DE69838622T2

DE69838622T2 - Probennehmerspritze mit druckabdichtung

Info

Publication number: DE69838622T2
Application number: DE69838622T
Authority: DE
Inventors: George E. Millis Sgourakes
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 1997-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2018-12-17
Also published as: EP1047928A4; JP2002508511A; US6684720B2; AU1919099A; EP1047928A1; US20010000565A1; WO1999031479A1; DE69838622D1; US5925834A; EP1047928B1; US6161442A; JP4216471B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkeitschromatographievorrichtung und insbesondere eine Spritze (syringe), die von einem Autosampler bzw. Probenaufnehmer verwendet wird, um Flüssigkeitsproben aufzunehmen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei zahlreichen analytischen Prozeduren, einschließlich der Flüssigkeitschromatographie, wird eine große Anzahl von flüssigen Proben bzw. Flüssigkeitsproben der Reihe nach in derselben Vorrichtung verarbeitet. Ein Autosampler bzw. Probenaufnehmer wird dazu verwendet, um Flüssigkeitsproben zu erhalten bzw. aufzunehmen, die analysiert werden sollen. In dem Autosampler wird üblicherweise eine Spritze (syringe) verwendet, um die Probe aufzunehmen. Die Leistung von Autosamplern wird bedeutend durch die Genauigkeit der Probenaufnahme und der Verschleißwiderstandsfähigkeit der Spritze beeinflusst. Zahlreiche Spritzenkonfigurationen, die dazu verwendet werden, um flüssige Proben zu erhalten, sind bekannt.
Ein Beispiel eines bekannten Spritzentyps ist allgemein in 1 dargestellt. Diese bekannte Spritze umfasst einen Zylinder 10 mit einem ersten und einem zweiten Ende. Der Zylinder 10 besteht typischerweise aus Glas. Der Zylinder 10 weist ein Bohrloch 12 auf, und zwar durch dessen zentralen Abschnitt, das sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt. Ein Kolben (piston) 14, der in das Bohrloch 12 durch das erste Ende des Zylinders 10 eingebracht ist, ist ausgestaltet, in dem Bohrloch 12 gleitend verschiebbar zu sein. Eine Kolbenstange (plunger) 16 ist an dem Kolben 14 an einen Endabschnitt davon angebracht und ausgestaltet, für eine gleitende In-Eingriffnahme in dem Bohrloch 12 eingebracht zu werden. Die Kolbenstange 16 besteht typischerweise aus Teflon. Der Bereich, wo die Kolbenstange 16 und das Bohrloch 12 in Berührung kommen, erzeugt eine flüssigkeitsdichte Abdichtung. Wenn der Kolben 14 aus dem Bohrloch 12 herausgezogen wird, erzeugt die Kolbenstange 16 ein Vakuum, das eine Probe in das Bohrloch einzieht.
Dies erfordert, dass das Bohrloch 12 und die Kolbenstange 16 innerhalb enger Toleranzen hergestellt werden, um die gewünschte Genauigkeit der Probe zu erreichen.
Ein Metallverbindungsstück 20 ist an dem zweiten Ende des Zylinders 10 angeordnet. Ein Abschnitt des Metallverbindungsstücks 20 ist für ein Anbringen an Mechanismen für die anfängliche Aufnahme der aufgenommenen Probe mit einem Gewinde versehen, wie z. B. ein Schlauch oder eine Nadel (nicht dargestellt). Das Metallverbindungsstück 20 weist eine Teflondichtung 22 auf, die dazu dient, die Verbindung zwischen dem Glas 10 und den Aufnahmemechanismen abzudichten.
Während des anfänglichen Betriebs oder Prozesses des Sammelns von Proben können sich unerwünschte Fluide, wie beispielsweise Gasblasen oder vorher verwendete Flüssigkeiten, innerhalb des Bohrloches 12 ansammeln. Das Vorhandensein unerwünschter Fluide in dem Bohrloch 12 kann unter anderem die Genauigkeit der Förderung der Spritze nachteilig beeinflussen. Bei herkömmlichen Spritzen stellt es eine schwierige Aufgabe dar, das eingeschlossene unerwünschte Fluid zu entfernen. Um unerwünschtes Fluid aus dem Bohrloch 12 zu entfernen, müssen der Kolben 14 und die Kolbenstange 16 manuell aus dem Bohrloch 12 entfernt werden. Fluid kann auslaufen und die Integrität und Sauberkeit des Fluidfördersystems beeinträchtigen. Ferner kann ein Entfernen von unerwünschtem Fluid, wie beispielsweise Gasblasen, typischerweise nicht in einem automatisierten Modus durchgeführt werden.
