在高性能液相色谱(HPLC)中，液体必需通常以高度受控的流率 (例如，在几微升/分钟到几毫升/分钟的范围内)以及在使液体的压缩率 变得明显的高压下(通常200-1000巴并且目前最高甚至超过2000巴)来 提供。活塞泵或柱塞泵通常包含一个或多个活塞，其被布置来在相应的泵 工作腔中进行往复运动，从而压缩(一个或多个)泵工作腔内的液体。在 泵的寿命内，这样的往复被重复上千次，从而导致耗损、磨耗，于是活塞 的材料和表面性能发生改变。
在相同申请人Agilent Technologies(安捷伦科技有限公司)的EP 0309596 B1中记载了一种液相色谱泵系统，描述了一种泵设备，该泵设备 包括用于液相色谱中的溶剂输送的、以高压输送液体用的双活塞泵系统。
在HPLC应用中，泵设备被暴露于通常包括从水、乙腈、四氢呋喃、 甲醇到己烷(或正己烷)的或多或少具有侵蚀性的溶剂。分析HPLC应用 通常工作在约0.01ml/min-10ml/min的流率下，而半制备HPLC应用通常 工作在约05ml/min-100ml/min的流率下。HPLC应用中的泵设备的活塞通 常由氧化物陶瓷(诸如氧化锆ZrO2)或结晶蓝宝石Al2O3制造，经过数十 年已经证明这些对于大多数HPLC应用具有优异的特性和长的寿命。

本发明的一个目的是提供一种改善的泵设备。通过独立权利要求的技 术方案解决了该目的。从属权利要求示出了进一步的实施例。
根据本发明的实施例，描述了一种泵设备，其适用于在高性能液相色 谱系统中输送高压液体，尤其是用于分析化学或生化化合物。泵系统包含 一个或多个活塞，每个活塞以可移动方式布置在相应的泵工作腔中。对活 塞的移动可以由驱动单元来执行，驱动单元优选为具有活塞支座。每个活 塞将相应的泵工作腔中的液体压缩到高压，所述高压是该液体的压缩率变 得明显的压力。
虽然HPLC应用中的活塞通常由氧化物陶瓷或结晶蓝宝石制成(经过 数十年的HPLC开发，已经证明这些材料具有优异的特性和长的寿命)， 但是一种完全不同的材料，碳化硅，被发现具有令人惊讶的特性和对于 HPLC中的非常苛刻和严格的要求的意想不到的适用性，特别是对于高压 和侵蚀性溶剂。因此，本发明的实施例使用碳化硅(SiC)作为用于活塞 和/或泵工作腔或其部件的材料，其中，这样的构件可以至少部分地由碳化 硅涂覆或甚至被构造成纯质材料。优选地，烧结碳化硅(SSiC)材料被用 作所述的碳化硅。
例如，对于HPLC的要求，已经表明由烧结碳化硅纯质材料制成的活 塞具有低的摩擦系数，约9.5的硬度，约103Ωm的电导率，在甚至高达 140℃的高温下的化学惰性，以及良好的机械稳定性。这样的SSiC活塞 甚至被证明适用于使用正己烷作为溶剂的制备HPLC应用，正己烷表现了 对于HPLC泵系统的最严格的要求中的一种。
SSiC往往是脆性材料，并且通常可以承受高压载荷，但是作为最脆的 材料，其可能在扭转和应变方面具有限制。取决于载荷，或者涂层或者纯 质SSiC是有利的。
活塞的每一个往复循环提供液体压缩，多次往复循环要求提高材料的 (特别是对于活塞磨损的)耐受性。由碳化硅(优选为烧结的)制成的或 由其涂覆的活塞和/或工作腔，或其部件，提供了改善的耐磨性以及减小了 活塞的磨耗。
在一个实施例中，泵设备与另一个泵设备联接，其中，两个泵设备可 以以相同方式实现，但是也可以是不同的。这些泵设备中的至少一个(优 选为两个)根据本发明的实施例来实现。如本领域已知并且也在前述EP 309596 A1中详细说明的，设置两个泵设备允许提供基本连续的液体流。 这样的所谓的双泵可以包含串联方式或并联方式的两个泵设备。
