CN109564200B - 用于收集色谱级分的气液分离器 - Google Patents

Abstract

气液分离器包含流体入口、壳体、具有朝向纵轴会聚的指状物的出口结构以及包含滴头尖端的滴头，所述壳体包含围住内部空间的内表面。所述指状物在位于靠近所述滴头的外表面的指状物尖端处终止。气体出口孔被限定在相邻的指状物之间，并且由所述滴头限定。所述气液分离器限定液体流动路径从所述流体入口、沿着所述内表面、沿着所述指状物中的一个或多个、沿着滴头外表面会聚并且到所述滴头尖端。气液分离器还限定气体流动路径从所述流体入口、穿过所述内部空间并且穿过所述气体出口孔。所述气液分离器可用于流体分离系统，例如液相色谱或超临界流体色谱/萃取系统。

Description

用于收集色谱级分的气液分离器

技术领域

本发明一般性地涉及气液分离和液体收集，其可以进行以收集通过液相色谱(LC)(包括超临界流体色谱(SFC)和超临界流体萃取(SFE))分离的样品级分。

背景技术

液相色谱(LC)是用于将感兴趣的液相样品材料(例如，不同化合物的混合物)分析分离或制备分离成组成组分的技术。在色谱分离过程中，样品材料在流动相(通常是一种或多种溶剂)中运输。迫使流体(具有样品材料的流动相)穿过含有与流动相不混溶的固定相的柱子。通常，固定相以在玻璃料之间的柱子中支撑的大量颗粒(填充料或床)的形式提供，所述玻璃料允许流体流过同时将固定相填充料保持在适当位置。或者，在开口管状构造中，固定相以柱子的内表面上的衬里的形式提供。选择流动相和固定相的各自组成以使得柱子中的样品材料(例如，不同的化学化合物)的不同组分(级分)在流动相和固定相之间分布至不同程度，这取决于样品材料的组分各自的化学性质。被固定相强烈保留的组分与流动相一起缓慢行进，而被固定相弱保留的组分行进得更快。结果，当流动相流过柱子时，不同的级分(具有不同组成的组分)彼此分离，并因此在不同时间从柱子中洗脱。

涉及液体的常用色谱技术包括高效液相色谱(HPLC)、超高效液相色谱(UHPLC)、超临界流体色谱(SFC)和超临界流体萃取(SFE)。在SFC和SFE中，非极性溶剂(通常为二氧化碳)的压力和温度升高到其临界点或接近其临界点。超临界流体的性质(例如密度、扩散性和粘度)的值通常落在与液体和气体相关的那些值之间，这在使用超临界流体作为溶剂时是有利的。因此，在各种应用中，SFC和SFE被认为结合了LC和气相色谱(GC)二者的优点。

在分析分离中，分离各组分以便于通过检测和数据采集技术对它们进行分析。分析分离通常需要使用少量材料和小内径的柱子。在制备分离中，分离各组分以从起始材料中纯化或分离一种或多种化学组分，其可以进行进一步的使用，例如反应、合成等。纯化可以在与分析分离相比的小规模上进行，或者纯化可以在大得多的规模上进行以纯化大量的样品材料，因此可以使用更大内径的柱子。

诸如LC、SFC和SFE的流体分离或萃取过程可能需要从柱子流出物中收集一种或多种分离的级分。特别是在SFC和SFE的情况下，其中超临界流体减压成膨胀的气相，该气相倾向于使柱子流出物的液体组分雾化，收集高纯度的级分并同时实现高水平的液体回收是一项艰巨的任务。该任务通常使用在环境压力下操作的气液分离器或使用加压容器进行，加压容器可以包括旋风分离器。

加压分离器通常需要累赘的各种结构和部件，以支撑容器中的加压条件并控制排出的气体流，同时在容器内保持压力。此外，在气液分离不完全且含有样品的气溶胶在结构中积聚的情况下，外部加压结构易发生堵塞。因此，在环境压力下操作的气液分离器是优选的，因为它们减少或消除了对这些附加结构和部件的需要。

对纯度的要求通常需要小的液体体积，而且流过分离器的流体组分几乎没有汇集成池或混杂。分离器内的大体积或池允许在进入分离器的流内经分离的相邻级分在分离器内混杂并结合，从而破坏进入的流体流的纯度。同样地，相邻级分可以被液体聚结过滤器或由一些分离器提供的其他类似的液体聚结装置阻延。

纯度也会受到开始和停止流体进入分离器的流动的影响。在分离器内保留的或在常规分离器设计内的管中包含的任何液体都可能导致纯度降低。当进入的气液流的流动停止时，该流的液体部分可以在管内聚结成独特的流体区段并且基本上被截留在管内。如果该管用于随后对不同样品进行收集，则截留的区段可能导致残留或污染，从而破坏纯度。

当在开口容器中收集级分时，高液体回收率的要求不仅涉及气液分离本身，而且涉及在最终收集容器中液体的收集。如果气液分离不完全，那么夹带在液体内的气态组分会起泡。如果夹带气体的含量高并且汇集的液体的表面受到液滴或进入流的影响而受到扰乱，则这种效果可能是显著的。这种影响可能导致碰撞、飞溅或其他液体损失机制，并可能与附近的收集容器发生交叉污染。

此外，高液体回收率取决于在进入样品流内有效地保留任何雾化液体。仅依赖于形状和直径的纯流通设计可能不会使雾化液体充分地聚结，雾化液体可以不受干扰地并因此不受影响地按照集中的路径穿过装置，从而导致样品损失和回收率降低。

具有螺旋构造的常规分离器通常具有大的物理尺寸。当降低排出液体的速度时，通常需要这种尺寸，以使其与收集容器中汇集的先前收集的液体的相互作用最小。常规的螺旋构造依赖于长的流体通道，以在流体穿过分离器时从流体中去除动能。这些长的通道限制了对分离器可用的流速的大小和动态范围。当期望利用固定在小瓶子、烧瓶或其他收集容器上的分离器时，该尺寸是不利的。这种物理尺寸还具有固有质量，当与快速、可移动的机器人组装件(例如可以在级分收集器中使用的)结合使用时，该固有质量是不期望的。

因此，需要一种改进的气液分离器，其解决了与已知的气液分离器(包括接收在超临界流体系统中产生的柱子流出物的气液分离器)相关的问题。还需要一种气液分离器，其提供一个或多个优点，例如回收高纯度的液体级分、高液体级分的回收率、在大气压下的可操作性和小的物理尺寸。

发明内容

为了全部或部分地解决上述问题和/或本领域技术人员可能已经观察到的其他问题，本公开提供了在下文阐述的实现方式中举例说明的方法、工艺、系统、装置、仪器和/或设备。

根据一个实施方式，气液分离器包含：流体入口；与流体入口连通的壳体，所述壳体包含围绕纵轴且围住内部空间的壳体内表面；出口结构，所述出口结构包含多个沿纵轴彼此周向地隔开的指状物，指状物朝向纵轴会聚并在相应的指状物尖端处终止，并且指状物包含通常面向纵轴的相应的指状物内表面；滴头，所述滴头包含位于内部空间外部的滴头尖端和延伸到滴头尖端的滴头外表面，其中指状物尖端靠近滴头外表面；以及气体出口孔，所述气体出口孔由滴头外表面和两个相邻的指状物界定，其中：气液分离器限定液体流动路径从流体入口、沿着壳体内表面、沿着指状物内表面的一个或多个、沿着滴头外表面且到滴头尖端；并且气液分离器限定气体流动路径从流体入口、穿过内部空间并且穿过气体出口孔。

根据另一个实施方式，级分收集器包含：可移动的臂；和根据本文中所公开的任意实施方式的气液分离器，所述气液分离器附接到所述可移动的臂。

根据另一个实施方式，级分收集器包含多个收集容器，所述收集容器包括多个开口，其中可移动的臂被配置成使得气液分离器移动到与收集容器中选定的一个对齐的位置，并且在该对齐的位置处滴头尖端被放置在与收集容器中所述选定的一个的开口空间对齐的位置。可移动的臂可以将气液分离器从一个收集容器移动到另一个收集容器。

根据另一个实施方式，级分收集器包括：根据本文中所公开的任意实施方式的气液分离器；和包含开口的收集容器，其中滴头尖端被放置在与开口空间对齐的位置。

根据另一个实施方式，收集容器包含配置用于与开口相配的瓶子或容器盖，并且气液分离器布置在盖中。

根据另一个实施方式，级分收集器包含：多个收集容器，所述收集容器包含多个开口；和多个根据本文中所公开的任意实施方式的气液分离器，所述气液分离器放置在与相应的开口空间对齐的位置。气液分离器可以放置在相应的开口上方，在相应的开口中，和/或与相应的开口相配的盖中。

