DE102017127316A1 - Sample separator with microfluidic structure as a heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Probentrenneinrichtung (30) zum Trennen einer fluidischen Probe in einem Probentrenngerät (10), wobei die Probentrenneinrichtung (30) eine Wandung (100), die ein Lumen (102) zum Durchführen der fluidischen Probe zum Trennen der fluidischen Probe begrenzt, und eine als Wärmetauscher (104) ausgebildete mikrofluidische Struktur (106) in der Wandung (100) aufweist.A sample separator (30) for separating a fluid sample in a sample separator (10), the sample separator (30) defining a wall (100) defining a lumen (102) for passing the fluid sample to separate the fluid sample, and a heat exchanger (104) has a formed microfluidic structure (106) in the wall (100).
Description
TECHNISCHER HINTERGRUND TECHNICAL BACKGROUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Probentrenneinrichtung, ein Probentrenngerät, ein Verfahren zum Herstellen einer Probentrenneinrichtung und eine Verwendung. The present invention relates to a sample separator, a sample separator, a method for producing a sample separator, and a use.
In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar ist, durch eine sogenannte stationäre Phase (zum Beispiel in einer chromatografischen Säule), bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. Ein solches HPLC-System ist zum Beispiel aus der
In einem chromatographischen Probentrenngerät wird eine chromatographische Säule als Beispiel für eine Probentrenneinrichtung häufig in einem Säulenofen angeordnet, wo die Säule temperiert wird. Dennoch bleibt es herausfordernd, eine fluidische Probe bzw. eine mobile Phase während des Probentrennens auf eine vorgebbare und reproduzierbare Temperatur zu bringen. Die Herstellung einer solche Anforderungen erfüllenden Probentrenneinrichtung für ein Probentrenngerät ist allerdings immer noch aufwendig. Dies gilt insbesondere, wenn eine kompakte Probentrenneinrichtung gewünscht ist. In a chromatographic sample separator, a chromatographic column as an example of a sample separator is often placed in a column oven where the column is heated. Nevertheless, it remains challenging to bring a fluidic sample or a mobile phase during the sample separation to a predeterminable and reproducible temperature. However, the production of such requirements fulfilling sample separation device for a sample separation device is still expensive. This is especially true if a compact sample separator is desired.
OFFENBARUNG EPIPHANY
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine leistungsfähige und kompakte Probentrenneinrichtung mit vertretbarem Aufwand herzustellen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt. It is an object of the invention to produce a powerful and compact sample separation device with reasonable effort. The object is achieved by means of the independent claims. Further embodiments are shown in the dependent claims.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Probentrenneinrichtung zum Trennen einer fluidischen Probe in einem Probentrenngerät geschaffen, wobei die Probentrenneinrichtung eine Wandung, die ein Lumen zum Durchführen der fluidischen Probe zum Trennen der fluidischen Probe begrenzt, und eine als Wärmetauscher ausgebildete mikrofluidische Struktur in der Wandung aufweist. According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a sample separator for separating a fluidic sample in a sample separator, the sample separator comprising a wall defining a lumen for passing the fluid sample to separate the fluid sample and a microfluidic structure formed as a heat exchanger in the sample Wall has.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrenngerät zum Trennen einer fluidischen Probe bereitgestellt, wobei das Probentrenngerät einen Fluidantrieb zum Antreiben einer mobilen Phase und der darin befindlichen fluidischen Probe, und eine Probentrenneinrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Trennen der fluidischen Probe in der mobilen Phase aufweist. According to another exemplary embodiment, a sample separator is provided for separating a fluidic sample, the sample separator having a fluid drive for driving a mobile phase and the fluidic sample therein, and a sample separator having the above-described features for separating the fluid sample in the mobile phase ,
Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Herstellen einer Probentrenneinrichtung zum Trennen einer fluidischen Probe in einem Probentrenngerät bereitgestellt, wobei bei dem Verfahren eine Wandung ausgebildet wird, die ein Lumen zum Durchführen der fluidischen Probe zum Trennen der fluidischen Probe begrenzt, und eine als Wärmetauscher konfigurierte mikrofluidische Struktur in der Wandung ausgebildet wird. According to yet another exemplary embodiment, there is provided a method of making a sample separator for separating a fluid sample in a sample separator, the method defining a wall defining a lumen for passing the fluid sample to separate the fluid sample, and one Heat exchanger configured microfluidic structure is formed in the wall.
Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel wird eine Probentrenneinrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen in der Chromatographie, insbesondere in der Flüssigchromatographie (vorzugsweise in der Hochtemperatur-Flüssigchromatographie oder in der Subcritical Water Chromatography) verwendet. According to yet another exemplary embodiment, a sample separator having the features described above is used in chromatography, particularly in liquid chromatography (preferably in high temperature liquid chromatography or in subcritical water chromatography).
