用于弹性偏置毛细管以液密连接到流体导管的接头.pdf

一种用于提供毛细管(202)与流体组件(30)的流体导管(204)之间的流体连接的接头(200)，该接头(200)包括：阳性部分(240)和用于与阳性部分(240)连接的阴性部分(250)，其中阳性部分(240)包括：带有配置为用于容纳毛细管(202)的毛细管容纳处(212)的外壳(252)，其中被容纳于毛细管容纳处(212)中的毛细管(202)的一部分被套筒(214)在周向覆盖；至少部分安置在外壳(252)中的弹性偏置机构(206)，该弹性偏置机构(206)配置为用于向阴性部分(250)偏置毛细管(202)并且被套筒(214)支撑；以及至少部分安置在外壳(252)中且配置为用于将毛细管(202)锁定到接头(200)的锁定机构(208)。

权利要求书
1.  一种用于提供毛细管(202)与流体组件(30)的流体导管(204)之间的流体连接的接头(200)，所述接头(200)包括：阳性部分(240)和用于与阳性部分(240)连接的阴性部分(250)，该阳性部分(240)包括：
外壳(252)，带有配置为用于容纳毛细管(202)的毛细管容纳处(212)，其中容纳于毛细管容纳处(212)中的毛细管(202)的一部分被套筒(214)在周向覆盖；
弹性偏置机构(206)，至少部分地安置在外壳(252)中，该弹性偏置机构(206)配置为用于向阴性部分(250)偏置毛细管(202)并且被套筒(214)支撑；以及
锁定机构(208)，至少部分地安置在外壳(252)中且配置为用于将毛细管(202)锁定到接头(200)。

2.  如权利要求1所述的接头(200)，其中所述弹性偏置机构(206)由套筒(214)的环状法兰面(254)支撑，特别是套筒(214)后侧的环状法兰面(254)。

3.  如权利要求1或2所述的接头(200)，其中所述锁定机构(208)配置为用于将毛细管(202)锁定在套筒(214)的环状法兰面(254)，特别是套筒(214)后侧的环状法兰面(254)。

4.  如权利要求1到3的任一个所述的接头(200)，其中所述弹性偏置机构(206)被安装成向前地向着阴性部分(250)挤压套筒(214)。

5.  如权利要求1到4的任一个所述的接头(200)，其中所述弹性偏置机构(206)被支撑在套筒(214)和外壳(252)后侧的邻接面(256)之间。

6.  如权利要求1到5的任一个所述的接头(200)，其中所述弹性偏置机构(206)包括弹簧。

7.  如权利要求1到6的任一个所述的接头(200)，其中所述弹性偏置机构(206)包括机械弹簧。

8.  如权利要求7所述的接头(200)，其中所述机械弹簧(206)包括由螺旋形弹簧、碟形弹簧和片形弹簧组成的集合中的一个。

9.  如权利要求1到8的任一个所述的接头(200)，其中所述弹性偏置机构(206)包括磁性弹簧。

10.  如权利要求9所述的接头(200)，其中所述磁性弹簧包括第一磁性元件(300)和第二磁性元件(302)，所述第一磁性元件和所述第二磁性元件被配置为相互吸引或排斥并被安装为相对彼此可移动的。

11.  如权利要求10所述的接头(200)，其中所述第一磁性元件(300)安装在阳性部分(240)的外壳(252)内的固定位置，而第二磁性元件(302)可移动地安装在外壳(252)内，以便向套筒(214)施加偏置力。

12.  如权利要求1到11的任一个所述的接头(200)，其中所述弹性偏置机构(206)包括基于流体的弹簧。

13.  如权利要求12所述的接头(200)，其中所述基于流体的弹簧包括由液压弹簧和气动弹簧，特别是气压弹簧，组成的集合中的一个。

14.  如权利要求1到13的任一个所述的接头(200)，其中所述阳性部分(240)包括夹圈(208)，所述夹圈在轴向处于所述弹性偏置机构(206)和所述套筒(214)之间，所述夹圈(208)被成形为将所述弹性偏置机构(206)施加的轴向偏置力部分地转化为施加到被套筒(214)包围的毛细管(202)的径向夹紧力。

15.  如权利要求1到13的任一个所述的接头(200)，
其中所述弹性偏置机构(206)包括固定到所述外壳(252)的第一磁性元件(300)和可移动地安装在所述毛细管容纳处(212)内且吸引所述第一磁性元件(300)的第二磁性元件(302)；
其中所述阳性部分(240)包括夹圈(208)，所述夹圈在轴向上处于两方之间，其中一方为所述第二磁性元件(302)，另一方为所述第一磁性元件(300)和所述套筒(214)，并且所述夹圈(208)被成形为将相吸的磁性元件(300、302)所施加的轴向偏置力部分地转化为施加到被套筒(214)包围的毛细管(202)的径向夹紧力。

16.  如权利要求15所述的接头(200)，其中所述夹圈(208)具有逐渐变细的后部(277)和逐渐变宽的前部(279)，所述逐渐变细的后部(277)配置为用于在从所述阳性部分(240)的后端插入时使毛细管(202)沿所述毛细管容纳处(212)对中，而所述逐渐变宽的前部(279)配置为用于在把所述毛细管(202)推进到所述套筒(214)的后端穿过所述逐渐变细的后部(277)并进入所述逐渐变宽的前部(279)的程度时，将所述毛细管(202)锁定到所述接头(200)。

17.  如权利要求1到13的任一个所述的接头(200)，
其中所述弹性偏置机构(206)包括第一磁性元件(300)和第二磁性元件(302)，所述第一磁性元件可移动地安装或固定到所述外壳(252)，所述第二磁性元件可移动地安装在所述毛细管容纳处(212)中且排斥所述第一磁性元件(300)；
其中所述阳性部分(240)包括附接到所述第二磁性元件(302)的前法兰面的夹圈(208)，所述第二磁性元件(302)的前法兰面与面对所述第一磁性元件(300)的所述第二磁性元件(302)的后表面相反，所述夹圈(208)能够被锁定到所述套筒(214)。

18.  如权利要求17所述的接头(200)，其中所述夹圈(208)具有支撑环(400)和多个横梁(402)，这些横梁从所述支撑环(400)向内伸出，用于在与所述套筒(214)相互作用时弯曲。