Überdies ist in der in 1 dargestellten bekannten Spritze die Genauigkeit des Bohrlochs 12 ungenügend, da dessen Präzision durch zahlreiche Faktoren beim Herstellungsprozess eingeschränkt wird. Die momentane Praxis besteht darin, ein Glasrohr mittels Wärme auf einen Drahtdorn (wire mandrel) zu schrumpfen. Der Durchmesser des Drahtdorns verändert sich, wenn sich dieser während der Extraktion von dem Glasrohr nach dem Kühlen abnutzt. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheiden sich von Fall zu Fall und gemäß Temperaturvariationen, so dass das Herstellen eines Drahtdorns mit einem präzisen Durchmesser schwierig ist. All diese Faktoren führen zu einer Beeinflussung oder einer möglichen Variabilität von 1,22% hinsichtlich des Volumens bei einer Spritze von 250 μl. Es wäre sehr kostspielig, diesen Einfluss zu reduzieren, da dies zu einer hohen Abweisrate bei dem Vertreiber führen würde.
Ein weiteres Problem, das der dargestellten bekannten Spritze anhaftet, besteht darin, dass die Kolbenstange 16 auf dem Kolben 14 durch Reibung mit dem Bohrloch 12 beeinflusst wird. Diese Reibung kann die Kolbenstange 16 verzerren bzw. verziehen, und zwar je nach dem Reibungskoeffizienten des Bohrloches unterschiedlich stark. Eine ingenieurwissenschaftliche Abschätzung anhand einer Analyse mittels finiter Elemente weist auf eine ungefähre 0,5%ige Variabilität aufgrund von Reibung bei Injektionen von 1 μl hin. Ferner dehnt sich die Teflondichtung 22 an dem Verbindungsstück 20 aus, wenn die Temperatur steigt, und da diese eingeschlossen ist, weist sie eine Tendenz auf, nachzugeben. Wenn die Temperatur der Teflondichtung 22 abfällt, dann zieht sich die Dichtung zusammen, der Dichtungsdruck der Dichtung nimmt ab und die Dichtung wird lecken. Wenn außerdem eine lange Zeitdauer zwischen Vorgängen vergeht, um die Spritze zu füllen, trocknet das Bohrloch aus, was die Genauigkeit durch eine variierende Reibung beeinflussen kann. Eine Variabilität der Reibung kann zu einem vorzeitigen Verschleiß führen.
Eine weitere bekannte Spritze wird in der US-Patentschrift Nr. 4,625,572 (das '572-Patent) beschrieben. Das '572-Patent beschreibt eine Zylinderpumpe für eine automatische chemische Analysevorrichtung oder dergleichen, die einen Zylinder und eine Kolbenstange umfasst. Sowohl der Zylinder als auch die Kolbenstange bestehen aus einem unbiegsamen Material. Sie sind in einer flüssigkeitsdichten Gleitberührung miteinander gekoppelt, und zwar ohne jedwedes elastische Element, wie beispielsweise einem O-Ring, der zwischen den gleitenden Berührungsflächen angeordnet ist. Da die Kolbenstange und der Zylinder in einer flüssigkeitsdichten Gleitberührung miteinander verbunden werden müssen, müssen beide mit sehr engen Toleranzen hergestellt werden. Das Herstellen der Kolbenstange und des Zylinders innerhalb sehr enger Toleranzen ist ein kostspieliger Prozess.
Das '572-Patent beschreibt die Verwendung von im Wesentlichen desselben Materials sowohl für den Zylinder als auch die Kolbenstange, um enge Toleranzen einzuhalten. Dies beschränkt die Effektivität der Zylinderpumpe, indem die Verwendung von Materialien erforderlich ist, die sowohl für eine Kolbenstange und einen Zylinder geeignet sind und nicht transparent sein dürfen. Ein Kompromiss führt dazu, dass Materialien nicht verwendet werden können, die ideal für die jeweilige Verwendung für eine Kolbenstange oder einen Zylinder geeignet sind. Das '572-Patent erfordert außerdem, dass die Berührungsflächen sowohl des Zylinders als auch der Kolbenstange so poliert sind, dass diese eine spiegelartige Oberfläche aufweisen.
