专利名称：色谱泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的色谱泵。色谱分析是用于识别和定量保持在样品中的组分且还用于组分的净化和提取的化学过程。在该过程中，溶液中的组分在溶液移动通过保持在塔中的静止材料时彼此分离。溶液由一个或若干色谱泵在高压下泵送通过塔中的静止材料。
背景技术：
在色谱分析且尤其是液体色谱分析中，常常仅可获得很小的待分析或净化的材料的样品。在两种不同液体的混合梯度期间的过程还对溶液在其移动通过塔中的静止材料时的流量和压力的快速变化敏感。出于该原因，色谱泵系统必须非常精确，以便实现来自色谱泵的流输出和压力的最小波动。在准备色谱分析过程时，必须去除保持在色谱泵中的空气。此外，必须去除保持在样品中的空气。因此，色谱泵系统常常设置有在过程开始时去除保持在色谱泵中的空气的清除装置。清除装置在泵的出口阀处产生真空，使得保持在泵内的空气从泵被吸出且溶液或样品同时被吸入泵中。然而，气泡在一定程度上倾向于被截留在色谱泵缸内，即使清除装置已去除保持在色谱泵中的空气的主要体积。截留在色谱泵内的气泡降低了色谱泵的性能，使得溶液的压力和流量将波动。这将影响总体色谱分析混合过程，使得将实现较不精确的结果。在下文将结合图1更详细地描述的现有技术中可获得的色谱泵中，气泡倾向于被截留在泵的入口和出口通道中以及缸中。气泡被截留在滞留区，即，在形成于已知泵中的边缘和角部。
发明内容
本发明的一个目的是实现带有自动清除的色谱泵，其消除了用于清除操作的手动
>J-U装直。本发明的另一目的是实现有利于气泡被输送通过泵的色谱泵。本发明的又一目的是实现防止气泡被截留在其中的色谱泵。本发明的又一目的是实现色谱泵的流输出和压力的最小波动。这些目的通过根据权利要求1的色谱泵来实现。由于入口通道和出口通道沿基本直线方向延伸，因而不存在气泡可在此被截留在通道内的边缘或角部。而是，气泡将通过通道而不影响色谱泵的性能。因此，实现了具有高性能的色谱泵。根据本发明的一方面，布置在缸头区域中的入口通道的出口具有基本椭圆形构型。该构型有利于气泡被输送出入口通道并进一步到出口通道。根据本发明的又一方面，腔体布置在缸头区域中并且出口通道的入口布置在该腔体中。由此，来自入口通道的气泡和缸中的气泡将易于被输送出到出口通道。
根据本发明的又一方面，腔体具有基本对应于弓形的形状。该构型有利于将气泡输送出到出口通道。根据本发明的又一方面,前部元件由PEEK材料、钛或哈斯特莱合金(hastelloy)制成。由此，实现了前部元件的高强度。此外，这些材料的表面性质可适合于防止气泡被截留并附着在通道中和缸中的表面上。根据本发明的又一方面，入口通道和出口通道的壁以及缸头区域的壁的表面粗糙度(Ra)介于0.2-2.0之间，优选地介于1.0-2.0之间。这将防止气泡附着至入口通道和出口通道以及缸头区域的壁的表面。根据本发明的又一方面，入口阀和出口阀是设置有座置的球的止回阀，其中布置在球上的重物迫使球抵靠座部。由此，防止了气泡由于来自座部上的球的力而被截留在球与座部之间。此外，在球与阀的内壁之间，由气泡导致的毛细作用力使球被卡在内壁上。这通过布置在球上的重物来防止。根据本发明的又一方面，缸头区域具有与活塞的轴线基本重合的法线。因此，实现了缸空间的紧凑设计。由于入口通道和出口通道连接至缸头区域且缸头区域的法线与活塞的轴线基本重合，因而缸中的气泡将易于被输送出到出口通道。
本发明的更多方面、优点和特征可从以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述得出。图1示出现有技术色谱泵的图解截面 图2示出根据本发明的色谱泵的优选实施例的截面 图3示出根据本发明的色谱泵的优选实施例的正视 图4示出根据本发明的色谱泵的第二实施例的截面 图5示出根据本发明的色谱泵的第三实施例的截面图；以及 图6示出用于根据本发明的色谱泵的活塞的第四实施例的放大截面图。