19.  如权利要求1到13的任一个所述的接头(200)，其中所述弹性偏置机构(206)和所述锁定机构(208)一体地形成单一组件(500)，特别是注入模制组件。

20.  如权利要求19所述的接头(200)，其中所述单一组件(500)具有用于容纳所述毛细管(202)的轴向内腔，具有轴向切口(502)和用于提供弹簧特性的多个径向切口(504)，具有用于邻接所述套筒(214)的环状后法兰(254)的环状前法兰(506)，且具有用于锁定到所述外壳(252)的环状凹陷(512)的环状突出(510)。

21.  如权利要求1到20的任一个所述的接头(200)，其中所述阳性部分(240)包括环帽(260)，所述环帽(260)插入所述外壳(252)的 所述毛细管容纳处(212)的后部并被配置为用于防止所述弹性偏置机构(206)脱离所述毛细管容纳处(212)，特别是啮合所述弹性偏置机构(206)的后端。

22.  如权利要求1到21的任一个所述的接头(200)，其中所述毛细管容纳处(212)在所述外壳(252)的中部具有颈(293)，所述颈(293)连接所述毛细管容纳处(212)的较宽后部(291)和较宽前部(295)。

23.  如权利要求22所述的接头(200)，其中所述较宽后部(291)容纳至少部分所述弹性偏置机构(206)和至少部分所述锁定机构(208)。

24.  如权利要求22或23所述的接头(200)，其中所述阳性部分(240)包括：
容纳于所述较宽前部(295)中的夹盘(262)；以及
套圈(264)，邻接于所述夹盘(262)，部分地容纳于所述较宽前部(295)并且伸出所述较宽前部(295)，所述套圈(264)配置为在连接所述阳性部分(240)与所述阴性部分(250)时密封地邻接所述阴性部分(250)的密封表面。

25.  如权利要求24所述的接头(200)，其中所述套圈(264)具有容纳于所述较宽前部(295)中的管状后侧部分，且具有伸出所述较宽前部(295)的逐渐变细的前侧部分。

26.  如权利要求1到25的任一个所述的接头(200)，其中所述阳性部分(240)包括第一连接元件(266)，特别是外部螺纹，并且所述阴性部分(250)包括第二连接元件(268)，特别是内部螺纹，所述第二连接元件(268)配置为对应于所述第一连接元件(266)，使得所述第一连接元件(266)与所述第二连接元件(268)可连接形成所述阳性部分(240)与所述阴性部分(250)之间的连接，特别是螺纹连接。

27.  如权利要求1到26的任一个所述的接头(200)，其中所述锁定机构(208)被配置为使得所述毛细管(202)到所述接头(200)的锁定能够通过经由所述阳性部分(240)的后侧施加用于从所述毛细管容纳处(212)移除所述毛细管(202)的锁定释放力而被释放。

28.  一种用于引导流体样本的流体设备(10)，所述流体设备(10)包括：
具有流体导管(204)的流体组件(30)；
毛细管(202)；以及
如权利要求1到27的任一个所述的接头(200)，当所述毛细管(202)容纳于所述接头(200)中时，且当所述流体组件(30)的所述流体导管(204)连接到所述接头(200)或形成所述接头(200)的一部分以引导流体样本通过所述流体设备(10)时，所述接头(200)用于提供所述毛细管(202)与所述流体组件(30)的所述流体导管(204)之间的流体连接。

29.  如权利要求28所述的流体设备(10)，其中容纳于所述毛细管容纳处(212)中的所述毛细管(202)部分的一部分被套筒(214)在周向覆盖，特别是与所述毛细管(202)一体形成的管状套筒(214)。

30.  如权利要求28或29所述的流体设备(10)，其中所述流体组件(30)包括配置为用于处理所述流体样本的处理元件。

31.  如权利要求30所述的流体设备(10)，其中所述处理元件(30)配置为用于保留作为流动相的一部分的所述流体样本，且允许流动相的其他组分通过所述处理元件(30)。

32.  如权利要求30或31所述的流体设备(10)，其中所述处理元件(30)是分离柱。

33.  如权利要求30到32的任一个所述的流体设备(10)，其中所述处理元件(30)包括用于分离所述流体样本的组分的色谱柱。

34.  如权利要求28到33的任一个所述的流体设备(10)，所述流体设备(10)配置为在高压下引导所述流体样本通过所述流体导管(204)和所述毛细管(202)。

35.  如权利要求28到34的任一个所述的流体设备(10)，所述流体设备(10)配置为在至少100巴，特别是至少500巴，更特别是至少1000巴的压力下，引导所述流体样本通过所述流体导管(204)和所述毛细管(202)。

36.  如权利要求28到35的任一个所述的流体设备(10)，所述流体设备(10)配置为用于分离所述流体样本的化合物的流体分离系统。

37.  如权利要求28到36的任一个所述的流体设备(10)，所述流体设备(10)配置为色谱设备，特别是液相色谱设备或气相色谱设备，更特别是HPLC。

38.  如权利要求28到37的任一个所述的流体设备(10)，所述流体设备(10)配置为由以下各项组成的集合中的至少一个：传感器设备；用于化学、生物和/或药学分析的设备；以及凝胶电泳设备。

39.  如权利要求28到38的任一个所述的流体设备(10)，所述流体设备(10)配置为微流体设备或纳流体设备。

40.  一种用于通过包括阳性部分(240)和阴性部分(250)的接头(200)来提供毛细管(202)与流体组件(30)的流体导管(204)之间的流体连接的方法，所述方法包括：
在所述阳性部分(240)的外壳(252)内的毛细管容纳处(212)中容纳所述毛细管(202)，其中容纳于所述毛细管容纳处(212)中的所述毛细管(202)的一部分被套筒(214)在周向覆盖；
通过所述阳性部分(240)的锁定机构(208)把所述毛细管(202)锁定到所述接头(200)，所述锁定机构(208)至少部分地安置在所述外壳(252)中；以及
连接所述阳性部分(240)和所述阴性部分(250)，从而在所述毛细管(202)与所述流体导管(204)之间形成液密连接，所述流体导管(204)形成所述阴性部分(250)的一部分或流体连接到所述阴性部分(250)，其中所述毛细管(202)被由所述套筒(214)支撑的所述阳性部分(240)的弹性偏置机构(206)向所述阴性部分(250)弹性偏置，所述弹性偏置机构(206)至少部分地安置在所述外壳(252)中。