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „mikrofluidische Struktur“ insbesondere ein verzweigter oder unverzweigter Kanal, eine Mehrzahl solcher Kanäle oder eine andere Struktur mit Dimensionen im Bereich von Mikrometern bis Millimetern verstanden, die von Fluid durchfließbar ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Innendurchmesser der mindestens eines mikrofluidischen Struktur in einem Bereich zwischen 0,05 mm und 1 mm, insbesondere in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, sein. Vorzugsweise ist die mikrofluidische Struktur nicht langgestreckt, sondern gekrümmt, um zum wirksamen Wärmetauschen eine möglichst lange fluidische Trajektorie bereitzustellen. Die mindestens eine mikrofluidische Struktur kann insbesondere mindestens einen vollumfänglich begrenzten mikrofluidischen Kanal aufweisen. Mit anderen Worten kann die mikrofluidische Struktur ein mikrofluidischer Hohlraum in der Wandung sein. In the context of the present application, the term "microfluidic structure" is understood in particular to mean a branched or unbranched channel, a plurality of such channels or another structure with dimensions in the range from micrometers to millimeters, which can be flowed through by fluid. According to one embodiment, an inner diameter of the at least one microfluidic structure may be in a range between 0.05 mm and 1 mm, in particular in a range between 0.1 mm and 0.5 mm. Preferably, the microfluidic structure is not elongated, but curved to provide the longest possible fluidic trajectory for effective heat exchange. The at least one microfluidic structure may in particular have at least one completely limited microfluidic channel. In other words, the microfluidic structure may be a microfluidic cavity in the wall.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Lumen“ insbesondere ein vorzugsweise langgestreckter Kanal verstanden, der einen Innendurchmesser haben kann, der vorzugsweise größer als der Innendurchmesser der mikrofluidischen Struktur ist. Vorzugsweise ist das Lumen ganz oder teilweise mit Probentrennmaterial zum Durchführen einer Probentrennung, insbesondere einer chromatographischen Probentrennung, gefüllt. In the context of the present application, the term "lumen" is understood to mean, in particular, a preferably elongated channel which may have an inner diameter which is preferably greater than the inner diameter of the microfluidic structure. Preferably, the lumen is completely or partially filled with sample separation material for performing a sample separation, in particular a chromatographic sample separation.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Probentrenneinrichtung (zum Beispiel eine chromatographische Trennsäule) bereitgestellt, bei der in einer Wandung bzw. einem Säulenkörper ein Wärmetauscher integriert ist. Genauer gesagt ist eine mikrofluidische Struktur in der Wandung gebildet, durch die Fluid (insbesondere eine zu trennende fluidische Probe und/oder eine mobile Phase) durchgeleitet werden kann, um während dieses Durchleitens in thermische Wirkverbindung mit einem anderen Fluid (insbesondere ein anderer Teil der fluidischen Probe oder eine andere mobilen Phase) zu gelangen, die durch das von der Wandung begrenzte Lumen fließt. Mit anderen Worten kann zum Beispiel ein Fluid zunächst durch die mikrofluidische Struktur in der Wandung geführt werden, um währenddessen in thermischen Austausch mit Fluid im Inneren des Lumens zu gelangen. Danach kann das erstere Fluid in das Lumen eingeleitet werden. Auf diese Weise ist eine Probentrenneinrichtung mit integriertem Wärmetauscher geschaffen, die in kompakter Weise ausgebildet werden kann, um thermisch konditionierte Proben oder Lösungsmittel in das Lumen der Probentrenneinrichtung einzuführen. Dies erhöht die Reproduzierbarkeit und Richtigkeit einer Probentrennung in der Probentrenneinrichtung. Das Fluid, das durch die mikrofluidische Struktur und/oder das Lumen fließt, kann fluidische Probe und/oder ein anderes Fluid sein, zum Beispiel eine mobile Phase in Form eines Lösungsmittels oder einer Lösungsmittelzusammensetzung. Bei einem chromatographischen Trennverfahren kann die fluidische Probe auch in einer solchen mobilen Phase transportiert werden. According to an exemplary embodiment, a sample separation device (for example a chromatographic separation column) is provided, in which a heat exchanger is integrated in a wall or a column body. More specifically, a microfluidic structure is in the wall is formed, through which fluid (in particular a fluidic sample to be separated and / or a mobile phase) can be passed in order to get during this passage in thermal communication with another fluid (in particular another part of the fluidic sample or another mobile phase) which flows through the lumen bounded by the wall. In other words, for example, a fluid can first be guided through the microfluidic structure in the wall, in the meantime in thermal exchange with fluid in the interior of the lumen. Thereafter, the former fluid can be introduced into the lumen. In this way, a sample separator with integrated heat exchanger is provided which can be formed in a compact manner to introduce thermally conditioned samples or solvents into the lumen of the sample separator. This increases the reproducibility and accuracy of sample separation in the sample separator. The fluid flowing through the microfluidic structure and / or the lumen may be a fluidic sample and / or another fluid, for example a mobile phase in the form of a solvent or a solvent composition. In a chromatographic separation process, the fluidic sample can also be transported in such a mobile phase.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen der Probentrenneinrichtung, des Probentrenngeräts, des Verfahrens und der Verwendung beschrieben. In addition, additional embodiments of the sample separation device, the sample separation device, the method and the use will be described.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wandung einstückig und sogar einstoffig sein und die mikrofluidische Struktur dadurch ausbilden, dass in der Wandung eine bloße entsprechende Ausnehmung gebildet ist. According to one embodiment, the wall can be integral and even single-material and form the microfluidic structure in that a mere corresponding recess is formed in the wall.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wandung eine Mehrzahl von gebondeten, insbesondere metallischen, Schichten aufweisen, zwischen denen die mikrofluidische Struktur mittels einer strukturierten der Schichten ausgebildet ist. Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Wandung mit der mikrofluidischen Struktur ausgebildet werden, indem mehrere, insbesondere metallische, Schichten, von denen mindestens eine mikrostrukturiert ist, mittels Bondens, insbesondere mittels Diffusionsbondens, miteinander zu einem integralen Schichtstapel verbunden werden und der Schichtstapel zum Bilden des Lumens verformt wird. Es können also insbesondere mehrere metallische Schichten (zum Beispiel Edelstahlplättchen) vorgesehen werden, die miteinander integral verbunden werden können. Enthält eine oder beide der einander zugewandten metallischen Schichten eine mikrofluidische Struktur, so kann die mikrofluidische Struktur im Bereich zwischen den Schichten begrenzt werden. Zum Beispiel kann die Probentrenneinrichtung mittels Micro Metal Structures ausgebildet werden. According to one embodiment, the wall may comprise a plurality of bonded, in particular metallic, layers, between which the microfluidic structure is formed by means of a structured one of the layers. According to such an embodiment, the wall may be formed with the microfluidic structure by connecting several, in particular metallic, layers, of which at least one is microstructured, by bonding, in particular by diffusion bonding, to form an integral layer stack and the layer stack to form the lumen is deformed. It is thus possible, in particular, to provide a plurality of metallic layers (for example stainless steel platelets) which can be integrally connected to one another. If one or both of the mutually facing metallic layers contains a microfluidic structure, the microfluidic structure in the area between the layers can be limited. For example, the sample separator may be formed by micro metal structures.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wandung mit der mikrofluidischen Struktur mittels additiven Fertigens, insbesondere mittels dreidimensionalen Druckens, ausgebildet sein. Im Rahmen der vorliegenden Anwendung können unter dem Begriff „additive Fertigung“ oder generative Fertigung (englisch: Additive Manufacturing) Verfahren zur aufbauenden Fertigung von Körpern verstanden werden, die zum Beispiel direkt auf der Basis eines beispielsweise rechnerinternen Datenmodells aus formlosen Ausgangsstoffen (zum Beispiel einer Suspension, einer Emulsion, Flüssigkeiten, Gelen, Pasten, Pulver, etc.) oder formneutralem (zum Beispiel bandförmig, drahtförmig, blattförmig) Material mittels chemischer und/oder physikalischer Prozesse hergestellt werden können. Obwohl es sich oft um formende Verfahren handelt, sind für die additive Fertigung keine Werkzeuge erforderlich, die entsprechend der jeweiligen Geometrie des zu generierenden Körpers geformt sind (zum Beispiel Gussformen). Beispiele für additive Fertigungsverfahren sind Pulverbettverfahren, Freiraumverfahren, Flüssigmaterialverfahren und andere Schichtbauverfahren, dreidimensionales Drucken, etc. According to one embodiment, the wall may be formed with the microfluidic structure by means of additive manufacturing, in particular by means of three-dimensional printing. In the context of the present application, the term "additive manufacturing" or additive manufacturing can be understood to mean processes for the constructive production of bodies which, for example, are based directly on, for example, a computer-internal data model of informal starting materials (for example a suspension , an emulsion, liquids, gels, pastes, powders, etc.) or form neutral (for example ribbon, wire, sheet) material can be made by chemical and / or physical processes. Although they are often forming processes, additive manufacturing does not require tools that are shaped according to the particular geometry of the body to be generated (eg, molds). Examples of additive manufacturing processes are powder bed processes, free space processes, liquid material processes and other layer construction processes, three-dimensional printing, etc.
Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Wandung mit der mikrofluidischen Struktur insbesondere mittels selektiven Verfestigens einer Suspension aus Keramikpartikeln und einem mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Bindemittel ausgebildet werden. Durch dreidimensionales Drucken können ebenfalls mikrofluidische Strukturen auf der Basis einer Suspension oder eines Pulvers als Ausgangsstoff abgegrenzt werden. Ein Laser kann zum Beispiel Bereiche einer solchen Suspension oder eines solchen Pulvers selektiv verfestigen, um dadurch Bereiche der Wandung zu definieren. Nichtverfestigte Bereiche der Suspension bzw. des Pulvers können dann zum Beispiel durch Ausspülen oder mittels Druckluft aus den gebildeten mikrofluidischen Strukturen entfernt werden, so dass bloß noch die Wandung mit den mikrofluidischen Strukturen zurückbleibt. According to such an embodiment, the wall may be formed with the microfluidic structure, in particular by means of selective solidification of a suspension of ceramic particles and a binder curable by means of electromagnetic radiation. Three-dimensional printing can also be used to delineate microfluidic structures based on a suspension or a powder as starting material. For example, a laser may selectively solidify regions of such a suspension or powder to thereby define regions of the wall. Non-solidified areas of the suspension or the powder can then be removed, for example, by rinsing or by means of compressed air from the microfluidic structures formed, so that only the wall with the microfluidic structures remains behind.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wandung mittels mindestens zwei ineinandergeschobener und miteinander verbundener Rohre ausgebildet sein, von denen zumindest ein Rohr an einer Kontaktfläche zu einem jeweiligen anderen der Rohre zumindest einen Teil der mikrofluidischen Struktur bildet. Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel kann die Wandung mit der mikrofluidischen Struktur hergestellt werden, indem zwei Rohre ineinander geschoben und miteinander verbunden werden, wobei mindestens eines der Rohre an einer Kontaktfläche zu einem anderen der Rohre die mikrofluidische Struktur aufweist. Indem zwei zueinander korrespondierende Rohre aufeinander aufgesteckt werden und dann zum Beispiel aufeinander aufgeschrumpft werden, können zwischen den Rohren mikrofluidische Strukturen gebildet werden, wenn eine oder beide korrespondierenden Rohrflächen solche mikrofluidischen Strukturen aufweist. Beispielsweise kann ein Außengewinde eines inneren Rohrs gemeinsam mit einer glatten Innenfläche eines äußeren Rohrs eine helikale mikrofluidische Struktur im Bereich der miteinander verbundenen Kontaktflächen bilden. According to one embodiment, the wall may be formed by means of at least two telescoped and interconnected tubes, of which at least one tube forms at least one part of the microfluidic structure at a contact surface to a respective other of the tubes. According to such an embodiment, the wall may be made with the microfluidic structure by telescoping and interconnecting two tubes, wherein at least one of the tubes has the microfluidic structure at one contact surface to another of the tubes. By two to each other corresponding tubes are slipped on each other and then shrunk onto each other, for example, microfluidic structures can be formed between the tubes if one or both of the corresponding tube surfaces has such microfluidic structures. For example, an external thread of an inner tube together with a smooth inner surface of an outer tube can form a helical microfluidic structure in the area of the interconnected contact surfaces.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die als Wärmetauscher ausgebildete mikrofluidische Struktur ausgebildet sein, einen Wärmeaustausch zwischen einem durch das Lumen fließenden Fluid und einem durch die mikrofluidische Struktur fließenden Fluid zu bewerkstelligen. Der Wärmeaustausch wird durch das Material der Wandung vermittelt. Durch diesen Wärmeaustausch und einen damit verbundenen Temperaturausgleich kann eine Probentrennung unter genau definierten Bedingungen durchgeführt werden. Dies hat für die Richtigkeit und Reproduzierbarkeit einer chromatographischen Trennung Vorteile. According to one embodiment, the microfluidic structure formed as a heat exchanger may be configured to effect a heat exchange between a fluid flowing through the lumen and a fluid flowing through the microfluidic structure. The heat exchange is mediated by the material of the wall. By means of this heat exchange and an associated temperature compensation, a sample separation can be carried out under precisely defined conditions. This has advantages for the accuracy and reproducibility of a chromatographic separation.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die mikrofluidische Struktur und das Lumen miteinander fluidisch verbunden sein. Insbesondere können sie miteinander derart seriell fluidisch verbunden sein, dass ein in die Probentrenneinrichtung fließendes Fluid zuerst die mikrofluidische Struktur zum Wärmetauschen und danach das Lumen zum Beispiel zum Probentrennen durchläuft. Eine fluidische Probe und/oder eine mobile Phase kann bzw. können dann zunächst beim Durchfließen der mikrofluidischen Struktur einem Wärmetausch mit fluidischer Probe und/oder mobiler Phase in dem Lumen ausgesetzt werden, und kann bzw. können nachfolgend vortemperiert in das Lumen fließen. Beim Fließen in das Lumen kann die fluidische Probe an dem Probentrennmaterial adsorbiert werden und kann dann, zum Beispiel mittels Einstellens einer entsprechenden Lösungsmittelzusammensetzung der mobilen Phase, fraktionsweise von dem Probentrennmaterial abgelöst werden. According to one embodiment, the microfluidic structure and the lumen may be fluidly connected to one another. In particular, they may be serially fluidly connected to one another such that a fluid flowing into the sample separator first passes through the microfluidic structure for heat exchange and then through the lumen for sample separation, for example. A fluidic sample and / or a mobile phase can then be exposed to heat exchange with a fluidic sample and / or mobile phase in the lumen first during flow through the microfluidic structure, and can subsequently flow into the lumen in a pre-tempered manner. As it flows into the lumen, the fluidic sample may be adsorbed to the sample separation material and may then be fractionally detached from the sample separation material, for example, by adjusting a corresponding mobile phase solvent composition.