JPH11501725A - バックフラッシュ機能を備えた定積インジェクタ - Google Patents
バックフラッシュ機能を備えた定積インジェクタInfo
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Abstract
(57)【要約】
バックフラッシュ機能を備えた定積インジェクタアセンブリは、ガスクロマトグラフ内へサンプルを注入するのに便利である。このインジェクタアセンブリは、動作のサンプリングモードと、動作のインジェクションモードと、動作のバックフラッシュモードとを備えている。サンプリングモードでは、サンプルがサンプリングチャンバ(11)へ引き込まれる。インジェクションモードでは、サンプルはインジェクションチャネル内へ注入され、目的の流れへサンプルが導かれる。バックフラッシュモードでは、キャリア流体がインジェクタアセンブリを逆向きに流れる。このインジェクタアセンブリは、バックフラッシュモードでプレカラム(28)がバックフラッシュされるようにプレカラム(28)と分析カラム(20)とに接続されるように設計されている。このインジェクタアセンブリの長所には、注入する前にサンプルが加圧されることと、単一のキャリア流体の供給源を用いることが含まれる。更に、インジェクタアセンブリの流れチャネルが小型化されている。
Description
【発明の詳細な説明】
バックフラッシュ機能を備えた定積インジェクタ技術分野
本発明は、ガスクロマトグラフィで用いられるインジェクタに関し、より詳し
くは、目的の流れ内に流体のサンプルを一定の体積で注入するマイクロ加工され
たマイクロ弁インジェクタアセンブリに関する。このインジェクタアセンブリは
、インジェクタを流れる流体を逆流させる弁を含み、これによって、カラムのバ
ックフラッシュ技術によるサンプルの解析が容易となる。背景技術
ガスクロマトグラフは、化学的な混合物の解析、ガスの分離、及びプロセスの
測定及び制御のために用いられることが知られている。1つのガスクロマトグラ
フには、3つの主な構成要素が含まれており、第1構成要素は、分析カラムであ
り、サンプルの混合物の構成要素を物理的に分離するものであり、第2の構成要
素は検出器であり、分離された各々の構成要素を検出するものであり、第3の構
成要素はインジェクタであり、一定の量のサンプルを分離するために分析カラム
に導入するものである。
この検出器は、分析カラムの出口に設けられている。検出器は、サンプルの構
成要素に対応するピークを表すグラフ(クロマトグラフと呼ばれる)を出力する
。この結果は、組成の知られた較正流体のグラフと、このサンプルのグラフを比
較することによって分析される。
インジェクタは、一塊りのサンプルを分析カラムに導入する。注入時間が増加
すると、検出器によって検出されるピーク値が広がって重なり合うようになる。
従って、一塊りのサンプルは理想的には最も短い時間の間に注入される。定量分
析に対して、インジェクタは調節された量の
サンプルをプレカラム若しくは分析カラムへ導入しなければならない。ガスクロ
マトグラフに対する最も一般的な注入方法は、注射器若しくはサンプルループを
用いるものである。
公知のサンプルループインジェクタは、2位置複数ポートロータリ弁を含む。
このサンプルループには、サンプルが満たされており、同時にキャリアガスがこ
の弁内のチャネルを通して分析カラムへ流れる。この弁のロータが回転されて、
この弁が第2の位置に移動すると、この弁のチャネルの配置が再構成され、この
サンプルループがキャリアガスをこの弁を通して分析カラムへ運搬するチャネル
の一部となる。この第2の位置では、キャリアガスはサンプルループからサンプ
ルを押し流す。従って、サンプルはキャリアガスの流れと共に分析カラムへ流れ
る。
Photovac Interationalによって製造された10Sシリ
ーズのガスクロマトグラフで用いられているサンプルループには1つの変更がな
されている。4個のソレノイド弁が、サンプルを充填する間にサンプルループを
切り離し、サンプルを注入する間にサンプルループをキャリアガスの流れの中に
挿入するために用いられている。
この出願の出願人による米国特許第4,474,889号「Miniatur
e Gas Chromatograph Apparatus」(1984年
10月20日に付与された)には、小型化されたインジェクタを用いたサンプル
注入方法が記載されている。小型化されたインジェクタは、小型かつ使用に便利
なだけでなく、その注入時間は短縮されている。従って、このようなインジェク
タによって、より高い分解能が提供され、かつ高速度のクロマトグラフによる分
析が容易にされる。
米国特許第4,474,889号に開示されているインジェクタでは、「時間
的に制御された注入」方法が用いられており、注入されるサンプルの量が注入弁
が開いている時間に応じて変わる。しかしながら或る特
定の注入時間内で分析カラムへ流れ込むサンプルの量は、サンプルの粘性が高い
時には好ましくない程に減少する。従って、或る特定の分析に対応するガスクロ
マトグラフでは、得られた結果(ピーク値)が、サンプルの粘性が増加したとき
に減少することになる。
最近の例では、本件の出願人による米国特許出願第08/158,978号(
1993年11月30日に出願された)の「Fluid−Lock Fixed
Volume Injector」に、流体の粘性に関わらず一定の体積のサ
ンプルの流体を注入する小型化されたインジェクタが開示されている。
これら何れの明細書にも、「バックフラッシュ」機能は開示されていない。ガ
スクロマトグラフに関して、バックフラッシュは、通常、分析カラムに直列に接
続された「プレカラム」を流れるキャリアガスを逆流させることを表す。このプ
レカラムは、サンプルインジェクタと分析カラムとの間に配置されている。注入
されたサンプルは、はじめにプレカラム内へ流れ込み、次に分析カラムへ流れる
。実際には、幾らかの量のサンプルが分析カラムに到達した後に、プレカラムを
流れる流体の流れが反転され若しくは停止される。こうして、残りのサンプルが
プレカラム内に分離され、分析カラムに流れ込んだサンプルとは別個に処理され
る。
プレカラム内のサンプルは、通常、元々のサンプルの流れの向きと逆向きに流
れるキャリアガスによって、出口若しくは検出器へ向けてプレカラムから吐き出
される。分析カラムでのバックフラッシュも可能である。この場合、ガスクロマ
トグラフは分析カラムのみを含む。
バックフラッシュ機能を備えた幾つかの従来のクロマトグラフインジェクタで
は、サンプルとキャリアガスの流れを切り換えるためにロータリ弁の組み合わせ
が用いられている。そのようなロータリ弁は、小型化
が難しいという欠点を有する。更に、比較的大きなむだ体積と長い切り換え時間
とによって、ロータリ弁の性能が制限され。更に、シールの境界面での摩擦を原
因として、ロータリ弁は、摩耗するまでの時間が短い。
Photovacの10Sシリーズのガスクロマトグラフでは、ソレノイド弁
を用いてプレカラムでのバックフラッシュを行っている。ロータリ弁と同様に、
ソレノイド弁もその小型化が困難である。更に、ソレノイド弁は、空気の拡散と
サンプルの較正要素の汚染との影響を受けやすい。インジェクタの流れチャネル
内への空気の侵入と、弁の汚染とによって、クロマトグラフの性能が低下する。
従来のインジェクタの欠点を解消する定積バックフラッシュサンプルインジェ
クタが必要とされている。特に、小型化が容易で、サンプルの粘性の変化に影響
されず、バックフラッシュに必要とされるサンプル及びキャリアガスの流れの切
り換えを行うことのできる定積インジェクタが必要とされている。発明の開示
本発明は、バックフラッシュ機能を備えた定積インジェクタに関する。このイ
ンジェクタは、サンプルの流体の粘性の変化に影響されずに一定の体積のサンプ
ルの流体を注入する。或る実施例では、このインジェクタは、マイクロ加工され
たマイクロ弁装置からなる。このインジェクタアセンブリは、本明細書では、ガ
スクロマトグラフに用いられるインジェクタアセンブリとして説明されているが
、これは例示を意図するものであって限定を意図するものではない。
本発明のインジェクタアセンブリは、サンプリングモードと、インジェクショ
ンモードと、バックフラッシュモードとで機能する。サンプリングモードでは、
サンプルがサンプリングチャンバ内へ吸入される。インジェクションモードでは
、サンプルは注入チャネルへ注入されて、目
的の流れへ運搬される。バックフラッシュモードでは、キャリアガスの流体が、
逆向きにインジェクタアセンブリを流れる。
サンプルチャンバの一部は、注入される一定の体積のサンプルを含むように設
計されている。従って、チャンバのこの部分は「定積」部分と呼ばれる。サンプ
ル弁が一方の端部でこのサンプルチャンバに接続されており、サンプルチャンバ
への充填を行う。このサンプルチャンバはもう一方の端部で開いている。この開
いた端部は、サンプルチャンバ内にサンプルを捕獲するための手段に接続される
ようになっている。
パージ/フォアフラッシュ弁が、サンプルチャンバの定積部分の一方の端部に
接続されている。注入モードでは、パージ流体がサンプルチャンバ内へ入り、サ
ンプルを注入チャネル内へ押しやり、サンプルが目的の流れ内へ運搬される。こ