41.  如权利要求40所述的方法，其中所述方法包括：通过用户施加锁定力来从所述阳性部分(240)的后侧将所述毛细管(202)插入所述毛细管容纳处(212)中，直到所述毛细管(202)锁定到所述接头(200)。

42.  如权利要求40或41所述的方法，其中所述方法包括：通过用户 克服把所述毛细管(202)锁定到所述接头(200)的锁定释放力，来经由所述阳性部分(240)的后侧从所述毛细管容纳处(212)移除所述毛细管(202)。

43.  如权利要求41和42所述的方法，其中所述锁定释放力高于所述锁定力。

说明书用于弹性偏置毛细管以液密连接到流体导管的接头
背景技术
本发明涉及流体连接(fluidically coupling)的流体组件，特别是在高效液相色谱应用中。
在液相色谱法中，流体样本(流动相)可借助泵力通过导管和包含能够分离流体分析物不同组分的材料(固定相)的柱。这一材料，即所谓的颗粒，它可包含硅胶，可填充到通过导管与其他元素(例如采样单元、流动池、包含样本和/或缓冲液的容器)相连接的柱中。
流动相的流动路径通常包含多个连接在一起的独立组件，这些独立组件还可能由独立的子组件组成。由于多数HPLC应用中采用高压，因此需要对流动路径内及沿流动路径的组件进行压力密封。密封也应提供小的死体积和低残留。
所谓接头(fitting)是这样的流体组件：它能够提供毛细管和另一个流体导管(例如另一个毛细管或基质内的通道或类似物)之间的密封连接。
US 4991883公开了一种用于连接分别具有第一孔径和第二孔径的第一导管和第二导管以提供第一孔径和第二孔径之间的连通的装置。该装置包括附接到第一导管的基底和附接到基底的盖帽。跟随器可滑动地配置在盖帽内并设有通道，第二导管延伸通过通道。第二导管上安装套圈，该套圈具有第一端和第二端。跟随器向套圈的第一端受到偏置。第一导管中的第一孔径具有截头圆锥形的表面，该表面规定了套圈的安装构造，套圈具有从横剖面看是圆形的部分。当通过偏置弹簧的作用迫使套圈的第二端进入安装构造时，套圈与规定了安装构造的截头圆锥形表面基本上以线接触方式接合。
US 5234235公开了一种用于连接分别具有第一孔径和第二孔径的第一导管和第二导管以为温度广泛变化的高温操作提供第一孔径和第二孔径之 间的连通的装置，导管可以为毛细管柱。单片熔融石英密封元件能够可移除地插入基底的密封室中，该密封室可由钢或其他金属构成。该单片熔融石英密封元件可以是圆柱形且具有截头圆锥形的表面，这些表面规定第一和第二安装构造。由第一和第二石英弹簧偏置的第一和第二可滑动跟随器分别向第一和第二套圈施加压力，以便分别在第一和第二安装构造以及第一和第二导管之间进行密封。
US 6193286公开了一种接头，该接头提供了在管子与阴性接头之间建立结合的、具有低死体积且不使用工具的方法。该接头由压入阴性接头中以自动去除死体积的管状构件组成。管状构件被弹簧以保持管状构件抵抗预期压力的适当张力压入接头。接头还由两片式螺母组件构成。前向螺母压缩套圈以产生高压密封。后向螺母附接到前向螺母并为弹簧提供压缩和支撑方式。
US 6494500公开了一种用于要求接头与连接器之间的液密且无渗漏密封的高压液相色谱(HPLC)柱的通用自调整高压液体连接器。该装置提供HPLC端接头的末端与端帽之间的液密密封，从而消除了连接区域内任何潜在的死体积。该装置包括：主体、固定套圈、可替换套圈、置于主体内的阀杆和可滑动地安装在延伸穿过连接器的毛细管上的偏置弹簧。该弹簧将连接器的毛细管偏置到HPLC端接头中，自调整并保持足以保证液密密封的压力，无论与之匹配的HPLC柱的HPLC管限位器或套圈限位器的深度如何。
但是，随着操作压力值的进一步增加，对于流体测量设备的流体组件的密封性能及机械稳定性的需求也随之增加。同时，用户需要快速简单的操作这样的接头。
发明内容
本发明的一个目的是为流体设备提供操作简单的高效密封流体组件。该目的由独立权利要求解决。进一步的实施例由从属权利要求示出。
根据本发明示例性实施例，提供了用于提供毛细管与流体组件的流体导管之间的流体连接的接头，该接头包括阳性部分和用于连接阳性部分的 阴性部分，其中阳性部分包括带有配置为用于容纳毛细管的毛细管容纳处的外壳，其中容纳于毛细管容纳处中的毛细管的一部分被套筒在周向覆盖(特别是容纳于毛细管容纳处中的毛细管部分只有一部分被套筒在周向覆盖，而容纳于毛细管容纳处中的毛细管部分的剩余部分可以没有套筒)，至少部分地安置在外壳中的弹性偏置机构，其配置为用于向阴性部分偏置毛细管且被(或依靠)套筒支撑(特别是直接地支撑，即二者之间没有中间构件，或间接地支撑，即通过中间构件，例如二者之间的夹圈)；以及至少部分地安置在外壳中且配置为用于将毛细管锁定到接头(例如，提供形状配合和/或摩擦配合；毛细管可直接锁定到锁定机构自身)的锁定机构(例如，插销或卡扣机构)。
根据另一示例性实施例，提供了用于引导流体样本的流体设备，其中流体设备包括：具有流体导管的流体组件；毛细管；以及具有上述特征的接头，当毛细管容纳于接头中时，且流体组件的流体导管连接到或形成部分接头以用于引导流体样本通过流体设备时，该接头用于提供毛细管与流体组件的流体导管之间的流体连接。
根据另一示例性实施例，提供了用于通过包括阳性部分和阴性部分的接头来提供毛细管与流体组件的流体导管之间的流体连接的方法，其中该方法包括：容纳毛细管于阳性部分的外壳内的毛细管容纳处中，其中容纳于毛细管容纳处中的毛细管的一部分被套筒在周向覆盖；通过至少部分安置在外壳中的阳性部分的锁定机构将毛细管锁定到接头；以及连接阳性部分和阴性部分，从而形成毛细管与形成部分或流体连接阴性部分的流体导管之间的液密连接，其中毛细管被由套筒支撑的阳性部分的弹性偏置机构向阴性部分弹性偏置，该弹性偏置机构至少部分安置在外壳中。