Dies erschwert die Herstellung noch weiter und steigert die Kosten der Zylinderpumpe.
Ferner stellt das '572-Patent keinen Mechanismus für das Entfernen unerwünschten Fluids aus dem Bohrloch bereit. Unerwünschtes Fluid, das in dem Bohrloch gefangen ist, kann bedeutend die Genauigkeit gepumpter Volumina vermindern und negativ die Wirksamkeit der anschließenden Analyse von Proben beeinflussen.
Eine Fluidtransfervorrichtung, bei der der Außendurchmesser eines Verschiebungsstabs bzw. Verdrängungsstab (displacement rod) die Enddichtung einer Kammer in Eingriff nimmt, ist außerdem beispielsweise aus der EP 0 349 264 A bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Fluidtransfervorrichtung mit einer integrierten Endabdichtung bereit, die kostengünstig hergestellt werden kann, hochgradig genau ist und eine bedeutend längere Produktlebensdauer als bekannte Fluidtransfervorrichtungen aufweist.
Eine Fluidtransfervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Gemäß der Erfindung wird eine Fluidtransfervorrichtung für die Verwendung in einem Autosampler bzw. Probenaufnehmer bereitgestellt. Die Fluidtransfervorrichtung umfasst einen Zylinder mit integrierten Endabdichtungen, die einen Verschiebungsstab bzw. Verdrängungsstab (displacement rod) abdichten. Der Zylinder gemäß der Erfindung ist aus einem Material hergestellt, wie beispielsweise einem UHMW-Kunststoff (Ultra High Molecular Weight plastic) oder dergleichen, das ausreichend unbiegsam ist, um eine Verzerrung des Volumens auf ein Mindestmaß zu beschränken, jedoch ausreichend nachgiebig ist, um eine Abdichtung zwischen sich selbst und der Oberfläche des Verschiebungsstabs zu erzeugen. Der Zylinder weist ein erstes Abdichtungsende und ein zweites Abdichtungsende auf und ist als eine integrierte Struktur mit einem Bohrloch durch dessen zentralen Abschnitt ausgestaltet, das von einem Ende zum anderen Ende verläuft. Der Durchmesser des Bohrloches ist größer als der Durchmesser des Verschiebungsstabs. Das Bohrloch gemäß der Erfindung muss nicht irgendwelche speziellen engen Toleranzen einhalten. Der Verschiebungsstab ist aus einem unbiegsamen Material hergestellt und ist als eine Funktion des Volumens des Fluids bemaßt, das durch die Spritze verschoben bzw. verdrängt werden soll. An dem ersten Ende des Zylinders nimmt der Durchmesser der Kavität ab, bis der Durchmesser der Kavität und der Durchmesser des Verschiebungsstabs im Wesentlichen übereinstimmen, um eine Kompressionsdichtung bzw. Druckdichtung (compression seal) zwischen dem Stab und der Spritze auszubilden.
Das zweite Ende des Zylinders weist ein integriertes Verbindungsstück bzw. Anschlussstück (coupling) mit einem Außengewinde auf, das ausgestaltet ist, an Mechanismen für die Aufnahme der aufgenommenen Probe angebracht zu werden, wie beispielsweise eine Nadel oder einen Schlauch bzw. Schläuche. Wenn der Verschiebungsstab aus dem Bohrloch gezogen wird, wird eine Probe in die Fluidtransfervorrichtung eingezogen. Das Volumen der Probe, die in das Bohrloch eingezogen wird, wird im Wesentlichen dem Volumen des Verschiebungsstabs entsprechen, das aus dem Bohrloch gezogen wird. Überdies ist eine Querbohrung (cross hole) zum Entlüften von Gasblasen oder anderen unerwünschten Fluiden (z. B. übrig gebliebene vorher verwendete Flüssigkeit(en)) auf dem Verschiebungsstab an einem Punkt angeordnet, so dass diese innerhalb des Bohrloches angeordnet werden kann. Die Querbohrung ist mit einem Durchgangsweg durch das Innere des Verschiebungsstabs verbunden, der zu einer Öffnung auf der Oberfläche des Verschiebungsstabs führt, die, wenn sich der Stab in einer geeigneten Position befindet, nach außen führt. Somit kann unerwünschtes Fluid innerhalb des Bohrloches entlüftet werden, wenn die Querbohrung geeignet innerhalb der Bohrung positioniert ist und ein Fluss durch einen geringen positiven Druck bzw. Überdruck induziert wird.
