CN101730844B - 用于液相色谱的两阀结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀结构，用于提供在流体输送系统(40)和固定相(50)之间的可切换的流体连接，流体输送系统用于驱动流动相，固定相适于分离流动相中包含的样品流体的成分。阀结构包括：第一阀(10)，其包括适于耦合到所述流体输送系统(40)的第一端口(11)，第二端口(12)，以及第三端口(13)，其中第一阀(10)适于在第一切换过渡中从其中第一端口(11)与第二端口(12)耦合的第一状态通过其中第一端口(11)、第二端口(12)和第三端口(13)耦合在一起的第二状态切换到其中第一端口(11)与第三端口(13)耦合的第三状态；第二阀(20)，其包括适于耦合到固定相(50)的第五端口(21)，第六端口(22)，以及第七端口(23)，其中第二阀(20)适于在第二切换过渡中从其中第五端口(21)与第六端口(22)耦合的第四状态切换到其中第五端口(21)与第七端口(23)耦合的第五状态；第一流路(110)，其将第二端口(12)和第六端口(22)连接；以及第二流路(120)，其将第三端口(13)和第七端口(23)连接，其中，第二流路(120)包括适于将样品流体引入到所述流动相中的样品引入路径(70、80)。

Description

用于液相色谱的两阀结构

技术领域

本发明涉及用于液相色谱系统的阀结构。

背景技术

在高性能液相色谱(HPLC)系统中，必须通常以受控的流率(例如，在每分钟微升到毫升的范围内)并以高压(例如，100-200bar甚至更高)来提供液体。

也被称为流动相的流体可以由高压泵朝向分离装置泵送。由高压泵开始，系统压力经过一连串的液压连通元件(例如，流体阀、样品环、以及毛细管流体连接部)而逐渐降低到大气压。预计主要的压降发生在分离装置中，或换言之，分离装置形成系统内主要的流体阻力。

分离装置包括能够将被引入流动相的样品的不同成分分离的材料(也称为固定相)。可以包括硅胶的这样的材料(通常也称为珠状物(bead))可以填充到分离装置的柱管中，该柱管可以连接到其他元件(例如检测器和部分收集器)。

由同一申请人安捷伦科技有限公司在EP 0309596B1中描述了一种液相色谱泵送系统，其描述了用于以高压将液体或流体进行输运的泵送设备。

WO/2006/083776揭示了在液相色谱中与样品喷射阀的致动相关地减小压力和流率波动的技术。样品喷射阀包括通道，该通道具有足以在阀过渡期间维持从泵到柱的连续流路的长度。

US 4,506,558揭示了一种用于将样品喷射到色谱系统中的喷射阀。该阀包括两个转子通道，其分别提供了在泵和柱之间以及喷射针和出口之间的可切换的液体连接。除了将泵、柱、喷射针和出口连接的端口之外，定子包括具有接口开口的通道，其中接口开口和转子通道被配置为使得在阀过渡期间泵端口连接到两个转子通道。因此，避免了阀过渡期间流动的中断，并且不提供其中液体不能以流的方式流动的死空间区域或盲容积。

JP 1996159310揭示了双向剪切阀，其具有定子和转子，定子具有中心通孔以及包括沿着圆的开口的左右通孔，转子具有弧线通道，该弧线通道具有用于同时覆盖所述开口中相邻的两个的长度。此外，旁路通道与通孔中的两个相关联，使得当使转子转动时维持中心通孔与左右通孔中的任一个之间的流体连通。

EP0022654揭示了一种包括两个样品喷射路径的双阀喷射结构，其允许同时进行第一样品的喷射和将包括第二样品的流动相朝向固定相的泵送。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善的用于液相色谱的阀结构。由独立权利要求实现了该目的。由从属权利要求示出了其他实施例。

根据本发明的实施例，描述了一种阀结构，其例如能够提供在流体输送系统(例如，流体泵)和流体排出部之间的流体连接。流体输送系统可以用于朝向流体排出部驱动流动相，流体排出部可以包括固定相，所述固定相适于分离被引入到所述流动相中的样品流体的成分。阀结构包括通过两个流路流体地(或液体地)耦合的第一阀和第二阀，其中，路径中的至少一个包括适于将样品流体引入到流动相中的样品引入路径。第一和第二阀被配置为交替地耦合位于流体输送系统和固定相之间的第一流路和第二流路。