のインジェクタがガスクロマトグラフに用いられた場合、所望の流れがカラムへ
達する。
注入弁が、サンプルチャンバの定積部分のパージ/フォアフラッシュ弁とは反
対の端部に接続されている。注入モードでは、注入弁がサンプルチャンバの定積
部分から注入チャネルへサンプルを運搬する。バックフラッシュモードでは、キ
ャリアガスが注入チャネルに接続されたキャリア流体の供給源から、注入弁を通
って逆向きに流れる。
バックフラッシュ弁が、注入弁とキャリア流体の供給源との間に配置されてい
る。バックフラッシュモードでは、このバックフラッシュ弁がキャリア流体を注
入弁へ向けて運搬する。
或る実施例では、加圧弁がサンプルチャンバの開いた端部に接続されている。
この加圧弁は、注入の前に開き、サンプルチャンバ内へ供給される流体を加圧し
、サンプルを捕獲して加圧する。
即ち、サンプリングモードでは、フォアフラッシュ弁と注入弁とが閉じており
、サンプル弁とバックフラッシュ弁とが開いている。サンプル
弁を流れるサンプルガスの流れは、サンプルチャンバを通り、吸入弁とパージ/
フォアフラッシュ弁とを通って出口に達する。サンプリングの後に、サンプル弁
が閉じられ、加圧弁を切り換えることによって圧力が加えられ、サンプルが捕獲
され加圧される。
サンプルの注入(フォアフラッシュとも呼ぶ)の間、バックフラッシュ弁が閉
じられ、注入弁とパージ/フォアフラッシュ弁とが開かれ、加圧弁が切り換えら
れてサンプルチャンバを出口に接続する。パージ/フォアフラッシュ弁を通って
パージの流れがサンプルチャンバに流れ込み、このサンプルチャンバ内の定積部
分内のサンプルを注入弁を通して注入チャネルに運ぶ。即ち、サンプルチャンバ
内へ流れ込むパージの流体は、「流体ロック」を形成し、サンプルチャンバ内の
サンプルを2つの部分に分離する、即ち注入弁を通って流れる定積部分と、サン
プル出口から排気される残りの部分とに分離する。
注入チャネルは、注入弁とバックフラッシュ弁との間の点において分析カラム
の一方の端部に接続される。更に、プレカラムが、分析カラムと注入弁との間で
注入チャネル内に組み込まれる。この実施例では、注入チャネルは、プレカラム
のための空間によって隔てられた第1のセグメントと第2のセグメントとを有す
る。第1のセグメントは、注入弁の一方の端部に接続されており、第2のセグメ
ントは分析カラムの一方の端部に接続されている。
注入チャネルのセグメントの接続されていない端部は、プレカラムの端部が接
続されるようになっており、注入弁からの流体の流れが、第1のセグメントとプ
レカラムと、第2のセグメントとを通って流れ、分析カラムへ流れ込む。この構
成では、インジェクタアセンブリは、プレカラムをバックフラッシュし、同時に
分析カラムを流れる通常の順方向の流れを保持する。
バックフラッシュは、選択された成分がプレカラムを出てから後に開始される
。バックフラッシュを開始するために、パージ/フォアフラッシュ弁が閉じられ
、バックフラッシュ弁が開かれる。キャリア流体は、分析カラムへバックフラッ
シュ弁を通って流れ、分析カラム内のサンプルの成分は、分析カラムを通って検
出器へ流れる間に、更に分離される。キャリア流体もバックフラッシュ弁を通っ
て流れ、更に、プレカラム、注入弁、及びサンプルチャンバを通り、出口から放
出され、サンプルの成分をプレカラムから除去する。この実施例の変形実施例で
は、検出器がプレカラムと注入弁との間に挿入されている。この変形によって、
サンプルがバックフラッシュの間にプレカラムから洗い流される時にサンプルの
成分の検出が行われる。
本発明のインジェクタは、パージ流体、加圧流体、及びキャリア流体が共通の
流体の供給源から供給されるという利点を有する。
精度の高い分析を行うために、サンプルの温度を調節することが望ましく、そ
の理由はサンプルの温度変化が、サンプルチャンバ内の定積部分に捕獲されるサ
ンプルの量に影響を与えるからである。従って、ある実施例では、サンプルの温
度が自動温度調節器によって制御されている。
或る実施例では、インジェクタは、シリコンウェハをマイクロ加工した層を含
む複数の弁を有するマイクロ弁インジェクタアセンブリからなる。この実施例の
弁は、ダイヤフラム弁である。この実施例の変形実施例では、加熱器がマイクロ
弁の層のうちの1つの層に集積化されている。この実施例に基づけば、抵抗性ト
レース加熱器と、対応する抵抗性トレースセンサとが、1つの層の表面に形成さ
れており、マイクロ弁アセンブリとサンプルチャンバとを自動的に温度調整して
加熱する。
この発明は、プレカラムが、注入弁とバックフラッシュ弁との間を流れるサン
プルとキャリア流体とを運搬する内部チャネルに置き換えられ
た時、一つの定積インジェクタとして動作する。この実施例では、この発明はま
た、サンプルを加圧し、次にフォアフラッシュ弁とバックフラッシュ弁とを閉じ
た状態で注入弁を開くことによって、時間的に制御されたインジェクタとしても
動作する。
本発明のインジェクタは、従来のインジェクタと非常に異なるものである。特
に、本発明はインジェクタ、チャンバ内にサンプルを捕獲し加圧するために加圧
された流体を用いることによって、より再現性の高いサンプルの体積を達成して
いる。従来のインジェクタ、例えば、Photovac 10Sシリーズのイン
ジェクタは、サンプルを捕獲するために弁を用いている。更に、本発明のインジ
ェクタは、パージ流体を用いて、注入の前に一定の体積のサンプルを分離してい
る。本発明のインジェクタのこれらの特徴によって、小型化が容易となり、かつ
ロータリ弁及びソレノイド弁での問題点が解決されたインジェクタが達成される
。
更に、本発明のインジェクタは、サンプルチャンバと直接連通する3個の弁を
有し、このサンプルチャンバには、サンプルを加圧する手段と接続するための開
いた端部が設けられている。これとは対照的に、Photovacインジェクタ
では、サンプルチャンバは閉じており、2つの弁のみがこのサンプルチャンバと
直接連通している。
本発明のインジェクタは、上述された米国特許出願第08/158,978号
(1993年11月30日に出願された)の「Fluid Lock Sixe
d Volume Injector」のインジェクタとは、バックフラッシュ
弁を有する点で異なる。プレカラムのバックフラッシュを行なえるということに
加えて、このバックフラッシュ弁によって、本発明にインジェクタが選択された
圧力のキャリア流体の供給源で動作でき、一方「Fluid Lock」インジ
ェクタは、2つの異なる圧力のキャリア流体を必要とする。
上述された目的及びその他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照しな
がら行われる以下の発明の説明から明らかとなる。図面の簡単な説明
第1図は、本発明の実施例に基づくインジェクタアセンブリを含むガスクロマ
トグラフ装置の模式図であり、注入チャネルは、プレカラムを有し、1つの流体
の供給源が、パージ流体と、加圧流体と、キャリア流体とを供給する。
第2図は、本発明の他の実施例に基づくインジェクタアセンブリを含むガスク
ロマトグラフ装置の模式図であり、プレカラムの代わりに不活性チャネルが用い
られており、3個のガスの供給源が用いられている。
第3図は、第1図に対応する本発明のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェ
クタアセンブリを表している。
第4図は、第2図に対応する本発明のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェ
クタアセンブリを表している。
第5A図から第5C図は、各々、(100)シリコンにKOHエッチャントを
用いてエッチングによって設けられた溝の断面図と、(110)シリコンにエッ
チャントKOHを用いて設けられた溝の断面と、シリコンにHF−HNO3エッ
チャントを用いて形成された溝の断面を表している。
第6A図から第6B図は、各々、第3図及び第4図のマイクロ弁の構造を表す
模式図である。
第7A図から第7C図は、製造過程の間に加熱された時にインジェクタアセン
ブリの弁のダイヤフラムが隣接するパイレックス(商標)板に張り付くことを防
ぐための構造若しくは物質を含む本発明のインジェクタアセンブリの異なる実施
例を表している。発明を実施するための最良の形態
第1図は、本発明のある実施例に基づくインジェクタアセンブリを備えたガス
クロマトグラフ装置の模式図である。このガスクロマトグラフ装置はプレカラム
28と分析カラム20とを含む。プレカラム28と分析カラム20とは、通常の
キャピラリカラム若しくは同様の小径のパックされたカラムからなる。この実施
例の変形実施例では、検出器(図示されてない)がプレカラムと注入弁との間に
挿入されている。この変形によって、サンプルがバックフラッシュの間にプレカ
ラムから流し出される時に、サンプルの成分を検出することができる。
更に、このガスクロマトグラフ装置は、キャリア流体だけでなくパージ流体1
5(カラムヘッド圧力のキャリア流体)と加圧流体52(カラムヘッド圧力のキ
ャリア流体)とを供給するキャリア流体の供給源16を含む。パージ流体、加圧
流体、及びキャリア流体は、サンプルの流体及びカラムの材料に対して不活性な