In einer alternativen Ausführungsform gemäß der Erfindung wird eine differenzielle Verschiebungsausgestaltung bereitgestellt, wobei die Innendurchmesser von Dichtungen, die an extremen Enden eines Zylinders angeordnet sind, unterschiedliche Dimensionen aufweisen, um einen Verschiebungsstab mit unterschiedlichen Außendurchmesserabmessungen aufzunehmen. Der Verschiebungsstab weist zwei unterschiedliche Außendurchmesser auf, um zu ermöglichen, dass Proben mit sehr geringen Volumina eingezogen werden, ohne dass ein Verschiebungsstab mit einem nicht handhabbar kleinen Durchmesser erforderlich wäre.
Merkmale der Erfindung umfassen die Bereitstellung einer Spritze mit einer besseren Genauigkeit, geringeren Kosten und einer größeren Lebensdauer. Der gesamte Zylinderabschnitt kann als eine einstückige Struktur hergestellt werden, die eine externe Druckabdichtung aufweist, was den Herstellungsprozess vereinfacht, eine verbesserte Dichtung liefert und Geld spart. Die Spritze ist mit einem Bohrloch mit einem Innendurchmesser ausgestaltet, der nicht kritisch ist, wodurch bedeutende Kosten gespart werden und die Herstellungsschwierigkeiten vermieden werden, die mit dem Erreichen genauer Toleranzen im Zusammenhang stehen. Die Abdichtung, die durch den Verschiebungsstab und den Zylinder erzeugt wird, nutzt langsamer als bekannte Abdichtungen ab und wird wirksam durch Kompressionskräfte zurückgehalten, die kontinuierlich auf die Außenseite des Abdichtungsbereichs aufgebracht werden. Dies führt zu einer bedeutenden Verbesserung der Dichtungslebensdauer gegenüber bekannten Fluidtransfervorrichtungen. Überdies ermöglicht die vorliegende Erfindung die Verwendung einer automatischen Gasspülung. Indem das automatische Freisetzen unerwünschter Fluide aus dem Bohrloch ermöglicht wird, verbessert die vorliegende Erfindung die Genauigkeit gegenüber bekannten Vorrichtungen noch weiter.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich eingehender anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen:
1 zeigt eine Darstellung einer bekannten Autosamplerspritze.
2 zeigt eine Darstellung einer Autosamplerspritze gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Autosamplerspritze gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Darstellung einer weiteren alternativen Ausführungsform einer Autosamplerspritze gemäß der vorliegenden Erfindung, die als eine differenzielle Verschiebungsspritze ausgestaltet ist.
5 zeigt eine Darstellung einer noch weiteren alternativen Ausführungsform einer Autosamplerspritze gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Autosamplerspritze bzw. Probenaufnehmerspritze gemäß der vorliegenden Erfindung ist allgemein in 2 dargestellt. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist eine Spritze gezeigt, die einen Zylinder 30 umfasst, der ein einstückiges integrales erstes Ende 31 und ein zweites Ende 33 aufweist, sowie ein Verschiebungsstab bzw. Verdrängungsstab (displacement rod) 32. Der Zylinder 30 weist ein Bohrloch 34 durch dessen zentralen Abschnitt auf, das sich von dem ersten Ende 31 zu dem zweiten Ende 33 erstreckt. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist keine kritische Bohrungstoleranz notwendig, da die Bohrungsabdichtung keine Funktion des inneren Bohrungsdurchmessers ist, wodurch die Herstellungskosten der hier beschriebenen Spritze bedeutend verringert werden. Eine Dichtung konstanter Fläche (constant area seal) 36 ist an dem ersten Ende 31 des Zylinders 30 angeordnet. In dieser beispielhaften Ausführungsform sind die Dichtung konstanter Fläche 36 und der Zylinder 30 als eine einstückige Struktur hergestellt, was die Herstellungskosten weiter reduziert. Der Verschiebungsstab 32 ist gleitbar in dem Bohrloch 34 durch ein Loch in der Dichtung konstanter Fläche 36 eingebracht. Der Außendurchmesser des Verschiebungsstabs ist bemaßt, um schmiegsam jedoch gleitend die Dichtung konstanter Fläche 36 zu berühren, um eine im Wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung auszubilden. Somit gibt es keine Abnutzung zwischen dem Verschiebungsstab 32 und den Innenwänden des Bohrungsloches 34, da diese nicht miteinander in Berührung kommen. Der Zylinder ist in dieser beispielhaften Ausführungsform einstückig unter Verwendung von UHMW-Kunststoff (Ultra High Molecular Weight plastic) hergestellt.