具体实施例方式图1示出现有技术色谱泵101的图解截面图，该色谱泵101包括缸102，活塞104布置在其中以进行往复移动。活塞104的往复移动由诸如电动机的驱动装置106产生。前部元件108设置有缸头区域110，其连同缸102和活塞104限定缸空间112。呈止回阀形式的入口阀114和出口阀116布置在前部元件108中。入口通道118在入口阀114与缸头区域110之间布置在前部元件108中，而出口通道120在缸头区域110与出口阀116之间布置在前部元件108中。当活塞104沿图1中的向左方向移动时，保持在示意性地公开的容器124中的液体122由于活塞104在缸空间112中产生的真空而经入口阀114和入口通道118被吸入缸空间112中。当所产生的真空经入口阀114吸入液体122时，阀114内的球126通过液流从座部128提升并打开球126与座部128之间用于液体122的通路。同时，由于球126抵靠座部128密封，因而防止了液体122进入出口阀116。当活塞104此后改变方向并沿图1中的向右方向移动时，液体122经出口通道120从缸空间112被压出并由于活塞104在缸空间112中产生的压力而从出口阀116被压出。液体从出口阀116流向静止材料132被保持在其中的示意性地公开的塔130。已传送到塔130的液体从塔130被引向废料容器131或馏分收集器。当压力按压液体122通过出口阀116时，阀116内的球126通过液体122的流从座部128提升并打开球126与座部128之间用于液体122的通路。同时，由于球126抵靠座部128密封，因而防止了液体122逸出入口阀 114。然而，气泡134倾向于被截留在图1中公开的已知色谱泵101中，尤其是在泵101的入口通道118和出口通道120中以及缸空间112中。气泡134被截留在入口通道118和出口通道120中的一个原因是通道118、120设置有滞留区，例如边缘和角部136。另一个原因是通道的壁表面的表面粗糙度过于平滑，这有利于气泡134附着于表面。类似的缺点可在缸空间112中见于缸头区域110处。气泡134还可被截留在入口阀114和出口阀116中的球126与座部128之间。被截留的气泡134还可防止球126由于毛细作用力而返回座部128。如上所述，被截留在色谱泵101内的气泡134降低了泵101的性能，使得液体122的压力和流量将波动。这将影响总体色谱分析过程，使得将实现较不精确的结果。图2示出根据本发明的色谱泵201的优选实施例的截面图。色谱泵201包括缸202，活塞204布置在其中以沿轴线248进行往复移动。密封装置205布置在活塞204上，使得活塞204与缸202之间的泄漏被最大限度减小。活塞204的往复移动由诸如电动机的驱动装置206产生。前部元件208设置有缸头区域210，其连同缸202和活塞204限定缸空间212。呈止回阀形式的入口阀214和出口阀216布置在前部元件208中。入口通道218在入口阀214与缸头区域210之间布置在前部元件208中，而出口通道220在缸头区域210与出口阀216之间布置在前部元件208中。当活塞204沿图2中的向左方向移动时，保持在示意性地公开的容器224中的液体222由于活塞204在缸空间212中产生的真空而经入口阀214和入口通道218吸入缸空间212中。当所产生的真空经入口阀214吸入液体222时，阀214内的球226通过液体222的流从座部228提升并打开球226与座部228之间用于液体222的通路。同时，由于球226抵靠座部228密封，因而防止了液体222进入出口阀216。在泵送过程开始时，缸202、通道218、220和阀214、216填充有空气。因此，在特定时间段期间，空气将通过活塞204的往复移动从缸202、通道218、220和阀214、216被泵出。因此，根据本发明的色谱泵201是自清除的。当活塞204此后改变方向并沿图2中的向右方向移动时，液体222经出口通道220从缸空间212被压出并由于活塞204在缸空间212中产生的压力而从出口阀216被压出。液体222从出口阀216流向静止材料232被保持在其中的示意性地公开的塔230。已传送到塔230的液体从塔230被引向废料容器231或馏分收集器。当压力按压液体222通过出口阀216时，阀216内的球226通过液体222的流从座部228提升并打开球226与座部228之间用于液体222的通路。同时，由于球226抵靠座部228密封，因而防止了液体222逸出入口阀214。根据本发明的色谱泵201的压力和活塞排量的示例是200bar和125 yl。泵产生的流量在0-60ml/分钟的范围内。图2中的入口通道218和出口通道220在没有锋利边缘或角部或带有尽可能少的锋利边缘或角部的情况下沿基本直线方向延伸，使得防止了气泡234被截留在通道218、220内。