、各実施例に適した流体からなる。その他の考慮される点は、各実施例で用いる
ことが容易であり、廉価であり、入手しやすいという点である。
インジェクタアセンブリ10は、破線内に含まれている。サンプルチャンバ1
1は、一方の端部でサンプル弁18によって密閉され、もう一方の端部では加圧
弁53からの加圧された流体を供給されることによって密閉されている。加圧弁
53は、サンプルチャンバを加圧流体52と、真空ポンプ若しくは出口12との
何れかに接続する切り換え弁となっている。サンプルチャンバ11は、サンプル
弁18と加圧弁53との間のサンプルを充填するために用いることのできる空間
である。
サンプルは、サンプル入り口19からガスクロマトグラフ装置へ入る。このサ
ンプルは加圧されてい、それ自身の圧力で流れてもよく、若しくは真空ポンプ1
2を用いてサンプルチャンバ11内に吸引されサンプルチャンバ11を通っても
よい。サンプルチャンバ11をサンプルで満た
した後に、サンプル弁18が閉じられる。
「ドエル時間」と呼ばれる時間が、サンプルの温度と圧力とをインジェクタア
センブリが有効に動作するように平衡させるために必要とされる。例えば、サン
プルがそれ自体の圧力でサンプルチャンバ内に導入された場合、ドエル時間は、
過剰なサンプルが真空ポンプ若しくは出口12を通ってサンプルチャンバの外に
排気されるために必要とされる。このドエル時間の長さは、サンプルチャンバの
寸法と、用いられる圧力と、本発明の各実施例に応じて変更される。
ドエル時間の終了時に、加圧弁53は、サンプルチャンバ11を加圧流体52
に連通させるように駆動される。加圧流体52は、サンプルチャンバ11内のサ
ンプルを捕獲し、このサンプルを「加圧時間」と呼ばれる時間の間、加圧流体5
2の圧力で加圧する。この加圧時間の長さは、サンプルの注入の前に、サンプル
チャンバ内のサンプルが、再生可能な温度及び圧力に達するのに必要な長さとな
っている。この加圧時間はチャンバごとに、チャネルの構造に応じて、及び加圧
流体の圧力に応じて変更される。
ドエル時間及び加圧時間の値には、本発明に基づく装置の各々の構造に応じて
適した値があり、これらの適した値は実験的に求められる。パージ/フォアフラ
ッシュ弁14と、注入弁17と、サンプル弁18と、バックフラッシュ弁26と
、加圧弁53との操作の順序及びタイミングも、同様に最適な結果を得るように
決定される。或る特定の実施例に対する動作変数の範囲にわたって(例えば、サ
ンプルの入り口での圧力の変化にわって)、最も再現性のあるサンプルの注入体
積を達成する弁の駆動順序及びタイミングが、用途に応じて選択される。弁の駆
動の順序及びタイミングと同様に、最適なドエル時間と最適な加圧時間の決定は
、当業者によって容易に行われる。
サンプルの注入を開始するために、パージ/フォアフラッシュ弁14と、注入
弁17とが開かれ、バックフラッシュ弁26が閉じられ、加圧弁53が真空ポン
プ若しくは出口12に接続される。パージ流体(この実施例ではキャリア流体か
らなる)が、パージ/フォアフラッシュ弁14から接続部22においてサンプル
チャンバ11内へ流れ込む。サンプルチャンバ11のパージ/フォアフラッシュ
弁14の開口部と注入弁17の開口部との間の部分は、このサンプルチャンバの
「定積」部分である。パージ流体の流れによって、サンプルチャンバ11の定積
部分内のサンプルが、注入弁17を通ってプレカラム28を有する注入通路へ流
れる。即ち、パージ流体の流れによって、一定の体積のサンプルの注入が行われ
る。
バックフラッシュ弁26が閉じられた状態で、パージ/フォアフラッシュ弁1
4によって注入されたパージ流体は、サンプルをカラムへ運ぶキャリア流体とし
て働く。注入されたサンプルがプレカラム28を流れる時、このサンプルが分離
される。選択されたサンプルの部分がプレカラム28を出て、接続部24を通過
した時、バックフラッシュ弁26が開き、パージ/フォアフラッシュ弁14が閉
じられる。
バックフラッシュ弁が開く前に接続部24を通過したサンプルの部分は、分析
のための分析カラム20へ流れ、この分析カラム20でこのサンプルの部分は分
離され、分析カラム20から外へ出るときに検出器21によって検出される。プ
レカラム28に残ったサンプルの部分は、バックフラッシュ弁26から注入時と
は逆の向きで、プレカラム28を流れるキャリア流体によってプレカラムから流
し出される。
通常、バックフラッシュのための切り換え時間は実験的に決定される。サンプ
ルの部分の所望の分離を達成するための時間を求めるために様々な時間について
実験が行われ、結果として得られたクロマトグラフが検
査される。しかしながら、プレカラムと分析カラムとの間に更に非破壊的検出器
を組み込むことも可能である。そのような検出器の出力が、いつサンプルの部分
がプレカラムから出たかを求め、バックフラッシュのための切り換え時間の適切
な値を求めるために用いられる。
この実施例では、通常のキャリア流体の供給源16がインジェクタアセンブリ
10に接続されて、「カラムヘッド圧力」に調整されたキャリア流体の一定の圧
力が提供される。インジェクタアセンブリ10のチャネルは、供給源16からの
キャリア流体をパージ/フォアフラッシュ弁14へ運び、パージ流体15を供給
する。キャリア流体の供給源16は、また、加圧弁53にも接続されており、加
圧流体52を供給する。
更に、キャリア流体の供給源16は、流れ制限要素27を通ってバックフラッ
シュ弁26へ流れるキャリア流体をも供給する。流れ制限要素27は、プレカラ
ム28の圧力をカラムヘッド圧力以下に低減し、注入の間に、パージ流体の圧力
が、サンプルチャンバ11の定積部分内のサンプルをプレカラム28へ移動させ
るために十分な値となるようにする。流れ制限要素27は所望に応じて用いられ
る。しかしながら、この流れ制限要素27が用いられない場合、プレカラム28
の圧力は、注入の前に、例えば、注入弁17を開く前に、バックフラッシュ弁2
6を閉じて、注入弁17の下流側にあるキャリア流体を、ディテクタ21を通し
て排気することによって、低減されなければならない。プレカラム28の圧力が
、サンプルチャンバ若しくはパージ流体の圧力よりも高い場合、プレカラム28
の過剰な圧力によって、サンプルチャンバ11への流れが形成され、サンプルが
不必要に移動されることになる。或る実施例に対して、「パージ」シーケンスが
、インジェクタを動作状態に置く前に、若しくは「ウォームアップ」手続きの一
部として、分析動作の間に望まれない流体若しくは捕獲された物質を除去するた
めの流体の通路の洗浄
のために必要とされる。このパージ/クリアシーケンスには、適切な順番で適切
な弁を開き、インジェクタ内の1つの若しくは複数の選択された流体通路をパー
ジする過程が含まれている。例えば、パージ/フォアフラッシュ弁を、ウォーム
アップ手順の間にキャリア流体をインジェクタアセンブリを通して流すための十
分な時間に亘って開いて、捕獲された空気を排気することが望ましい。
代わりに、バックフラッシュ弁と注入弁とが開かれて、注入弁とサンプルチャ
ンバから残留したサンプルを除去して、サンプルの繰り越し量を低減し、較正流
体の汚染を低減する。当業者には、本明細書の記載から特定の流体の通路を洗浄
するための適当なパージ/クリアシーケンスを決定することは容易である。
サンプルは、サンプリングの間に14、17、22、及び23を通して引き込
まれない。これらの「非運搬」若しくは「デット」の内部体積は、サンプルチャ
ンバの定積部分の一部なので、このような内部体積はできるだけ小さくなければ
ならない。従って、インジェクタアセンブリ10の性能は、14と22との間の
内部体積と、17と23との間の内部体積と、24と26との間の内部体積とを
最小にすることにより改善される。22と53との間の内部体積と、18と23
との間の内部体積とを最小にすることもまた、インジェクタアセンブリを小型化
することを容易にし、より高速の動作を可能とし、かつ一回の注入に必要とされ
るサンプルの量を最小にするためにも有効である。
弁14と、17と、26とは、14と22との間の内部体積と、17と23と
の間の内部体積と、24と26との間の内部体積とを最小にするために、T型弁
であることが好ましい。パージ/フォアフラッシュ弁14が、例えば、T型弁で
ある時、パージ/フォアフラッシュ弁14の貫通チャネルは、サンプルチャンバ
14に接続されて、このサンプルチ
ャンバ11の一部分を構成する。パージ/フォアフラッシュ弁14の分岐された
チャネルは、パージ流体15に連通されている。パージ/フォアフラッシュ弁1
4が開かれている時、パージ流体15はパージ/フォアフラッシュ弁14の分岐
されたチャネルから、パージ/フォアフラッシュ弁14の貫通チャネルへ流れ込
み、サンプルチャンバ11内の2つの向きに(23と53に向かって)拡がる。
上述された実施例によって、プレカラムのバックフラッシュが可能となる。し
かしながら、分析カラムのバックフラッシュもまた可能である。この実施例では
、図1のプレカラム28が、分析カラムに置き換えられて、分析カラム20が接
続部24と検出器21との間の内部チャネルに置き換えられる。実施例のこの変
更によって、検出器が分析カラムと注入弁との間に挿入され、サンプルがバック