在本申请的上下文中，术语“弹性偏置机构”可特别表示提供前向偏置力且具有弹性行为的机构。弹性是材料或部件在引起其形变的压力或力不再施加后返回到其原来形状或配置的物理特性。这样的形变可以是弹性偏置机构的固有形变，例如螺旋形弹簧的压缩导致螺旋形弹簧倾向于返回到其不受力状态(在此示例中，在形变的过程中能量储存在弹性偏置机构中)。但是，这样的形变也可以是弹性偏置机构的个体之间的相对运动， 例如，两个磁性元件之间的相对运动导致磁性元件倾向于返回到磁性元件之间具有较弱的排斥力或较高的吸引力的状态(在此示例中，在形变的过程中能量储存在由弹性偏置机构的磁性元件产生的磁场中)。
在本申请的上下文中，术语“前”可特别表示向着阴性部分和流体导管的接头部分。对应地，术语“后”可特别表示向着阳性部分和毛细管容纳处的接头部分。
根据示例性实施例，提供了用于在毛细管内腔与相连的流体导管(例如，另一毛细管内腔或实心体内的通道)之间形成液密连接的接头，该接头得益于阳性部分和阴性部分之间的连接处的高密封力和小死体积。在用于高压应用的流体系统中，特别是液相色谱装置，毛细管内腔与相连的流体导管之间的连接处的流体密封可通过套圈或类似物对将与具有该套圈的阳性部分连接的阴性部分的内壁的压力而形成。毛细管可延伸超过套圈的前端以便邻接流体导管。根据本发明实施例，弹簧或类似物向阴性部分的分隔壁向前弹性偏置这样的标准毛细管。这样的标准毛细管可以是管状毛细管，只沿其一部分被套筒或管槽在周向包围，该套筒或管槽可固定连接到毛细管。有利的是，本发明实施例可使用这样的标准毛细管。类似弹簧的弹性偏置机构可向前推动这样的套筒的尾法兰环，进而导致毛细管向阴性部分的流体导管或流体连接到阴性部分的流体导管的向前偏置。在提供毛细管向连接部分这样的向前偏置的同时能够使用标准毛细管，这可使毛细管前端的死体积保持较小且简化接头中毛细管的手动操作，因为接头自身会向前偏置毛细管。此外，毛细管到接头的锁定保证了用户只需要从尾部或后部位置引导毛细管进入接头的阳性部分直到锁定发生，这提供给用户毛细管现在被适当安装的触觉反馈。对毛细管自动施加预载也允许自动调整到不同的端口深度。此外，在扣紧接头的过程中，不需要手动推动毛细管以避免死体积，从而导致用户的便捷操作和故障强健操作。
下面将说明接头、流体设备和方法的进一步的实施例。
在实施例中，弹性偏置机构被套筒的环状法兰面支撑。因此，毛细管被管槽包围的部分与毛细管的没有管槽的部分之间的边界可用作用于支撑偏置机构的夹紧表面。因此，压力可从偏置机构施加到套筒或管槽的环状 法兰面。
在实施例中，锁定机构配置为用于在套筒的环状法兰面处锁定毛细管。因此，套筒的环状法兰面不仅作为弹性偏置机构的支撑表面，还可限定阶梯从而限定锁定发生的位置。因此，环状法兰面的位置处的机械不连续性可协同地用作锁定元件。
在实施例中，弹性偏置机构被适当支撑(或安装或装配)以便向着阴性部分向前挤压套筒(在阴性部分与阳性部分互连的操作状态中)。通过采用这一方法，可减小死体积且接头变得特别适合高压应用。
在实施例中，弹性偏置机构被支撑在套筒(在弹性偏置机构的一端)和外壳后侧的邻接面(在弹性偏置机构的相对端)之间。因此，在此实施例中，弹性偏置机构的另一端被阳性部分的、限定毛细管容纳处的界限的内壁支撑。
在实施例中，弹性偏置机构包括弹簧。在此背景下，弹簧被认为是能够通过施加力来压缩且如果力被释放则回到平衡状态的机械组件。这样的机械组件还可通过施加力而拉伸且如果力被释放则回到平衡状态。因此，这样的弹簧当被压缩和/或拉伸时会产生偏置力。
在实施例中，弹簧包括机械弹簧，例如，螺旋形弹簧、碟形弹簧或片形弹簧。但是，也可以是其他种类的机械弹簧。这样的机械弹簧是高效费比的构件，能够可靠地且长时间地向前挤压毛细管而不会遭受老化效应或类似效应。
在另一实施例中，弹簧包括磁性弹簧。在本申请的上下文中，术语“磁性弹簧”用于两个或两个以上以适当的方式安装以便相互施加吸引或排斥力的磁性元件的装置，力的幅度依赖于磁性元件之间的相对距离。由于两个相互排斥的磁性元件之间的距离的减小(类似于机械弹簧的压缩)或两个相互吸引的磁性元件之间的距离的增加(类似于机械弹簧的拉伸)会导致恢复磁力，因此多个磁性元件也能够提供弹性偏置效果。
在实施例中，磁性弹簧包括配置为相互吸引或相互排斥且安装为相对彼此可移动的第一磁性元件和第二磁性元件。例如，磁性元件中的一个可固定安装，另一个可移动地安装在毛细管容纳处中。当磁性元件相互排斥 时，也可将两个磁性元件均可移动地安装在毛细管容纳处中。磁性元件可为永久磁体。
在实施例中，第一磁性元件安装在阳性部分的外壳中的固定位置，而第二磁性元件可移动地安装在外壳中，以便向套筒施加偏置力。通过采取这种方式，可移动元件的个数可保持很小而获得弹性偏置效果。
在实施例中，弹性偏置机构包括基于流体的弹簧，例如液压弹簧或气动弹簧(如气压弹簧)。在该上下文中，术语“流体”表示气体或液体。如果容纳于弹性围墙中的气体通过缩小弹性墙的体积而被压缩，则气体具有膨胀的倾向，因此施加弹性偏置力。考虑到液体的压缩性较小，该效果采用液体可达到更强。
在实施例中，阳性部分包括在轴向上插入弹性偏置机构和套筒之间的夹圈，且夹圈被成形为将弹性偏置机构施加的轴向偏置力转化为施加到被套筒包围的毛细管的、至少部分地处于径向的夹紧力。例如，这样的夹圈可具有能够作为力方向转化器的倾斜表面。通过施加轴向力到这样的夹圈，夹圈可把该力转化成能够向内径向操作的力分量等等，以便获得毛细管和夹圈之间的夹紧效果。
