用于在氣相色譜儀中捕集污染物的微流控污染物捕集器的制造方法
【專利摘要】在此公開微流控污染物捕集器。特定代表性實施例的微流控污染物捕集器說明性地包括：入口(204)，其配置為直接或間接連接到氣相色譜儀(GC)系統的樣品入口(101)；出口(205)，其配置為直接連接到GC柱體(103)的入口(204)或經由另一流控組件間接連接到GC柱體(103)；夾層(202)，包括通道(210)；上層(201)，其部署在所述夾層(202)之上并且接合至所述夾層(202)；涂層(405)，其部署在所述通道(210)之上。所述涂層(405)減少來自在所述微流控污染物捕集器(102)的入口(204)處所提供的樣品的分析物與所述微流控污染物捕集器(102)的相互作用。
【專利說明】用于在氣相色譜儀中捕集污染物的微流控污染物捕集器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及微流控污染物捕集器。
【背景技術】
[0002]氣相色譜儀￠0用于分析并且檢測氣態或汽化樣品中的很多不同物質的存在。氣相色譜的功能是分離化學樣品的組分，并且檢測這些組分的存在，并經常檢測這些組分的數量。經常使用毛細管柱體來完組分離。該柱體本質上是在與樣品相互作用以分離組分的內側上具有涂層的一片熔融硅石管體。該柱體的尺寸變化，但典型內徑范圍從100微米至I』530微米。典型長度范圍從5米到60米。
[0003]如果用戶正在分析含有相對非揮發性組分的樣品，則這些組分將沉積在柱體的內壁上，使得污染柱體并且可能使得其性能降級。如果在重復的分析之后產生足夠的降級，貝0用戶在不消除柱體中的污染物的影響的情況下將必須采取用于緩和的行動。
[0004]用于解決系統中的污染物的不利效果的已知方法包括:重復地修整柱體的受污染部分，和/或替換柱體?；蛘?，可以使用柱體的犧牲區段。這種犧牲柱體(其典型地被稱為“阻擋間隙”、“前柱體”或“保護柱體”)可以是用戶創建的(例如，通過連同柱體連接一起使用去活化的熔融硅石毛細管的切割片)，或作為整體產品而購買的。又或者，柱體可以受反沖，以移除并非在分析上感興趣的并且在分析溫度時在柱體中緩慢移動的樣品組分。
[0005]上述解決方案中的很多需要用戶處理熔融硅石毛細管以捕集污染物。毛細管必須仔細地安裝到％系統的入口以正確地工作。正確安裝的步驟包括:在毛細管上創建清潔的正方形端部的同時，將其修整為所需的長度；避免或消除毛細管的內部或外部的污染；以正確的深度將毛細管定位到入口中；對于毛細管創建泄漏緊密密封；對于入口創建泄漏緊密密封。如可以理解的，在例如修整柱體之后安裝毛細管的復雜性以及毛細管對入口的連接的最終質量可能不是那么令人期望或可接受的。
[0006]因此，所需的是至少克服上述已知結構的短處的裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]當與附圖一起閱讀時，本教導根據以下【具體實施方式】得到最佳地理解。各特征不一定按比例繪制。只要在可行的情況下，相同的附圖標記就指代相同的特征。
[0008]圖1是根據代表性實施例的系統的簡化框圖。
[0009]圖2八是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器的分解圖。
[0010]圖28是圖2八中所描述的微流控污染物捕集器的透視圖。
[0011]圖3是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器的分解圖。
[0012]圖4是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器的部分的透視圖。
[0013]圖5是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器的部分的透視圖。
[0014]圖6是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器的透視圖。
[0015]圖7是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器的分解圖。
[0016]圖8是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器的分解圖。
[0017]術語定義
[0018]要理解，在此使用的術語僅是描述特定實施例的目的，而并非旨在限制。所定義的術語增加到本教導的【技術領域】中通常理解和接受的所定義術語的技術和科學含義。
[0019]如說明書和所附權利要求中使用的那樣，術語“一”、“一種”以及“所述”包括單數和復數指代，除非上下文另外清楚地指明。因此，例如，“一種設備”包括一個設備和多個設備。
[0020]如在說明書和所附權利要求中所使用的那樣，除了它們的普通意義之外，術語“基本上”或“實質上”還表示具有的可接受極限或程度。例如，“基本上消除”表示本領域技術人員會認為所述消除是可接受的。
[0021]如在說明書和所附權利要求中所使用的那樣，除了其普通意義之外，術語“近似”表示在本領域技術人員可接受的極限或數量內。例如，“近似相同”表示本領域技術人員會認為所比較的項目是相同的。
【具體實施方式】