在进一步的实施例中，第一阀包括第一可切换流路、第一端口、第二端口和第三端口。第二阀包括第二可切换流路、第五端口、第六端口和第七端口。第一阀适于在第一切换过渡中将第一可切换流路从将第一端口与第二端口耦合的第一切换状态切换到将第一端口与第三端口耦合的第三切换状态，反之亦然。在第一过渡期间，在中间(第二)切换状态期间第一端口、第二端口和第三端口耦合在一起。第二阀适于在第二切换过渡中将第二可切换流路从将第五端口与第六端口耦合的第四切换状态切换到将第五端口与第七端口耦合的第五切换状态。其中第一流路将第二端口与第六端口耦合，并且第二流路将第三端口与第七端口耦合。第一和第二流路中的至少一个(例如，第二流路)包括样品导引路径。

在例如HPLC系统中的操作中，样品在第一相中插入到系统中。阀结构切换以将样品引入路径与流体输送系统和固定相断开，使得样品可以以较低压力插入。样品引入路径可以包括部分或完全地被样品填充(在样品引入后)的样品环。在第二相中，阀结构切换以将流体输送系统和固定相之间的样品环耦合来将样品(存在于样品环中)引入到流动相中，以高压将流动相输送到固定相。

由于HPLC系统中的高压，例如在100和2000bar的范围中，例如当前400-1000bar，流体必须视为被显著压缩。如果切换过渡将低压流体容积连接到高系统压力，则流体流将被中断以补偿低压流路的压缩能力。系统内全部连通的加压液体，并且用于补偿的泵容量用作液体源。在特定条件下，分离装置内的流动甚至可以转换其方向以用于补偿。在压力波动或脉动中可观察到的此液压动力学现象可以导致例如固定相中的损坏。

根据本发明的实施例，阀结构中的阀被致动以通过使第一阀切换来交替地使第一和第二流路加压(由液体输送系统提供)，并通过使第二阀切换来交替地使第一和第二流路耦合到固定相(例如，柱)。第二阀的过渡可以与第一阀的过渡同步，使得在第一阀的第二切换状态期间进行第二过渡，由此第一和第二流路每个在被切换到固定相之前已经被置于压力下。具体而言，样品环仅被置于之前的压力下之后耦合到固定相。这可以显著减小由于样品流体的改变造成的压力波动。

在进一步的实施例中，在第二阀的过渡期间，第五端口耦合到第六端口或者第七端口，而没有任何中间切换状态(即，其中第五、第六和第七端口连接在一起)。这样的过渡可以被设置成使得从第六到第七端口的切换立即执行。在此情况下，柱(虚拟地)总是通过第一流路或第二流路耦合到流体输运系统。在一个实施例中，在这种切换之间存在特定的切断时间。根据切断时间的长度，可以产生压力扰动，例如固定相附近的压力损失。第二阀可以被设计成使得切断时间导致可以由检测器元件可靠检测到的特定受控压力扰动。这样的压力扰动检测可以提供精确的测量开始点或者与可以用于同步或识别相应的测量结果以用于例如提高测量周期的可重复性的样品改变相关的精确时间点。

在一实施例中，其他样品引入路径可以插入到另一个(例如，第一)流路，使得每个流路包括各自的样品引入路径。这样的实施例允许多个样品流体的无缝处理：在第一样品环耦合在流体输送系统和固定相之间以将被插入在第一样品环中的第一样品朝向固定相提供时，第二样品环与流体输送系统和固定相断开，并耦合到样品引入装置以例如插入第二样品流体。在执行了第一和第二切换过渡之后，第二样品环耦合在流体输送系统和固定相之间，同时第一样品环与流体输送系统和固定相断开以例如接收第三样品流体。此实施例的进一步的优点在于每个样品环或样品引入路径可以在耦合到固定相之前被置于压力下。因为两个样品引入路径是相似的并且阀结构相对于样品引入路径对称，所以当在样品引入路径之间切换时，固定相处的压力/流率波动可以得到显著的减小，甚至消除。