フラッシュの間に分析カラムから流し出された時に、サンプルの成分を検出する
ことができる。
第2図は、本発明の他の実施例に基づくインジェクタアセンブリを備えたガス
クロマトグラフ装置の模式図である。インジェクタアセンブリ10は、破線内に
含まれている。第2図の実施例は、第1図の実施例とは2つの点で異なる。第1
に、第2図の実施例はパージ流体15と、加圧流体52と、キャリア流体16と
のために、別個の供給源を用いている。
実際には、各供給源の圧力は概ね等しくてもよい。しかしながら、パージ流体
の圧力は、キャリア流体の圧力よりも高く、かつ加圧流体の圧力よりも高いこと
が最適である。用いられる圧力が、弁の動作の順番とタイミングとに影響を及ぼ
す。当業者は、最適な動作のための適切な圧力を実験により求めることができる
。
別個の供給源15、16、及び52を用いることにより、パージ流体15、加
圧流体52、及びキャリア流体16の「圧力プログラミング」
が可能となる。即ち、これらの流体の圧力を、選択された順番で低減及び増加す
ることができる。代わりに、パージ流体15と加圧流体52とキャリア16との
組合せが、互いに独立して制御されて変えられるようにプログラムされてもよい
。適切な圧力プログラム若しくは流体の組合せのプログラムが、インジェクタア
センブリとこのインジェクタアセンブリを用いている装置との性能を向上させる
ために行われる。
第1図と第2図に示された実施例の第2の相違点は、第1図のプレカラム28
が第2図では注入弁17と接続部24との間の不活性チャネルに置き換えられて
いるということである。この実施例は、プレカラムのバックフラッシュ機能を有
さない定積インジェクタアセンブリとして動作する。第2図の実施例の動作は、
第1の実施例の動作と概ね等しいが、注入動作が短く、かつ注入弁が注入後にサ
ンプルを解析する間閉じられているという点で異なる。
第3図及び第4図は、2つの異なるマイクロ加工されたマイクロ弁インジェク
タアセンブリの実施例を表している。これらの実施例は、弁は、マイクロ加工さ
れたダイヤフラム弁からなることが好ましい。この弁のダイヤフラムが圧力にさ
らされたとき、ダイヤフラム弁は閉じる。ダイヤフラムに加えられた圧力が解除
されたとき、この弁が開く。この弁のダイヤフラムに加えられた制御圧力は、制
御されている流体の流れの圧力よりも高くなければならず、ダイヤフラムが、制
御されている流体の圧力に対して適切に密閉されるようになっている。
第3図及び第4図では、本発明に基づくインジェクタアセンブリに用いられる
ウェハ300が、通常のシリコンのマイクロ加工及びパッケージ技術とは異なら
ない方法を用いて、シリコンウェハからマイクロ加工される。簡単に記載すれば
、ウェハ300は公知の集積回路製造方法と同様の一連の酸化過程、フォトリソ
グラフィ過程、及びエッチング過程
によって製造される。等方性及び異方性シリコンエッチングを用いて、非常に小
さい体積の孔と、狭いウェルと、溝とがシリコンウェハの上に正確に形成されて
、小型化された弁座とキャピラリチャネルとが形成される。
シリコンの結晶の方向と、使用されるエッチャントなどによって、断面の異な
るいくつかの溝が形成される。水酸化カリウムなどの異方性エッチャントによっ
て、第5A図に例示されたような(100)方向のシリコンにV型の溝が形成さ
れる。「V」の寸法は、シリコン内の結晶の平面によって決定される。V型の壁
が接する部分の狭い溝に対して、酸化エッチングマスク内の開口部の幅(W)に
よって、溝の深さが正確に制御される。(110)方向のシリコンでは、若しく
は(100)シリコンのある結晶の方向に沿った場合では、KOHが、第5B図
に例示されているような垂直な壁の溝を形成する。
しかしながら、異方性エッチングの欠点は、溝が特定の結晶の結晶軸に沿って
いる場合にのみ所望の形状の溝が形成され、しかも四角い隅のみが形成され、一
方円形などの隅は形成できないということである。フッ化水素と硝酸の混合物(
HF−HNO3)が、等方性シリコンエッチャントとして用いられて、第5C図
に示された溝が形成される。このエッチャントは、ほぼ四角形の溝(丸い隅を有
する)を形成し、しかもウェハの任意の方向の溝を形成でき、円形の弁座をも形
成することができる。
ウェハ300がマイクロ加工された後、ウェハ300はいくつかの他の層の間
に挟まれ、その様子が第6A図及び第6B図に表されている。不撓性層がウェハ
300に接着され、ウェハ300のエッチングによって形成された溝を密閉し、
マイクロチャネルを形成する(従ってこの不撓性の層は、ウェハの「マイクロチ
ャネルの側面」に配置される)。弁
304、307、308、及び310(第3図及び第4図に例示された)として
動作する可撓性層が、ウェハ300のもう一方の側面(弁座側)に接着される。
もう1つの不撓性の層がこの可撓性材料の層に接着される。即ち、形成された「
サンドイッチ構造」は4つの層、即ち不撓性層505と、シリコンウェハ300
と、可撓性層508と、不撓性層510とからなる。ウェハ300は、マイクロ
チャネルと弁座とが異なる面に形成されているが、マイクロチャネルと弁座が、
ウェハ300の同じ面に形成されてもよい。
ある実施例では、パイレックス(商標)ガラスシートが不撓性層として用いら
れ、可撓性層としてデュポン社の製造したカプトン(Kapton)(3つの層
、即ち、テフロン(商標)とポリイミドと、テフロン(商標)とからなるシート
)が用いられる。パイレックス(商標)は、「アノードボンディング」と呼ばれ
る方法を用いてウェハ300のマイクロチャネルの側面に接着される。カプトン
及びその他のパイレックス(商標)が、加圧及び加熱されることによって接着さ
れる。カプトンは、加熱されたときに接着性を帯び、従ってウェハ300とパイ
レックス(商標)とに接着される。
この加圧及び加熱方法が用いられた場合、インジェクタアセンブリは、弁のダ
イヤフラムを構成するカプトンの層の部分が、加熱されたときに隣接するパイレ
ックス(商標)に接着されることを防止するための構造若しくは物質を含む。カ
プトンの層のこの部分は、弁のダイヤフラムとして機能するように自由に動くも
のでなければならない。第7A図は、本発明の実施例の変形実施例を表しており
、インジェクタアセンブリは、スペーサ層701を含み、このスペーサ層701
は、パイレックス板510とカプトン層(インジェクタの可撓性層508を形成
する、以下カプトン可撓性層508と呼ぶ)との間のカプトン層(以下、カプト
ンス
ペーサ層701と呼ぶ)である。
カプトンスペーサ層701は、各弁座703に対して1つの孔702を有する
。この孔は、通常、弁座703と同じ寸法及び形状を有する。各孔702は、カ
プトン可撓性層701が、弁座703の上の領域でパイレックス板510から十
分に隔てられて、カプトン可撓性層701のこの領域が加熱されたときにパイレ
ックス板510に接着されないように、対応する弁差703と整合している。
第7B図は、この実施例の変形実施例を表しており、この変形実施例では、加
熱及び加圧によって製造されたインジェクタアセンブリは、スペーサ層を必要と
しないものである。その代わり、各弁座703に対して1つのウェル710が、
カプトン可撓性層508に面するパイレックス板510の表面にエッチングによ
って形成されている。各ウェル710は、対応する弁座703と等しい直径を有
し、対応する弁座703と整合している。ウェル710は、ウェル710に隣接
するカプトン可撓性層08の領域が、加熱されたときにパイレックス板510に
接着されることを防止するように十分な深さを有するものでなければならない。
0.076mm(0.003インチ)の深さが十分な結果をもたらす。パイレッ
クスをエッチングするための任意の公知の方法が、ウェルを形成するために用い
られてもよい。
第7C図には、この実施例の他の変形実施例が表されており、パイレックス板
510とカプトン可撓性層508との間には、「抗粘着性の」物質が塗布されて
、ダイヤフラムを形成するカプトン可撓性層508の領域(領域720のような
)が、加熱されたときにパイレックス板510に接着しないようにされている。
カプトン可撓性層508の接着を防止する物質は、逆に、パイレックス板10に
塗布されてもよい。他の実施例では、インジェクタアセンブリは、不撓性層51
0をカプトン可撓
性層508に連結し、可撓性層508をウェハ300に連結するために接着剤を
用いている。この製造方法では、分離した領域内の不撓性層510と可撓性層5
08との間に接着剤は塗布されず(第7C図)、可撓性層508の隣接した領域
が弁のダイヤフラムを形成する。
インジェクタアセンブリへの及びインジェクタアセンブリからのガスの運搬は
、不撓性層の孔を通して行われ、及びある場合には、可撓性層を通して行われる
。より詳しくは、不撓性層505(第6A図)は、ポート304、309、31
2、及び314(第3図)を接続する管を収容する孔を含む。不撓性層510は
、ポート301、303、及び306に接続する管を収容する孔を有する。可撓
性層508の孔によって、ガスが、ウェハ300と、ポート301、303、及
び306を接続する不撓性層510内の管との間を通過するようになる。スクリ
ーン若しくはフィルタが、ポート301、303、及び306を接続する可撓性