在串联方式中，如在前述EP 309596 A1中公开的，一个泵设备的出口 被联接到另一个泵设备的入口。EP 309596 A1中关于这样的串联双泵的操 作和实施方式的教导通过引用方式被包含在本文中。第一泵设备的泵容积 可以被实现为大于(例如两倍于)第二泵设备的泵容积，使得第一泵设备 会将其泵容积的一部分直接供应到系统中，而剩余部分被供应到第二泵设 备然后在第一泵设备的进料阶段期间供应给系统。第一泵设备与第二泵设 备的泵容积之比优选为2∶1，但是可以相应地采用任何其它可用的比值。
在并联方式中，两个泵设备的入口和出口分别联接在一起。这些入口 优选为并联联接到液体源，这些出口优选为并联联接到接收高压液体的后 续系统。两个泵设备可以以大体上180度的相位差操作，使得在一个泵设 备在吸入液体(例如从液体源)时只有另一个泵设备在对系统进行供应。 然而，明显的是，两个泵设备也可以(至少在某些过渡阶段期间)并联 (即同时地)操作，例如来提供泵设备之间的泵循环的(更)平滑过渡。
在串联和并联两种方式中，两个泵设备的操作存在相位差(通常，优 选为约180度)。相位差可以被改变，以补偿由于液体的压缩导致的液体 流动的脉动。还已知的是，使用具有约120度相位差的三个活塞泵。
前述的泵设备的实施例优选地应用于液体分离系统，该液体分离系统 包括分离装置(诸如色谱柱)，其中，所述分离装置具有固定相，该固定 相用于分离移动相中的样品液体的化合物。移动相由泵设备驱动。这样的 分离系统可以还包括如下中的至少一者：取样单元，用于将样品流体引入 到移动相中；检测器，用于检测样品流体的经分离的化合物；分级单元， 用于输出样品流体的经分离的化合物；或任何其它应用于这样的液体分离 系统的装置或单元。
附图说明
通过结合附图参考以下对实施例的更详细的描述，将容易地理解和更 好地了解本发明的实施例的其他目的和许多附带的优点。实质上或功能上 相等或相似的特征由相同的标号表示。
图1示意性地示出了包含经涂覆的活塞的泵设备。
图2示出了双串联泵设备，而图3示出了双并联泵设备。
图4示出了液体分离系统500。

首先将以更一般的方式描述用于以高压输送液体的泵设备。通过活塞 施加的压力使得液体明显被压缩。泵设备的活塞在包含相应的液体的泵工 作腔中往复运动。泵工作腔可以与一个或多个阀联接，以仅仅允许液体单 向流动。可以通过驱动单元实施活塞的驱动，这允许将泵工作腔中的液体 加压到高压。有利地，碳化硅(优选为烧结的)被用作活塞和/或泵工作腔 的、或其部件的材料。这样的构件可以至少部分地由碳化硅涂覆或甚至被 构造成碳化硅的纯质(solid)材料部件。
图1描绘了泵设备的一种实施例，该设备包括在泵工作腔9中往复运 动的活塞1，所述泵工作腔9由泵缸体3的圆柱形内膛形成。泵工作腔9 具有入口端口4′和出口端口5′。具有内膛4的毛细管5被联接到入口端口 4′，并将入口阀13与泵工作腔9联接，以允许液体仅仅单向流入得泵工作 腔9。往复运动由驱动单元(在此没有示出，例如如前述的EP 309596 A1 中所公开的)驱动，所述驱动单元通过致动器7以主轴驱动(spindle drive)方式操作活塞1，所述致动器7经由滚珠8(嵌入凹部10中)和活 塞支座6来联接。
