[发明专利]用于气相色谱柱的锥形加热组件

说明书

本发明涉及一种用于气相色谱柱的锥形加热组件。描述了一种用于气相色谱柱的加热装置。GC柱加热装置包括锥形加热器组件，锥形加热器组件包括位于内层和外层之间的加热元件。该装置还可选地包括包围锥形加热器组件的外罩和/或内罩。锥形加热器通过传导加热迅速地升高柱的温度。形状(特别地，锥形加热器的锥角)和材料的选择允许GC柱适于一经加热就出现膨胀。还描述了一种气相色谱(GC)柱加热和冷却装置，其中，加热器和外罩限定冷却流体可以经过并冷却GC柱的流路。

背景技术

在气相色谱(GC)系统中，已知化合物穿过分离柱(“柱”)的整个长度所需的时间量为其保留时间。有助于化合物的保留时间的一个因素为分离柱的温度。在各个分析过程之间精确地控制分离柱的温度有利于提供针对特定化合物或分析物的保留时间的可重复性。此外，当样品组分移动通过柱时，以编程的方式改变柱温度能够有利地提供较短的分析时间并减小峰展宽。

通常，在已知的系统中柱通过使用空气对流炉来加热，这是由于空气对流炉在大到足以适应各种柱直径和长度的空间中提供均匀和可重复的热环境的能力。柱通常布置在诸如篮状物之类的支撑结构上，支撑结构产生柱线圈的敞口圆筒，并且在圆筒内侧和外侧有敞口空间。这允许受热空气进入经过所有柱表面并导致整个柱长度上的均匀温度。虽然空气对流炉是有用的，但是它们的使用带有明显的缺陷。例如，对流炉需要大量的能量和时间来升温，以及大量的时间来冷却。除了别的缺陷之外，这当然导致相对较长的循环时间和相对较高的功耗。此外，当使用空气对流炉时，经由升温条件(temperature programmedconditions)进行快速分析的能力是有限的。

基于传导或“电阻”的技术一直得以积极地研究，以期更快的加热和冷却速率，但是由于设计权衡往往迫使技术只为某些小众市场优化，因此应用缓慢。低热容(LTM)柱模块是可用的，其中，熔融二氧化硅毛细管柱与加热器元件和温度传感器捆绑在一起。将加热器、传感器和柱捆绑在一起的结果是最直接的传递热量，从而导致升温速率在200W的功率下达到约1800℃/min那样快。然而，分析结果不像在使用气浴炉时一样可重复。此外，将加热器与传感器和柱捆绑在一起的缺点是消费者必须更换加热器和传感器以及柱(例如，当柱被弄脏或破裂时，加热器也必须更换)。此外，捆绑柱由于它们的结构以及柱管材上的应力集中寿命易于降低。

因此，需要一种至少克服已知的GC柱加热器的缺点的装置。

发明内容

根据代表性实施例，用于气相色谱柱的加热装置包括锥形加热器组件，该锥形加热器组件包括在内层与外层之间的加热元件。

根据另一个代表性实施例，气相色谱装置包括锥形加热器组件，该锥形加热器组件包括在内层和外层之间的加热元件。该装置还包括：围绕锥形加热器组件的外层布置的气相色谱(GC)柱，其中，柱与加热器的外层直接或间接接触；或者在锥形加热器组件的内层上布置的气相色谱(GC)柱，其中，柱与锥形加热器组件的内层直接或间接接触。

在前述实施例中，该装置还可以包括：布置在加热元件与内层之间的第一内部层；或者布置在加热元件与外层之间的第二内部层；或者布置在加热元件与内层之间的第一内部层、以及布置在加热元件与外层之间的第二内部层两者。在一些实施例中，装置还可以包括包围锥形加热器组件的外层的外罩，其中，外罩布置成在锥形加热器组件的外层和外罩之间提供第一流路。在一些实施例中，装置还包括内罩，内罩被第二流路包围并且布置成在锥形加热器组件的内层和内罩之间提供第二流路。

在前述实施例中，该装置还包括冷却系统，其中，在外罩与加热器组件之间的第一流路与冷却系统流体连接，和/或在内罩与加热器组件之间的第二流路与冷却系统流体连接。冷却系统包括风扇或压缩气体，并且冷却系统被配置为将冷却气体吹送经过锥形加热器组件。

在气相色谱装置的一些实施例中，GC柱和锥形加热器组件适用于GC色谱柱响应于锥形加热器组件和GC柱的不同的热膨胀沿着锥形加热器组件移动。在一些实施例中，锥形加热器组件的外层包括金属、金属合金、二氧化硅、石英、金刚石、碳化硅、氮化硼、氮化铝、或氧化铝中的一种或多种，并且GC柱包括熔融二氧化硅、玻璃、或金属。