層508の孔内に設けられて、堆積物がインジェクタアセンブリに入ることを防
止してもよい。不撓性層510もまた、ダイヤフラム弁を駆動するための加圧流
体を運搬するポート511(第6A図)のようなポートを含む。
ガスをインジェクタアセンブリの外側に運搬するための管が、パイレックス板
の孔内に通常接着されている。この管は、ステンレス鋼などの適切な材料から形
成される。この管は、任意の適切な接着剤を用いてパイレックス板に接着される
。紫外線硬化接着剤が良好な結果をもたらす。例えば、不撓性層が金属からなる
場合などには、半田付けなどのその他の方法を用いることもできる。
第3図は、第1図に例示された実施例に対応するマイクロ加工されたマイクロ
弁インジェクタアセンブリを表している。第3図は、第1図のインジェクタ10
の構成要素に、更にガス出口(基準)を加えて表して
いる。第3図は、4個の弁座(パージ/フォアフラッシュ弁304と、注入弁3
07と、サンプル弁308と、バックフラッシュ弁310)と、チャネル1−8
、311、及び313が、上述された通常の方法でシリコンウェハ300に形成
されている。弁304、307、308、及び310は、第1図の弁14、17
、18、及び26に各々対応している。
第6A図及び第6B図は、マイクロ弁307と308の構造を表す斜視図であ
る。各マイクロ弁では、弁座が、環状の凹部501と、中心凹部502と、凹部
501と502との間の環状リッジ503とを含む。可撓性層508が、ウェハ
300の弁座に向けて加圧され、弁のダイヤフラムを構成している。不撓性層5
10が、可撓性ダイヤフラム508に向けて加圧され、不撓性層505が、ウェ
ハ300のマイクロチャネル側に接着されて、ウェハ300のマイクロ加工され
た溝を密閉する。
各弁を開閉するために可撓性ダイヤフラムに力を加える制御圧力が、プレート
510のポート511を通して可撓性ダイヤフラムと連通している。オリフィス
が、ウェハ300のマイクロチャネル側に形成された1つ若しくは複数のチャネ
ルと連通する中心凹部502の中心に形成されている。少なくとも1つの貫通孔
が、マイクロチャネル側にエッチングによって形成されたチャネルと連通する環
状凹部501内に形成されている。圧力がポート511を通して加えられたとき
、ダイヤフラムはオリフィスを密閉する環状リッジ503に着座する。圧力が解
除されたとき、ガスが、オリフィスに接続されたチャネルと、凹部501の貫通
孔に接続されたチャネルとの間のオリフィスを通って流れる。
注入弁307に対して、第6A図に例示されているように、チャネル2が、ウ
ェハ300のマイクロチャネル側の弁のオリフィス506aでチャネル3と接続
している。孔507aは、注入弁307をチャネル5に接続している。即ち、注
入弁307が開いたとき、チャネル5がチャ
ネル2及び3と接続される。パージ/フォアフラッシュ弁304とバックフラッ
シュ弁310の構造は、注入弁307と概ね等しいが、ウェハ300のマイクロ
チャネル側の各弁のオリフィスで接続するチャネルの形状及び向きが異なる。
サンプル弁308において、第6B図に例示されているように、弁のオリフィ
ス506bは、ウェハ300のマイクロチャネル側のチャネル3と連通し、孔0
7bはチャネル4と連通している。サンプリングの間、サンプル弁308は開い
ているとき、サンプルは孔507bを通して、弁のオリフィス506bへ流れ、
次にチャネル3と、チャネル2と、チャネル1とを通してポート301から外に
出る。他の構造のマイクロ弁も可能であることは、当業者には容易に思い至る。
本発明のある実施例では、各マイクロ弁のダイヤフラムが、ヘリウムガスによ
って加圧され、弁を閉じる。ヘリウムガスの圧力が解除されたとき、ダイヤフラ
ムが弛緩して弁を開く。各マイクロ弁のダイヤフラムに加えられたヘリウムガス
の圧力は、対応する通常の電気制御式のソレノイド弁(図示されていない)によ
って制御される。一般的に、約80から約100psiの範囲のヘリウムの圧力
が、この実施例のダイヤフラム弁を制御するのに適している。
第3図では、サンプルの供給源が、入口ポート303でチャネル4に接続され
ている。ポート301を加圧弁53(図示されていない)に接続するチャネル1
、2、及び3と、管及び導管(図示されていない)とが、サンプルチャンバを構
成する。パージ/フォアフラッシュ弁304のオリフィスから注入弁307のオ
リフィスまでのチャネル2の体積は、プレカラムに注入されるサンプルの一定の
体積に対応している。
管が、キャリア流体の供給源(図示されていない)からポート306へキャリ
ア流体を運搬する。このキャリア流体の供給源は、入口ポート
306に入る安定した一定のヘッド圧力のキャリア流体を供給する。ある実施例
では、キャリア流体の圧力は、ポート36で約20psiである。チャネル7は
、入口ポート306とバックフラッシュ弁310との間のキャリア流体の流れを
制限する。この流れの制限によって、チャネル7を流れ出るキャリア流体の圧力
を低減するだけでなく、チャネル7への出口での圧力変化に対する、チャネル7
を流れる流体の感度が低減される。
バックフラッシュ弁310が、チャネル311若しくは313を介してプレカ
ラムに接続されている。プレカラムの一方の端部は、ポート314でチャネル3
13に(またはポート312でチャネル311に)接続されている。プレカラム
のもう一方の端部は、ポート309でチャネル5に接続されており、このチャネ
ル5は注入弁307に接続されている。分析カラムは、ポート312を介してチ
ャネル311に接続されてもよい(若しくはポート314でチャネル313に接
続されてもよい)。
キャリア流体の供給源はまた、加圧流体とパージ流体をも供給する。管(図示
されていない)は、加圧流体とキャリア流体を加圧弁(図示されていない)に運
搬し、チャネル6はパージ/キャリア流体をパージ/フォアフラッシュ弁304
に運搬する。更に、所望に応じて設けられる基準キャリア流体の流れが、ポート
305でインジェクタアセンブリから出る。チャネル8は、この流れが、入力ポ
ート306がポート305から出ることを制限し、チャネル8を流れる流体の、
チャネル8の出口での圧力変化に対する感度を低減させる。次に、基準キャリア
の流れが、熱伝導性の検出器(第1図及び第2図では検出器21として表されて
いる)を通る。基準キャリアの流れが必要とされない場合、ポート50とチャネ
ル8は必要とされない。
サンプルを加圧することもでき、その場合、サンプルはそれ自体の圧
力でサンプルチャンバへ流れ込む。代わりに、サンプルは、ポート301に接続
された真空ポンプを用いて、サンプルチャンバ内に吸い込まれてもよい。この場
合、サンプルは、ポート303からポート301へ、チャネル4と、サンプル弁
308と、チャネル3、2、及び1とを介して吸い込まれる。サンプルがサンプ
ルチャンバ内に充填された後、サンプルは、予め決められたドエル時間の間に平
衡状態にされる。ある実施例では、このドエル時間は約140ミリ秒である。
次に、サンプルチャンバ内のこのサンプルが、キャリア流体をポート306か
ら供給するキャリア流体の供給源を用いて、選択された加圧時間に亘って加圧さ
れる。ある実施例では、この加圧時間は、約340ミリ秒である。加圧された後
に、パージ/フォアフラッシュ弁304と注入弁307とが開き、バックフラッ
シュ弁310が閉じる。パージ/キャリア流体は、パージ/フォアフラッシュ弁
304のオリフィスを通り、チャネル2とチャネル1へ流れ込む。キャリア流体
のチャネル1への流入によって、チャネル2内のサンプルが、開いた注入弁30
7と、チャネル5とに流れ込み、かつプレカラムへ流れ込む。
第4図は、第2図の実施例に対応するマイクロ加工されたマイクロ弁インジェ
クタアセンブリである。この実施例では、プレカラムへ接続するための構成要素
は、注入弁307をバックフラッシュ弁310へ直接接続するチャネル315に
置き換えられている。第4図は、第2図のインジェクタアセンブリ10の構成要
素に加えて、流れ制御要素と、基準ガス出口とを表している。
第3図及び第4図に例示された1つのマイクロ加工されたシリコーン内の実施
例の重要な特徴のおおよその寸法は以下の通りである。ウェハ300は、19m
m(0.75インチ)から25.4mm(1.0インチ)の直径を有し、0.3
mm(0.012インチ)の厚みを有する。
ダイヤフラム弁304、307、308、及び310の弁座は、2.5mm(0
.1インチ)の直径を有する。
チャネル1−6及び315の幅は、各々、1mm、0.4mm、0.1mm、
1mm、0.2mm、0.4mm、及び0.2mmである。各チャネルの深さは
0.06mmである。チャネルの断面の形状は長方形である。チャネル2の体積
は約2マイクロリットルである。注入されるサンプルの一定の体積は、チャネル
2の体積に直接関連するので、注入されるサンプルの固定された一定の体積は、
チャネル2の長さ、幅及び深さに応じて変化する。チャネル7及び8は、V型の
断面を有し、0.04mmの深さと、0.08mmの上部の開口部の長さを有す
る。
弁307と308との間の距離と、弁304と307との間の距離(第3図及
び第4図では、各々AとBとして表されている)は、各々、3.45mm(0.