根据另一个实施方式，超临界流体分离系统包含：根据本文中所公开的任意实施方式的气液分离器；和分离柱，所述分离柱包含配置用于接收携带样品的流动相的入口和与气液分离器的流体入口连通的出口，所述分离柱被配置用于将样品分离成其不同的组分(例如，化合物)。

根据另一个实施方式，该系统包含在分离柱和气液分离器之间的检测器，所述检测器被配置用于检测从分离柱分离的不同组分。

根据另一个实施方式，将流体分离成液体和气体的方法包括：将流体喷射气液分离器的内部空间中，所述流体包含携带在气体中的液滴，其中液滴在内部空间中开始与气体分离并且聚结成流过围绕内部空间的内表面的液体流；使来自液体流的液体合并到滴头上，其中所述液体流过滴头到达滴头尖端并且与滴头尖端分离；并且，在合并液体的同时，将气体通过一个或多个与滴头相邻的气体出口孔排出。

根据另一个实施方式，该方法包括将从滴头尖端分离的液体收集到收集容器中。

根据另一个实施方式，将样品分离成不同组分的方法包括：驱动含有样品的流动相穿过分离柱，其中所述柱输出包含流动相的流体和彼此分离的样品的不同组分；并且根据本文中所公开的任意实施方式，将输出的流体分离成液体和气体。

在审查下文的附图和详细描述时，本发明的其他设备、装置、系统、方法、特征和优点对于本领域技术人员来说将是显而易见的或将变得显而易见。所有这些附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书中，在本发明的范围内，并受所附权利要求的保护。

附图说明

通过参考以下附图可以更好地理解本发明。附图中的组件不一定按比例绘制，而是将重点放在说明本发明的原理上。在附图中，相同的附图标记在不同视图中表示相应的部件。

图1是根据本文公开的一个实施方式的超临界流体分离系统的示例的示意图。

图2是根据本文公开的一个实施方式的级分收集器的示例的示意图。

图3是根据本文公开的另一个实施方式的级分收集器的示例的示意图。

图4是根据本文公开的一个实施方式的以组装的形式的气液分离器的示例的正视图。

图5是图4中所示的气液分离器的另一个正视图，其中气液分离器相对于图4中所示的视图绕纵轴L旋转。

图6是图4和5中所示的气液分离器的分解正视图，即未组装的形式。

图7是图4-6中所示的气液分离器的俯视图，示出了壳体、出口结构和其流体进入管。

图8是图4-6中所示的气液分离器的仰视图，主要示出了出口结构和其滴头。

图9是根据本文公开的一个实施方式的滴头的示例的正视图。

图10是根据本文公开的一个实施方式的气液分离器和可移动的臂的透视分解图，气液分离器可安装到该可移动的臂上。

发明详述

本文中使用时，术语“超临界流体”是指以超临界状态存在的流体，即已到达该(纯)流体的压力-温度相图的超临界区域的流体。换句话说，超临界流体处于或高于临界压力和临界温度，该临界压力和温度使流体处于对应于该(纯)流体的液体-蒸汽临界点处或其上方。例如，纯二氧化碳(CO₂)的液体-蒸汽临界点由临界温度31.04℃和临界压力73.8巴限定。当处于超临界状态时，流体不能存在于不同的液相或不同的气相中。通过操作和控制适当配置的超临界流体处理系统，例如超临界流体色谱(SFC)系统或超临界流体萃取(SFE)系统，可以使流体进入其超临界状态。为方便起见，除非另有说明或上下文另有规定，否则术语“超临界流体”还包括“近-超临界”流体，即在临界温度和/或临界压力附近以致密高压状态存在的流体。近-超临界流体处于这样的压力和/或温度下，该压力和/或温度使流体位于该流体的压力-温度相图的超临界区域之外，但接近该临界区域。近-超临界流体可以是例如在低于界定超临界相的临界温度的温度下的液体和高度压缩气体的混合物(例如，在50巴或更高的压力下)。流体的近超临界状态可能是由于例如超临界流体处理系统的操作或向流体添加不同的材料引起的。

本文中使用时，术语“主要溶剂”(或“第一溶剂”)是指在基于超临界流体的分离系统(例如，SFC或SFE系统)中用作流动相流体的溶剂，例如本文所公开的溶剂，并且其通过这种系统的操作可以达到超临界状态。在SFC使用中，主要溶剂通常是非极性化合物，因此在本文中也可称为非极性溶剂。主要溶剂的典型实例是二氧化碳(CO₂)，因为其临界点相对于其他溶剂易于达到。可用作主要溶剂的流体的其他实例包括但不限于一氧化二氮(N₂O)，以及某些烷烃，例如乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)、正丁烷(C₄H₁₀)和戊烷(C₅H₁₂)。根据主要溶剂在相关系统中所处的位置或系统的操作状态，主要溶剂在给定的时刻可以处于超临界状态或可以不处于超临界状态。

本文中使用时，术语“管线”或“流体管线”通常是指能够容纳一定体积的流体并提供该流体从管线的一端流到管线的另一端的路径的任何类型的流体管道(例如，管、导管、通道等)。这种流体管线应具有适合用于如本文所述的超临界流体分离系统的压力等级，并且通常对流体管线中包含的流体来说是惰性的(不与其化学反应或吸附)。流体管线可包括两个或更多个不同的区段。例如，一个或多个流体装置或结构(例如，泵、阀、传感器、接头、流动组合器、分流器、流动池、加热器、冷却器、腔室、分离柱等)可以是在流体管线的两端之间的一个或多个位置处的流体管线的一部分或者与流体管线连通。

本文中使用时，术语“可润湿性表面”是指这样的固体表面，该固体表面与液体相互作用的方式使得由于液体和可润湿性表面之间的粘合力相对于液体的内聚力较高而引起液体在整个可润湿性表面展开。通常，当液滴在固体表面上的接触角(θ)(即液体-蒸汽界面与固-液界面相交的角度)在0°至90°的范围内时，可以认为润湿性高，其中0°对应于完美润湿(即，液体在固体表面上平坦地展开)。术语“可润湿性表面”可与术语“亲水性表面”互换使用，但术语“亲水”特别涉及液体为水的情况。

本文中使用时，术语“不可润湿性表面”是指这样的固体表面，其与与液体相互作用的方式使得由于液体和可润湿表面之间的粘合力相对于液体的内聚力较低而允许液体保持紧凑的液滴状形状并使液体与不可润湿性表面之间的接触面积最小化。通常，当接触角(θ)在90°至180°的范围内时，可以认为润湿性低，其中180°对应于完全非润湿(即，固体表面上的球形液滴)。术语“不可润湿性表面”可与术语“疏水”互换使用，但术语“疏水”特别涉及液体为水的情况。

固体物体表面的可润湿性程度(即，表面可润湿或不可润湿的条件)可以是固体物体的主体材料的固有性质。或者，如本领域技术人员所理解的，可以通过对表面进行适当的表面处理(例如，化学处理、等离子体处理、超疏水性等)，或者给表面涂覆具有适当组成的涂层(膜、层等)的表面，来改变表面的可润湿性的程度。因此，本文中使用时，可润湿性或不可润湿性“表面”包括已经被处理(例如，改性或官能化)或涂覆以增加或降低其可润湿性的表面。

图1是根据一个实施方式的基于超临界流体的分离系统、或更简单地超临界流体分离系统100的的示例的示意图。在该示例中，系统100主要代表SFC系统，但是替换性地，系统100可以是另一种类型的超临界流体分离系统，例如SFE系统。本领域技术人员通常理解各种超临界流体分离系统的结构和操作，因此，为了理解当前公开的主题，将仅对系统100进行简要描述。一般来说，系统100可以被配置用于分析色谱(或萃取)或制备色谱(或萃取)。系统100可以配置用于等度洗脱或梯度洗脱，并且可以在这两种操作模式之间切换。