[0022]在以下【具體實施方式】中，為了解釋而非限制的目的，闡述公開具體細節的代表性實施例，以提供對本教導的透徹理解。已知的系統、設備、材料、操作方法和制造方法的描述可以省略，從而避免使示例性實施例的描述模糊。然而，可以根據代表性實施例使用本領域技術人員的知識范圍內的系統、設備、材料和方法。
[0023]通常，應理解，附圖以及其中描述的各個要素并不是按比例繪制的。此外，有關的術語(例如“之上”、“之下”、“頂部”、“底部”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”和“水平”)用于描述各個要素對于彼此的關系，如附圖所示的那樣。應理解，除了附圖中所描述的方位之夕卜，這些有關的術語意圖還包括微流控污染物捕集器和/或元件的不同方位。例如，如果微流控污染物捕集器相對于附圖中的視圖反轉，則描述為在另一元件“之上”的元件例如將現在處于該元件“之下”。同樣地，如果設備相對于附圖中的視圖旋轉90度，則描述為“垂直”的元件例如將現在是“水平”的。
[0024]代表性實施例針對一種微流控污染物捕集器。特定代表性實施例的微流控污染物捕集器說明性地包括:入口，其配置為:直接或間接連接到氣相色譜儀￠0系統的樣品入口 ；出口，其配置為:直接連接到柱體的入口或經由另一流控組件而間接連接到柱體；夾層，包括:通道；上層，其部署在所述夾層之上并且接合至該夾層；涂層，其部署在所述通道之上。所述涂層減少來自所述微流控污染物捕集器的入口處所提供的樣品的分析物與所述微流控污染物捕集器的相互作用。
[0025]在另一代表性實施例中，一種微流控污染物捕集器包括:入口，其配置為:直接或間接連接到氣相色譜儀￠0系統的樣品入口 ；出口，其配置為:連接到柱體的入口或經由另一流控組件而間接連接到％柱體；第一夾層，包括:第一通道；第一涂層，其部署在所述第一通道之上。所述第一涂層減少來自所述微流控污染物捕集器的入口處所提供的樣品的分析物的相互作用。所述微流控污染物捕集器還包括:第二夾層，包括:第二通道。所述第一通道與所述第二通道是以流體連通的。所述微流控污染物捕集器還包括:第二涂層，其部署在所述第二通道之上。所述第二涂層減少來自所述微流控污染物捕集器的入口處所提供的樣品的分析物與所述微流控污染物捕集器的相互作用。所述微流控污染物捕集器還包括:上層，其部署在所述第一夾層之上；中間層，其部署在所述第一夾層的下表面與所述第二夾層的上表面上面之間；下層，其部署在所述第二夾層之下。所述上層和所述中間層配置為密封所述第一通道，所述中間層和所述下層配置為密封所述第二通道。
[0026]本領域技術人員在瀏覽本申請時應理解，除了相比于已知系統的其它優點，例如其包括對于修整和重新安裝柱體或者替換保護柱體或安裝新柱體的需要，所述微流控污染物捕集器可以連接在樣品入口與柱體之間，而無需將修整的、正確長度的清潔面提供給柱體。此外，與需要用于進行兩個同時連接(柱體到套圈江虹仏匕)以及套圈到入口)的連接的已知％系統不同，使用代表性實施例的微流控捕集器進行兩個獨立連接(入口到捕集器以及捕集器到％系統)。在這些代表性實施例中，該密封是面對面的密封，其比其它已知％系統中的連接更不易于過度收緊。此外，這些實施例具有比等同片的熔融硅石更小的覆蓋區。例如，微流控設備中的500^111 X 500 4111通道的793臟長的區段可以放置在45111111 X 20111111 X 1111111空間中。530 9 III熔融娃石毛細管的793臟區段無法在沒有熔融娃石斷裂的明顯風險的情況下纏繞得小于130臟直徑。此外,本教導的微流控污染物捕集器比毛細管柱體遠遠更易于處理，并且不觸碰密封表面。故此，代表性實施例的微流控污染物捕集器更不易于受用戶的％系統污染。此外，代表性實施例的微流控污染物捕集器的平面幾何和連接獨立于樣品入口和柱體而便利微流控捕集器的溫度控制。這種便利歸因于平面結構的兩個特性:表面面積對于體積的高比例以及從結構的外表面到中心的最小化距離。最后，并且如隨著本教導的描述繼續而變得更清楚的那樣，代表性實施例的微流控污染物捕集器被配置為:當它們的有效性達到不可接受的極限時被替換。微流控污染物捕集器對于樣品入口的出口以及對于柱體的入口的相當容易且高效的面密封連接便利了這種替換。以下結合代表性實施例更完整地描述本教導的微流控污染物捕集器的這些和其它優點。
[0027]圖1是根據代表性實施例的系統100的簡化框圖。系統100的很多方面對于本領域技術人員是已知的。故此，省略％系統100的特定已知組件的細節。在特定實例中，可以實現的已知組件的代表性示例被注明，但為了說明而呈現的，而絕非旨在限制。
[0028]%系統包括樣品入口 101(例如，分裂/無分裂入口樣品入口 101以流體方式耦合到微流控污染物捕集器102。微流控污染物捕集器102以流體方式耦合到柱體103，柱體103可以是在氣相色譜儀中有用的各種柱體之一。
[0029]柱體103分離化學樣品的組分。柱體103可以是包括管體的內部部分上具有涂層的一片熔融硅石管體(未示出)的毛細管柱體，所述管體與來自樣品入口 101的樣品互作用以分離化學樣品的組分。該柱體103的尺寸變化，但典型內徑范圍從100微米到530微米。典型長度范圍從5米到60米。如以下結合代表性實施例詳細描述的那樣，污染物捕集器102是配置為從來自樣品入口 101的樣品捕集污染物并且通過在污染物到達捕集器的出口之前捕集它們而防止它們到達柱體103的微流控污染物捕集器。