136インチ)と、15mm(0.591インチ)である。インジェクタアセン
ブリへの及びインジェクタアセンブリからのガスの運搬を行うための管の直径は
、0.5mm(0.020インチ)から0.7mm(0.028インチ)であり
、管の肉厚は0.13mm(0.005インチ)である。可撓性層は、0.07
6mm(0.003インチ)の厚みのデュポン社のカプトンであり、これは、0
.013mm(0.0005インチ)のテフロンと、0.05mm(0.002
インチ)のポリイミドと、0.013mm(0.0005インチ)のテフロンか
らなる。不撓性層は、1.3mm(0.050インチ)の厚みのパイレックス板
からなる。
上述したように、チャンバ内のサンプルの温度の再現性は、精度の高い分析に
とって望ましいものであり、その理由は、サンプルチャンバ内のガスのモル数が
、ガスの温度(絶対温度)に反比例して変化するからである。例えば、ガスクロ
マトグラフィーでは、較正の間のサンプルチ
ャンバの定積部分内の較正ガスの温度と、それに続く分析の間のサンプルチャン
バ内のサンプルの温度との間の3℃の温度差の差が、サンプルの結果の1%の誤
差をもたらす(理想気体の方程式PV=nRTに基づく)。
この問題を解決するため、本発明のある実施例は、第1図及び第1図に例示さ
れたヒータ25を含む。ヒータ25は、サンプルチャンバ11内のサンプルを加
熱して、予め決められた温度にする。即ち、サンプルチャンバ11内のサンプル
は所望の温度に繰り返し加熱される。更に、加圧弁によって、サンプル圧力の制
御が可能となる。サンプルの温度及び圧力を正確に制御できることにより、サン
プルが気体の場合に特に利用価値が高くなり、その理由は繰り返される動作サイ
クルの間に分析カラムに注入されるサンプルガスのモル数が等しくなることが確
実となり、高い精度の分析が行われるからである。
ある実施例では、ヒータは、インジェクタ内に一体的に形成されて、インジェ
クタアセンブリを加熱して温度を自動調節する。第3図及び第4図に例示された
マイクロ加工された実施例では、ヒータは、チャネル2の付近のインジェクタア
センブリの不撓性層510(第6A図及び第6B図)の表面に形成された抵抗性
金属トレース(ヒータトレース)を有する。調節された電流が、このトレースを
流れ、インジェクタアセンブリを加熱する。パイレックスガラス板に形成された
ニッケルトレースも良好な結果をもたらす。その他の抵抗性金属トレース(セン
サトレース)が、ヒータトレースに隣接して形成されている。センサトレースの
抵抗値が、公知の方法によってインジェクタの温度を検出して求めるために用い
られる。この抵抗性金属トレースは、一定の温度を保持するように従来の方法に
よって制御される。
他の実施例では、ヒータは、2つのカプトンの層に挟まれた金属製ヒ
ータトレースと金属製温度検出トレースとを含む1つの層を有する。このタイプ
のヒータは、Minco,Inc.から販売されている。このヒータには、ウェ
ハ300に隣接する側面とは反対の不撓性層505(第6A図及び第6B図)に
接着剤で取り付けられている。
ある実施例では、サンプルの入口管と、サンプルの入口管がインジェクタアセ
ンブリに接続されるポートとが、別個に制御された抵抗性加熱器によって温度制
御されるように加熱されている。例えば、肉厚の薄い金属製の入口管が、直接電
流を流すことによって抵抗加熱される。入口ポートは、その周りに巻かれた抵抗
ワイヤのコイルによって加熱される。このタイプの加熱法に関する更に詳しい説
明は、継続中の本件出願人による米国特許出願第08/159,185号(19
93年11月30日に出願された)の「Heated−Zone Gas Ch
romatograph」に説明されている。
インジェクタアセンブリの温度制御を改善するために、インジェクタアセンブ
リは、熱的絶縁性のポッティング材料316(第3図)でくるまれていてもよい
。ガラスのマイクロバルーンを備えたシリコーンポッティングの混合物は、良好
な熱的絶縁性を提供し、インジェクタアセンブリに機械的な強度を与える。この
混合物は、標準的な方法によって、準備されかつインジェクタアセンブリをくる
むために用いられる。簡単に説明すれば、ガラスのマイクロバルーン(70μm
の直径、Fiber,Glast Developments, Inc.)は
、透明なシリコーンのポッティング樹脂(RTV 615、General E
lectric Company)と1対1の体積比で混合されている。
本発明は、特定の実施例について説明されかつ例示されてきたが、この説明は
例示を意図するものであって限定を意図するものではない。異なる変形及び変更
及び改良が、本発明の技術的視点を逸脱せずに行える。
本発明の技術的視点は添付の請求の範囲によってのみ定義される。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.一定の体積の第1の流体を注入するためのインジェクタアセンブリであって 、 前記第1の流体を収容するサンプルチャンバであって、一定の体積を画定する 部分と、前記第1の流体を捕獲するための手段に接続されるようになっている開 口とを有する、前記サンプルチャンバと、 前記サンプルチャンバに前記開口部とは反対側の端部で接続された第1の弁で あって、前記サンプルチャンバへ第1の流体の供給源からの前記第1の流体を運 搬する、前記第1の弁と、 前記一定の体積の部分の一方の端部で前記サンプルチャンバに接続された第2 の弁であって、前記サンプルチャンバへ第2の流体の供給源からの第2の流体を 運搬する、前記第2の弁と、 前記第2の弁とは反対側の前記一定の体積の部分の端部で前記サンプルチャン バに接続された第3の弁であって、動作の注入モードでは、前記第3の弁が、前 記一定の体積の部分からの前記第1の流体を注入チャネルへ運搬し、動作のバッ クフラッシュモードでは、前記第3の弁が、前記注入チャネルに接続された第3 の流体の供給源からの第3の流体を前記サンプルチャンバへ運搬する、前記第3 の弁と、 前記注入チャネルと前記第3の流体の供給源との間に接続された第4の弁とを 有することを特徴とするインジェクタアセンブリ。 2.前記第1の流体を捕獲する手段が、 第4の流体の供給源に前記サンプルチャンバを接続して、前記第4の供給源か らの流体が前記第1の流体を予め決められた圧力に加圧する、第4の弁を有する ことを特徴とする請求項1に記載のインジェクタアセンブリ。 3.前記第5の弁が、 前記サンプルチャンバを通して前記第1の流体を吸引するための真空源に前記 サンプルチャンバを接続するようになっていることを特徴とする請求項2に記載 のインジェクタアセンブリ。 4.前記注入チャネルが、 第1のカラムの一方の端部を、前記第3の弁と前記第4の弁との間の第1の接 続点で接続するようになっていることを特徴とする請求項1に記載のインジェク タアセンブリ。 5.前記注入チャネルが、前記第1の接続点と前記第3の弁との間に検出器を収 容するようになっていることを特徴とする請求項4に記載のインジェクタアセン ブリ。 6.前記注入チャネルが、互いに空間によって隔てられた第1のセグメントと第 2のセグメントを有し、 前記第1のセグメントは、その一方の端部で前記第3の弁に接続され、もう一 方の端部は接続されておらず、 前記第2のセグメントは、その一方の端部で前記接続点に接続され、もう一方 の端部は、接続されておらず、 前記各々の接続されていない端部は、第2のカラムの一方の端部に接続される ようになっていることを特徴とする請求項4に記載のインジェクタアセンブリ。 7.前記注入チャネルが、前記第2のカラムと前記第3の弁との間に検出器を収 容するようになっていることを特徴とする請求項6に記載のインジェクタアセン ブリ。 8.流れ制限要素が、前記第3の流体の供給弁と前記第4の弁との間に配置され ていることを特徴とする請求項1に記載のインジェクタアセンブリ。 9.前記第2、第3、及び第4の弁が、T型弁からなることを特徴とす る請求項1に記載のインジェクタアセンブリ。 10.前記サンプルチャンバの前記一定の体積の部分に熱的に接続されて、前記 一定の体積の部分に捕獲された任意の前記第1の流体を予め決められた温度まで 加熱するための加熱器を更に有することを特徴とする請求項1に記載のインジェ クタアセンブリ。 11.