系统100配置成建立流动相流入并穿过流体分离柱104(例如，色谱柱或萃取池)的流动。流动相包括如上所述的主要溶剂(或第一溶剂)，其通常用作非极性“弱”溶剂。为了改变(增加)流动相的极性，流动相还可以包括用作“强”溶剂的极性共溶剂(也称为“改性剂”溶剂)。在本公开的上下文中，“弱”溶剂是与柱104中的固定相相比样品组分具有相对较小亲和力的溶剂，并且“强”溶剂是与固定相相比样品组分具有相对较大亲和力的溶剂。因此，在较高比例的弱溶剂中携带的样品组分将牢固地保留在固定相上，这导致从柱104洗脱的时间更长。相比之下，在更高比例的强溶剂中携带的样品组分将微弱地保留(或根本不保留)在固定相上，这导致从柱104洗脱的时间更短。流动相组成(即流动相中主要溶剂(弱溶剂)和改性剂溶剂(强溶剂)的相对组成)通常取决于正被处理的样品和实施的方法方案。在给定的实验期间，流动相组成可以随时间恒定(等度洗脱)或变化(梯度洗脱)。改性剂溶剂通常是有机溶剂。改性剂溶剂的实例包括但不限于醇类，例如甲醇(MeOH)、乙醇(EtOH)和异丙醇(IPA)；或其他极性溶剂，例如乙腈(ACN)，或其混合物。改性剂溶剂还可含有额外的溶剂组分(称为添加剂)，例如水、胺、酸等，用于改变影响分离的溶剂的化学性质(例如pH)。

为了提供流动相，系统100可包含用于供应主要溶剂(或第一溶剂)的第一溶剂源108和用于供应改性剂溶剂(或第二溶剂)的第二溶剂源112。溶剂源108和112可以是罐、贮液器或其他容器。系统100还可包含：第一泵116，用于建立主要溶剂从第一溶剂源108到混合器120的流动；以及第二泵124，用于建立改性剂溶剂从第二溶剂源112到混合器120的流动。泵的实例包括但不限于单活塞泵或多活塞泵、计量泵、齿轮泵、注射泵、隔膜泵等，或其组合(串联和/或并联)。第一泵116被配置用于将主要溶剂加压至致密的高压水平，可能高于溶剂的临界点。当使用在低温(例如，室温)和低压下作为气体存在的主要溶剂时，如在二氧化碳的常见示例中那样时，第一泵116可包含泵冷却器和维持高度可压缩的主要溶剂为液相而特别需要的其他组件，以便可以有效地泵送主要溶剂。系统100还可包含与第一泵116上游的主要溶剂输送管线热接触的冷却设备(例如，热交换器，未示出)，以将初始气态的主要溶剂冷凝成液相。混合器120通常可以是有效地将主要溶剂和改性剂溶剂的进入流合并成溶剂混合物的单一流的任何流体组件。在一些实施方式中，混合器120可以是基本流动组合器，例如T形连接(或Y形连接)，用于简单地连接两个流动流。在其他实施方式中，混合器120可以被配置用于提供增强的混合效果，以实现特定应用所期望的均匀性水平，例如通过具有一定的长度、体积、几何形状和/或结构特征。

在一些应用中，被驱动穿过柱104的流动相可以包含多于两种的溶剂。因此，所示的第二溶剂源112可代表供应不同溶剂的两个或更多个溶剂源。两个或更多个溶剂源通常与单独的泵送系统连通。或者，如本领域技术人员所理解的，可以使用比例阀将来自一个或多个所选溶剂源的流以选定的比例输送到单个泵(例如，第二泵124)。

流动相包含主要溶剂或者主要溶剂和一种或多种共溶剂的混合物，其经由与柱104的入口连通的入口管线128从混合器120输送到柱104中。在一些实施方式中，系统100可以包含预加热器(未示出)，该预加热器放置在与入口管线128热接触的位置，以在流动相进入柱104之前加热流动相。

系统100还可以包含样品注射器(或样品引入设备)132，其示例性地与入口管线128连通。样品注射器132被配置用于将样品136注射到流动相中，其中样品136被流动相携带(例如溶解于其中)并因此与流动相一起被驱动进入柱104。应当理解，样品引入设备的位置可以位于柱104上游的其他位置，包括进入混合器120的流体管线，或者在各种旁路之中或之内，或者包含流动相的分流管线或流动相组件。作为一个非限制性示例并且如本领域技术人员所理解的，样品注射器132可包含多端口注射阀，该多端口注射阀可切换成与入口管线128、注射泵或计量泵(或其他正排量泵)、样品回路和废物容器流体连通。注射阀可包含含有内部通道(或凹槽)的静止部分和含有外部端口的可移动的(旋转或线性)部分。可移动的部分可以以转位方式(indexed manner)移动到多个阀位置，并且可以由步进电机为移动提供动力。通常，在每个阀位置处，两个外部端口与一个内部通道流体连通。因此，选择不同的阀门位置使得能够选择不同的端口对以用作流体入口和出口，从而选择与端口流体连通的在注射阀外部的各部件之间的不同流体路径。其中两个端口可以与样品回路连通。如本领域技术人员所理解的，注射阀可以切换到多个不同的阀位置，例如样品进样位置、样品注射位置、冲洗位置等。

样品136可以作为液体注射到流动相中，并且可以是样品材料溶解在样品溶剂中的溶液。

柱104通常可以是适用于高压色谱的任何柱。如本领域技术人员所理解的，柱104包括包含有效用于色谱分离的物质的固定相，所述固定相其可以以柱104中的填充料(即填充柱)或柱104内的衬里(即，开口管柱)的形式提供。当携带样品的流动相被驱动穿过柱104时，由于与固定相相互作用的程度不同，样品的不同级分变得彼此分离。因此，分离的级分在不同时间用流动相从柱104中洗脱。为了调节流动相的温度，可以使用上文提到的预加热器。类似地，柱104的温度可以通过放置在与加热设备140(例如烤箱或加热夹套)热接触的位置来调节。

柱子流出物(即，流动相和分离的级分)经由出口管线148可操作地流到一个或多个检测器152。如本领域技术人员已知的，检测器152可以放置在如图所示沿流体出口管线148的位置，或者可替代地(未示出)配置成利用来自出口管线148的柱子流出物的转移(也称为分流)部分。检测器152被配置成在原始样品136的化合物从柱104洗脱时对其进行检测。检测器152输出指示所检测到的化合物的电子信号。检测器信号可用于控制下文描述的下游组分收集过程，以及向用户提供分析数据(诸如，色谱图，例如作为时间函数的信号强度图)。当如图所示与流动流串联连接时，检测器152是非破坏性型的，使得能够在检测之后收集组分。一个典型的例子是基于光学的(例如，吸光度)检测器，其包括柱子流出物穿过的流动池，用在紫外线(UV)、可见(Vis)或红外(IR)范围中传播的光束照射流动池中的流体的光源，以及光学检测器(例如，二极管阵列)，其测量对照射做出反应的从流动池发射的光。检测器152的其他实例可包括手性(光学活性)检测器，其配置成检测手性化合物的不同对映体，或者破坏性检测器，其必须从流体出口管线148分开，例如质谱仪(MS)或火焰离子化检测器(FID)等。可以在离开柱104之后调节流动相流体的温度，其中可选地包括位于出口管线148上的柱后加热器(未示出)。

为了将流动相维持在高压(因此高密度)(例如，在90巴至超过600巴的范围内)，在柱104中或在任何检测器152处，通过处在与柱104的出口上游连通的出口管线148中的位置的流动流限制器(诸如背压调节器(BPR))144控制柱104的出口处的压力。背压调节器(例如本文所用的背压调节器)可以从膨胀的流体中经历显著的冷却并且已知包含加热器，以减少这种热效应。

柱子流出物经由输送管线160从背压调节器144流到级分收集器156。柱子流出物在离开BPR 144后通常被减压。因此，随着流动相的进一步膨胀，主要溶剂从致密的高压状态转变为气相。气态主要溶剂的体积可以是主要溶剂在其先前高压状态下具有的体积的数百倍。由于减压，柱子流出物变为两相，包含气态主要溶剂和远远更少的量(按体积计)的雾化液体溶液，该溶液包含一种或多种溶剂(样品注射溶剂、改性剂溶剂和它们的添加剂(如果使用的话))，样品级分溶解在该溶剂中。蒸发和膨胀主要溶剂使液体溶液雾化，并且所得的液滴散布在气态主要溶剂的流中。蒸发和膨胀过程使柱子流出物冷却。系统100可包含位于BPR 144下游的加热装置164，其与传输线160热接触，以回收至少一些热损失。另外，系统100可以包括补充流体泵168，补充流体泵168将来自补充流体贮存器172的补充流体流添加到传输管线160中的柱子流出物流中，在BPR 144下游的流体接头处或优选地在柱104和BPR144之间(如图所示)。补充流体可以是例如如上所述的有机溶剂。