Ein Anschlussstückabschnitt 38 des Verschiebungsstabs 32 verbleibt außerhalb des Zylinders 30 und weist ein Anschlussstück auf, das entweder mechanisch an dem Verschiebungsstab 32 befestigt ist oder einstückig in diesen integriert ist. Das Anschlussstück 38 ist ausgestaltet, mit einer mechanischen Betätigungseinrichtung verbunden zu werden, die von dem Instrument abhängt, in dem die Autosamplerspritze installiert wird. Die mechanische Betätigungseinrichtung bewegt, wie dies wohlbekannt ist, den Verschiebungsstab 32 in das Bohrloch 34 hinein und aus diesem heraus, um eine Probe aufzunehmen oder auszustoßen. Der Verschiebungsstab 32 weist eine Querbohrung 40 an einem Punkt auf, wo diese entweder innerhalb des Bohrloches 34 oder außerhalb der Dichtung konstanter Fläche 36 positioniert werden kann. Wenn die Querbohrung 40 außerhalb der Dichtung konstanter Fläche 36 positioniert ist, hat diese keinen Einfluss auf das Einziehen oder das Ausgeben einer Probe. Wenn die Querbohrung 40 innerhalb des Bohrlochs 34 positioniert ist, ermöglicht dies, dass unerwünschtes Fluid, das innerhalb des Bohrloches 34 gefangen ist, entlüftet wird. Unerwünschtes Fluid wird aus dem Bohrloch 34 durch einen Weg innerhalb des Verschiebungsstabs 32 zu dem Ende des Verschiebungsstabs 32 und durch ein Entlüftungsloch 42 nach außen entlüftet. Der Anschlussstückabschnitt 38 weist ein mit Graten versehenes Ende 44 oder andere Verbindungsmittel auf, so dass ein flexibler Schlauch oder eine andere Leitung angebracht werden kann, um unerwünschtes Fluid zu einem Abfallaufbewahrungsbereich (nicht dargestellt) abzuleiten.
Das zweite Ende 33 des Zylinders 30 ist als ein mit einem Gewinde versehener Vorsprung 46 für das Anbringen an bekannte Mechanismen zum Aufnehmen der aufgenommenen Probe (nicht dargestellt) ausgebildet. Der mit einem Gewinde versehene Vorsprung 46 wirkt in dieser beispielhaften Ausführungsform außerdem als eine statische Dichtung zwischen dem Zylinder 30 und dem Aufnahmemechanismus. Die statische Dichtung wird nicht ihre Integrität verlieren, wenn diese einem Erhitzen und einem Abkühlen unterzogen wird, wie dies bei der Teflonabdichtung der Fall ist, die in zahlreichen herkömmlichen Fluidtransfervorrichtungen verwendet wird, da diese einstückig ist und integral mit dem Zylinder ausgebildet ist und nicht die In-Eingriffnahme von Materialien beinhaltet, die signifikant unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
In einer alternativen Ausführungsform, wie diese immer noch in 2 dargestellt ist, wird ein C-förmiger Klemmenspaltring (split ring c-shaped clamp) 48 um die Dichtung konstanter Fläche 36 angeordnet, um die Wirksamkeit und die Langlebigkeit der Dichtung weiter zu steigern. Der C-förmige Klemmenspaltring 48 dient dazu, eine Kraft auf die Dichtung konstanter Fläche 36 auszuüben und in dem Fall von irgendeinem Verschleiß zwischen der Dichtung konstanter Fläche 36 und des Verschiebungsstabs 32 übt der C-förmige Klemmenspaltring 48 kontinuierlich von außen wirkende Kräfte auf die Dichtung konstanter Fläche aus, um eine dichtende In-Eingriffnahme zwischen der Dichtung 36 und dem Verschiebungsstab 32 beizubehalten. Diese Ausgestaltung maximiert die Zeitdauer, über die die Abdichtung beibehalten wird, bevor ein Austausch notwendig ist.