在实施例中，弹性偏置机构包括固定到外壳的第一磁性元件和可移动地安装在毛细管容纳处中且吸引第一磁性元件的第二磁性元件，其中阳性部分包括轴向插入到两方之间的夹圈，其中一方是第二磁性元件，另一方是第一磁性元件和套筒，该夹圈被成形为将相互吸引的磁性元件施加的轴向偏置力转化为施加到被套筒包围的毛细管的、至少部分地处于径向的夹紧力。由于两个相互吸引的磁性元件具有减小彼此之间的距离的倾向，因此当它们彼此分离时，可施加磁性偏置力。通过具有相应的倾斜表面的夹圈的帮助，轴向施加的相互吸引的磁力可至少部分地转化为径向力。
在实施例中，夹圈具有逐渐变细的后部和逐渐变宽的前部，逐渐变细的后部用于在从阳性部分的后端插入毛细管时使毛细管沿毛细管容纳处对中，而逐渐变宽的前部用于在套筒的后端从逐渐变细的前部转移到逐渐变宽的后部的程度时将毛细管锁定到接头。因此，当用户沿毛细管容纳处引导带有套筒或管槽的毛细管时，当毛细管前进超出逐渐变细的后部和逐渐 变宽的前部之间的转换位置时，可以首先由逐渐变细的后部对中，然后再被锁定到接头。
在实施例中，弹性偏置机构包括可移动地或固定地安装到外壳的第一磁性元件和可移动地安装在毛细管容纳处中且排斥第一磁性元件的第二磁性元件。阳性部分可进一步包括附接到第二磁性元件的前法兰面的夹圈，第二磁性元件的前法兰面与面对第一磁性元件的第二磁性元件的后表面相反，其中夹圈可锁定到套筒。两个相互排斥的磁性元件可施加弹性偏置力。与夹圈相结合，这些组件可同时作为弹性偏置机构和锁定机构。
在实施例中，夹圈具有支撑环和多个从支撑环向内伸出的、用于在与套筒相互作用时弯曲的横梁(例如，四个横梁)。横梁可被套筒轴向延长以提供锁定力。在不受力状态下，它们可排列为彼此共面且与支撑环共面。
在实施例中，弹性偏置机构和锁定机构一体地形成为单一组件，特别是注入模制组件。因此，系统制造成本很低。
在实施例中，该单一组件具有用于容纳毛细管的轴向内腔，具有轴向切口及用于提供弹簧特性的多个径向切口，具有用于邻接套筒的环状后法兰的环状前法兰，并且具有用于锁定到外壳的环状凹陷的环状突出。这样的构件具有复杂特性，但可作为注入模制组件而低成本制造。
在实施例中，阳性部分包括环帽，环帽插入外壳的毛细管容纳处的后部且配置为用于防止弹性偏置机构脱离毛细管容纳处，特别是啮合到弹性偏置机构的后端。这样的环帽可防止毛细管和其他组件在插入到外壳内后的意外遗失。
在实施例中，毛细管容纳处在外壳的中部具有颈，颈连接毛细管容纳处的较宽后部和较宽前部。在实施例中，较宽后部容纳至少部分弹性偏置机构和至少部分锁定机构。在另一实施例中，阳性部分包括：容纳于较宽前部中的夹盘，以及邻接于夹盘的套圈，该套圈部分地容纳于较宽前部中并伸出较宽前部，套圈配置为用于在连接阳性部分与阴性部分时，密封地邻接阴性部分的密封表面。因此，窄颈可夹于基本上为杠铃形状的毛细管容纳处的两个较宽部分之间。较宽后部可容纳弹性偏置机构和锁定机构， 而较宽前部可容纳套圈和套圈盘以提供与阴性部分的实际密封性能。
在实施例中，套圈具有容纳于较宽前部中的管状后侧部分，且具有伸出较宽前部的逐渐变细的前侧部分。因此，套圈具有类似箭形的形状，并且能够被弹性偏置机构和夹圈向前挤压。
在实施例中，阳性部分包括第一连接元件，特别是外部螺纹，而阴性部分包括配置为对应于第一连接元件的第二连接元件，特别是内部螺纹，从而第一连接元件与所述第二连接元件可连接形成阳性部分与阴性部分之间的连接，特别是螺纹连接。虽然阳性部分与阴性部分之间的螺纹连接可能是首选的，但是也可通过其他连接方式连接它们，例如，弹簧锁或卡销(bayonet)连接。
在实施例中，锁定机构被配置使得通过经由阳性部分的后侧施加用于从毛细管容纳处移除毛细管的锁定释放力，可释放毛细管到接头的锁定。因此，用户可用超过某个阈值的力克服锁定机构的锁定力来抽出毛细管(与其插入方向相反)。因此，毛细管的装配和拆卸二者均在操作上非常简单，且能够不用工具完成。
在实施例中，该方法包括通过用户施加锁定力来从阳性部分的后侧将毛细管插入毛细管容纳处中，直到毛细管锁定到接头。因此提供了非常简单的系统，该系统甚至能够由不太专业的用户操作。用户仅使用由被管槽部分包围的管状核心元件组成的标准毛细管，并从后部将毛细管插入阳性部分的毛细管容纳处中。由于必须施加超出锁定力的力来将毛细管锁定到接头，因此当锁定发生时，用户会收到触觉反馈。
在实施例中，该方法包括通过用户克服用来把毛细管锁定到接头的锁定释放力，从毛细管容纳处经由阳性部分的后侧移除毛细管。在实施例中，锁定释放力高于锁定力。该系统也能够通过简单地将毛细管拉出接头来进行拆卸。但是，为了防止毛细管从接头意外移除，用户为将毛细管从接头移除而必须超出的锁定释放力大于锁定力。因此，从接头移除毛细管的过程中，用户再一次获得触觉反馈，与此同时，较高的锁定释放力作为安全或警告特征。
根据示例性实施例的流体设备特别适合于用作用于连接流体仪器(例 如，液相色谱系统或类似物)的各部分的流体连接件。例如，液相色谱装置的柱、分流器、检测器等可作为这样的流体设备的流体组件而连接。
在实施例中，至少毛细管的容纳于毛细管容纳处的那部分至少部分地被套筒在周向覆盖。这样的管状套筒可以在局部增厚毛细管，且可由在周向压在毛细管上的金属结构制成(例如，通过卷边)，从而其覆盖毛细管的整个周长。