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die mikrofluidische Struktur und das Lumen ausgebildet sein, ein an einem Eingang der Probentrenneinrichtung einströmendes Fluid durch die mikrofluidische Struktur bis zu einem Ausgang zu transportieren, von dem Ausgang durch die mikrofluidische Struktur zurück in umfänglicher Richtung zu dem Eingang zurückzuführen und von dem Eingang in das Lumen zum Durchfließen desselben einzuführen. Dadurch ist das Fluid (insbesondere fluidische Probe und/oder mobile Phase) einem definierten Flusspfad ausgesetzt, entlang welchem zunächst ein Wärmeaustausch und dann eine Probentrennung stattfinden kann. According to an exemplary embodiment, the microfluidic structure and the lumen may be configured to transport a fluid flowing in at an inlet of the sample separator through the microfluidic structure to an exit, from the exit through the microfluidic structure back in the circumferential direction to the inlet and away from the inlet Entrance into the lumen to flow through it to introduce. As a result, the fluid (in particular fluidic sample and / or mobile phase) is exposed to a defined flow path, along which initially a heat exchange and then a sample separation can take place.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil der mikrofluidischen Struktur als Mäanderstruktur und/oder helikale Struktur ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass die mikrofluidische Struktur abschnittsweise als Mäanderstruktur ausgebildet wird, wo ein Fluid eine zickzackförmige Trajektorie durchläuft, und abschnittsweise als helikale Struktur, wo ein Fluid eine umlaufende (zum Beispiel schraubenförmige) Trajektorie durchläuft. Sowohl eine Mäanderstruktur als auch eine helikale Struktur als auch eine Kombination daraus erlauben es, den von dem Fluid beim Durchlaufen der mikrofluidischen Struktur zurückzulegenden Weg gegenüber einem linearen Weg zu erhöhen, womit der Wärmeaustausch verbessert wird. According to one exemplary embodiment, at least part of the microfluidic structure may be formed as a meander structure and / or a helical structure. It is also possible for the microfluidic structure to be formed in sections as a meandering structure, where a fluid traverses a zigzag-shaped trajectory, and in sections as a helical structure, where a fluid passes through a circumferential (for example helical) trajectory. Both a meander structure and a helical structure, as well as a combination thereof, make it possible to increase the path to be traveled by the fluid as it traverses the microfluidic structure, as opposed to a linear path, thus improving heat exchange.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Probentrenneinrichtung eine Heizeinrichtung aufweisen, die mit der Wandung thermisch gekoppelt ist. Auf diese Weise kann nicht nur ein Wärmeaustausch, sondern auch eine Vorheizung in die Probentrenneinrichtung integriert werden. Die Heizeinrichtung kann in der Wandung integriert sein oder separat davon vorgesehen sein. According to one embodiment, the sample separator may include a heater that is thermally coupled to the wall. In this way, not only a heat exchange, but also a preheater can be integrated into the sample separator. The heater may be integrated in the wall or provided separately therefrom.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Heizeinrichtung eine Außenfläche der Wandung umgeben. Wenn die Heizeinrichtung die Außenfläche der Wandung umgibt, kann diese nach Herstellung der Wandung einfach aufgebracht werden, zum Beispiel aufgedruckt oder aufgedampft werden. Es ist auch möglich, die Heizeinrichtung um die Wandung herumzuwickeln, zum Beispiel in Form eines Heizdrahts oder einer Heizfolie. Die Heizung kann also eine ohmsche Widerstandsheizung sein. Andere Heizformen, wie das Vorsehen eines erhitzten Fluids, das entlang einer Kapillare um die Wandung herumgeführt wird, sind ebenfalls möglich. According to an embodiment, the heater may surround an outer surface of the wall. If the heating device surrounds the outer surface of the wall, it can be easily applied, for example printed or vapor-deposited, after the wall has been produced. It is also possible to wind the heating device around the wall, for example in the form of a heating wire or a heating foil. The heater can therefore be an ohmic resistance heater. Other forms of heating, such as providing a heated fluid that passes around the wall along a capillary, are also possible.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Heizeinrichtung als zumindest eine aus einer Gruppe ausgebildet sein, die besteht aus einer auf der Wandung abgeschiedenen (insbesondere aufgesputterten) Heizstruktur und einer auf der Wandung aufgesetzten (insbesondere aufgewickelten) Heizstruktur. Sowohl Sputtern als auch Aufwickeln einer Heizstruktur sind mit geringem Aufwand möglich und erlauben einen zuverlässigen Wärmeübertrag von der Heizeinrichtung auf das durch die Probentrenneinrichtung fließenden Fluids. According to one embodiment, the heating device may be formed as at least one of a group, which consists of a deposited on the wall (in particular sputtered) heating structure and placed on the wall (in particular wound) heating structure. Both sputtering and winding a heating structure are possible with little effort and allow reliable heat transfer from the heater to the fluid flowing through the sample separator.