[0030]柱體103連接到檢測器104，檢測器104檢測柱體103所分離的組分的存在并且經常檢測其數量。通常，檢測器104是已知的％檢測器，例如火焰電離檢測器$10),質譜儀檢測器(130)、導熱系數檢測器(了⑶)、電子捕捉檢測器出⑶)、氮磷檢測器0〉、硫化學發光檢測器(30))、氮化學發光檢測器⑶0))、脈沖火焰光度檢測器(卩--!))或氦電離檢測器￠110)。根據代表性實施例，檢測器可以是例如2012年10月5日提交的題為 1肅6 ？110^01116^10 06*6(^01'”的共同擁有的美國專利申請吣.13/660, 273以及2012年
12月 18 日提交的題為“01611111111111116806111: 061:6。1:01~0081:111^ 1:0 1^6(11106 2x011:6
81)60168 “8011)1:1011”的共同擁有的美國專利申請如.13/718, 061中所描述的火焰光度檢測器￠^0)。共同擁有的美國專利申請如.13/660,273以及共同擁有美國專利申請^0.13/718,061的公開具體地通過引用合并到此。注意，使用？？0僅是說明性的，本教導預期出本領域技術人員已知的很多其它檢測器。
[0031]圖2八是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器200的分解圖。微流控污染物捕集器200包括上層201、夾層202和下層203。微流控污染物捕集器200包括:入口 204，其被配置為以流體方式直接或間接耦合到樣品入口(例如樣品入口 101)的出口。微流控污染物捕集器200還包括:出口 205，其配置為以流體方式直接或間接耦合到系統的柱體(例如柱體103)的入口。在代表性實施例中，樣品入口(例如樣品入口 101)是分裂/無分裂入口(3/30或多模式入口(麗〗)或本領域技術人員已知的另外％入口類型之一。
[0032]入口 204以流體方式耦合到夾層入口 206，出口 205以流體方式耦合到夾層出口207。夾層202包括夾層上表面208和夾層下表面209。通道210提供于夾層202中，并且以流體方式將夾層入口 206連接到夾層出口 207。如圖2八中所描述的那樣，通道210沿著夾層入口 206與夾層出口 207之間的蛇線路徑延伸，以增加樣品行進的距離，從而使得污染物捕集最大化。根據代表性實施例，涂層(圖2八中未示出一見圖4)施加到與樣品接觸的微流控污染物捕集器200的所有表面。在代表性實施例中，涂層是在通道210的表面之上所施加的去活化涂層。此外，如可應用的那樣，涂層可以施加到微流控污染物捕集器200的所有表面(例如捕集特征和外部特征(見圖4的代表性實施例))，以減少樣品的分析物與樣品所接觸的表面的相互作用。去活化涂層包括所選擇的在減少表面與樣品內的感興趣分析物的相互作用方面有用的化學物質。在代表性實施例中，涂層包括例如比如在&111訪的美國專利6，444，326中所描述的官能化氫化非晶硅表面。美國專利6，444，326的公開具體地通過引用合并到此。在第二代表性實施例中，涂層包括例如比如此如等人的美國專利4，532，150中所描述的金剛砂表面。美國專利4，532，150的公開具體地通過引用合并到此。在第三代表性實施例中，涂層包括例如比如他8廿等人的美國專利4，376，641中所描述的硅氧烷表面。美國專利4，376，641的公開具體地通過引用合并到此。說明性地，去活化涂層可以是已知的基于硅的涂層、已知的硅氧烷或其它已知的聚合物、單體或碳化物涂層。涂層是通過已知方式施加的，并且是在微流控污染物捕集器的各個組件彼此接合之后施加的，以確保與樣品的分析物接觸的所有表面得以正確地涂敷。
[0033]在特定代表性實施例中，在通道中還提供捕集特征(圖2八中未示出)，以增加樣品流過的表面面積，并且由此改進微流控污染物捕集器200捕集污染物的程度。捕集特征用于增加污染物所接觸的表面面積，有利地通過通道分散污染物，并且減少污染物與樣品的分析物之間的干擾。通過在入口 204與夾層入口 206之間以及在夾層出口 207與出口 205之間形成導管或通孔來進行流體連接。進行流體連接以提供從入口 204到夾層入口 206以及從夾層出口 207到出口 205的垂直連接(即與圖2八中所描述的上層201、夾層202和下層203的平面垂直)?？梢曰趯τ谏蠈?01、夾層202和下層203所選擇的材料而使用已知的方法來形成這些通道。此外，如共同擁有的美國專利5，567，868,5, 720，798,5, 792，943、5, 997，708,7, 128，876和7, 811，452中所描述以及美國專利8，123，841中所描述的那樣來實現這些連接。這些美國專利的公開具體地通過引用合并到此。如上面暗示的，代表性實施例的微流控污染物捕集器200的一個優點是當其變得受污染物充滿或否則達到不可接受的效率程度時其得以替換的容易性和效率。故此，根據代表性實施例，微流控污染物捕集器200可以是系統100的可丟棄元件，并且是可容易地并且高效地替換的，而不會損害使用已知的捕集器和使用方法可能產生的％系統的集成性。
[0034]在代表性實施例中，上層201、夾層202和下層203包括不銹鋼板。上層201、夾層202和下層203可以受化學刻蝕，以形成微流控污染物捕集器200的通道210以及其它微流控導管和連接(例如夾層入口 206和夾層出口 207)。使用已知的加壓和加熱技術(例如的共同擁有的美國專利6，783，871中所描述的方法，其公開具體地通過引用合并到此)將上層201、夾層202和下層203接合在一起。