级分收集器156被配置用于收集已经由柱104分离的柱子流出物的一个或多个选定级分。通常，级分收集器156包含一个或多个气液分离器、级分收集容器、废物容器和用于将柱子流出物从输送管线160引导至气液分离器或废物容器的流体处理组件。根据本文公开的实施方式的级分收集器的实例在下文中进行描述。

系统100也可以包含系统控制器(例如，计算设备)176。系统控制器176可以示意性地表示被配置用于控制、监测和/或定时系统100中各种组件的操作的一个或多个模块(或单元或组件)，系统100中各种组件例如流体泵116、124和168；样品注射器132；加热设备140和164；BPR 144；级分收集器156；阀门；传感器(压力、温度、流速等)；等等。为此目的，系统控制器176可以经由有线或无线通信链路与系统100的各种组件进行信号通信，如图1中通过系统控制器176和BPR 144之间以及系统控制器176和级分收集器156之间的虚线部分地表示的。同样为了这些目的，系统控制器176可以包括一种或多种类型的硬件、固件和/或软件，以及一个或多个存储器和数据库。系统控制器176的一个或多个模块可以是或者嵌入到例如计算机工作站或台式计算机或移动计算设备中，例如膝上型计算机、便携式计算机、平板计算机、手持计算机、个人数字助理(PDA)、智能手机等。系统控制器176还可以包含各种用户输入设备(例如，键盘、小键盘、触摸屏、鼠标、操纵杆、轨迹球、光笔、其他指示设备、麦克风等)和用户输出设备(例如，显示器、打印机、视觉指示器诸如灯或发光二极管LED、可听指示器诸如扬声器、汽车喇叭、警报器等)或与之通信。系统控制器176可以包含一个或多个读取设备，在其上或其中可以加载非暂时性(有形)计算机可读(机器可读)介质，该介质包含用于执行本文公开的任何方法的全部或部分的指令。

应当理解，尽管到目前为止主要在SFC系统中描述系统100，但系统100可以替代性地配置为另一种类型的超临界流体分离系统或与其结合。例如，系统100可以被配置为或包含SFE系统的组件。在这种情况下，可以包含或不包含样品注射器132。也就是说，柱104可以被配置为萃取池，其可以被手动解开连接或通过使用来自系统100的自动阀门来解开连接，以使得样本136能够被直接进样到该池中并且从萃取池中被选择性地萃取。此外，随后可将来自萃取池的流出物导入柱104中，用于经萃取的分析物的色谱分离。在这种情况下，样品136可以是固体或液体。

图2是根据一个实施方式的级分收集器200的一个示例的示意图。级分收集器200可以用在如上所述和图1中所示的系统中，因此可以对应于系统100的级分收集器156。级分收集器200包括气液分离器206和一个或多个级分收集容器210，并且还可以包括流选择(或流切换)设备214。柱子流出物经由传输管线260流到级分收集器200，传输管线260可以对应于图1中所示的传输管线160。气液分离器206被配置成将液体与柱子流出物的气体分离，如本文所述。液体行进到气液分离器206的底部并作为液滴218离开，液滴218通过重力流入级分收集容器210。气体通过一个或多个气体出口孔排出到环境，如箭头222所示。

流选择设备214被配置用于将柱子流出物的流动路径经由流体管线282切换到气液分离器206或经由另一流体管线切换到另一流体目的地位点226。例如，流选择设备214可以包含与图1的样品注射器132结合的具有两个或更多个如上所述的可切换流动通道的多端口流体阀。流选择设备214的切换状态和定时可以由控制器(诸如上文所述的系统控制器176)控制，并且可以基于由检测器(诸如上文所述的检测器152)输出的信号。例如，对检测器152检测柱子流出物中特定化合物的存在进行响应时，控制器176可以将流选择设备214(在适当的时间点)切换到引导柱子流出物到气液分离器206中的位置或状态，使得可以将级分收集在级分收集容器210中，气液分离器206与该级分收集容器210可操作性地对齐。在检测器152处不再检测到化合物时，或在预定的一段时间后，或在检测到已收集到预定的最大液体体积时(例如通过使用适当的传感器，或由液体泵送速率计算)，则控制器176可以将流选择设备214切换到将柱子流出物引导到另一个流体目的地位点226的位置或状态。其他流体目的地位点226可以包含废物容器或一个或多个随后的级分收集器，所述级分收集器可以与级分收集器200一起串联连接或通过本领域已知的阀门布置来连接。这种随后的级分收集器可以可操作性地用作级分收集器200的扩展，其受控制器176控制并与控制器176连通。

在本实施方式中，级分收集器200具有串联构造，其包括单个气液分离器206和以一维或二维阵列布置的多个级分收集容器210。级分收集器200还包含可移动的臂227，气液分离器206附接到可移动的臂227。可移动的臂227被配置用于将气液分离器206移动到在任何选定的一个级分收集容器210的开口上方对齐，并且可以将气液分离器206从一个级分收集容器210移动到串联的另一个，如箭头230所示。为此目的，可移动的臂227在一个、两个或三个(X-Y-Z或等同的)维度上是可移动的。通过控制器176，可以控制可移动的臂227和级分收集容器210的选择(图1)。如本领域技术人员所理解的，可移动的臂227可以是利用马达驱动级操作的机器人的末端执行器，其可以由控制器176控制。在任何给定时间选择哪个级分收集容器210从气液分离器206接收液滴218可以根据由控制器176执行的预编程的行程自动化，或者根据在系统100的给定实验运行期间发生的事件响应时或者对用户命令响应时控制器176作出的决定来自动化。例如，气液分离器206可以通过可移动的臂227放置在一个级分收集容器210处以在其中沉积液体级分，然后通过可移动的臂227移动到另一个级分收集容器210处以在其中沉积不同的液体级分，等等。可以重复这种级分收集过程，以进行样品注入和分离的后续循环。例如，在随后的循环中分离的相同类型的级分(例如，相同的化学化合物)可以沉积到相同的级分收集容器210中，由此来自多次注射/分离的不同级分可以积聚(汇集)到相应的级分收集容器210中。作为另一个例子，可以利用两个或更多个级分收集容器210来收集从多次注射/分离中分离或萃取的大量目标级分。

图3是根据另一个实施方式的级分收集器300的示例的示意图。级分收集器300可以用在如上所述和图1中所示的系统中，因此可以对应于系统100的级分收集器156。在本实施方式中，级分收集器300具有平行构造，包含多个气液分离器306和多个级分收集容器310，并且还可包含流选择(或流切换)设备314。每个气液分离器306在相应的级分收集容器310上空间对齐地放置。在一些实施方式中，气液分离器306可以与级分收集容器310的盖334集成或安装在级分收集容器310的盖334中，如图3中所示的最右侧的气液分离器306/级分收集容器310所描绘。柱子流出物经由传输管线360流到级分收集器300，传输管线360可以对应于图1中所示的传输管线160。气液分离器306如本文其他地方所描述地配置，产生与气体流分离的液滴318，气体流如箭头322所示排放到环境中。在图3中所示的最右侧的气液分离器306/级分收集容器310的情况下，盖334可包括一个或多个用于排出气体的通风口。

流选择设备314被配置用于经由相应的流体管线382将柱子流出物的流动路径切换到选定的一个气液分离器306，或者经由另一个流体管线切换到另一个流体目的地位点326。另一个流体目的地位点326可以是废物容器或一个或多个后续级分收集器。或者，流选择设备314可以利用与流体管线382一起散布的通道，该通道被引导或汇集到其他级分目的地位点326中。流选择设备314可以包含例如本文中其他地方描述的多端口流体阀。通常，级分收集器300可以以与上文中关于图2的级分收集器200描述类似的方式操作。流选择设备314可以由控制器控制，并且可以基于由检测器输出的反馈信号，如本文其他地方所述。例如，可以切换流选择设备314以顺序地建立指向各个气液分离器306的流动路径，以使得由检测器152检测到的不同级分能够被收集在相应的级分收集容器210中。在一些应用中，可以认为每个气液分离器306仅处理一种类型的样品级分是有利的，因为可以避免不同级分之间的交叉污染。如在图2的实施方式中，可以重复级分收集过程以用于样品注射和分离的后续循环。此外，可以利用两个或更多个级分收集容器310来收集从多次注射/分离中分离或萃取的大量目标级分。

应当理解，图1至3是超临界流体分离系统100和相关的级分收集器156、200和300的高阶示意图。如本领域技术人员所理解的，可以根据实际实施需要包含其他组件。

图4是根据本文公开的一个实施方式以组装的形式的气液分离器400的示例的正视图。图5是图4中所示的气液分离器400的另一个正视图，其中气液分离器400相对于图4中所示的视图绕纵轴L旋转。图6是图4和5中所示的气液分离器400的分解正视图，即未组装的形式。在这些图中，气液分离器400的一些内部特征由虚线表示。