还可选地，可以设置超过两个插入路径，以并行地布置，并随后在流体输送系统和固定相之间可切换。

可选地，在第二阀过渡期间，可以建立中间(第六)状态，其中第五、第六和第七端口耦合在一起。在此实施例中，流体输送系统总是流体耦合到固定相。但是，在如上所述的双样品环应用中，这样的中间状态可以导致在确定分析开始时间时的不确定性，这可以降低测量循环的可重复性。

在其他实施例中，第一阀包括具有第一接口表面的第一剪切阀构件，以及具有第二接口表面的第二剪切阀构件，由此第一和第二表面彼此相邻地可转动。第一端口、第二端口和第三端口可以实现为第一剪切阀构件内的通孔，并且第一可切换流路可以实现为第二剪切阀构件的第二表面内的槽。通过使剪切阀构件相对于彼此转动来切换可切换流路。每个通孔的一个开口包括可连接到流体输送系统、固定相或其他HPLC装置的接口，并且另一个开口可以接口到包括槽的第二表面。根据转动位置，槽与一个或多个端口流体地相交，使得可以通过阀建立相应的流路。在一实施例中，第一、第二和第三端口以各90度的角度距离沿着圆周布置。第一流路可以实现为相应的覆盖至少180度的圆槽的形式，使得槽具有足以在第一阀的中间(第三)切换状态下与全部三个端口开口相交的长度。

相应地，第二阀可以包括彼此相邻地可转动的第三剪切阀构件和第四剪切阀构件，其中第三剪切阀构件包括第五端口、第六端口和第七端口，并且第四剪切阀构件包括第二可切换流路。

当所述(或每个)样品引入路径耦合在第一和第二阀之间从而位于第一阀下游时，第一阀(此后也成为淋洗液分配阀)仅能“遇到”并支持样品引入之前的流动相的流，因此不会接触任何样品流体。因此，第一阀内的任何盲容积(即，其中流体不以流的方式流动，例如在第一可切换流路的端部段处)不会蓄积任何样品流体，这样的蓄积会例如在样品流体被改变时导致污染或样品交叉，而容易使测量失真。

在一实施例中，第一可切换流路包括两个端部段和中间段，每个端部段朝向其自由端减缩，中间段可以具有在两个端部段之间恒定的截而形状。由此可以在将端部段中的一个与相应端口耦合时改变流动阻力。这允许样品引入之后样品环的流体压力的平滑升高，并允许减小流体输送系统处的压力波动。

在一实施例中，第二阀的第二可切换流路实现为槽，其中第三剪切阀构件还包括分别从第六端口和第七端口沿着朝向第五端口的方向延伸的端口槽。

在其他实施例中，第二阀包括适于耦合到流体出口或废料部的第八端口，以及适于在将第二端口和第六端口耦合与将第八端口和第七端口耦合之间切换的第四可切换流路。第一阀包括适于耦合到样品注入器或样品泵(其适于对将样品流体插入到流动相进行驱动)的第四端口，以及适于在将第四端口和第二端口耦合与将第四端口和第三端口耦合之间切换的第四可切换流路。样品泵可以实现为计量装置，计量装置适于可控地将特定量的样品流体引入到流动相中。

在一实施例中，阀结构由阀控制单元控制，阀控制单元对第一和第二阀过渡进行控制并使其同步。由此，阀控制单元控制第一阀以执行从其中第一端口与第二端口耦合的第一切换状态通过其中第一端口与第二端口与第三端口耦合的第二切换状态到其中第一端口与第三端口耦合的第一过渡。阀控制单元还控制第二阀以执行从其中第五端口与第六端口耦合的第四切换状态到其中第五端口与第六端口耦合的第五切换状态的第二过渡。第一和第二过渡可以被同步，使得在第一阀的第二切换状态期间执行第二过渡。

在一实施例中，第一阀和/或第二阀用作与样品泵或计量装置流体连接的用于流体流的止回阀。其中，第一阀或第二阀移动，使得计量装置之间的流体连接交替地接通或关断，同时流体输送系统之间通过另一个样品引入路径到分离柱的流体连接连续地保持。这可以例如通过提供超长长度的第一可切换流路(例如形成超过90度的圆周线段)或通过提供分别从第六端口和第七端口朝向第二阀的第五端口的方向延伸的端口延伸槽，来实现。在由第一或第二阀关闭流路时，计量装置可以通过选择性地与多个溶剂之一耦合的溶剂选择阀来引入溶剂。