在实施例中，流体组件是配置为用于处理流体样本的处理元件。因此，这样的处理元件可处理流体，例如分离，提纯，施加调和(tempering)步骤或类似处理。
特别地，处理元件可为色谱分离柱，由于各种流体馏分对分离柱的固定相的不同亲和力，色谱分离柱可分离流体样本的不同馏分。例如，通过应用梯度运作，捕获的馏分可单独地从分离柱释放，从而分离它们。
流体设备可包括填充有分离材料的处理元件。这样的分离材料(也可表示为固定相)可为允许与样本有可调节的相互作用程度从而能够分离该样本的不同组分的任意材料。分离材料可为液相色谱柱填充材料或填料，包括由以下各项组成的集合中的至少一者：聚苯乙烯、沸石、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、玻璃、聚合物粉末、二氧化硅、硅胶、带有受到化学改性的(镀膜、加盖等等)表面的任意以上物质。但是，具有允许分析物通过该材料以分离为不同组分(例如，由于填充材料与分析物馏分之间的其他种类相互作用或亲和力)的材料特性的任意填充材料均能够使用。
处理元件的至少一部分可填充流体分离材料，其中流体分离材料可包括大小在基本上1μm到基本上50μm范围内的颗粒。因此，这些颗粒可为填充在微流体设备的分离部分中的小微粒。颗粒可具有大小在基本上0.01μm到基本上0.2μm范围内的孔。流体样本可穿过这些孔，其中会在流体样本与孔之间发生相互作用。
流体设备可配置为用于分离样本组分的流体分离系统。当包括流体样本的流动相穿过流体设备时(例如在高压下)，柱的填充物和流体样本之间的相互作用可允许分离样本的不同组分，正如在液相色谱设备中执行的那样。
但是，流体设备也可配置为用于提纯流体样本的流体提纯系统。通过空间地分离流体样本的不同馏分，多组分样本可被提纯，例如，蛋白质溶液。当蛋白质溶液在生化实验室中准备好，其仍然可能包含多个组分。例如，如果只对该多组分液体的单一蛋白质感兴趣，那么样本可被迫使穿过柱。由于不同蛋白质馏分与柱填充物的不同相互作用(例如，采用凝胶电泳设备或液相色谱设备)，不同样本可区别开，且一个样本或材料带可选择性地分离为提纯样本。
流体设备可配置为分析流动相的至少一个组分的至少一个物理、化学和/或生物参数。术语“物理参数”可特别表示流体的大小或温度。术语“化学参数”可特别表示分析物的馏分的浓度、亲和力参数等。术语“生物参数”可特别表示蛋白质浓度、生化溶液中的基因等、组分的生物活性等等。
流体设备可在不同技术环境中实现，例如，传感器设备，测试设备，用于化学、生物和/或制药分析的设备，毛细管电泳设备，液相色谱设备，气相色谱设备，电子测量设备，或质谱分析设备。特别地，流体设备可为高效液相色谱(HPLC)设备，通过高效液相色谱(HPLC)设备，分析物的不同馏分可被分离、检查和分析。
流体设备可配置为在高压下引导流动相通过系统，特别是至少600巴，更特别是至少1200巴(例如，高达2000巴)。
流体设备可配置为微流体设备。术语“微流体设备”可特别表示此处描述的流体设备，其允许传输流体通过尺寸小于500μm量级的微通道，特别是小于200μm，更特别是小于100μm或小于50μm或更小(例如，下至15μm或12μm)。分析系统也可配置为纳流体设备。术语“纳流体设备”可特别表示此处描述的流体设备，其允许传输流体通过流速小于100nl/min的纳通道，特别是小于10nl/min。
附图说明
通过参考以下结合附图对实施例的更详细描述，能够更容易地认识和更好地理解本发明实施例的其他目的及很多附加优势。本质上或功能上相 同或类似的特征将用同样的标号表示。
图1示出了根据本发明实施例的液体分离设备，特别用于高效液相色谱法(HPLC)中。
图2示出了根据本发明示例性实施例的用于提供毛细管和流体导管之间的流体连接的接头，其中毛细管被螺旋形弹簧推入接头并使用了夹圈。
图3示出了根据本发明另一示例性实施例的用于提供毛细管和流体导管之间的流体连接的接头，其中毛细管被磁力推入接头并使用了夹圈。
图4和图5示出了根据本发明另一示例性实施例的用于提供毛细管和流体导管之间的流体连接的接头的两种不同操作模式，其中使用了两个磁体相互配合作为磁性弹簧。
图6示出了根据本发明另一示例性实施例的用于提供毛细管和流体导管之间的流体连接的接头，其中模塑塑料部分对毛细管施加预载。
附图中的图解是示意性的。
具体实施方式
现在更具体地参考附图，图1描述了液体分离系统10的一般原理图。泵20从溶剂供应装置25获取流动相，通常经由除气器27，除气器排除气体从而减低流动相中溶解的气体量。泵20作为流动相驱动器，驱动流动相通过包含固定相的分离设备30(例如色谱柱)。采样单元40可以置于泵20和分离设备30之间，以便附加或添加(通常称为样本引入)样本流体到流动相中。分离设备30的固定相配置为用于分离样本液体中的化合物。检测器50被提供用来检测样本流体的经分离的化合物。分级(fractionating)单元60可被提供用来输出样本流体的经分离的化合物。
虽然流动相可以只由一种溶剂组成，但也可以是多种溶剂的混合。该混合可以是低压混合，并可以在泵20的上游进行，使得泵20接收并泵出的已经是作为流动相的混合溶剂。或者，泵20可由多个独立泵单元组成，多个独立泵单元的每一个接收并泵出不同溶剂或混合物，使得流动相(由分离设备30接收)的混合是在泵20(或作为其一部分)的下游出现并具有高压。流动相的组分(混合物)可以是随时间保持不变的，即所谓 的等度模式，也可以是随时间变化的，即所谓的梯度模式。