在该实施方式中，气液分离器400包含流体入口438、与流体入口438连通的壳体442、与壳体442连通的出口结构446以及与出口结构446连通的滴头450。这些组件协同作用以引起供应到流体入口438的流体(例如，柱子流出物)的气液分离，并且提供一个或多个液体路径用于液体从气液分离器400流出以及一个或多个气体路径用于气体从气液分离器400流出。出于参考的目的，图4示出了穿过气液分离器400的纵轴L。气液分离器400的各组件可以被认为是沿着气液分离器400放置的或相对于纵轴L放置。

壳体442包含固体材料的主体454。主体454包含与纵轴L同轴的圆柱形壳体内表面458。壳体内表面458同轴地围绕(围住)内部空间462并且至少部分地界定(限定)内部空间462。壳体内表面458过渡到环形肩部466，环形肩部466限定了内径大于壳体内表面458的内径的上部开口或袋(也参见下文描述的图7)。在组装的形式中，板(或凸缘、盖子、罩子等)470被布置在环形肩部466上，使得板470位于垂直于纵轴L的平面中，从而从内部空间462上方封闭内部空间462。也就是说，内部空间462由板470以及壳体内表面458界定。可以包含诸如O形环或垫圈(未示出)的密封元件以在上部开口和板470之间提供密封界面，或者可以使用压接环、夹紧设备等将各组件紧紧地保持在一起。内部空间462的下端与出口结构446开放地连通，如下文所述。

流体入口438包含入口孔474，入口孔474沿着与纵轴L成直角的方向穿过主体454形成，即从图4和5的透视图中沿水平方向。或者，入口孔474可以以与水平方向成一个角度定向。入口孔474从壳体外表面478延伸到壳体内表面458。流体进入管482被插入穿过入口孔474，直到流体进入管482的开口远端接触位于主体454内的停止件484。停止件484可以包含位于壳体主体454内并且与壳体内表面458相切并且与入口孔474轴向对齐的特征(示例性地示出为孔或袋)，并且其位置距离足以与流体进入管482的壁进行干涉接触而不会阻塞流体进入管482的内孔的远端开口。因此，流体进入管482与内部空间462连通。停止件484与流体进入管482的远端之间的干涉进一步示于图5中，与图4的视图相比，在图5中气液分离器400已经绕纵轴L旋转到流体进入管482位于壳体442后方的位置。流体进入管482可以是供应流体给气液分离器400的流体管线的一部分或者与供应流体给气液分离器400的流体管线进行流体连接，例如分别在图1-3中所示的传输管线160、260或360，或图2中所示的在流选择设备214与气液分离器206之间的流体管线282，或图3中所示的在流选择设备314和相应气液分离器306之间的流体管线282中的一个流体管线。在一些实施方式中，经由流体入口438导入气液分离器400中的泵送的流体的流动速率在毫升/分钟(mL/min)的量级上。作为一个非限制性实例，由泵计量的流速可以在约2mL/min至约10mL/min的范围内，但流速的实例可以小于或显著大于前述范围。在一些实施方式中，流体进入管482的内径在几分之一毫米(mm)至几毫米的范围内，但在其他实例中，流体进入管482的内径可以更大。

出口结构446通常是与主体454轴向相邻并且从主体454的底部向下延伸的开放结构，并且具有通常朝向纵轴L渐缩的轮廓。出口结构446可以邻接于主体454，使得出口结构446和主体454可以彼此形成一体。例如，出口结构446和主体454可以被制造成整体或单件结构，例如通过采用相同的模制或机器加工工艺(取决于出口结构446和主体454的材料)。或者，出口结构446可以与主体454分开制造，并且随后通过适当的接合手段(例如，粘合、熔合、焊接等)或机械手段(例如，紧固、夹紧等)附接到主体454。根据该实施方式，出口结构446可以被认为是壳体442的一部分或者可以不被认为是壳体442的一部分。

出口结构446包含通常面向纵轴L的内表面(与其成一角度)和通常背向纵轴L的外表面(与其成一角度)。出口结构446的主体被构造以形成(限定)多个绕纵轴L彼此周向间隔开的指状物486。指状物486可以具有由出口结构446的内表面和外表面的至少一部分(其在本文中称为指状物外表面490和指状物内表面494)限定的渐缩的形状或尖角形状。如图所示，指状物486朝向纵向轴线L(在具有垂直和水平分量的合成方向上)会聚并终止于相应的指状物尖端498。限定会聚的轮廓线可以是直的(例如，作为直锥形几何形状)或者可以是弯曲的(如图所示)。指状物尖端498可以是明显尖锐的(例如，作为顶点)，但不要求是明显尖锐的。换句话说，指状物尖端498的形状可以比图4-6的示意图所示的形状更钝，和/或指状物尖端498的最远端可以包含平坦或适合的面。在所示实施方式中，出口结构446包含总共三个指状物486，并且指状物尖端498绕纵轴L彼此间隔120度，如图6中最佳示出的(还参见下文描述的图7和8)。在其他实施方式中，出口结构446可包含少于或多于三个的指状物486。

出口结构446还包含与内部空间462连通的多个气体出口孔405。气体出口孔405绕纵轴L彼此周向地隔开。每个气体出口孔405被限定在两个相邻的指状物486之间。在所示实施方式中，总共三个指状物486，出口结构446包含总共三个气体出口孔405。在其他实施方式中，出口结构446可包含少于或多于三个的气体出口孔405。在下面描述的图7和8的相应俯视图和仰视图中也示出了指状物486和气体出口孔405。

滴头450是通常(全部或部分地)位于内部空间462外部并且沿着纵轴L的材料的实心体或中空体。滴头450具有由滴头外表面限定的形状(或外部几何形状)。滴头外表面409延伸到滴头尖端413并终止于滴头尖端413，滴头尖端413可以是尖锐的或钝的。滴头450可以关于纵轴L对称，其中滴头尖端413位于纵轴L上。滴头450的至少一部分具有渐缩或会聚的几何形状。因此，在所示实施方式中，滴头450包含渐缩的滴头部分417，该渐缩的滴头部分417在朝向滴头尖端413的方向上(即，从图4的视角向下的方向)朝向纵轴L渐缩或会聚。渐缩的滴头部分417可以以线性或弯曲的方式渐缩。也就是说，渐缩的滴头部分417可以具有直锥形(或截锥形)轮廓，或者弯曲轮廓(诸如抛物线轮廓、双曲线轮廓或一些其他弯曲轮廓)。滴头450及其滴头尖端413的构造可以被设定尺寸以促进小液滴的形成，并且随后从滴头尖端413释放(或分离)小液滴，其中没有或几乎没有重力方式影响的、直线向下引导的低幅度速度分量以外的速度分量。因此，这种构造有利于在小级分收集容器或具有小开口的容器中收集液体。

在其他实施方式中，滴头450可以以与纵轴L成一定角度的方式定向，并因此与级分收集容器的垂直壁成一定角度并延伸到级分收集容器的垂直壁。这样的实施方式可以由一个或多个单独的部件构成。

滴头450还可包含过渡到渐缩的滴头部分417的球形部分421。在这种情况下，滴头450的一部分远离纵轴L发散或渐缩并且过渡到滴头450的朝向纵轴L会聚或渐缩的另一部分。在本文中，为方便起见，术语“球形”还包括伪球形几何形状，其同样部分地远离纵轴L发散并且部分地朝向纵轴L会聚，但具有与限定完美球体的偏心率不同的偏心率，例如椭圆形几何体。而且，球形部分421可以是复杂或复合几何形状的一部分。例如，球形部分421可以是泪滴形几何形状的一部分，或者是具有跑道形轮廓的几何形状(从图4的图纸平面的透视角度看)，其中球形部分421的上半球形和下半球形被插入的圆柱形部分分开。

滴头450可以进一步包含圆角部分(radiused section)425，其提供在球形部分421和渐缩的滴头部分417之间的过渡。在本文中，圆角部分425是“圆角的”，因为其相对于纵轴L的半径在根据需要提供线性或弯曲的方式改变，以提供平滑过渡。当弯曲时，圆角部分425可以是凹形、凸形或部分凹形和部分凹形(如图所示)。