[0035]在替選實施例中，在較低應用溫度時，上層201、夾層202和下層203包括聚酰亞胺片材，其為激光所融化，以形成通道210以及其它微流控導管和連接。上層201、夾層202和下層203可以然后通過加熱密封而得以密封。
[0036]在另外其它的替選實施例中，上層201、夾層202和下層203包括玻璃、石英或熔融硅石片材，其受化學刻蝕，以形成通道210以及其它微流控導管和連接。上層201、夾層202和下層203可以然后通過已知的接連步驟而得以密封。注意，玻璃、石英或熔融硅石不是“柔順的”，并且無法形變以進行面密封。如果在柔順材料(例如聚酰亞胺)的中間層可以添加到組裝的情況下在較低的溫度(典型地小于2501 )完組分析，則這不是問題。反之，當正施加去活化層時，這些材料可以更易于起作用。
[0037]在代表性實施例中，通道210從夾層上表面208延伸通過夾層下表面209 (即通過夾層202)。如以下更完整地描述的那樣，通過在夾層上表面208之上緊固上層201并且通過在夾層下表面209之上緊固下層203來密封通道210。在代表性實施例中，通道210在受密封時具有基本上正方形的截面。注意，這僅是說明性的，強調的是，所密封的通道210的截面可以是其它形狀(例如矩形、橢圓形、圓形等
[0038]選擇通道210的蛇線形狀，以優化代表性實施例的微流控污染物捕集器200的面積的使用。注意，通道的蛇線形狀僅是說明性的，通道210可以具有其它形狀，例如螺旋形或線形。
[0039]選擇通道210的長度及其截面面積，以確保通道中的污染物的基本捕集，從而基本上防止污染物到達夾層出口并且因此到達柱體。通常，通道210具有與分析柱體的內徑兼容的截面面積。此外，例如，通道210具有選擇為基本上捕集樣品中的所有污染物的長度，其中，通道210的長度取決于溶劑的類型、注入體積以及污染物的類型。最后，由于微流控污染物捕集器200的尺寸將影響系統的色譜性能，因此通道210的尺寸取決于柱體操作(針對等溫線而編程的溫度)。通常，捕集污染物的程度取決于各種參數，包括但不限于所使用的溶劑、樣品的注入體積、樣品注入的數量以及微流控污染物捕集器的溫度。
[0040]圖28描述在密封之后的透視圖中的微流控污染物捕集器200。根據代表性實施例，上層201、夾層202(圖28中未示出)以及下層203以相同材料制成，而在其它代表性實施例中，兩種或更多種材料可以用于微流控污染物捕集器的這些組件。
[0041]微流控污染物捕集器200的整體結構是具有長度211、寬度212和厚度213的基本上的平面。有利地，微流控污染物捕集器200的平面結構有助于其對平坦加熱器(例如在氮化鋁中所形成的耐熱元件)的耦合，以確保高效傳遞熱量，一種有利于微流控污染物捕集器的快速加熱的特性。
[0042]在一個代表性實施例中，上層201、夾層202和下層203以相當薄的層制成。說明性地，夾層202和下層203具有擴散接合以形成具有內部通道和平滑外部表面的基本上獨片金屬的不銹鋼的100 0至1皿的范圍的厚度。說明性地，微流控污染物捕集器200通過將下層203擴散接合到夾層下表面209并且通過將夾層上表面208擴散接合到上層201而以流體方式得以密封。注意，夾層上表面208到上層201之間所創建的密封為通道210的一端上的入口 204、通道210的另一端處的出口 205以及其間的所有點提供密封。在代表性實施例中，可以如共同擁有的美國專利6，783，871中所描述的那樣實現下層203到夾層202和上層201的接合，其公開具體地通過引用合并到此?；蛘撸梢栽谙聦?03、夾層202與上層201之間使用合適的銅焊箔層來對下層203、夾層202和上層201進行銅焊。
[0043]使用本領域技術人員的知識范圍內的已知光化學加工/刻蝕技術來制成各種特征(例如通道210、入口 204、出口 205以及其間的連接或者，可以使用已知的激光加工技術來制造各種特征。
[0044]強調的是，對于上層201、夾層202和下層203使用不銹鋼僅是說明性的?；蛘撸梢杂免?、鎳、石英、熔融硅石、玻璃或硅形成上層201、夾層202和下層203。在特定實施例中，去活化涂層可以施加在通道210的表面之上，并且在適用的情況下施加到捕集特征，以減少樣品的分析物與樣品所接觸的表面的相互作用。如上所述，去活化涂層包括所選擇的在減少微流控污染物捕集器的表面與樣品內的感興趣分析物的相互作用方面有用的化學物質。此外，可以在通道210中提供顆粒，以提供相當地增加的表面面積，從而改進微流控污染物捕集器200中的污染物的捕集。附加特征可以包括在通道210中，以將所捕集的污染物通過通道210分散出去。
[0045]以下示例基于應用提供微流控污染物捕集器200及其組件的說明性尺寸。這些示例僅是說明性的，而絕非限制本教導。
[0046]示例 1
[0047]在第一示例中，微流控捕集器200具有45111111 X 20111111 X 1111111的尺寸(長度211叉寬度212叉厚度213)。通道210具有793臟的入口到出口長度以及5009111的寬度和500 9 111的高度。
[0048]示例 2