一定の体積の第1の流体を注入するための、マイクロ加工されたマイクロ 弁インジェクタアセンブリであって、 2つの側面を備えたウェハ状の基板と、 前記基板の一方の側面に形成された前記第1の流体を収容するためのサンプル 溝であって、前記サンプル溝の一部が、一定の体積を画定し、前記サンプル溝が 、前記第1の流体を捕獲するための手段に接続される開口端部を有する、前記サ ンプル溝と、 前記開口端部とは反対側の前記サンプル溝の端部で前記サンプル溝に接続され た第1の弁であって、前記第1の弁が、前記サンプル溝へ第1流体の供給源から の前記第1の流体を運搬する、前記第1の弁と、 前記一定の体積の部分の一方の端部で前記サンプル溝に接続された第2の弁で あって、前記第2の弁が、前記サンプル溝へ第2の流体の供給源からの第2の流 体を運搬する、前記第2の弁と、 前記第2の弁とは反対側の前記一定の体積の部分の端部で、前記サンプル溝に 接続された第3の弁であって、動作の注入モードでは、前記第3の弁が、前記一 定の体積の部分から前記第1の流体を注入溝へ運搬し、動作のバックフラッシュ モードでは、前記第3の弁が、前記注入溝に接続された前記第3の流体の供給源 からの第3の流体を前記サンプル溝へ運搬する、前記第3の弁と、 前記注入溝と、前記第3の流体の供給源との間に接続された第4の弁であって 、前記第4の弁が、前記第4の弁を通して前記第3の流体の供 給源からの流体を運搬し、前記弁の全てが、前記基板に形成された弁座を有する 、前記第4の弁と、 前記サンプル溝及び前記注入溝が形成された前記基板の部分の上に設けられた 第1の不撓性層であって、前記サンプル溝と前記注入溝とを各々形成する、前記 第1の不撓性層と、 前記弁座の各々の上に設けられて、前記各弁のダイヤフラムとして働く、第2 の可撓性層とを有することを特徴とするマイクロ加工されたマイクロ弁インジェ クタアセンブリ。 12.前記弁の全てが、前記サンプル溝と前記注入溝とが反対側の前記基板の側 面に形成された弁座を有することを特徴とする請求項11に記載のマイクロ加工 されたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 13.第3の不撓性層が、前記第2の可撓性層の上に設けられており、前記第2 の可撓性層が、前記基板と前記第3の不撓性層との間に配置されていることを特 徴とする請求項11に記載のマイクロ加工それたマイクロ弁インジェクタアセン ブリ。 14.前記第1の流体を捕獲する前記手段が、前記サンプルチャネルを第4の流 体の供給源に接続するようになっている第5の弁を有し、 前記第4の流体の供給源からの流体の流れが、前記第1の流体を予め決められ た圧力まで加圧することを特徴とする請求項11に記載のマイクロ加工されたマ イクロ弁インジェクタアセンブリ。 15.前記第5の弁が、更に、前記サンプルチャネルを介して前記第1の流体を 吸引するための真空源に前記サンプルチャネルを接続するようになっていること を特徴とする請求項14に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェクタア センブリ。 16.前記注入チャネルが、前記第3の弁と前記第4の弁との間の第1の接続点 で、前記第1のカラムの一方の端部に接続されるようになって いることを特徴とする請求項11に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁インジ ェクタアセンブリ。 17.前記注入チャネルが、前記第1の接続点と前記第3の弁との間に検出器を 収容するようになっていることを特徴とする請求項16に記載のマイクロ加工さ れたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 18.前記注入チャネルが、互いに空間によって隔てられた第1のセグメントと 第2のセグメントとを有し、 前記第1のセグメントが、前記第3の弁にその一方の端部で接続されそのもう 一方の端部が接続されておらず、 前記第2のセグメントが、前記接続点にその一方の端部で接続されており、も う一方の端部が接続されておらず、 前記各々の接続されていない端部が、第2のカラムの一方の端部に接続される ようになっていることを特徴とする請求項16に記載のマイクロ加工されたマイ クロ弁インジェクタアセンブリ。 16.前記注入チャネルが、前記第2のカラムと前記第3の弁との間で検出器を 収容するようになっていることを特徴とする請求項18に記載のマイクロ加工さ れたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 20.流れ制限要素が、前記第3の流体の供給源と前記第4の弁との間に配置さ れていることを特徴する請求項11に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁イン ジェクタアセンブリ。 21.前記第2の、第3の、及び第4の弁が、T型弁からなることを特徴とする 請求項11に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 22.前記サンプルチャネルの前記一定の体積の部分と熱的に接続されて、前記 一定の体積の部分内に捕獲された任意の第1の流体を予め決められた温度まで加 熱する加熱器を更に有することを特徴とする請求項1 1に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 23.前記サンプルチャネルの前記一定の体積の部分と熱的に接続された前記加 熱器が、前記第3の不撓性層内に組み込まれていることを特徴とする請求項13 に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 24.前記加熱器が、前記層の内の1つの表面に配置された第1の抵抗性トレー スを有することを特徴とする請求項22に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁 インジェクタアセンブリ。 25.第2の抵抗性トレースが、前記層の内の1つの表面に設けられて、前記サ ンプルチャネルの前記一定の体積の部分内の前記第1の流体の温度を間接的に検 出することを特徴とする請求項24に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁イン ジェクタアセンブリ。 26.前記サンプルチャネルの前記一定の体積の部分と熱的に接続された前記加 熱器が、前記層の内の1つに取り付けられており、 前記加熱器が、可撓性材料の2つの層の間に設けられた加熱トレースと温度検 出トレースとを有することを特徴とする請求項11に記載のマイクロ加工された マイクロ弁インジェクタアセンブリ。 27.熱的絶縁性のポッティング材料内にくるまれていることを特徴とする請求 項11に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 28.一定の体積の第1の流体を注入するためのマイクロ加工されたマイクロ弁 インジェクタアセンブリであって、 2つの側面を備えたウエハ状の基板と、 前記基板の1つの側面に形成された前記流体を収容するサンプル溝であって、 前記サンプル溝の一部が一定の体積を画定し、前記サンプル溝が、前記第1の流 体を捕獲するための手段に接続されるようになってい る開口端部を有する、前記サンプル溝と、 前記開口端部とは反対の前記サンプル溝の端部で前記サンプル溝に接続された 第1の弁であって、前記第1の弁が、第1の流体の供給源からの前記第1の流体 を前記サンプル溝へ運搬する、前記第1の弁と、 前記一定の体積の部分の一方の端部で前記サンプル溝に接続された第2の弁で あって、前記第2の弁が、第2の流体の供給源からの第2の流体を前記サンプル 溝へ運搬する、前記第2の弁と、 前記第2の弁とは反対側の前記一定の体積の部分の端部で前記サンプル溝に接 続された第3の弁であって、動作の注入モードの時、前記第3の弁が、前記一定 の体積の部分からの前記第1の流体を、前記基板の前記サンプル溝が形成されて いる側面に形成された注入溝へ運搬し、動作のバックフラッシュモードの時、前 記第3の弁が、前記注入溝に接続された第3の流体の供給源からの第3の流体を 、前記サンプル溝へ運搬する、前記第3の弁と、 前記注入溝と前記第3の流体の供給源との間の第4の弁であって、前記第4の 弁が、前記第3の流体の供給源からの流体を前記第4の弁を通して運搬し、前記 弁の全てが、前記基板の前記サンプル溝及び前記注入溝が形成された側面と反対 側の側面に形成されている、前記第4の弁と、 前記サンプル溝及び前記注入溝が形成された前記基板の部分を覆って、サンプ ル溝及び注入溝を形成する第1の不撓性層であって、前記注入チャネルが、前記 第3の弁と前記第4の弁との間の第1の接続点で第1のカラムの一方の端部に接 続されるようになっており、前記注入溝が、互いに空間によって隔てられた第1 のセグメントと第2のセグメントとを有し、前記第1のセグメントが前記第3の 弁に接続された一方の端部と、接続されていないもう一方の端部とを有し、前記 第2のセグメントが前記第1の接続点に接続された一方の端部と、接続されてい ないもう一方 の端部とを有し、前記接続されていない端部の各々が、第2のカラムの一方の端 部に接続されるようになっている、第1の不撓性層と、 弁座が形成された前記基板の部分を覆って、各弁のダイヤフラムとして働く第 2の可撓性層とを有することを特徴とするマイクロ加工されたマイクロ弁インジ ェクタアセンブリ。 