Die Heizeinrichtung kann so vorgesehen werden, dass mittels der Heizeinrichtung das durch die mikrofluidische Struktur fließende Fluid temperiert wird. The heating device can be provided in such a way that the fluid flowing through the microfluidic structure is tempered by means of the heating device.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Lumen zumindest teilweise durch ein Probentrennmaterial gefüllt sein. Solch ein Probentrennmaterial kann eine stationäre Phase in einer Probentrenneinrichtung (zum Breispiel eine chromatografische Säule) sein. Ein solches Probentrennmaterial kann Beads enthalten, an denen Fraktionen einer fluidischen Probe fraktionsweise adsorbiert und (zum Beispiel durch Ändern des chemischen Milieus durch Zuführen eines Lösungsmittels) wieder abgelöst werden können. Das Ablösen kann zum Beispiel im Rahmen eines chromatographischen Gradientenlaufs durch eine sukzessive Veränderung einer Lösungsmittelzusammensetzung einer mobilen Phase erfolgen, die durch die Probentrenneinrichtung hindurchgeführt wird, nachdem die einzelnen Fraktionen der fluidischen Probe an dem Probentrennmaterial aufgrund ihrer jeweiligen physikalischen und chemischen Eigenschaften absorbiert worden sind. According to one embodiment, the lumen may be at least partially filled by a sample separation material. Such a sample separating material may be a stationary phase in one Sample Separator (for example, a chromatographic column). Such a sample separation material may contain beads to which fractions of a fluidic sample may be fractionally adsorbed and redissolved (for example, by changing the chemical environment by supplying a solvent). For example, peeling may occur as part of a chromatographic gradient run by a successive change in a mobile phase solvent composition passed through the sample separator after the individual fractions of the fluidic sample have been absorbed on the sample separator due to their respective physical and chemical properties.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann an einem Eingang und/oder an einem Ausgang des Lumens eine Fritte angeordnet sein. Eine solche Fritte kann zum Beispiel ein Filter aus Glas oder Keramik sein, der zum Filtern auch feinster Partikel verwendet werden kann. Das Glas oder die Keramik sind vorzugsweise porös, so dass der zu filternde Stoff wie in einem sehr feinen Sieb in den Poren hängen bleibt. Eine Fritte kann also zum Beispiel ein Sinterkörper sein, durch den das Fluid am Einlass und am Auslass hindurchfließt. Eine solche Fritte kann ein Ausspülen von Probentrennmaterial aus der Probentrenneinrichtung verhindern und kann auch als Filter am Eingang der Probentrenneinrichtung dienen. According to one embodiment, a frit may be arranged at an entrance and / or at an exit of the lumen. Such a frit can be, for example, a filter made of glass or ceramic, which can be used to filter even the finest particles. The glass or ceramic is preferably porous so that the material to be filtered will stick in the pores as in a very fine sieve. For example, a frit may be a sintered body through which fluid flows at the inlet and at the outlet. Such a frit can prevent rinsing of sample separation material from the sample separation device and can also serve as a filter at the entrance of the sample separation device.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Probentrenneinrichtung eine thermisch isolierende Außenhülle aufweisen. Wenn eine thermisch isolierende Außenhülle vorgesehen ist, können Wärmeverluste nach außen hin gering gehalten werden. Alternativ kann die Probentrenneinrichtung auch als Ganzes in einem Säulenofen oder dergleichen eines Probentrenngeräts angeordnet werden. Dann kann die thermisch isolierende Außenhülse auch weggelassen werden. According to one embodiment, the sample separation device may comprise a thermally insulating outer shell. If a thermally insulating outer shell is provided, heat losses to the outside can be kept low. Alternatively, the sample separator may be arranged as a whole in a column oven or the like of a sample separator. Then the thermally insulating outer sleeve can also be omitted.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wandung mindestens drei gebondete Metallschichten aufweisen. Zwei gegenüberliegende Außenflächen der Wandung bildende Metallschichten können von einer Strukturierung frei sein, d.h. können zum Beispiel als durchgehende Metallschichten ausgebildet sein. Mindestens eine dazwischen angeordnete Metallschicht kann hingegen zum Bilden der mikrofluidischen Struktur strukturiert sein, d.h. insbesondere mit einer nutenförmigen Vertiefung oder mit einem entsprechenden Durchgangsloch versehen sein. Auf diese Weise kann durch Strukturierung nur einer einzelnen Metallschicht eine im Prinzip beliebig komplex geformte mikrofluidische Struktur erzeugt werden, die von den beiden vollflächigen Metallschichten außenseitig begrenzt werden kann. According to an embodiment, the wall may comprise at least three bonded metal layers. Two opposite outer surfaces of the wall-forming metal layers may be free of structuring, i. For example, they may be formed as continuous metal layers. On the other hand, at least one interposed metal layer may be patterned to form the microfluidic structure, i. in particular be provided with a groove-shaped recess or with a corresponding through hole. In this way, by structuring only a single metal layer, in principle, a microfluidic structure of arbitrarily complex shape can be produced, which can be bounded on the outside by the two full-area metal layers.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die mikrofluidische Struktur mittels eines Lithographie- und Ätzverfahrens, mittels eines Laserprozessierverfahrens oder mittels eines mechanischen Abtragverfahrens hergestellt werden. Insbesondere kann eine durchgehende Schicht (zum Beispiel aus einem Metall) mit einem Lithographie- und Ätzverfahren zum Bilden von Kanälen strukturiert werden. Nachfolgend kann diese Metallschicht an einer oder beiden gegenüberliegenden Seiten mit einer weiteren Metallschicht verbunden werden, insbesondere mittels Diffusionsbondens, um dadurch eine integrale Wandungsstruktur auszubilden. Ablation von Schichtmaterial zum Bilden der mikrofluidischen Struktur kann aber auch mittels eines Lasers oder mechanisch (zum Beispiel durch Fräsen, Bohren, etc.) erfolgen. According to one exemplary embodiment, the microfluidic structure can be produced by means of a lithography and etching method, by means of a laser processing method or by means of a mechanical removal method. In particular, a continuous layer (for example of a metal) may be patterned with a lithography and etching process to form channels. Subsequently, this metal layer can be connected on one or both opposite sides with a further metal layer, in particular by means of diffusion bonding, to thereby form an integral wall structure. However, ablation of layer material to form the microfluidic structure can also be carried out by means of a laser or mechanically (for example by milling, drilling, etc.).