[0049]在第二示例中，微流控污染物捕集器200具有45111111 X 2111111 X丨臟的尺寸(長度21匕寬度212乂厚度213)的尺寸，通道210具有60臟X 250 11 ^ 250 9 111的尺寸。
[0050]示例3
[0051]在第三示例中，微流控污染物捕集器200具有45臟X 2臟X 1臟的尺寸(長度21匕寬度212乂厚度213)的尺寸，通道210具有60臟X 250 11 ^ 250 9 111的尺寸，其中，管體銅焊到入口 204。
[0052]示例 4
[0053]在第四示例中，微流控污染物捕集器200具有45臟X 40111111 X 1111111的尺寸(長度21IX 寬度 212叉厚度 213)，通道 210 具有 1.6111 X 500 9 111 X 500 9 111 的尺寸(0--?)。
[0054]再次參照圖28，微流控污染物捕集器200的該實施例的一個清楚的優點是其對樣品入口 101的出口以及對柱體的連接的容易性。注意，在目前所描述的代表性實施例中，入口 204直接連接到樣品入口 101的出口的底部。該連接是所謂的“面密封”，其將微流控污染物捕集器200直接連接到樣品入口 101的出口，而無需套圈。在具有3/1入口的特定實施例中，該面密封將替換正常使用的金密封和套圈連接。在具有多模式入口(111)的實施例中，這種面密封將直接連接到入口的底部，并且因此替換套圈連接。相似地，出口 205使用面密封連接到柱體103。在名為(^601^6等發明人的題為0011111111 001111601:1011
001111601:1011 1:006^1068 ”的同時提交的共同擁有美國專利申請
^0.(律師案號如.20110368-01)中描述入口 204對樣品入口 101的出口以及出口 205對柱體103的連接的進一步細節。美國專利申請如.(律師案號^0.20110368-01)的完整公開具體地通過引用合并到此。注意，該申請具體地包括麗1對捕集器連接的說明。注意，微流控污染物捕集器200所提供的所謂的“面密封”僅是說明性的，而絕非限制。注意，存在用于實現對微流控板的流體連接的其它已知方法。例如，配合件(01:1:1118)可以焊接或銅焊到板，其允許對包括熔融硅石毛細管柱體的管狀設備的連接。
[0055]在代表性實施例中，微流控污染物捕集器200可以與樣品入口和分析柱體分離地受加熱或冷卻或二者兼有。在還允許微流控污染物捕集器200受加熱到分析方法的最大溫度的同時，這允許微流控污染物捕集器200的初始溫度在分析開始時保持在溶劑沸點之下。在一些情況下，微流控污染物捕集器可以受加熱到比最大柱體溫度更高的溫度，以使得能夠進行來自捕集器的反沖。
[0056]如上所述，在特定代表性實施例中，通道210從夾層上表面208延伸穿透夾層下表面209。然而，這不是必要的，可以通過在夾層中提供“半刻蝕的”通道并且在另一層中提供“半刻蝕的”通道來形成通道。圖3描述根據該實施例的微流控污染物捕集器300。注意，以上結合圖1?圖28的代表性實施例所描述的制造的材料、結構、特征、尺寸和方法的很多細節對于圖3的代表性實施例的描述是共通的。一般，不重復這些細節，以免使圖3的代表性實施例的描述模糊。
[0057]微流控污染物捕集器300包括上層301和夾層302。在該代表性實施例中，夾層302包括上表面304中所提供的第一通道303。第一通道303并不延伸穿透到夾層302的下表面305，而是被提供得僅部分地進入夾層302。例如，可以在夾層302中提供具有近似夾層的厚度306的一半的深度的第一通道303。此外，在截面中，第一通道303是上述通道210的形狀的一半。因此，繼續于上述說明性形狀，第一通道303例如具有正方形的一半或橢圓形的一半或圓形的一半的截面。上層301中所提供的第二通道307(以虛像示出)提供該形狀的另“一半”。具體地，第二通道307被提供得僅部分地進入上層301的下表面308中。因此，第二通道307并不延伸穿透上層301的上表面309，而是被提供得僅部分地進入上層301。例如，可以在上層301中提供具有近似上層301的厚度310的一半的深度的第二通道307。此外，在截面中，第二通道307是上述通道210的形狀的一半。因此，繼續于上述說明性形狀，第二通道307例如具有正方形的一半或橢圓形的一半或圓形的一半的截面。
[0058]上層301的第二通道307和夾層302的第一通道303以對準方式形成，并且是彼此的鏡像，從而當夾層302的上表面304接觸上層301的下表面308時，第一通道303與第二通道307對準，并且第一通道303和第二通道307的截面形狀的每個“一半”被接連以形成“完整”截面形狀通道。從以上繼續說明，如果第一通道303和第二通道307具有互補的半正方形的截面形狀，則在將上層301與夾層302接觸時，源自第一通道303和第二通道307的通道具有正方形截面。
[0059]在使得上層301和夾層302接觸之后，它們接合在一起以形成以流體方式密封的微流控污染物捕集器300。所使用的接合方法取決于對于上層301和夾層302所選擇的材料，并且是如以上結合圖2八?圖28中的代表性實施例所描述的那樣。除了其它優點之外，與所謂的“穿透刻蝕”設計相比，未結合的上層301和夾層302是相當堅固的。具體地，在已知結構中，刻蝕穿透所述層以創建通道典型地導致從層側邊懸掛出去的通道壁。這些通道壁比從部分刻蝕的層上升的壁更弱。此外，未接合的上層301和夾層302允許更長的通道并且因此更長(并且更有效)的污染物捕集器的設計。注意，如果通過化學刻蝕上層301和夾層302形成第一和第二通道303、307，則該微流控污染物捕集器300具有相當粗糙的表面。有利地，第一通道303和第二通道307的相當粗糙的表面提供增加的表面面積以更有效地捕捉污染物，并且可以減緩樣品的流動，產生更高效的捕集。