滴头450可以通过附接到壳体442的一些部分而固定在适当的位置。作为一个非限制性示例，滴头450可以附接到横向板470，例如通过与紧固件629接合(图6)。紧固件629可以是螺纹紧固件(例如，螺钉、螺栓等)，其穿过板470的孔633插入并拧入滴头450的螺纹孔637中。在图6中具体示出的实施方式中，滴头450包含沿纵轴L伸长并位于渐缩的滴头部分417上方的圆柱形部分或直柱641。直柱641轴向延伸穿过内部空间462，并且螺纹孔637形成在直柱641的上端。同样在所示实施方式中，当包括球形部分421时，该球形部分421布置在直柱641和渐缩的滴头部分417之间并过渡到直柱641。

滴头450可以相对于指状物486轴向地放置，使得指状物尖端498靠近滴头外表面409。通过这种构造，沿着指状物486流动并且在指状物486上方的液体流可以继续流到靠近该手指486的滴头外表面409的位置上。在本文中，术语“靠近”包括指状物尖端498与滴头外表面409相邻但与滴头外表面409通过间隙隔开的实施方式，以及指状物尖端498与滴头外表面409相邻并与滴头外表面409物理接触的替代性实施方式。在前一实施方式中，间隙可以足够小以使液体流能够由于表面张力而内聚地横越间隙。在所示实施方式中，指状物尖端498靠近滴头450的球形部分421。

滴头450可以相对于指状物486轴向地放置，使得每个气体出口孔405由滴头外表面409以及两个相邻指状物486界定。在所示实施方式中，气体出口孔405由球形部分421的上部界定。

还如图4-6所示，气液分离器400可包含支撑结构445，其以组装的形式布置在壳体442中。支撑结构445包含与纵轴L同轴的支撑结构外表面449。因此，在该实施方式中，内部空间462包含在壳体内表面458和支撑结构外表面449之间限定的环形区域。支撑结构445可包括支撑结构渐缩的部分，沿着该部分，支撑结构外表面449在朝向滴头450和纵轴L的方向上向下渐缩(即，支撑结构外表面449的直径减小)。因此，在该实施方式中，内部空间462的环形区域的横截面流动区域在朝向滴头450和纵轴L的方向上膨胀(增加)，如图4和5中最佳示出的。因此，这种构造在内部空间462中提供了增加的体积，膨胀气体可以穿过内部空间462在经由气体出口孔405离开气液分离器400之前循环。

支撑结构445还可以包含与纵轴L同轴的底切槽(undercut)或环形凹槽453。环形凹槽453可以放置在与穿过壳体442的主体454的侧面形成的入口孔474相同的高度(相对于纵轴L)的位置。支撑结构外部表面449可在环形凹槽453处具有圆形(凹形)轮廓，其与流体进入管482的外表面的圆形(凸形)轮廓互补。因此，在该实施方式中，内部空间462包含在壳体内表面458和环形凹槽453之间限定的第二环形区域，其在壳体内表面458和低于环形凹槽453的支撑结构外表面449(的渐缩部分)之间限定的第一环形区域上方。通过这种构造，流体进入管482穿过入口孔474插入并进入第二环形区域，靠近环形凹槽453并且接触或不接触环形凹槽453。因此，从流体进入管482射出的流体最初流入第二环形区域。

如图6所示，在包含滴头450的直柱641和支撑结构445二者的实施方式中，支撑结构445可以包含在纵轴L上的孔657。在组装期间，直柱641被插入到孔657中，并且紧固件629被插入穿过板470的孔633并与直柱641的螺纹孔637螺纹接合。直柱641可以插入到孔657中足够远的位置，以使支撑结构445底端与滴头外表面409的一部分接触，例如在球形部分421处。在这种情况下，以组装的形式，滴头450被放置在与支撑结构445相邻的位置，使得支撑结构外表面449过渡到滴头外表面409，如图4和5所示。同样在该实施方式中，支撑结构445可以与板470成一体或附接到板470。

在一些实施方式中，壳体442(或至少壳体内表面458)和/或出口结构446(或至少指状物内表面494)和/或支撑结构445(或至少支撑结构外表面449)由不可润湿性(或疏水性)低摩擦材料构成，其在一些实施方式中可以是由本公开前面所述的表面处理或涂层引起的。不可润湿性材料的实例包括但不限于氟碳聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)。附加地或替代地，在一些实施方式中，滴头450(或至少滴头外表面409)由可润湿性(或亲水性)材料构成，其在一些实施方式中同样可以是由本公开前面所述的表面处理或涂层引起的。可润湿性材料的实例包括但不限于各种金属(例如，不锈钢)、玻璃和陶瓷。此外，滴头外表面409可以是光滑的(低表面粗糙度)、机械抛光的或电抛光的。所用材料的不同润湿性能促进聚结的液体从壳体442和出口结构446移动到滴头450上，以及从支撑结构445移动到滴头450上。在下文中进一步描述液体穿过气液分离器400的运动。

图7是气液分离器400的俯视图，示出了壳体442、出口结构446和流体进入管482。板470、支撑结构445和滴头450已经被移除以提供从壳体442的顶部到内部空间462中的清晰视图。该视图对应于横向于纵轴L(参见图4和5)的平面。在该横向平面中，指状物486沿着相应的径向方向朝向纵轴L(并且因此在存在滴头446时，朝向滴头446)会聚。此外，限定指状物486的出口结构446的边缘会聚到相应的指状物尖端498。入口孔474、因此流体进入管482沿着相对于圆形壳体内表面458的切线方向定向。例如，限定流体进入管482的内部孔的外周的流体进入管482的内表面可以与圆形壳体内表面458相切的线(基本上)共线。在这种情况下，流体进入轴(或流体进入管482的中心轴)平行于该切线(从该切线偏移)。通过这种构造，从流体进入管482射出的流体761沿着切向流体入口流动路径进入内部空间462，并且与传统的旋风分离器不同，立即冲击壳体内表面458，这促进了气液分离。然而，冲击角度足够浅，以使来自壳体内表面458的液滴的冲击后回弹最小化，并防止液体与分离的气体重新气溶胶化。离开流体进入管482的流体761的气态组分将倾向于膨胀，导致散布的液滴以大致锥形形状离开(在图7中示例性地夸大的)。离开液体761的锥形形状提供了在冲击角度方面某种微小的范围，尽管在描述基本操作原理时它通常可以被认为是单一角度。随后，液体在重力的帮助下沿着壳体内表面458循环并向下流动。流动的液体随后过渡到沿着指状物内表面494流动，如液体流动路径(或流动方向)765示意性描绘的。在下文中进一步详细描述气液分离器400的操作。

在其他实施方式中，从图4的正视图的透视角度看，入口孔474(并且因此流体进入管482)可以相对于切向方向(在图7中是水平的)成一定角度，和/或相对于水平横向平面成向上或向下的角度定向。包含这种角度进入的实施方式在较大的冲击角度下促进了更直接的冲击。如果保持低于回弹阈值，则较高的冲击角度可有利于促进液滴的聚结。其他实施方式与附图中所示的对称形状的指状物486和气体出口孔405背离。指状物486可以有利地被修整，从而沿着与液体行进的大致方向相反的一侧消除材料，成为示例性的月牙形状。通过修整变薄的指状物486仍然支撑流向滴头450的液体流。此外，在宽度变薄的情况下，指状物486在进入流停止时更快地将溶剂引流到滴头450上。

还如图7中所示，壳体442可包含在横向平面中从壳体442的侧面延伸的侧面结构769。侧面结构769可以成形为例如板或块。形成的入口孔474穿过侧面结构769，因此穿过侧面结构769插入流体进入管482。侧面结构769可以提供各种功能，例如，便于在流体进入管482和壳体442之间形成流体缩放界面(fluid-scaling interface)，增强对流体进入管482的结构支撑，和/或便于将气液分离器400安装到另一结构。

图8是气液分离器400的仰视图，主要示出了出口结构446和滴头450。为了清楚起见，板470、支撑结构445以及在出口结构446和滴头450上方的流体进入管482(或从图8的视角看，在这些组件背后)已经被移除。

现在将主要参考图4、7和8来描述气液分离器400的操作。包含散布在膨胀气体中的液滴的雾化流体761从流体进入管482沿着切向流体入口流动路径(图7)喷射。切向流体入口流动路径从内部空间462的中心(纵向轴线L)偏移径向距离，该径向距离将切向流体入口流动路径定位在壳体内表面458处或附近。在如上所述和图1-3中所示的超临界流体分离系统的情况下，雾化流体可以是由色谱分离(SFC)或萃取(SFE)过程产生的柱子流出物，其中将样品注入到位于分离柱104上游的一点处的流动相中，然后被驱动穿过柱104，与补充流体泵168提供的任何附加补充流结合。即，气体可包含先前为柱洗脱液的主要(通常为非极性)溶剂，并且液滴可包含溶解在样品溶剂中的样品级分和/或添加到主要溶剂中的一种或多种极性共溶剂。根据气液分离器400相对于目标级分收集容器放置的位置，气体出口孔405直接与环境连通或与容器内部连通，其可直接排放到大气中或一些外部容纳结构内。