数据处理单元70可以是传统PC或工作站，可连接(如虚箭头所示)到液体分离系统10中的一个或多个设备，以便接收信息和/或控制操作。例如，数据处理单元70可控制泵20的操作(例如，设置控制参数)，以及从泵20接收关于实际工作条件(例如，泵出口的输出压、流速等)的信息。数据处理单元70还可控制溶剂供应装置25的操作(例如，设置供应的溶剂或溶剂混合物)和/或除气器27(例如，设置控制参数，如真空等级)，并且从其接收关于实际工作条件(例如，不同时间供应的溶剂组分、流速、真空等级等等)的信息。数据处理单元70还可以控制采样单元40的操作(例如，根据泵20的操作条件控制样本注入或同步样本注入)。分离设备30也可由数据处理单元70控制(例如，选择特定流动路径或柱，设置操作温度等等)，并反过来发送信息(例如，操作条件)给数据处理单元70。因此，检测器50可由数据处理单元70控制(例如，针对光谱或波长设定、设置时间常量、开始/停止数据获得)，并发送信息(例如，关于检测到的样本化合物)给数据处理单元70。数据处理单元70还可以控制分级单元60的操作(例如，与从检测器50接收的数据相结合)并提供回复数据。
从图1的示例中可以看出，流动相的流动路径通常包含多个独立组件，例如泵20、分离设备30、采样单元40以及检测器50，这些组件连接在一起并且还可能包含独立的子组件。此外，用来引导流体的流体导管(例如，毛细管)被提供，如图1中的实线连接所示。各部分、组件及流体导管的连接通常使用接头来提供，特别是当使用可替换或模块化的部分时。
为了在液体分离系统10中传输液体，通常使用管子(例如，管状毛细管)作为导管以引导液体。接头通常用于多个管子相互连接或把流体导管(例如管子)连接到任意设备。例如，接头可用于将各流体导管以液密方式连接到色谱柱30的入口和出口。图1中的流体路径(实线)中的任意组件可由流体导管连接，例如，使用接头。虽然色谱柱30后的流体路径通常处于较低压力下，例如50巴或以下，但是从泵20到色谱柱30入口 的流体路径处于高压下，当前高达1200巴，因此对液密连接提出了很高要求。因为高压应用于大多数HPLC应用中，因此需要对流动路径中及沿流动路径的组件进行压力密封。
以下所述弹簧偏置接头的各种示例性实施例克服了在紧固接头的过程中需要手动推进毛细管以消除死体积的传统需求。采用所述实施例，用户不需要帮手，且接头的抗错鲁棒性更高。该实施例可提供自动预载和自动调节以适应不同端口深度。
下面参考图2，根据本发明示例性实施例的用于提供毛细管202和流体导管204之间的流体连接的接头200将被说明。流体导管204可构成流体组件(例如，色谱柱30)的一部分，该组件未在图2中示出。或者，流体导管204可与分离的可连接的流体组件流体连通，该组件未在图2中示出。接头200包括阳性部分240及阴性部分250，阴性部分250被相应地成形和配置为与阳性部分240连接。
阳性部分240包括带有内部凹槽的外壳252，该内部凹槽作为毛细管容纳处212并因此配置为用于容纳毛细管202。从图2可以看出，容纳于毛细管容纳处212中的毛细管202部分的一部分被固定地紧固的管槽或套筒214在周向覆盖，该管槽或套筒214不能从毛细管202移除。毛细管202的剩余部分不被这样的套筒214覆盖，因此在套筒214的尾法兰面处形成阶梯。毛细管202和套筒214可均由金属材料(例如，不锈钢)制成。毛细管202可实现为弹性毛细管。
螺旋形弹簧206位于外壳252内的毛细管容纳处212中，并且以向阴性部分250向前偏置毛细管202的方式安装。在其前端，螺旋形弹簧206被套筒214经由二者之间的夹圈208来支撑。更精确地，螺旋形弹簧206的前端间接经由夹圈208被作为支撑结构的套筒214的环状尾法兰面254支撑。螺旋形弹簧206支撑在外壳252中，以便向阴性部分250向前挤压套筒214。从图2还可以看出，螺旋形弹簧206的后端邻接外壳252后侧的邻接面256(更准确地说，是在环帽260的、把外壳252的后侧通路封闭的阶梯上)，而螺旋形弹簧206的前端由套筒214支撑。因此，螺旋形弹簧206在套筒214的环状法兰面254和外壳252后侧的邻接面256之间 保持预压缩。环帽260插入外壳252的毛细管容纳处212的后部，以用于防止螺旋形弹簧206脱离毛细管容纳处212。环帽260啮合螺旋形弹簧206的后端。因此可以可靠保证螺旋形弹簧206不丢失且不脱离阳性部分240。环帽260作为用于保持螺旋形弹簧206的封盖，因此能够使螺旋形弹簧206不丢失。
从图2还可以看出，安置在外壳252内的夹圈208作为锁定机构以用于将毛细管202锁定到接头200。该锁定阻止了毛细管202意外挤出毛细管容纳处212的后端。夹圈208配置为用于在套筒214的环状法兰面254上锁定毛细管202。阳性部分240的夹圈208在轴向处于弹性螺旋形弹簧206和套筒214之间，并被成形为将螺旋形弹簧206施加的轴向偏置力转化为施加到被套筒214包围的毛细管202的部分径向夹紧力。该转化通过夹圈208的倾斜面实现。
此外，沿插入方向288看，夹圈208具有逐渐变细的后部277和逐渐变宽的前部279。在从阳性部分240的后端沿插入方向288插入毛细管202的过程中，逐渐变细的后部277使毛细管202在径向在毛细管容纳处212中对中。在沿插入方向288把毛细管202推进到套筒214的后端穿过逐渐变细的后部277进入逐渐变宽的后部279的程度时，逐渐变宽的前部279将毛细管202锁定到接头200。