Eine weitere alternative Ausführungsform dieser Erfindung ist in 3 dargestellt. Ein Zylinder 30' und eine Abdichtung bzw. Dichtung 36' sind als eine nicht einstückige Struktur bereitgestellt. Der Zylinder 30' ist aus einem Material herge stellt, das eine hohe bzw. Steifigkeit Festigkeit aufweist, wie beispielsweise ein Metall, wie Edelstahl, oder ein Kunststoff, wie beispielsweise Polyetheretherketon (PEEK). Die Dichtung konstanter Fläche 36' ist aus Teflon oder einem anderen Material mit einem im Wesentlichen geringen Reibungskoeffizienten hergestellt. In dieser Ausführungsform ist die Dichtung konstanter Fläche 36' in anstoßender Beziehung gegen eine Oberfläche 35 des Zylinders 30' angeordnet. Die Dichtung 36' ist an das erste Ende des Zylinders 30 über einen Belleville-Dichtungsring 50' angebracht.
Ein C-förmiger Klemmenspaltring 48' kann um die Dichtung konstanter Fläche 36' angeordnet werden, um kontinuierlich von außen wirkende Kräfte bereitzustellen und die Wirksamkeit und Langlebigkeit der Dichtung 36' weiter zu steigern. Der C-förmige Klemmenspaltring 48' dient dazu, eine Kraft auf die Dichtung konstanter Fläche 36' auszuüben, so dass in dem Fall jedweder Abnutzung zwischen der Dichtung konstanter Fläche 36' und dem Verschiebungsstab 32', der C-förmige Klemmenspaltring 48' sicherstellt, dass die Dichtung beibehalten wird.
Eine immer noch weitere alternative Ausführungsform ist in 4 dargestellt. Eine differenzielle Verschiebungsausgestaltung ist gemäß der Erfindung dargestellt, die einen Zylinder 68 umfasst, der ein erstes Ende 54 und ein zweites Ende 56 aufweist, sowie einen Verschiebungsstab 64. Der Zylinder 68 weist ein Bohrloch 58 durch dessen zentralen Abschnitt auf, das sich von dem ersten Ende 54 zu dem zweiten Ende 56 erstreckt. In dieser alternativen Ausführungsform, wie in den vorstehend erwähnten Ausführungsformen, ist keine kritische Bohrtoleranz erforderlich, da das Probenvolumen nicht eine Funktion des inneren Bohrdurchmessers ist. Der Zylinder 52 weist eine erste Dichtung konstanter Fläche 60 auf, die an dem ersten Ende 54 angeordnet ist, sowie eine zweite Dichtung konstanter Fläche 62, die an dem zweiten Ende 56 angeordnet ist.
Der Verschiebungsstab 64, der einen Abschnitt 66 mit einem größeren Durchmesser und einen Abschnitt 68 mit einem kleineren Durchmesser aufweist, ist gleitbar durch eine Öffnung in der ersten Dichtung konstanter Fläche 60 und durch eine Öffnung in der zweiten Dichtung konstanter Fläche 62 eingebracht, so dass ein Teil des größeren Abschnitts 66 des Verschiebungsstabs 64 und ein Teil des kleineren Abschnitts 68 des Verschiebungsstabs 64 in den Zylinder 52 passt. Der Abschnitt 66 mit größerem Durchmesser und der Abschnitt 68 mit kleinerem Durchmesser des Verschiebungsstabs 64 erzeugt eine fluiddichte Abdichtung mit den inneren Dichtungsflächen der ersten Dichtung konstanter Fläche 60 bzw. der zweiten Dichtung konstanter Fläche 62.