[0060]注意，在特定代表性實施例中，上層301中的第二通道307是在前的，并且上層301的下表面308是基本上平坦的。在該實施例中，通道僅包括具有對于應用所選擇的第一通道的截面面積的夾層302中所提供的第一通道303。上層301的下表面308接觸夾層302的上表面304，這兩個表面如上所述接合在一起以提供通道的氣體不可滲透的密封。
[0061]如上所述，提供捕集特征以改進本教導的微流控污染物捕集器中的通道的有效性是有用的。圖4描述作為捕集特征有用的一種結構。
[0062]圖4是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器400的部分的透視圖。以上結合圖1?圖3的代表性實施例所描述的制造的材料、結構、特征、尺寸和方法的很多細節對于圖4的代表性實施例的描述是共通的。一般，不重復這些細節，以免使圖4的代表性實施例的描述模糊。
[0063]微流控污染物捕集器400包括:通道401，其具有入口(未示出)與出口(未示出)之間的蛇線路徑。通道401具有沿著通道401的表面403所提供的捕集特征402。在圖4中所描述的代表性實施例中，捕集特征402提供附加表面面積，以減緩樣品流動和丨或以機械方式捕集污染物，導致更高效的捕集。在所描述的實施例中，捕集特征402是來自表面403的“微柱筒”或圓柱形延伸物?；蛘?，捕集特征402可以是表面403中的圓柱形凹槽。注意，捕集特征402的圓柱形狀僅是說明性的，可以在表面403上/中提供具有不同形狀、不規則形狀以及各形狀的組合的相似捕集特征。說明性地，微柱筒具有近似通道401的高度的5%的高度。然而，微柱筒可以大于或小于該說明性的高度，并且受限于用于制造捕集特征402的能力。
[0064]此外，除了或代之圖4中所描述的捕集特征402，涂層405可以提供在通道401的表面403以及與樣品接觸的微流控污染物捕集器的任何內部或外部特征之上。如上面暗示的，提供涂層405以減少表面與樣品內的感興趣分析物的相互作用。涂層405包括所選擇的在減少表面與樣品的分析物的相互作用方面有用的化學物質。
[0065]在代表性實施例中，涂層405包括例如比如在&111訪的美國專利6，444，326中所描述的官能化氫化非晶硅表面。美國專利6，444，326的公開具體地通過引用合并到此。在第二代表性實施例中，涂層405包括例如比如此如等人的美國專利4，532，150中所描述的金剛砂表面。美國專利4，532，150的公開具體地通過引用合并到此。在第三代表性實施例中，涂層405包括例如比如他8廿等人的美國專利4，376，641中所描述的硅氧烷表面。美國專利4，376，641的公開具體地通過引用合并到此。說明性地，去活化涂層可以是已知的基于硅的涂層、已知的硅氧烷或其它已知的聚合物、單體或碳化物涂層。涂層是通過已知方式施加的，并且是在微流控污染物捕集器的各個組件彼此接合之后施加的，以確保與樣品的分析物接觸的所有表面得以正確地涂敷。
[0066]在特定實施例中，通道401延伸穿透夾層(例如比如結合圖2八所描述的實施例)，而在其它實施例中，通道401可以是通道的一半(例如比如結合圖3所描述的實施例)，通道通過將上層配合到夾層而得以形成。代表性實施例描述前一種結構，捕集特征402形成在下層404的內表面上?；蛘?，捕集特征可以形成在上層(例如圖2八的上層201)的內表面上。又或者，捕集特征402可以形成在下層404和上層(圖4中未示出)上，以進一步增加樣品流過的表面面積。
[0067]在其它實施例中，通道401可以僅部分方式地刻蝕到夾層的第一通道(例如圖3的第一通道303),或部分方式地刻蝕為上層的通道(例如圖3的第二通道307),或二者兼有。
[0068]作為微流控污染物捕集器的通道中所形成的捕集特征的替選方式或者除其之外，可以在通道中提供％柱體填裝材料。圖5是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器500的部分的透視圖。以上結合圖1?圖4的代表性實施例所描述的制造的材料、結構、特征、尺寸和方法的很多細節對于圖5的代表性實施例的描述是共通的。一般，不重復這些細節，以免使圖5的代表性實施例的描述模糊。
[0069]微流控污染物捕集器500包括:通道501，其具有第一填裝材料502、第二填裝材料503和第三填裝材料504。填裝材料可以選自本領域技術人員已知的多種填裝材料。說明性地，第一填裝材料502、第二填裝材料503或第三填裝材料504可以用金屬、陶瓷或玻璃制成，或可以是聚合物或碳質填裝材料。注意，使用第一、第二和第三填裝材料502?504僅是說明性的，可以在通道501中提供更多或更少類型的填裝材料。此外，第一、第二和第三填裝材料502?504所占據的通道501的體積是基于各種因素而選擇的，并且可以大于或小于圖5中所描述的體積。類似于上述捕集特征，第一、第二和第三填裝材料502?504提供增加的表面面積以更有效地捕捉污染物，并且可以減緩樣品的流動，導致更高效的捕集。
