法，并向本领域技术人是，应该理解本发明可以由具体不同的装置进行，并且可以在不偏离 本发明自身范围的情况下实现各种修改。
权利要求
1.一种流体分析装置，用于容纳和分析流体试样，所述流体分析装置包括池体组件，具有彼此流体连通的不同的第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分中每个都具有相应的第一端和第二端，其中所述第一部分和第二部分的相应的第一端可操作地布置成彼此间隔面对的关系，所述第一部分包括流体试样入口孔、第一流体试样出口孔和辐射能量入口孔，而所述第二部分包括与所述第一部分的所述辐射能量入口孔轴向可操作对准的流体试样分析室、以及与所述第一流体试样出口孔可操作对准的第二流体试样出口孔；以及置于所述第一部分和第二部分的所述第一端之间的第一弹性垫圈，所述第一弹性垫圈包括与所述第一部分的所述辐射能量入口孔和所述第二部分的所述流体试样分析室可操作对准的第一辐射能量孔隙、与所述第一部分和第二部分的相应的所述第一流体试样出口孔和第二流体试样出口孔可操作对准的第二流体试样出口孔隙、以及从所述第一弹性垫圈的流体试样入口部分延伸到所述第一辐射能量孔隙的流体试样转移槽，所述流体试样入口部分与所述第一部分的所述流体试样入口孔轴向可操作对准。
2. 根据权利要求l所述的流体分析装置，其中所述池体组件的所 述第一部分和第二部分彼此轴向对准。
3. 根据权利要求l所述的流体分析装置，包括布置在所述第一部 分的所述辐射能量入口孔中的第一辐射能量传输构件。
4. 根据权利要求l所述的流体分析装置，其中所述流体试样分析 室包括从所述第二部分的所述第一端到所述第二端轴向延伸穿过所述 第二部分的开孔、以及在所迷孔中绕其中心轴线径向布置的辐射能量导引构件。
5. 根据权利要求4所述的流体分析装置，其中所述辐射能量导引 构件的折射率小于所述流体试样的折射率。
6. 根据权利要求l所述的流体分析装置，包括从所述第二部分的 所述第二端到所述第 一部分的所述第二端延伸穿过所述第二流体试样 出口孔和所述第一流体试样出口孔的单件流体试样出口管。
7. 根据权利要求l所述的流体分析装置，包括可操作地与所述第 二部分的所述第二端相邻布置的第三部分，所述第三部分与所述第二 部分的所述第二端由置于其间的第二弹性垫圏隔开。
8. 根据权利要求7所述的流体分析装置，其中所述第二弹性垫圏 包括与所述流体试样分析室可操作对准的第一辐射能量孔隙、以及与 所述第二部分的所述第二流体试样出口孔可操作对准的第二流体试样 出口孔隙，从而将从所述流体试样分析室出去的所述流体试样从所述 池组件穿过所述第二弹性垫圏中的所述第二流体试样出口孔隙并穿过 所述流体试样出口管引出。
9. 根据权利要求7所述的流体分析装置，其中所述第三部分包括 与所述流体试样分析室可操作对准的辐射能量出口孔、以及布置在所 述第三部分的所述辐射能量出口孔中的第二辐射能量传输构件。
10. 根据权利要求1所述的流体分析装置，其中所述流体试样转 移槽仅仅部分穿过所述第一弹性垫圏的厚度尺寸延伸。
11. 根据权利要求1所述的流体分析装置，其中所述第二流体试 样出口孔隙的直径至少约0.010英寸。
12. —种流体分析装置，用于容纳和分析流体试样，所迷流体分 析装置包括池体组件，具有彼此流体连通的不同的第一部分和第二部分，所 述第一部分和第二部分中每个都具有相应的第一端和第二端，其中所 述第一部分和第二部分的相应第一端可操作地布置成彼此相邻面对的 关系，所述第一部分和第二部分用第一金属材料制造；以及置于所述第一部分和第二部分之间以在其间提供液压密封的第一 柔性垫圏，所迷第一柔性垫围从Kapton⑧或有涂层的金属基体中选 择，其中所述有涂层的金属基体具有从包括PTFE和氟化聚氨酯的组 中选择的涂层材料。
13. 根据权利要求12所述的流体分析装置，包括至少部分绕所述 池体组件布置的外壳体，所述外壳体具有与所述第二部分的所迷第二 端相邻且成面对关系布置的底座部分。
14. 根据权利要求13所述的流体分析装置，包括置于所述第二部 分和所述底座部分之间以在其间提供液压密封的第二柔性垫圏。
15. 根据权利要求14所述的流体分析装置，其中所述第二柔性垫 圏从Kapton 或有涂层的金属基体中选择，其中所述有涂层的金属基 体具有从包括PTFE和氟化聚氨酯的组中选择的涂层材料。