Eine fluidische Verbindung 70 ist auf dem Zylinder 52 angeordnet. Die fluidische Verbindung 70 ist ausgestaltet, um mit einem Mechanismus für die Aufnahme einer aufgenommenen Probe verbunden zu werden. Wenn der Abschnitt 66 mit größerem Durchmesser des Verschiebungsstabs 64 aus dem Zylinder 52 heraus geschoben wird, dann wird eine Probe in das Bohrloch 58 durch die fluidische Verbindung 70 eingezogen. Die eingezogene Probe ist eine Funktion der Differenz der Durchmesser des Abschnitts 66 mit größerem Durchmesser und des Abschnitts 68 mit kleinerem Durchmesser des Verschiebungsstabs 64 und dem Ausmaß, mit dem der Verschiebungsstab 64 aus dem Zylinder 52 gezogen wird. Dies ermöglicht, dass Proben mit sehr geringen Volumina eingezogen werden, ohne dass ein Verschiebungsstab mit einem nicht handhabbaren kleinen Durchmesser erforderlich wäre.
Überdies können ein erster und ein zweiter C-förmiger Klemmenspaltring 72, 74 um die erste und die zweite Dichtung konstanter Fläche 60 bzw. 62 angeordnet werden, um kontinuierlich von außen wirkende Kräfte aufzubringen und die Wirksamkeit und die Langlebigkeit der Dichtungen 60, 62 weiter zu steigern. Der erste C-förmige Klemmenspaltring 72 dient dazu, eine Kraft auf die erste Dichtung konstanter Fläche 60 auszuüben, so dass im Fall irgendeiner Abnutzung zwischen der ersten Dichtung konstanter Fläche 60 und dem größeren Abschnitt 66 des Verschiebungsstabs 64 der erste C-förmige Klemmenspaltring 72 sicherstellt, dass die Dichtung 60 beibehalten wird. Der zweite C-förmige Klemmenspaltring 74 dient dazu, eine Kraft auf die zweite Dichtung konstanter Fläche 62 auszuüben, so dass im Fall irgendeiner Abnutzung zwischen der zweiten Dichtung konstanter Fläche 62 und dem kleineren Abschnitt 68 des Verschiebungsstabs 64 der zweite C-förmige Klemmenspaltring 74 sicherstellt, dass die Dichtung 62 beibehalten wird. Die Reinigungsfähigkeit bzw. Spülfähigkeit, einschließlich der in den 2 und 3 dargestellten Querbohrung (obgleich nicht in 4 dargestellt), kann ebenso implementiert werden.
Obgleich die hierin beschriebene Vorrichtung vorstehend unter Bezugnahme auf deren Verwendung in einem Autosampler dargestellt worden ist, kann diese in anderen Anwendungen verwendet werden, um Fluid zu transferieren.
Obgleich die hierin beschriebene beispielhafte Ausführungsform einen Zylinder umfasst, der aus UHMW-Kunststoff (Ultra High Molecular Weight plastic) hergestellt ist, wird der Fachmann erkennen, dass andere Materialien, die unbiegsam sind, jedoch eine Dichtung mit dem Verschiebungsstab erzeugen, verwendet werden können, wie beispielsweise PEEK oder andere inerte Materialien.
Obgleich eine hierin beschriebene Ausführungsform einen Belleville-Dichtungsring umfasst, um die Dichtung konstanter Fläche an den Zylinder anzubringen, wird der Fachmann erkennen, dass die Dichtung konstanter Fläche mittels anderer Mittel angebracht werden kann, wie beispielsweise ein Heißverkleben des Zylinders, um die Dichtung konstanter Fläche zu halten, einschließlich einer Endkappe, wie diese in 5 dargestellt ist, Verriegelungen, Hardware, zusammenpassende Gewinde oder dergleichen.
Obgleich die hierin beschriebene Vorrichtung eine oder zwei Abdichtungen bzw. Dichtungen enthält, wird der Fachmann erkennen, dass immer noch weitere Dichtungen je nach der Anwendung verwendet werden können.
Obgleich die hierin beschriebene beispielhafte Ausführungsform einen "Zylinder" mit einem darin angeordneten Verschiebungsstab umfasst, der die Probe aufnimmt, sollte man erkennen, dass andere Behältnisse bzw. Behälter mit geometrischen Ausgestaltungen verwendet werden können, die nicht zylindrisch sind. Beispielsweise kann ein Behälter mit einem rechteckigen, hexagonalen, triangularen, pentagonalen Querschnitt oder dergleichen implementiert werden, wobei das Volumen der verschobenen Probe eine Funktion der Abmessungen des Verschiebungsstabs ist. Ferner wird man erkennen, dass der Querschnitt des Verschiebungsstabs zylindrisch, rechteckig, hexagonal, triangular, pentagonal oder dergleichen sein kann.