[0070]代表性實施例的微流控污染物捕集器以很多方式提供使用的多樣性。圖6是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器600的透視圖。以上結合圖1?圖5的代表性實施例所描述的制造的材料、結構、特征、尺寸和方法的很多細節對于圖6的代表性實施例的描述是共通的。一般，不重復這些細節，以免使圖6的代表性實施例的描述模糊。
[0071]微流控污染物捕集器600包括上層601、下層602、入口 603和出口 604。微流控污染物捕集器600可以與附加部分(例如管605)接連，以提供附加功能。在圖6的代表性實施例中，微流控污染物捕集器600為激光所焊接到作為對樣品入口的接口的部分的管體605。管605的功能是重新定位樣品進入微流控捕集器的點。注意，該管605在微流控捕集器與入口之間不形成密封；在它們倆之間進行面密封。毛細管柱體將經由新毛細管對面密封配合件之一而再次連接到出口 604。入口側的管可以銅焊或焊接在位。
[0072]如上所述，在代表性實施例的微流控污染物捕集器中可以實現多于一個的夾層。除了其它優點，可以使得捕集器內的總體通道長度更長，而不增加微流控污染物捕集器的面積(“覆蓋區”)。
[0073]圖7是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器700的分解圖。以上結合圖1?圖6的代表性實施例所描述的制造的材料、結構、特征、尺寸和方法的很多細節對于圖7的代表性實施例的描述是共通的。一般，不重復這些細節，以免使圖7的代表性實施例的描述模糊。
[0074]微流控污染物捕集器700包括上層701和相對的下層702。在上層701與下層702之間，微流控污染物捕集器700包括第一通道層703、第一層704、第二通道層705、第二層706和第三通道層707。微流控污染物捕集器700包括:入口 708，其以流體方式連接到出口 709。以與結合圖2八和圖28的實施例所描述的相似方式，第一、第二和第三通道層703、705和707受上層701、下層702、第一層704和第二層706密封。因此，例如，通過在第一通道層703的相對側上接合上層701和第一層704來密封第一通道710。
[0075]通過第一通道層703的第一通道710、第二通道層705的第二通道711與第三通道層707的第三通道712之間的連接來提供入口 708與出口 709之間的流體連接。具體地，第一通道層703中所部署的第一連接713以流體方式將入口 708耦合到第一通道710。在第一通道層703的相對端處所部署的第二連接714以流體方式將第一通道710連接到第二通道711。流體流過第一層704中所提供的第一開孔715進入第二通道層705中所部署的第三連接716。在第二通道層的相對端處的第三連接717經由第二層706中所提供的第二開孔718以流體方式將第二通道711連接到第三通道712，第二層706以流體方式耦合到第三通道層707中所提供的第四連接719。第四連接720以流體方式連接到第三通道712，并且在橫穿第三通道712之后，流體提供給出口 709。典型地，連接和開孔具有與通道相似的截面面積。然而，根據對于特定機械設計的需要，連接和開孔的截面面積尺寸可以與通道尺寸不同。例如，十分窄的通道可以具有較大的開孔，以連接到外部設備，這是因為小的通道的孔洞大小不能精確定位得足以確保與配合設備的對準。因此，通過說明的方式，2509 0 X250 11 III通道可以具有500 11 III直徑開孔。
[0076]使用例如上述已知技術以與其中所形成的通道相同的方式形成圖7中所描述的各種連接和開孔。故此，垂直(與圖7中所描述的層的平面正交)和水平流體連接得以在微流控污染物捕集器700的各層中直接進行，并且使得能夠進行相當小面積中的多個通道層的連接。
[0077]在另一代表性實施例中，微流控污染物捕集器可以包括以流體方式彼此隔離的兩個獨立元件。例如，冷卻設備可以通過熱方式耦合到微流控污染物捕集器，但以流體方式受隔離。
[0078]圖8是根據代表性實施例的微流控污染物捕集器800的分解圖。以上結合圖1?圖7的代表性實施例所描述的制造的材料、結構、特征、尺寸和方法的很多細節對于圖8的代表性實施例的描述是共通的。一般，不重復這些細節，以免使圖8的代表性實施例的描述模糊。
[0079]微流控污染物捕集器800包括第一層801和第二層802，其提供對于第一通道層803和第二通道層804的密封和流體隔離。第一和第二通道層803、804均分別包括第一通道805和第二通道806。在結合圖8所描述的代表性實施例中，第一和第二通道805、806被提供得部分方式地穿透它們的各個層的厚度。在特定實施例中，第一和第二通道805、806具有作為幾何形狀的“一半例如圓形的一半)的截面?；蛘撸缤Y合圖3所描述的特定實施例，第一和第二通道805、806可以分別耦合到第一層801和第二層802中所部署的互補通道(圖8八中未示出^
[0080] 在另外其它的實施例中，如同結合圖2八所描述的特定實施例，第一通道805和第二通道806可以分別從第一和第二層801、802的一側刻蝕穿透另一側。在這些實施例中，第一和第二通道805、806以流體方式密封，并且以流體方式彼此隔離。