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wandung zunächst als ebene Schicht oder als ebener Schichtstapel hergestellt werden, die oder der danach unter Bilden des Lumens aufgerollt wird. Das Prozessieren der Wandung in ebener Geometrie ist besonders einfach, um die mikrofluidischen Strukturen präzise auszubilden. Ein anschließendes Aufrollen erlaubt die Überführung der gebondeten Schichten mit integrierter mikrofluidischer Struktur in eine geschlossene hohlzylindrische Wandung, die zur umfänglichen fluidischen Begrenzung der Probentrenneinrichtung dienen kann. According to one embodiment, the wall may first be produced as a planar layer or as a planar layer stack which is subsequently rolled up to form the lumen. Processing the wall in planar geometry is particularly easy to precisely form the microfluidic structures. Subsequent rolling allows the transfer of the bonded layers with integrated microfluidic structure into a closed hollow cylindrical wall which can serve for the circumferential fluidic confinement of the sample separator.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann nach dem Aufrollen die aufgerollte Schicht in einem Verbindungsbereich bzw. am Stoß verbunden werden, insbesondere mittels Schweißens, Klebens, Lötens, etc. Wird ein Schichtstapel aufgerollt, entsteht eine unverbundene Stelle im Bereich der beiden Enden. Wenn dort verschweißt oder in anderer Weise materialschlüssig verbunden wird, kann mit einfachen Mitteln zuverlässig die Probentrenneinrichtung fertiggestellt werden. According to one embodiment, after rolling up, the rolled-up layer can be joined in a connection area or at the joint, in particular by means of welding, gluing, soldering, etc. If a layer stack is rolled up, an unconnected location is created in the region of the two ends. If welded there or otherwise materially connected, can be completed with simple means reliably the sample separator.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann beim Herstellen der Wandung ein rechteckförmiger Schichtstapel mit einem kreisförmigen Ansatz hergestellt werden, der rechteckförmige Schichtstapel zum Ausbilden der Wandung mit dem Lumen gerollt werden und der kreisförmige Ansatz zum zumindest teilweisen Verschließen eines Endes des gerollten Schichtstapels umgeklappt werden. Auf diese Weise kann auch ein endseitiger Verschluss der Probentrenneinrichtung integral mit dem Ausbilden von Micro Metal Structures hergestellt werden, indem ein entsprechend strukturierter Schichtstapel mit rechteckigem Hauptabschnitt und kreisförmigem Endabschnitt nach dem Aufrollen einem einfachen Biegen unterzogen wird. According to an embodiment, in forming the wall, a rectangular layer stack may be made with a circular projection, the rectangular layer stacks rolled to form the wall with the lumen, and the circular projection folded over to at least partially close one end of the rolled layer stack. In this way, also an end closure of the sample separator can be made integral with the formation of micro metal structures by subjecting a correspondingly structured layer stack having a rectangular main section and a circular end section to a simple bending after being rolled up.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Trenneinrichtung als chromatographische Trenneinrichtung, insbesondere als Chromatographietrennsäule, ausgebildet sein. Bei einer chromatographischen Trennung kann die Chromatographietrennsäule mit einem Adsorptionsmedium versehen sein. An diesem kann die fluidische Probe aufgehalten werden und erst nachfolgend mit hinreichend Laufmittel (isokratisch) oder bei Anwesenheit einer spezifischen Lösungsmittelzusammensetzung (Gradient) fraktionsweise wieder abgelöst werden, womit die Trennung der Probe in ihre Fraktionen bewerkstelligt wird. According to one embodiment, the separation device can be used as a chromatographic separation device, in particular as Chromatographietrennsäule be formed. In a chromatographic separation, the chromatographic separation column may be provided with an adsorption medium. At this, the fluidic sample can be stopped and only then with appropriate eluent (isocratic) or in the presence of a specific solvent composition (gradient) fractionally detached again, thus the separation of the sample is accomplished in their fractions.
Das Probentrenngerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Life Science-Gerät, ein Flüssigchromatographiegerät, eine HPLC (High Performance Liquid Chromatography), eine UHPLC-Anlage, ein SFC-(superkritische Flüssigchromatographie)Gerät, ein Gaschromatographiegerät, ein Elektrochromatographiegerät und/oder ein Gelelektrophoresegerät sein. Allerdings sind viele andere Anwendungen möglich. The sample separation device may be a microfluidic measuring device, a life science device, a liquid chromatography device, a high performance liquid chromatography (HPLC), a UHPLC system, an SFC (Supercritical Liquid Chromatography) device, a gas chromatography device, an electrochromatography device, and / or a gel electrophoresis device , However, many other applications are possible.
Die Fluidpumpe kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr, durch das System hindurch zu befördern. For example, the fluid pump may be configured to convey the mobile phase through the system at a high pressure, for example, from a few hundred bars up to 1000 bars or more.
Das Probentrenngerät kann einen Probeninjektor zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine mit einem Sitz koppelbare Injektionsnadel in einem entsprechenden Flüssigkeitspfad aufweisen, wobei die Nadel aus diesem Sitz herausgefahren werden kann, um Probe aufzunehmen, wobei nach dem Wiedereinführen der Nadel in den Sitz die Probe sich in einem Fluidpfad befindet, der, zum Beispiel durch das Schalten eines Ventils, in den Trennpfad des Systems hineingeschaltet werden kann, was zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad führt. The sample separator may include a sample injector for introducing the sample into the fluidic separation path. Such a sample injector may comprise a syringe-dockable injection needle in a corresponding fluid path, which needle may be withdrawn from that seat to receive sample, wherein upon reintroduction of the needle into the seat, the sample is in a fluid path which, for Example, by switching a valve, can be switched into the separation path of the system, which leads to the introduction of the sample in the fluidic separation path.
Das Probentrenngerät kann einen Fraktionssammler zum Sammeln der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionssammler kann die verschiedenen Komponenten zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Abflussbehälter zugeführt werden. The sample separator may include a fraction collector for collecting the separated components. Such a fraction collector may carry the various components, for example, into different liquid containers. The analyzed sample can also be fed to a drain tank.