通道218、220未设置滞留区，例如边缘和角部，且因此气泡234不会被截留在通道内。而是，气泡234将通过通道218、220而不影响色谱泵201的性能。此外，出口通道倾斜于轴线248延伸，如在图中可见。换言之，出口通道218和220提供了在缸头区域210与它们各自的阀214和216之间的基本直线连接，并且该直线相对于活塞204的轴线248倾斜并具有发散路径。因此，利用色谱泵201的这种布置，实现了高性能。通道218和220的构型提供了改进的流量，并且还有利于泵201的清洁。这在不同液体用于泵201中时尤为重要。当改变待泵送的液体时，现有技术中普遍的是气泡被截留在泵内。在根据本发明的泵201中，气泡234不太可能被截留且泵201将被自动清除。入口通道218和出口通道220的壁236以及缸头区域210的壁238的表面粗糙度(Ra)介于0.2-2.0之间，优选地介于1.0-2.0之间。这将防止气泡234附着至入口通道218和出口通道220的壁236以及缸头区域210的壁238。表面粗糙度可通过特殊的加工技术来实现。前部元件208优选地由PEEK材料、钛或哈斯特莱合金制成。其它材料也是可能的。PEEK和哈斯特莱合金是注册商标。由此，实现了前部元件208的高强度。此外，这些材料的表面性质可适合于上述表面粗糙度值。液体222必须在高压下被泵送通过塔230中的静止材料232。因此，用于前部元件208中的材料必须具有高强度性质。图3示出根据本发明的色谱泵201的优选实施例的正视图。腔体242布置在缸头区域210中，并且入口通道218的出口 240布置在腔体242的底部中。此外，出口通道220的入口 244布置在腔体242中。由此，来自入口通道218的气泡234和缸空间212中的气泡234将易于输送出到出口通道220。优选地，腔体242具有基本对应于弓形的形状，并且出口通道220的入口 244具有圆锥形形式。该构型有利于将气泡234输送出到出口通道220。然而，有可能将入口通道218的出口 240布置在腔体242外部。缸头区域210具有与活塞204的轴线248基本重合的法线246。因此，实现了缸空间212的紧凑设计。由于入口通道218和出口通道220连接至缸头区域210且缸头区域210的法线246与活塞204的轴线248基本重合，因而缸202中的气泡234将易于被输送出到出口通道220。图4示出根据本发明的色谱泵301的第二实施例的截面图。与图2中所公开的类似的构件将具有相同标号。入口阀214和出口阀216设置有座置的球226，其中重物303布置在球226上，该重物303迫使球226抵靠座部228。由此，防止了气泡234由于来自座部228上的球226的力而被截留在球226与座部228之间。此外，防止了球226由于毛细作用力而卡在阀214、216的内壁上。重物303受重力影响，因此根据该第二实施例的泵301必须沿使得重物303靠置在阀214、216中的球226上的方向安装。作为替代或与重物303结合，还可能将弹簧(未公开)布置在阀214、216中，其迫使球226抵靠座部228。图5示出根据本发明的色谱泵301的第三实施例的截面图。与图3中所公开的类似的构件将具有相同标号。根据该实施例，出口通道220以及入口阀214和出口阀216沿基本重合的方向延伸，使得泵301可安装成出口通道220关于水平面308处于基本竖直方向。因此，泵301内的气泡234将由于影响液体中的气泡234的重力而容易离开出口通道220。图6示出用于根据本发明的色谱泵401的活塞404的第四实施例的放大截面图。活塞404设置有周向密封件405，其在径向向外方向上由周向片簧407弹簧加载，使得实现缸402与活塞404之间的紧密密封。优选地由钛制成的塞子409布置在活塞402的端部411上。塞子409附接至活塞404并将密封件405固定在活塞404的端部411上。根据本发明的色谱泵201、301、401主要设计成用于泵送液体222。然而，其它流体也可由根据本发明的色谱泵201、301、401泵送。
权利要求