为操作图2所示的接头200，用户将被管槽或套筒214覆盖的毛细管202沿插入方向288滑入毛细管容纳处212中。在该推入动作的过程中的某一位置，管槽或套筒214穿入逐渐变宽的后部279，从而将夹圈208锁定到围绕毛细管202的套筒214。螺旋形弹簧206用来把毛细管202预加载到端口中。悬挂行程x用标号290表示。它与接头200前端的标号292表示的距离x一致。
图2还示出了毛细管容纳处212在外壳252的中部具有颈293，其中该颈293连接毛细管容纳处212的较宽后部291和毛细管容纳处212的较宽前部295。较宽后部291容纳螺旋形弹簧206和夹圈208。与之不同，较宽前部295容纳夹盘262和套圈264的一部分。套圈264在套圈264的后部邻接夹盘262。套圈264部分地容纳于较宽前部295中，并部分地伸 出于较宽前部295外。套圈264配置为用于在连接阳性部分240与阴性部分250时，密封地邻接于阴性部分250的密封表面。套圈264具有部分地容纳于较宽前部295中的管状后侧部分，且具有伸出较宽前部295的逐渐变细的前侧部分。因此，可由机械稳定的塑料材料(例如，PEEK)制成的套圈264具有类似箭形的形状，并有助于阳性部分240和阴性部分250之间的密封。
从图2还可以看出，阳性部分240具有作为第一连接元件的外部螺纹266。阴性部分250具有配套的第二连接元件，可以由内部螺纹268实现。内部螺纹268和外部螺纹266相互配合可通过旋拧彼此连接，从而在阳性部分240与阴性部分250之间形成螺纹连接，同时在毛细管202与流体导管204之间形成密封连接。由于螺旋形弹簧206的偏置力，在形成螺纹连接时，毛细管紧密邻接阴性部分250的流体导管204，死体积很小。形成螺纹连接还使套圈264向阴性部分250的内壁向前偏置，从而在此处提供液密且抗高压的连接，并具有非常小的死体积。
综上，图2所示的示例性实施例中，毛细管202被推入接头200中。连接到弹簧206的夹圈208支撑毛细管202且使得可以对毛细管202施加预载。夹圈208径向可移动，使得毛细管202也无需任何工具即可移动。该实施例支持带有标准管槽或套筒214的标准毛细管202。
下面参考图3说明根据本发明另一示例性实施例的接头200。
在图3的实施例中，弹性偏置机构由环状第一磁性元件300和配套的环状第二磁性元件302形成，第一磁性元件300安装在阳性部分240的外壳252内的固定位置，第二磁性元件302吸引第一磁性元件300且可移动地安装在外壳252中以便向套筒214施加偏置力。阳性部分240同样包括实际上介于两方之间的夹圈208，其中一方是第二磁性元件302，另一方是第一磁性元件300和套筒214。此外，夹圈208被成形为具有倾斜前表面，以便将相互吸引的磁性元件300、302施加的轴向偏置力转化为施加到被套筒214包围的毛细管202的部分径向夹紧力。第一磁性元件300被压入阳性接头中，即通过压配连接到外壳252来连接。与之不同，第二磁性元件302实际上在该镗孔中可移动。夹圈208同样用来夹紧毛细管 202。
在图3所示的实施例中，毛细管202也在接头200中由连接到磁性弹簧206的夹圈208向前推进。
图4和图5示出了根据另一示例性实施例的在两种操作模式下的接头200。在图4和图5的实施例中，环状第一磁性元件300固定安装到外壳252。环状第二磁性元件302可移动地安装在毛细管容纳处212中且排斥第一磁性元件300。此外，在此实施例中，阳性部分240包括附接到第二磁性元件302的前法兰面的夹圈208，该第二磁性元件302的前法兰面与面对第一磁性元件300的第二磁性元件302的后表面相反。夹圈208可锁定到套筒214。
图4中的细节450示出了这样的夹圈208可被如何配置。在所示实施例中，夹圈208具有支撑环400和四个排列成十字型的横梁402，这些横梁从支撑环400向内伸出以用于与套筒214相互作用时弯曲。图4示出了夹圈208的主视图、不受力状态下的第一侧视图486、及横梁402在锁定力的作用下轴向延长的状态下的第二侧视图488。
在图4和图5所示的实施例中，两个磁体300、302被用于替代机械弹簧。这些磁体中的一个300被压入阳性接头螺母中，而另一磁体302轴向可移动。毛细管202由夹圈208支撑，该夹圈的位置靠近这两个磁体300、302中的一个。由于磁力，毛细管202能够被施加预载。此处，毛细管202也能够通过将其抽出而移除。
在图6的实施例中，示出了根据另一示例性实施例的接头200，在该接头中，弹性偏置机构和锁定机构一体地形成单一组件500，该组件可以被实现为注入模制组件。单一组件500具有用于容纳毛细管202的轴向内腔，具有轴向切口502，具有用于提供弹簧特性的多个径向切口504，具有用于邻接套筒214的环状后法兰254的环状前法兰506，以及具有用于锁定到外壳252的毛细管容纳处212的尾端的环状凹陷512处的环状突出510。
在图6所示的实施例中，具有专门特征的模制塑料部分(即，单一组件500)对毛细管202施加预载。该部分具有使毛细管202可移除地与接 头200连接的功能，并包括类似弹簧的主体来预载毛细管202。通过夹子功能，单一组件500能够被夹到带有管槽或套筒214的标准柔性毛细管202上和从其卸下。这种一体形成的组件500也可被表示为模制弹簧卡扣(snap-click)连接器。在位置208，它可被锁定到接头200。
应该注意的是，术语“包括”不排除其他元件或特征，并且冠词“一”不排除多个的情形。此外，结合不同实施例而描述的元件可被结合。还应该注意的是，权利要求中的标号不应被解释为限制权利要求的范围。