在从流体进入管482引入内部空间462中时，气体立即开始与液体分离并继续膨胀。气体围绕内部空间462旋转，通常沿着向下的螺旋路径旋转，并且经由气体出口孔405离开气液分离器400，如图5中的箭头522示意性所描绘。液体可以大部分以液滴的形式离开流体入口管482，一旦离开流体入口管482，通常遵循图7中所示的切向流体入口流动路径。离开流体入口管482的流体761的气态组分将倾向于膨胀，导致散布的液滴以大致锥形(尽管略微锥形)形状离开(在图7中示例性地夸大)。离开流体进入管482的流动流的速度、动量和形状通常取决于流体进入管482的流速和尺寸(内径)。液体流由如下形成的：液滴在壳体内表面458上聚结(或合并)形成较大的液滴，并最终形成连续的流或片。大部分或全部液滴立即冲撞壳体内表面458。一小部分液滴仍然可以在气体中散布一段短暂的时间，之后由于其动量的向外的径向分量，这些液滴最终冲击壳体内表面458或先前受冲击的伴随液体(如下面讨论)沿壳体内表面458形成一片。冲击液体在比流体入口管482的内径更宽的区域上的扩散产生具有最初的高旋转速度的宽且薄的液体流，其开始沿着壳体内表面458形成一片。该过程允许从冲击液进一步释放夹带的气体。

在接触壳体内表面458之后，液体沿着壳体内表面458流动，具有突出的周向分量，其部分地由于重力而具有略微向下的轴向分量，表现为一个液体流动路径。在本文中，术语“轴向”是与纵轴L相关联的，其是从图4的正视图的视角看的垂直的轴线。因此，所得的液体流动路径可以被认为通常是螺旋形的。在离开流体进入管482的速度足够且内表面径向尺寸适当的情况下，由重力引起的速度的向下分量减小。向下速度的降低允许液体形成沿壳体内表面458循环的一片液体。液体通常沿着壳体内表面458作为具有向下方向的循环片移动，同时通过选择壳体内表面458高度而被垂直压缩。通过这种构造，液体的单个流(或片)765可以在沿着壳内表面循环的同时合并到其自身中。随着液体的流体元素到达出口结构446和壳体内表面458的界面，液体的运动变得均匀。随后，在壳体内表面458和出口结构446之间的界面附近，流体分支成一个或多个流体765，每个流沿着指状物内表面494横越每个指状物486。

气液分离器400被配置成使得沿着内表面流动的液体的流体动力学很大程度上由液体本身控制。实际上，流动的液体有利地与其自身相互作用以降低其总速度，其在与已知的分离器相比物理尺寸显著减小的气液分离器400中可实现。虽然由于动能损失，液体的流体元素在沿着内表面在其流动路径中行进时自然地降低速度，但是通过迫使更高速元素进入气液分离器400中与先前进入气液分离器400的低速元素相互作用而进一步增强流体元件的速度降低。较高速度元素和较低速度元素之间的这种强制相互作用提供了对较高速度元素的剪切力或阻力。通过充分降低朝向气液分离器400的内部空间462的底端的速度并且通过其自身的表面张力作为粘性流保持在一起，液体能够沿着出口结构446的渐缩的内表面且沿着指状物486行进，并继续行进到位于中心的滴头450上。作为进一步的优点，液体在气液分离器400内的初始冲击和随后的径向循环足够强大，以使得液体中夹带的大量气体在液体被收集在滴头上并转移到级分收集容器中之前从液体中释放出来。

当液滴从流体进入管482射出时，大部分液滴冲击壳体内表面458。然而，一些液滴可能冲击支撑结构445的支撑结构外表面449，而不是壳体内表面458。这将主要在流体流过流体入口管482的初始启动和随后停止期间产生。因此，可能形成额外的液体流，并且在支撑结构外表面449上液滴可能进一步聚结成更大的液滴。因此，液体可以沿着支撑结构外表面449在大致向下的方向上流动，最终在滴头450处重新汇入主要的液体流。因此，由支撑结构445提供的额外的流动路径有助于通过气液分离器400的操作从流体进入管482供应的样品级分的回收。通过这种构造，最小化或消除了液相组分穿过气体出口孔405的损失。此外，在流体流停止穿过流体进入管482之后，由于重力和残余动能，在气液分离器400内部的表面上流动的液体将继续向下引流到滴头450上。通过提供如本文所述的不可润湿性表面，可以增强液体的这种持续的引流和向下运动。对于前述内容，显然气液分离器400被配置成其中不保留液体。

随后，来自指状物内表面494和支撑结构外表面449的液体流过渡到滴头450的滴头外表面409(图4)。也就是说，滴头450相对于指状物尖端498和支撑结构445而定位在纵轴L上一定高度，使得滴头450能够用作对于沿着指状物内表面494和支撑结构外表面449二者流动的液体来说的公共引流位点。通过采用如上所述的可润湿性表面作为滴头外表面409，可以促进液体横越到滴头外表面409上。图8示意性地描绘了液体沿着滴头外表面409的液体流动路径(或液体流动的一般方向)869，其总体上朝向滴头尖端413。随着滴头外表面409的可润湿性增强，来自相应的指状物尖端498的各个液体流可以展开并彼此合并，在滴头外表面409上形成液体片。在重力的影响下，液体最终从滴头外表面409(特别是在滴头尖端413处)分离并且作为液滴落入与滴头450对齐的级分收集容器的内部。可收集的液体在滴头尖端413处的会聚有助于使液滴沉积到具有小直径开口的级分收集容器中。

从上述内容可以明显看出，气液分离器400限定了一个或多个来自流体入口438的液体流动路径，以及一个或多个来自流体入口438的与液体流动路径分开的气体流动路径。一个或多个液体流动路径通常沿着壳体内表面458延伸到一个或多个指状物内表面494，沿着一个或多个指状物内表面494延伸到滴头外表面409，并且沿着滴头外表面409延伸到滴头尖端413。一个或多个额外的液体流动路径通常也可以沿着支撑结构外表面449延伸到滴头外表面409，并且沿着滴头外表面409延伸到滴头尖端413。一个或多个气体流动路径通常穿过壳体442的内部空间462并穿过气体出口孔405。此外，气液分离器400的各元件的构造确定处于分离状态的气体和液体组分的动态行为，并且在环境压力下操作时，允许气液分离器400的物理尺寸和容纳体积显著减小。此外，减小的内部体积和小的流体横越延迟使混杂最小化，以保持收集的先前分离的样品化合物的纯度。

图9是根据另一实施方式的滴头950的示例的正视图。滴头950可以主要由渐缩的滴头部分917组成，该渐缩的滴头部分917终止于滴头尖端913。在一些实施方式中，滴头950的上部可以是直的圆柱形部分941，其与如图6所示直柱641类似地过渡到渐缩的滴头部分917。如果提供的话，可以在直的圆柱形部分941或渐缩的滴头部分917的上端形成螺纹孔937。滴头950可沿纵轴L放置，使得渐缩的滴头部分917或直的圆柱形部分941(如果提供的话)靠近出口结构446的指状物486的指状物尖端(图4-8)。滴头950可以以其他方式配置并且以类似于上文描述且在图4-8中示出的滴头450的方式起作用。

图10是气液分离器1000(例如，对应于上文描述的且分别在图2、4-8或图9中示出的气液分离器206、400或900)和可安装气液分离器1000的可移动的臂1027的透视分解图。可移动的臂1027可以是例如上文描述且在图2中示出的级分收集器200的一部分，因此可以对应于上文描述的可移动的臂227。可移动的臂1027通常可以包含通过任何合适的紧固装置附接到第二臂件1077的第一臂件1073。可移动的臂1027可以通过本公开中先前一般性描述的以及由本领域技术人员理解的任何合适的装置附接到机器人组装件(未示出)并由机器人组装件致动。气液分离器1000可以通过任何合适的手段安装在可移动的臂1027的孔1081中。可移动的臂1027可包含防护结构1085，防护结构1085被配置为保护气液分离器1000的滴头1050。