Obgleich die Erfindung hinsichtlich beispielhafter Ausführungsformen davon dargestellt und beschrieben worden ist, können zahlreiche weitere Veränderungen, Weglassungen und Hinzufügungen hinsichtlich der Form und der Details davon daran vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Fluidtransfervorrichtung, umfassend: einen Behälter (30; 30'), der ein erstes Ende (31; 31') und ein zweites Ende (33) aufweist und aus einem im Wesentlichen unbiegsamen Material besteht, wobei der Behälter eine im Wesentlichen hohle Bohrung (34; 34') aufweist, die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende durch diesen hindurch erstreckt; eine erste Dichtung (36; 36'), die an dem ersten Ende (31; 31') angeordnet ist; eine zweite Dichtung, die an dem zweiten Ende (33) angeordnet ist; ein Verschiebungsstab (32; 32'), der gleitend durch eine Öffnung in der ersten Dichtung oder der zweiten Dichtung eingebracht ist, so dass ein Teil des Verschiebungsstabs in den Behälter (30; 30') passt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebungsstab ferner eine Querbohrung (40; 40') und einen Durchgangsweg umfasst, wobei die Querbohrung (40; 40') in der Seitenwand des Verschiebungsstabs (32; 32') angeordnet ist und innerhalb des Behälters (30; 30') positioniert werden kann, um ein unerwünschtes Fluid durch den Durchgangsweg aus dem Behälter zu entlüften.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Dichtung eine Dichtung konstanter Fläche ist, die eine innere Dichtungsfläche und eine äußere Fläche aufweist.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Verschiebungsstab (32; 32') die innere Dichtungsfläche der Dichtung konstanter Fläche berührt, während dieser durch die Dichtung konstanter Fläche in den Behälter (30; 30') hinein und aus diesem heraus geschoben wird, und eine im Wesentlichen fluiddichte Dichtung zwischen der Dichtung konstanter Fläche und dem Verschiebungsstab beibehalten wird.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Fluidprobe in der im Wesentlichen hohlen Bohrung (34; 34') als eine Funktion der Abmessungen des Verschiebungsstabs (32; 32') und der Bewegung des Verschiebungsstabs in der im Wesentlichen hohlen Bohrung aufgenommen wird.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtung konstanter Fläche und/oder der Behälter (30; 30') aus einem Material bestehen, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Teflon^®, UHMW, Edelstahl und PEEK.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine innere Fläche der Dichtung konstanter Fläche im Wesentlichen kompressibel ist und die äußere Fläche ausgestaltet ist, eine Halterung aufzunehmen, um kontinuierlich die Dichtung konstanter Fläche zu beschränken, um die innere Fläche gegenüber dem Verschiebungsstab (32; 32') abzudichten.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Halterung ein C-förmiger Klemmenspaltring (48; 48') ist.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Behälter (30; 30') und die Dichtung konstanter Fläche als eine einstückige Struktur ausgebildet sind, die aus einem im Wesentlichen unbiegsamen Material besteht.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die einstückige Struktur aus einem Material besteht, das ausgewählt ist aus UHMW und/oder PEEK.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 8, wobei eine innere Fläche und die äußere Fläche der Dichtung konstanter Fläche im Wesentlichen kompressibel sind und eine Klemme um die äußere Fläche befestigt ist, um kontinuierlich die Dichtung konstanter Fläche zu beschränken.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 10, wobei es sich bei der Klemme um einen C-förmigen Klemmenspaltring handelt.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende des Behälters (30; 30') eine statische Dichtung umfasst, die ausgestaltet ist, um mit Mechanismen für die Aufnahme einer aufgenommenen Probe verbunden zu werden.
Fluidtransfervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Ende des Behälters (30; 30') eine zweite Dichtung konstanter Fläche umfasst, die eine zweite innere Dichtungsfläche aufweist, wobei der Verschiebungsstab (32; 32') einen ersten Außendurchmesser aufweist, der ausgestaltet ist, gleitend die Dichtung konstanter Fläche in Eingriff zu nehmen, sowie einen zweiten Außendurchmesser, der ausgestaltet ist, die zweite Dichtung konstanter Fläche in Eingriff zu nehmen.