29.第3の不撓性層が、前記第2の可撓性層を覆って、前記第2可撓性層が、 前記基板と前記第3の不撓性層との間に配置されることを特徴とする請求項28 に記載のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 30.前記サンプルチャネルの前記一定の体積の部分に熱的に接続されて、前記 一定の体積の部分内に捕獲された任意の第1の流体を予め決められた温度へ加熱 する加熱器を更に有することを特徴とする請求項28に記載のマイクロ加工され たマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 31.バックフラッシュを用いたガスクロマトグラフィによって第1の流体を分 析する方法であって、 インジェクタアセンブリのサンプルチャンバ内に前記第1の流体を導入する過 程と、 前記サンプルチャンバに第2の加圧された流体を供給して、前記サンプルチャ ンバ内の前記第1の流体を捕獲し、前記第1の流体を予め決められた圧力に加圧 する過程と、 前記サンプルチャンバに第3の加圧された流体を供給し、予め決められた体積 の前記第1の流体を前記サンプルチャンバの外へ出し、第1のコラム内へ入れる ことによって、前記第1の流体の構成要素を分離する過程と、 前記第1の流体の前記分離された構成要素を検出する過程と、 予め選択された時間の後に、前記第1のカラムに第4の加圧された流 体を供給し、前記第1のカラムの流体の流れを反転させる過程とを有することを 特徴とする分析する方法。 32.前記第1のカラムから出た前記第1の流体を第2のカラムへ入れる過程を 更に有し、 前記第4の加圧された流体が供給された時に、前記第2のカラムを流れる流体 の方向が、前記第3の加圧された流体と等しく、前記第1のカラムを流れる流体 の向きが、反転することを特徴とする請求項31に記載の方法。 33.前記サンプルチャンバの前記一定の体積の部分内の前記第1の流体を、前 記第3の加圧された流体を供給する前に、予め決められた温度へ加熱する過程を 更に有することを特徴する請求項31に記載の方法。 34.前記第1のカラムを流れる流体の向きが反転している間に前記第1のカラ ムから前記第1の流体が出た時に、前記第1の流体の構成要素を検出する過程を 更に有することを特徴とする請求項31に記載の方法。 35.前記サンプルチャネルの前記一定の体積の部分に熱的に接続された前記加 熱器が、前記層の1つ内に組み込まれていることを特徴とする請求項22に記載 のマイクロ加工されたマイクロ弁インジェクタアセンブリ。 36.予め決められた体積の第1の流体を分析するガスクロマトグラフ装置であ って、 一定の体積を画定する部分を備えた、前記第1の流体を収容するサンプルチャ ンバであって、前記第1の流体を捕獲するための手段に接続されるようになって いる開口端部を備えた、前記サンプルチャンバと、 前記開口端部とは反対の前記サンプルチャネルの端部で前記サンプルチャンバ に接続された第1の弁であって、第1の流体の供給源からの前記第1の流体を前 記サンプルチャンバ内へ運搬する、前記第1の弁と、 前記一定の体積の部分の一方の端部で前記サンプルチャンバと接続された第2 の弁であって、前記第2の弁が、第2の流体の供給源からの第2の流体を前記サ ンプルチャンバへ運搬する、前記第2の弁と、 前記第2の弁とは反対側の前記一定の体積の部分の端部で前記サンプルチャン バに接続された第3の弁と、 各々が第1及び第2の端部を備えた第1及び第2のセグメントを有する注入チ ャネルであって、前記第1のセグメントの前記第1の端部が、前記第3の弁に接 続されており、前記第2のセグメントの前記第2の端部が、接続点を画定し、動 作の注入モードの時、前記第3の弁が、前記一定の体積の部分から前記第1の流 体を前記注入チャネルへ運搬し、動作のバックフラッシュモードの時、前記第3 の弁が前記サンプルチャンバ内の第3の流体を、第3の流体の供給源から前記接 続点において前記注入チャネル内へ運搬する、前記注入チャネルと、 前記接続点と前記第3の流体の供給源との間の第4の弁と、 一方の端部で前記第1の注入チャネルの前記第2の端部に接続され、もう一方 の端部で前記第2の注入チャネルのセグメントの前記第1の端部に接続された、 プレカラムであって、前記プレカラムが、動作の前記バックフラッシュモードで バックフラッシュされる、前記プレカラムと、 一方の端部で前記接続点において前記注入チャネルに接続された分析カラムと を有することを特徴するガスクロマトグラフ装置。 37.前記第1及び第3の流体の供給源として働く1つの流体の供給源を有する ことを特徴とする請求項36に記載のガスクロマトグラフ装置。 38.前記第1の流体を捕獲するための前記手段が、 前記サンプルチャンバを第4の流体の供給源に接続するようにされた第5の弁 を有し、 前記第4の流体の供給源からの流体が、前記第1の流体を予め決めら れた圧力に加圧し、 前記第2の、第3の、及び第4の流体の供給源として働く1つの流体の供給源 を更に有することを特徴とする請求項37に記載のガスクロマトグラフ装置。 39.一定の体積の第1の流体を分析するためのガスクロマトグラフ装置であっ て、 2つの側面を備えたウェハ状の基板と、 前記基板の一方の側面に形成された前記第1の流体を収容するためのサンプル 溝であって、前記サンプル溝の一部が前記一定の体積を画定し、前記サンプル溝 が、前記第1の流体を捕獲するための手段に接続される開口端部を有する、前記 サンプル溝と、 前記開口端部とは反対側の前記サンプル溝の端部で前記サンプル溝に接続され た第1の弁であって、前記第1の弁が、第1の流体の供給源からの前記第1の流 体を前記サンプル溝へ運搬する、前記第1の弁と、 前記一定の体積の部分の一方の端部で、前記サンプル溝に接続された第2の弁 であって、前記第2の弁が、第2の流体の供給源からの第2の流体を前記サンプ ル溝へ運搬する、前記第2の弁と、 前記第2の弁と反対側の前記一定の体積の部分の端部で前記サンプル溝に接続 された第3の弁と、 各々が第1及び第2の端部を備えた第1及び第2のセグメントを有する注入溝 であって、前記第1のセグメントの前記第1の端部が、前記第3の弁に接続され ており、前記第2のセグメントの前記第2の端部が、接続点を画定し、動作の注 入モードの時、前記第3の弁が、前記一定の体積の部分から第1の流体を前記注 入溝へ運搬し、動作のバックフラッシュモードの時、前記第3の弁が、前記接続 点で前記注入溝に接続された第3の流体の供給源からの第3の流体を前記サンプ ル溝へ運搬する、 前記注入溝と、 前記接続点と前記第3の流体の供給源との間の第4の弁であって、前記第4の 弁が、前記第4の弁を通して前記第3の流体の供給源から流体を運搬し、前記弁 の全てが前記基板の弁座が形成された側面に設けられている、前記第4の弁と、 前記サンプル溝及び前記注入溝が形成された前記基板の部分を覆い、サンプル チャネル及び注入チャネルを形成する第1の不撓性層と、 前記弁座の各々を覆い、各弁のダイヤフラムとして働く第2の可撓性層と、 前記第1の注入チャネルのセグメントの前記第2の端部に接続された一方の端 部と、前記注入チャネルのセグメントの前記第1の端部に接続されたもう一方の 端部とを備えたプレカラムであって、前記プレカラムが動作の前記バックフラッ シュモードの時にバックフラッシュされる、前記プレカラムと、 一方の端部で前記接続点において前記注入チャネルと接続された分析カラムと を有することを特徴するガスクロマトグラフ装置。 40.前記第2及び第3の流体の供給源として働く一つの流体の供給源を有する ことを特徴とする請求項39に記載のガスクロマトグラフ装置。 41.前記第1の流体を捕獲するための前記手段が、前記サンプルチャネルを第 4の流体の供給源に接続するようになっており、前記第4の流体の供給源からの 流体が、前記第1の流体を予め決められた圧力に加圧し、 前記第2の、第3の、及び第4の流体の供給源として働く一つの流体の供給源 を更に有することを特徴とする請求項40に記載のガスクロマトグラフ装置。 42.前記第2の弁が、前記サンプルチャンバに、前記サンプルチャン バの前記開いた端部の近傍であって、前記第1の弁から離れている前記一定の体 積の部分の端部で接続されいることを特徴とする請求項1に記載のインジェクタ アセンブリ。 43.前記第2の弁が、前記サンプルチャンバに、前記サンプルチャンバの前記 開いた端部の近傍であって前記第1の弁から離れている前記一定の体積の部分の 端部で接続されていることを特徴とする請求項11に記載のインジェクタアセン ブリ。
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