密封件11被设置成用于在泵缸体3中的开口处密封泵工作腔9，所述 开口是活塞1移动进入泵工作腔9的地方。由此，可以防止不期望的液体 外流(朝向驱动单元)。引导元件12可以对将活塞1引导到泵工作腔9中 提供支持。
泵工作腔9中的液体被压缩到高压，然后经由出口端口5′和毛细管5 (具有内膛15)被输送到液体接收装置(图1中没有示出)。
通常，磨损和磨耗是公知的导致驱动单元、泵和其他装置中的材料破 坏的现象。活塞1在其寿命期间大量执行往复运动，并且经受由于摩擦载 荷导致的磨损，因此存在由于磨耗而被破坏的风险。
此外，工作腔以及活塞暴露于或多或少具有侵蚀性的溶剂，所述溶剂 作为将由泵设备压缩的移动相。因此，活塞1和/或泵工作腔9或其部件由 碳化硅(优选为SSiC)制成，和/或至少部分地由碳化硅(优选为SSiC) 涂覆。在图1的实施例中，活塞1是SSiC的纯质材料体。
在另一实施例中，活塞1具有由诸如蓝宝石、陶瓷、碳化钨或金属 (诸如钢)的材料制成的纯质材料体，并且(至少部分地)由碳化硅涂 覆。在实施例中，SiC涂层具有0.1到10微米的厚度，优选具有0.2到5 微米的厚度，这例如取决于活塞的基体材料和活塞的典型应用。
用于图1所示的泵设备中的典型溶剂可以是水、乙腈、四氢呋喃、甲 醇、己烷或任何其它用于HPLC的溶剂。
在图2的串联双泵中，第一泵设备200A在其入口处联接到液体供应 源205，并且其出口被联接到第二泵设备200B的入口。泵设备200A和 200B中的至少一个(优选为两个都)根据前述实施例来实现。为了提供连 续的液体流，第一泵设备200A的泵容积可以被实现得大于第二泵设备 200B的泵容积，使得第一泵设备200A会将其泵容积的一部分直接供应到 系统210中，而剩余部分供应到第二泵设备200B，该剩余部分然后在第一 泵设备200A的进料阶段期间供应给系统。第一泵设备200A与第二泵设备 200B的泵容积之比优选为2∶1，但是可以相应地采用任何其它可用的比 值。此外，前述的EP 309596 A1中公开了这样的双串联泵的操作方式的更 多细节，并且通过引用被包含于此。
在图3的并联双泵中，第一泵设备300和第二泵设备310的输入被并 联联接到液体源205，并且两个泵设备200C和200D的输出被并联联接到 接收高压液体的系统210。两个泵设备300和310通常以大体上180度的 相位差操作，使得在一个泵设备在从液体源205吸入液体时只有一个泵设 备在向系统进行供应。然而，明显的是，两个泵设备300和310也可以并 联(同时)操作(至少在某些过渡阶段期间可以)，例如来提供泵设备之 间的泵循环的(更)平滑过渡。
图4示出了液体分离系统350。泵400驱动移动相通过包含固定相的 分离装置510(诸如色谱柱)，所述泵400可以如图1-3中所示地来实 现。取样单元520被设置在泵400和分离装置510之间，以将样品流体引 入到移动相。分离装置510的固定相适用于分离样品液体的化合物。检测 器530被设置用于检测样品液体的经分离的化合物。分级(fractionating) 单元540可被设置用于输出样品流体的经分离的化合物。
在www.agilent.com针对Agilent 1200系列Rapid Resolution LC系统或 Agilent 1100 HPLC系列公开了这样的液体分离系统500的更多细节，这些 都通过引用被包含于本文中，Agilent 1200系列Rapid Resolution LC系统 或Agilent 1100 HPLC系列都由申请人安捷伦科技有限公司提供。