16. —种流体分析装置，包括池体，所述池体中布置有用于在流体分析期间容纳所述流体的室， 所述室具有第一端、第二端和在其间延伸的中心轴线，所述池体还具 有与所述室的所述第一端相邻布置的第一锁定结构，所述第一锁定结 构特别构造成仅仅通过对辐射能量导引构件和所述第一锁定结构之间 相对运动的摩擦阻力，将所述辐射能量导引构件可操作地和静态地固 定在所述室内并绕所述中心轴线径向布置。
17. 根据权利要求16所述的流体分析装置，还包括与所述室的所 述第二端相邻布置的第二锁定结构。
18. 根据权利要求17所述的流体分析装置，其中所述室包括延伸 通过所述室的第一长度的第一直径尺寸、以及延伸通过所述室的第二 长度的第二直径尺寸，所述笫二直径尺寸与所述第 一直径尺寸不同， 并且所述第二长度与所述室的所述第一端和第二端相邻布置，^使得所 述第一锁定结构和第二锁定结构总体包括所述室的相应的第一和笫二 过渡段，在所述第一和第二过渡段中室壁从所述第一直径尺寸改变到 所迷笫二直径尺寸。
19. 根据权利要求18所述的流体分析装置，其中所述第一和第二 过渡段每个的直径都约为0.001英寸。
20. 根据权利要求18所述的流体分析装置，其中所述第一和第二 过渡段相对于所述室壁的其余部分垂直定向。
21. 根据权利要求16所述的流体分析装置，其中所述辐射能量导 引构件是同轴位于TEFZEL⑧套管内的氟化聚合物管的套管同轴构 造。
22. —种用于将辐射能量导引构件可靠安装在流体分析池体内的 方法，所述安装方法包括(a) 提供具有延伸穿过其的开口室的所述池体，所述开口室具有 第一开口端、第二开口端和在其间延伸的中心轴线；(b) 提供形式为管的压缩套管构件，所述管的未受应力的外径 稍大于所述开口室的第一直径尺寸且所述管的内径基本等于但稍大于 所述辐射能量导引构件的外径；(c) 将所述辐射能量导引构件插入由所述压缩套管构件限定形成 的通道中；(d) 将所述压缩套管构件和所述辐射能量导引构件的组合拉动 进入所述开口室中，所述拉动可操作地使所述压缩套管构件绕所述辐 射能量导引构件伸长并变窄，由此使所述压缩套管构件和所述辐射能 量导引构件彼此摩擦接合并固定；以及(e) 允许所述压缩套管构件和所述辐射能量导引构件的组合在所 述开口室内松弛并扩展，所述扩展使所述压缩套管构件摩擦接合并固 定到所述池体。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述辐射能量导引构件是 氟化聚合物管。
24. 根据权利要求22所述的方法，其中所述压缩套管构件用 TEFZEL⑧制造。
25. 根据权利要求22所述的方法，其中所述池体包括与所述开口 室的所述第一端相邻布置的笫一锁定结构，所述第一锁定结构特别构 造成仅仅通过对所述辐射能量导引构件和限定形成室壁的所述池体之 间相对运动的摩擦阻力，帮助将所述辐射能量导引构件静态地固定在 所述开口室内。
26. 根据权利要求25所述的方法，还包括与所述开口室的所述第 二端相邻布置的第二锁定结构。
27. —种流体分析装置，用于容纳和分析流体试样，所述流体分 析装置包括池体组件，具有彼此流体连通的不同的第一部分和第二部分，所 述第一部分和第二部分中每个都具有相应的第一端和第二端，其中所 述第一部分和第二部分的相应的第一端可操作地布置成彼此面对的关 系，并且所述第一部分和第二部分还彼此轴向对准；以及外壳体，具有第一底座部分和从其延伸的基本圆柱形侧壁，所述 侧壁至少部分地同心包围所述池体组件，其中所述侧壁的内径的尺寸 特别确定以摩擦接合所述池体组件的外周。
28. 根据权利要求27所述的流体分析装置，包括布置在所述侧壁 中的抗旋转构件，用于与所述池体组件的所述第 一部分和第二部分中 之一中的相应构造的切口可操作接合。
29. —种流体分析装置，用于容纳和分析流体试样，所述流体分 析装置包括池体组件，具有彼此流体连通的不同的第一部分、第二部分和第 三部分，其中所述第 一部分的第一端与所述第二部分的第 一端成间隔面对的关系，并且所述第三部分的第一端与所述第二部分的第二端成 间隔面对的关系，所述第一部分包括流体试样入口孔和辐射能量入口 孔，所述第二部分包括与所述第一部分的所述辐射能量入口孔轴向可 操作对准的流体试样分析室，而所述第三部分包括流体试样出口孔和 与所述第二部分的所迷流体试样分析室轴向可操作对准的辐射能量出 口孑L;置于所述第一部分和第二部分的所述第一端之间的第一弹性垫 圏，所述第一弹性垫圏包括与所述第一部分的所述辐射能量入口孔和 所述第二部分的所述流体试样分析室可操作对准的笫一辐射能量孔 隙、以及从所述弹性垫圏的流体试样入口部分延伸到所迷第一辐射能 量孔隙的流体试样转移槽，所述流体试样入口部分与所述笫一部分的 所述流体试样入口孔可操作对准；以及置于所述第三部分的所述第一端和所述第二部分的所述第二端之 间的第二弹性垫圏，所述第二弹性垫圏包括与所述第三部分的所述辐 射能量出口孔和所述第二部分的所述流体试样分析室可操作对准的第 一辐射能量孔隙、以及从所述第二弹性垫圏的流体试样出口部分延伸 到所述第一辐射能量孔隙的流体试样转移槽，所述流体试样出口部分 与所述第三部分的所述流体试样出口孔可操作对准。