应当理解，本文描述的过程、子过程和工艺步骤中的一个或多个可以由硬件、固件、软件或前述的两个或更多个的组合在一个或多个电子受控设备或数字受控设备上执行。软件可以驻留在合适的电子处理组件或系统中的软件存储器(未示出)中，例如图1中示意性描绘的系统控制器176中。软件存储器可以包含用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表(即，可以以数字形式，诸如数字电路或源代码，或者以模拟形式，诸如模拟源、例如模拟电信号、声信号或视频信号，来实现的“逻辑”)。指令可以在处理模块内执行，处理模块包含例如一个或多个微处理器、通用处理器、处理器组合、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA等)。此外，各示意图描述了具有不受限于功能的架构或物理布局的物理(硬件和/或软件)实现的功能的逻辑划分。本文中所描述的系统的示例可以以各种配置来实现并且作为单个硬件/软件单元或分开的硬件/软件单元中的硬件/软件组件来操作。

可执行指令可以实现作为具有其中所存储的指令的计算机程序产品，其当由电子系统的处理模块(例如图1中的系统控制器176)执行时命令电子系统执行指令。计算机程序产品可以有选择地实施在任何由指令执行系统、装置或设备(例如基于电子计算机的系统、包含处理器的系统或可以有选择地从指令执行系统、装置或设备取得指令并且执行指令的其它系统)使用或与之结合的非瞬时计算机可读存储介质中。在本公开的上下文中，计算机可读存储介质是可以存储由指令执行系统、装置或设备使用或与之结合的程序的任何非瞬时部件。非瞬时计算机可读存储介质可以有选择地例如是电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备。非瞬时计算机可读介质的更多具体示例的非囊括性列表包括：具有一个或多个引线的电连接(电子)；便携式计算机磁盘(磁)；随机存取存储器(电子)；只读存储器(电子)；可擦除可编程只读存储器，诸如例如闪存(电子)；压缩盘存储器，诸如例如CD-ROM、CD-R、CD-RW(光)；数字多功能盘存储器，即DVD(光)。注意，非瞬时计算机可读存储介质可以甚至是在其上打印程序的纸张或另一合适的介质，因为程序可以经由例如纸张或其它介质的光学扫描而以电子方式得以捕获，然后编译、解释或另外根据需要而以合适的方式处理，然后存储在计算机存储器或机器存储器中。

还应理解，本文中使用时术语“处于信号通信”或“处于电通信”表示两个或更多个系统、设备、组件、模块或子模块能够经由在某种类型的信号路径上行进的信号而彼此进行通信或连通。信号可以是通信、功率、数据或能量信号，其可以沿着在第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之间的信号路径将信息、功率或能量从第一系统、设备、组件、模块或子模块传送到第二系统、设备、组件、模块或子模块。信号路径可以包括物理、电、磁、电磁、电化学、光、有线或无线连接。信号路径还可以包括在第一与第二系统、设备、组件、模块或子模块之间的额外的系统、设备、组件、模块或子模块。

更一般来说，在本文中使用时，例如“连通”以及“与……连通”的术语(例如第一组件与第二组件“连通”或“处于连通”)指示在两个或更多个组件或要素之间的结构、功能、机械、电、信号、光、磁、电磁、离子或流体关系。故此，一个组件被称为与第二组件连通的事实并非意图排除额外的组件可以在第一与第二组件之间出现和/或与之可操作地关联或结合的可能性。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以改变本发明的各个方面或细节。此外，前面的描述目的仅是说明性的，而并非限制的目的，本发明由权利要求书限定。

Claims (24)

1.一种气液分离器，其包含：

流体入口；

与所述流体入口连通的壳体，所述壳体包含围绕纵轴并且围住内部空间的壳体内表面；

出口结构，所述出口结构包含多个沿所述纵轴彼此周向地隔开的指状物，所述指状物朝向所述纵轴会聚并在相应的指状物尖端处终止，并且所述指状物包含相应的指状物内表面，所述指状物内表面面向所述纵轴；

滴头，所述滴头包含放置在所述内部空间外部的滴头尖端和延伸到所述滴头尖端的滴头外表面，其中所述指状物尖端靠近所述滴头外表面；以及

气体出口孔，所述气体出口孔由所述滴头外表面和两个相邻的指状物界定，其中：

所述气液分离器限定液体流动路径从所述流体入口、沿着所述壳体内表面、沿着所述指状物内表面中的一个或多个、沿着所述滴头外表面并且到所述滴头尖端；并且

所述气液分离器限定气体流动路径来自所述流体入口、穿过所述内部空间并且穿过所述气体出口孔。

2.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述壳体内表面和所述指状物内表面中至少一个具有选自由不可润湿性材料组成的组的组成。

3.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述壳体内表面和所述指状物内表面中至少一个具有选自由氟碳聚合物和聚四氟乙烯组成的组的组成。

4.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述滴头外表面具有选自由可润湿性材料组成的组的组成。

5.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述滴头外表面具有选自由陶瓷、玻璃和金属组成的组的组成。

6.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述滴头外表面具有不锈钢的组成。

7.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述出口结构包含在所述壳体内表面和所述指状物之间的圆柱形或渐缩的部分。

8.如权利要求1所述的气液分离器，其包含面向所述内部空间的板，其中所述滴头附接到所述板。

9.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述指状物尖端通过相应的间隙而与所述滴头外表面隔开，或者所述指状物尖端接触所述滴头外表面。

10.如权利要求1所述的气液分离器，其包含布置在所述壳体中的支撑结构，所述支撑结构包含支撑结构外表面，其中所述内部空间包含限定在所述壳体内表面和所述支撑结构外表面之间的环形区域。

11.如权利要求10所述的气液分离器，其中所述滴头被放置在与所述支撑结构相邻的位置，以使所述支撑结构外表面过渡到所述滴头外表面。

12.如权利要求10所述的气液分离器，其中所述环形区域具有在与所述纵轴成直角的面中的横截面流动区域，并且所述支撑结构包含在朝向所述滴头的方向上渐缩的锥形部分，以使所述横截面流动区域在朝向所述滴头的方向上增加。

13.如权利要求10所述的气液分离器，其中所述支撑结构包含环形凹槽，并且所述流体入口包含放置在所述壳体内表面和所述环形凹槽之间的管。

14.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述滴头包含渐缩的滴头部分，所述渐缩的滴头部分在朝向所述滴头尖端的方向上渐缩。

15.如权利要求14所述的气液分离器，其中所述渐缩的滴头部分靠近所述指状物尖端。

16.如权利要求14所述的气液分离器，其中所述滴头包含靠近所述指状物尖端并过渡到所述渐缩的滴头部分的的圆柱形部分。

17.如权利要求14所述的气液分离器，其中所述滴头包含靠近所述指状物尖端并过渡到所述渐缩的滴头部分的球形部分。

18.如权利要求14所述的气液分离器，其中所述渐缩的滴头部分具有选自下组的轮廓：直锥形轮廓、弯曲轮廓。

19.如权利要求14所述的气液分离器，其中所述渐缩的滴头部分具有选自下组的轮廓：抛物线轮廓和双曲线轮廓。

20.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述壳体内表面的至少一部分是圆柱形内表面，并且所述流体入口被定向以使在与所述圆柱形内表面相切的方向上或者与所述圆柱形内表面的切线成角度的方向上喷射流体。

21.如权利要求1所述的气液分离器，其中所述气体出口孔是沿所述纵轴彼此周向地隔开的多个气体出口孔中的一个，每个气体出口孔由所述滴头外表面和两个相邻的指状物界定。

22.将流体分离成液体和气体的方法，所述方法包括：

将所述流体喷射到气液分离器的内部空间中，所述流体包含携带在气体中的液滴，其中所述液滴在所述内部空间中开始与气体分离并且聚结成流过围绕所述内部空间的内表面的液体流；

使来自所述液体流的液体合并到滴头上，其中所述液体流过所述滴头到达所述滴头尖端并且与所述滴头尖端分离；并且

在合并所述液体的同时，将所述气体通过一个或多个与所述滴头相邻的气体出口孔排出，

其中所述气液分离器为根据权利要求1至21中任意一项所述的气液分离器。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述内表面包含圆柱形内表面，并且将所述流体喷射到所述内部空间中包括将所述流体沿与所述圆柱形内表面相切的方向喷射。

24.如权利要求22所述的方法，其中所述内表面包含围绕轴的圆柱形内表面，所述滴头位于所述轴上，并且所述液体流在围绕所述轴且朝向所述滴头会聚的指状物上流动，并且其中使来自所述液体流的液体合并到滴头上包括使所述流体沿所述指状物流动并从所述指状物流到所述滴头上。

Images