Vorzugsweise kann das Probentrenngerät einen Detektor zur Detektion der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Detektor kann ein Signal erzeugen, welches beobachtet und/oder aufgezeichnet werden kann, und welches für die Anwesenheit und Menge der Probenkomponenten in dem durch das System fließenden Fluid indikativ ist. Preferably, the sample separation device may comprise a detector for detecting the separated components. Such a detector may generate a signal which can be observed and / or recorded and which is indicative of the presence and amount of sample components in the fluid flowing through the system.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen. Other objects and many of the attendant advantages of embodiments of the present invention will be readily appreciated and become better understood by reference to the following more particular description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. Features that are substantially or functionally the same or similar are given the same reference numerals.
Die Darstellung in den Zeichnungen ist schematisch. The illustration in the drawings is schematic.
Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sollen einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst werden, basierend auf denen exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung abgeleitet worden sind. Before describing exemplary embodiments with reference to the figures, some basic considerations will be summarized based on those exemplary embodiments of the invention have been derived.
In einer (zum Beispiel chromatographischen) Probentrenneinrichtung ist es vorteilhaft, ein Lösungsmittel (auch als mobile Phase bezeichnet) und/oder eine fluidische Probe (das heißt die eigentlich zu trennende Probe) stromaufwärts und/oder stromabwärts einer Probentrenneinrichtung zu temperieren, um einerseits die Probentrennung bei einer definierten Temperatur durchführen zu können und um andererseits das Fluid auf eine Detektortemperatur stromabwärts der Probentrenneinrichtung vorzubereiten. Dies erlaubt ein wirksames Unterdrücken adiabatischer Störungen während der Probentrennung. In a (for example chromatographic) sample separation device, it is advantageous to temper a solvent (also referred to as mobile phase) and / or a fluidic sample (that is to say the sample actually to be separated) upstream and / or downstream of a sample separation device, on the one hand the sample separation to be able to perform at a defined temperature and, on the other hand, to prepare the fluid to a detector temperature downstream of the sample separator. This allows effective suppression of adiabatic disturbances during sample separation.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Micro-Metal-Struktur in einer Wandung einer Probentrenneinrichtung erzeugt, um dort einen Wärmeaustausch zwischen durch die mikrofluidische Struktur fließendem Fluid und durch das Lumen der Probentrenneinrichtung fließendem Fluid zu ermöglichen. Hierfür kann aus einem Schichtstapel ein Röllchen gedreht werden, dessen Wandung die mikrofluidische Struktur enthält und dessen Lumen mit Probentrennmaterial gefüllt sein kann. Mit anderen Worten kann gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel eine Probentrenneinrichtung, insbesondere in Form einer chromatographischen Trennsäule, mit einer mikrofluidischen Struktur geschaffen werden, die als Wärmetauscher in der Säulenwandung fungiert. According to an exemplary embodiment of the invention, a micro-metal structure is created in a wall of a sample separator to allow for heat exchange between fluid flowing through the microfluidic structure and fluid flowing through the lumen of the sample separator. For this purpose, a roller can be rotated from a layer stack whose wall contains the microfluidic structure and the lumen can be filled with sample separation material. In other words, according to an exemplary embodiment, a sample separation device, in particular in the form of a chromatographic separation column, can be provided with a microfluidic structure which functions as a heat exchanger in the column wall.
Das Herstellen einer solchen Probentrenneinrichtung kann, wie bereits angesprochen, mittels Micro Metal Structures erfolgen. Alternativ kann eine solche Säulenwandung mit integrierter mikrofluidischer Struktur aber auch durch dreidimensionales Drucken oder eine andere Ausführungsform additiver Fertigung hergestellt werden. Ferner ist es möglich, eine solche Wandung aus zwei oder mehr Rohren herzustellen, wobei ein äußeres Rohr auf ein inneres Rohr aufgeschrumpft wird und dabei eine Kanalstruktur zwischen dem äußeren und dem inneren Rohr (beispielsweise durch ein Gewinde an einer Außenfläche des inneren Rohrs und/oder an einer Innenfläche des äußeren Rohrs) erzeugt wird. The production of such a sample separator can, as already mentioned, be effected by means of micro metal structures. Alternatively, such a column wall with integrated microfluidic structure can also be produced by three-dimensional printing or another form of additive manufacturing. Furthermore, it is possible to make such a wall from two or more tubes, wherein an outer tube is shrunk onto an inner tube and thereby a channel structure between the outer and the inner tube (for example by a thread on an outer surface of the inner tube and / or on an inner surface of the outer tube) is generated.
In der HPLC werden herkömmlich Säulen aus einem Festkörperrohr hergestellt. Die Wand der Säule ist so dick, dass sie den im Betrieb anfallenden Drücken standhalten kann, ohne beschädigt oder zerstört zu werden. Um eine Säule zu heizen, ist eine Konvektion mit erwärmter Luft, ein Vorheizen des Lösungsmittels vor dem Einströmen in die Säule und/oder eine direkte Kopplung der Säule mit Heizelementen möglich. Solche herkömmlichen Heizprinzipien erlauben es häufig nicht, ausreichend schnell einen gewünschten Temperaturgradienten zu erzeugen, ohne dissipative Effekte einzukoppeln. Auch ist das Zuführen einer entsprechend hohen Heizenergie herkömmlich schwierig. In HPLC, columns are conventionally made from a solid-state tube. The wall of the column is so thick that it can withstand the pressures generated during operation without being damaged or destroyed. To heat a column, convection with heated air, preheating of the solvent prior to flowing into the column and / or direct coupling of the column to heating elements is possible. Such conventional heating principles often fail to produce a desired temperature gradient sufficiently quickly without coupling dissipative effects. Also, supplying a correspondingly high heating energy is conventionally difficult.