30. 根据权利要求29所述的流体分析装置，其中所述池体组件的 所述第一部分、第二部分和第三部分彼此轴向对准。
31. 根据权利要求29所述的流体分析装置，包括布置在所述第一 部分的所述辐射能量入口孔中的第一辐射能量传输构件、以及布置在 所述第三部分的所述辐射能量出口孔中的第二辐射能量传输构件。
32. 根据权利要求29所述的流体分析装置，其中所述流体试样分 析室包括从所述第二部分的所述第一端到所述第二端轴向延伸穿过所 述第二部分的开孔、以及在所述孔中绕其中心轴线径向布置的辐射能量导引构件。
33. 根据权利要求32所述的流体分析装置，其中所述辐射能量导 引构件的折射率小于所述流体试样的折射率，
34. 根据权利要求29所述的流体分析装置，其中所述第一弹性垫 圏和第二弹性垫圏的所述流体试样转移槽仅仅部分穿过其厚度尺寸延伸。
35. —种流体分析装置，用于容纳和分析流体试样，所述流体分 析装置包括池体组件，具有彼此流体连通的不同的第一部分和第二部分，所 述第一部分和第二部分中每个都具有相应的第一端和第二端，其中所 述第一部分和第二部分的相应第一端布置成彼此相邻间隔面对的关 系，所述笫一部分具有辐射能量入口孔，而所述第二部分包括与所述 辐射能量入口孔轴向可操作对准的流体试样分析室；以及置于所述第一部分和第二部分的相应第一端之间以在其间提供液 压密封的第一弹性垫圏，所述第一弹性垫圏包括与所述第一部分的所 述辐射能量入口孔和所述第二部分的所述流体试样分析室可操作对准 的第一辐射能量孔隙，使得辐射能量和所述流体试样同时可操作地布 置在由所述第一辐射能量孔隙的长度和内径所限定的转移区内，所述 第 一辐射能量孔隙的所述长度由所述第 一弹性垫圈的预定厚度尺寸限 定，所述厚度尺寸被校准成使得通过所述池体组件的辐射能量损耗可 以对具有不同折射率的各种流体试样标准化。
36. —种用于将辐射能量传输构件安装在流体分析装置中的方 法，所述流体分析装置用于容纳和分析流体试样，所述方法包括以下 步骤(a) 提供具有至少部分延伸穿过其的开孔的池体组件，所述开孔 具有相对的第一开口端和第二开口端；(b) 提供可压缩的中空套筒，所述套筒的内径基本等于所述辐 射能量传输构件的外径且所述套筒的未受应力的外径稍大于所述开孔 的第一直径尺寸；(c) 绕所述辐射能量传输构件的第一端安装所述套筒；以及(d) 将所述辐射能量传输构件的第二端插入所述开孔的所述第 一端中到所述套筒接合在其内的程度，所述套筒的这种插入可操作地 导致所述套筒绕所述辐射能量传输构件沿径向向内压缩，由此将所述 辐射能量传输构件摩擦接合并固定在所述开孔内。
37. 根据权利要求36所述的方法，其中所述辐射能量导引构件是 光纤材料。.
38.根据权利要求36所述的方法，其中所述套筒用PEEK制造。
39. 根据权利要求36所述的方法，其中所述开孔包括小于所述第 一直径尺寸的第二直径尺寸，所述第二直径尺寸从所述开孔的所述第 二端延伸到以下位置，所述位置与所述开孔的所述第一端间隔开至少 等于所述套筒的长度尺寸的距离。
40. 根据权利要求39所述的方法，其中所述开孔的所述第一尺寸 和第二尺寸的结合处形成止动肩部，所述止动肩部可操作地防止所述 套筒过度插入到所述开孔中。
全文摘要
一种用于容纳和分析流体试样的流体分析装置包括池体组件，该池体组件具有彼此流体连通的多个不同部分，所述不同部分使用置于池体组件的多个不同部分中相邻部分之间的一个或多个弹性垫圈来彼此液压密封。所述一个或多个弹性垫圈使得能够液压密封相邻的不同部分以及流体联接和引导通过流体分析装置。
文档编号G01N21/00GK101133311SQ200580047789
公开日2008年2月27日 申请日期2005年11月17日 优先权日2004年12月28日
发明者C·W·西姆斯, J·汤普森, Y·热纳 申请人:雷奥戴纳有限公司