[0081〕 在代表性實施例中，第一入口 807接收流體(例如樣品)，并且將流體傳送到對第一通道805的第一連接808。流體流過第一通道805，并且由第二連接809提供給第一出口810。第二入口 811接收流體，并且將流體傳送到第二通道806。流體流過第二通道806，并且提供給第二出口 812。
[0082]在代表性實施例中，提供給第一入口 807的流體是樣品，提供給第二入口 811的流體是冷卻流體或加熱流體。因為第一通道805和第二通道806是以流體方式受隔離但以熱方式連接的，所以在第二通道806中流動的冷卻或加熱流體可以用于設置或改動在第一通道805中流動的樣品的溫度。因此，例如，冷卻流體可以用于冷卻整個捕集器并且因此冷卻樣品?；蛘撸糜诶鋮s流體的通道可以僅在樣品通道的一個區段之下選路，并且冷卻流體可以設置為低于溶劑的汽化溫度的溫度。這將使得樣品重新壓縮。然后，捕集器可以快速地受加熱以將樣品注入到柱體中。
[0083]鑒于本公開，注意，可以與本教導一致地實現所述方法和設備。此外，僅通過說明和示例的方式而非在任何限制的意義上包括各種組件、材料、結構以及參數。鑒于本公開，在保持在所附權利要求的范圍內的同時，本教導可以在其它應用中實現，并且可以確定出實現這些應用所需要的組件、材料、結構和設備。
【權利要求】
1.一種微流控污染物捕集器(102)，包括: 入口(204)，其配置為:直接或間接連接到氣相色譜儀GC系統的樣品入口(101)； 出口(205)，其配置為:直接連接到GC柱體(103)的入口(204)或經由另一流控組件間接連接到GC柱體(103)； 夾層(202)，其包括通道(210)； 上層(201)，其部署在所述夾層(202)之上并且接合至所述夾層(202)； 涂層(405)，其部署在所述通道(210)之上，其中，所述涂層(405)減少來自在所述微流控污染物捕集器(102)的所述入口(204)處所提供的樣品的分析物的相互作用。
2.如權利要求1所述的微流控污染物捕集器(102)，其中，所述上層(201)實質上是平面的。
3.如權利要求1所述的微流控污染物捕集器(102)，其中，所接合的上層(201)在所述夾層(202)的上表面(304)處提供所述通道(210)的實質上不能滲透的氣體密封。
4.如權利要求1所述的微流控污染物捕集器(102)，還包括:下層(203)，其部署在所述夾層(202)之下并且接合至所述夾層(202)。
5.如權利要求4所述的微流控污染物捕集器(102)，其中，所接合的下層(203)在所述夾層(202)的下表面(305)處提供所述通道(210)的實質上不能滲透的氣體密封。
6.如權利要求4所述的微流控污染物捕集器(102)，其中，所述通道(210)從所述夾層(202)的上表面(304)延伸穿透所述夾層(202)的下表面(305)。
7.如權利要求1所述的微流控污染物捕集器(102)，其中，所述通道(210)是第一通道(303)，并且所述微流控污染物捕集器(102)還包括:上層(201)，其部署在所述夾層(202)之上，所述上層(201)包括在所述第一通道(303)之上對準的第二通道(307)。
8.一種微流控污染物捕集器(102)，包括: 入口(204)，其配置為:直接或間接連接到氣相色譜儀GC系統的樣品入口(101)； 出口(205)，其配置為:直接或間接連接到GC柱體(103)的入口 (204)； 第一夾層(202),其包括第一通道(303)； 第一涂層(405)，其部署在所述第一通道(303)之上，其中，所述第一涂層(405)減少來自在所述微流控污染物捕集器(102)的所述入口(204)處所提供的樣品的分析物的相互作用； 第二夾層(202)，其包括:第二通道(307)，其中，所述第一通道(303)與所述第二通道(307)是以流體連通的； 第二涂層(405)，其部署在所述第二通道(307)之上，其中，所述第二涂層(405)減少來自在所述微流控污染物捕集器(102)的所述入口(204)處所提供的所述樣品的分析物的相互作用； 上層(201)，其部署在所述第一夾層(202)之上； 中間層，其部署在所述第一夾層(202)的下表面(305)與所述第二夾層(202)的上表面(304)的上面之間； 下層(203)，其部署在所述第二夾層(202)之下，其中，所述上層(201)和所述中間層配置為密封所述第一通道(303)，所述中間層和所述下層(203)被配置為密封所述第二通道(307)。
9.如權利要求8所述的微流控污染物捕集器(102)，還包括:在所述第一通道(303)中的第一捕集特征(402)和在所述第二通道(307)中的第二捕集特征(402)，其中，第一和第二通道(307)特征分別提供第一和第二通道(303，307)中的附加表面(403)面積，以捕集所述污染物。
10.如權利要求8所述的微流控污染物捕集器(102)，還包括:填裝材料，其部署在所述第一和第二通道(303，307)的至少一個中，其中，所述填裝材料在通道中提供附加表面(403)面積，以捕集所述污染物。
【文檔編號】G01N30/02GK204214821SQ201420590591
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】G·P·沃爾什, R·A·維恩曼 申請人:安捷倫科技有限公司
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