Daher können gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ein Wärmetauscher zum Vorheizen des Lösungsmittels und ein Säulenkörper zum Führen eines Fluids in einem axialen Lumen innerhalb des Wärmetauschers einstückig ausgebildet werden. Auch kann eine entsprechende Probentrenneinrichtung mit einem Heizelement versehen werden. Unter Verwendung von Micro-Metal-Fluidic-Technologie ist es möglich, ein strukturiertes Metallblech zu einem Röhrchen zu rollen, in das eine Vorheizfunktionalität integriert sein kann. Auf diese Weise kann eine weniger aufwendige Lösung erhalten werden als ein herkömmlicher Säulenofen. Ferner ist es möglich, eine Kombination aus einem Vorheizen eines Lösungsmittels und einem Heizen der Säule zu implementieren, um einen direkten Temperaturausgleich der Säule zu erreichen. Insbesondere ist es gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen auch möglich, schneller und/oder auf höhere Temperaturen zu heizen und damit schnelle Temperaturgradienten einzustellen. Da die Temperatur der Säule und der mobilen Phase die chromatografische Retention beeinflussen, kann auch ein Temperaturgradient zum Eluieren von Fraktionen einer Probe von der Säule verwendet werden. Dann kann ein Temperaturgradient zum Beispiel einen Lösungsmittelgradienten ersetzen oder ergänzen. Bevorzugte Anwendungsgebiete von exemplarischen Ausführungsbeispielen sind HTLC (High Temperature Liquid Chromatography) oder SBWC (Subcritical Water Chromatography). Therefore, according to an exemplary embodiment, a heat exchanger for preheating the solvent and a column body for guiding a fluid in an axial lumen may be integrally formed within the heat exchanger. Also, a corresponding sample separator can be provided with a heating element. Using micro metal fluidic technology, it is possible to roll a patterned metal sheet into a tube into which preheat functionality can be integrated. In this way, a less expensive solution can be obtained than a conventional column oven. Further, it is possible to implement a combination of preheating a solvent and heating the column to achieve direct temperature balance of the column. In particular, according to exemplary embodiments, it is also possible to heat faster and / or to higher temperatures and thus to set fast temperature gradients. Since the temperature of the column and mobile phase affect chromatographic retention, a temperature gradient can also be used to elute fractions of a sample from the column. For example, a temperature gradient may replace or supplement a solvent gradient. Preferred application areas of exemplary embodiments are HTLC (High Temperature Liquid Chromatography) or SBWC (Subcritical Water Chromatography).
Exemplarische Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass ein erhöhter Temperaturbereich von bis zu 400°C und mehr erreicht werden kann, ohne dass für die Heizung ein hoher Energiebedarf anfällt. Letzteres kann durch die oben beschriebene thermische Isolation erreicht werden. Indem ein Temperaturgradient programmiert wird, kann die Menge von organischem Lösungsmittel in der mobilen Phase reduziert werden, um eine Retention einzustellen. Exemplarische Ausführungsbeispiele ermöglichen es auch, lediglich Wasser bei erhöhter Temperatur zum Trennen zu verwenden. Ein organisches Lösungsmittel kann dann ganz oder teilweise entbehrlich sein. Gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen ist es darüber hinaus möglich, einen thermischen Gleichgewichtszustand schneller zu erreichen und dadurch die Zeit für eine Analyse zu reduzieren als dies herkömmlich der Fall ist. Es ist auch möglich, in der Probentrenneinrichtung anstelle adiabatischer Verhältnisse isotherme Verhältnisse einzustellen. Exemplary embodiments have the advantage that an elevated temperature range of up to 400 ° C and more can be achieved without a high energy requirement for the heating. The latter can be achieved by the thermal insulation described above. By programming a temperature gradient, the amount of organic solvent in the mobile phase can be reduced to adjust retention. Exemplary embodiments also make it possible to use only water at elevated temperature for separation. An organic solvent can then be completely or partially dispensable. Moreover, according to exemplary embodiments, it is possible to more quickly achieve a thermal equilibrium state and thereby reduce the time for analysis than is conventionally the case. It is also possible to set isothermal conditions in the sample separation device instead of adiabatic conditions.
Eine Steuereinheit
Bei der Probentrenneinrichtung
Die in
Ein Fluid (zum Beispiel die mobile Phase und/oder die fluidische Probe) fließt (was der schematischen Darstellung gemäß
Bei der in
Zu diesem Zweck ist die mikrofluidische Struktur
Mit Vorteil kann die mikrofluidische Struktur
Eine Heizeinrichtung
Um eine fluidische Probe beim Durchströmen des Lumens
Ferner weist die Probentrenneinrichtung
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist, wie am besten in
Mit Vorteil kann beim Herstellen der Wandung
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Die gezeigten Ausführungsbeispiele können einen Wärmetauscher
Obgleich dies in der Figur nicht gezeigt ist, kann die Wandung
Gemäß
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen. It should be noted that the term "comprising" does not exclude other elements and that the "one" does not exclude a plurality. Also, elements described in connection with different embodiments may be combined. It should also be noted that reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108907196A (en) * | 2018-09-03 | 2018-11-30 | 江苏典悦三维科技有限公司 | Laser increases and decreases material composite manufacturing device and method |
WO2020127252A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Merck Patent Gmbh | Method for providing a casing for a chromatography column and chromatography column |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0309596B1 (en) | 1987-09-26 | 1993-03-31 | Hewlett-Packard GmbH | Pumping apparatus for delivering liquid at high pressure |
-
2017
- 2017-11-20 DE DE102017127316.6A patent/DE102017127316A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0309596B1 (en) | 1987-09-26 | 1993-03-31 | Hewlett-Packard GmbH | Pumping apparatus for delivering liquid at high pressure |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108907196A (en) * | 2018-09-03 | 2018-11-30 | 江苏典悦三维科技有限公司 | Laser increases and decreases material composite manufacturing device and method |
WO2020127252A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Merck Patent Gmbh | Method for providing a casing for a chromatography column and chromatography column |
JP2022514384A (en) * | 2018-12-20 | 2022-02-10 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | A method of providing a casing for a chromatographic column and a chromatographic column |
US11946914B2 (en) | 2018-12-20 | 2024-04-02 | Merck Patent Gmbh | Method for providing a casing for a chromatography column and chromatography column |
JP7479375B2 (en) | 2018-12-20 | 2024-05-08 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Method for Providing a Casing for a Chromatography Column and Chromatography Column - Patent application |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DILG, HAEUSLER, SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESE, DE Representative=s name: DILG HAEUSLER SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESELL, DE |
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R230 | Request for early publication |