1.一种色谱泵，包括:缸(202，402)，活塞(204，404)布置在其中以沿轴线(248)进行往复移动；设置有缸头区域(210)的前部元件(208)，所述缸头区域(210)连同所述缸(202,402)和所述活塞(204，404)限定缸空间(212);布置在所述前部元件(208)中的入口阀(214)和出口阀(216);在所述入口阀(214)与所述缸头区域(210)之间布置在所述前部元件(208)中的入口通道(218);在所述缸头区域(210)与所述出口阀(216)之间布置在所述前部元件(208)中的出口通道(220)，所述色谱泵的特征在于所述入口通道(218)和出口通道(220)沿基本直线方向延伸，且在于所述入口通道(218)和出口通道(220)均倾斜于所述轴线(248)延伸。
2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，腔体(242)邻近所述缸空间(212)布置，且在于所述出口通道(220)的入口(244)布置在所述腔体(242)中。
3.根据权利要求2所述的泵，其特征在于，所述入口通道(218)的出口(240)布置在所述腔体(242)中。
4.根据权利要求2或3所述的泵，其特征在于，所述腔体(242)具有基本对应于弓形的形状，使得防止气泡(234)被截留在所述腔体(242)内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述前部元件(208)由PEEK材料、钛或哈斯特莱合金制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述入口通道和出口通道(218,220)的壁(236)的表面粗糙度(Ra)介于0.2-2.0之间，优选地介于1.0-2.0之间。
7.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述缸头区域(210)的壁(238)的表面粗糙度(Ra)介于0.2-2.0之间，优选地介于1.0-2.0之间。
8.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述入口阀和出口阀(214，216)是设置有座置的球(226)的止回阀，其中，布置在所述球(226)上的重物(303)迫使所述球(226)抵靠座部(228)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述缸头区域(210)具有与所述活塞(204)的轴线(248)基本重合的法线(246)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述色谱泵(201，301，401)被设计成用于泵送液体(222)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，周向密封件(405)布置在所述活塞(404)上，并且周向片簧(407)布置成在所述密封件(405)上施加向外定向的径向负载。
12.根据权利要求11所述的泵，其特征在于，塞子(409)布置在所述活塞(404)的端部(411)上，所述塞子(409)附接至所述活塞(404)并将所述密封件(405)固定在所述活塞(404)的端部(411)上。
13.根据前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述出口通道(220)以及所述入口阀和出口阀(214，216)沿基本重合的方向延伸，使得所述泵可安装成出口通道(220)关于水平面(308)处于基本竖直方向。
全文摘要
本发明涉及色谱泵，其包括缸(202，402)，活塞(204，404)布置在其中以进行往复移动；设置有缸头区域(210)的前部元件(208)，缸头区域(210)连同缸(202，402)和活塞(204，404)限定缸空间(212)；布置在前部元件(208)中的入口阀(214)和出口阀(216)；在入口阀(214)与缸头区域(210)之间布置在前部元件(208)中的入口通道(218)；在缸头区域(210)与出口阀(216)之间布置在前部元件(208)中的出口通道(220)。入口通道(218)和出口通道(220)沿基本直线方向延伸，使得防止气泡(234)被截留在入口通道和出口通道(218，220)内。
文档编号F04B11/00GK103221688SQ201180057373
公开日2013年7月24日 申请日期2011年11月24日 优先权日2010年11月30日
发明者O.萨尔文, B.奥洛夫松, M.伦德奎斯特, J.卡兰泽 申请人:通用电气健康护理生物科学股份公司