第一和第三剪切阀构件可以实现为定子构件，其具有与HPLC系统元件相关的固定空间。第二和第四剪切阀可以实现为被配置为可分别相对于第一和第三剪切阀构件转动移动的转子构件。

在一实施例中，第一和第二阀具有共同的转动轴线。其中的第一和第二阀可以布置为组合单元。在另一实施例中，第一剪切阀构件(第一阀的定子构件)和第三剪切阀构件(第二阀的定子)形成为共同装置，并且第二剪切阀构件(第一阀的转子构件)和第四剪切阀构件(第二阀的转子构件)分别可相对于共同的定子绕共同轴线转动。

前述配置的实施例可以应用于包括例如色谱柱的分离装置的液体分离系统，其具有用于将流动相中的样品流体的成分分离的同定相。由泵送设备来驱动流动相。这样的分离系统还包括以下部件中的至少一者：用于将样品液体引入到流动相中的采样单元，用于检测样品流体的分离成分的检测器，用于收集样品流体的分离成分的部分收集器，或者在这种液体分离系统中应用的任何其他装置或单元。

本发明的实施例可以由一个或多个合适的软件程序来部分或完全地实施或支持，所述软件程序可以存储在任意种类的数据载体上或由任意种类的数据载体提供，并可以在任意合适的数据处理单元中运行或者由任意合适的数据处理单元来运行。

附图说明

结合附图，由以下对实施例的更详细描述，将容易阅读到并更好地理解本发明的实施例的其他目的许多伴生的优点。基本相同或功能相似的特征将由相同的附图标记表示。

图1示意性地示出了包括淋洗液分配阀和样品转移阀以提供液体输送系统和柱之间可切换的流体连接的阀结构的一部分，

图2示出了淋洗液分配阀的细节，

图3示出了由淋洗液分配阀所包括的槽的示意性示例形状，

图4示出了样品转移阀的细节，

图5示出了包括单个样品引入路径的第一阀结构的切换步骤的序列，

图6示出了包括两个样品引入路径的第一阀结构的切换步骤的序列，

图7示出了包括两个样品引入路径的第二阀结构的切换步骤的序列，

并且

图8示出了HPLC系统的框图。

具体实施方式

转到图1，示出的HPLC系统的一部分的示例框图，包括阀结构1、计量装置30、流体输送系统或泵40、分离柱50、流体出口60、样品环70、以及针/座结构80。阀结构1包括第一阀10、第二阀20、第一流路110和第二流路120。第一阀10包括第一可切换流路15、第三可切换流路16、第一端口11、第二端口12、以及第三端口13、第四端口14。第二阀20包括第二可切换流路25、第四可切换流路26、第五端口21、第六端口22、第七端口23、以及第八端口24。第一流路110将第二端口12和第六端口22连接，第二流路120将第三端口13和第七端口23连接。第四端口14耦合到计量装置30，并且第八端口24耦合到流体出口60。第二流路120包括具有样品环70和针/座结构80的适于将样品流体引导到流动相的样品引入路径。

此外，图1示出了第五流路，其包括耦合到计量装置30的第三阀或溶剂选择阀90。溶剂选择阀90包括六个其他端口91-96，其中五个端口91-95各耦合到不同的溶剂(此处未示出)，并且其他端口96耦合到关闭元件。溶剂选择阀90可切换以选择性地将计量装置耦合到多个溶剂之一或耦合到关闭元件。对于阀结构而言固有的是，第五流路不能耦合到泵40的高压。对于计量装置30，第三可切换流路16可以切换将样品环70连接到计量装置30，或者关闭第五流路而不会影响位于相反端的高压路径。相似地，第四可切换流路26能够打开和关闭低压的第一流路110或第二流路120而不会影响位于相反端的高压路径。溶剂选择阀90和可切换流路16或26的独立的关闭条件允许计量装置30用作用于溶剂或样品流体的泵。当第一和第二阀切换为将例如第二流路120与泵40和柱50断开时，计量装置能够通过溶剂选择阀90吸入所选择的溶剂，例如用于在样品流体已经输送到分离柱之后消洗第二流路，其将在下文更详细描绘。

以下，本说明示例性地涉及所谓分割环(Split Loop)喷射原理，其包括如图1所示位于第一和第二阀之间的针座结构。应该理解，本发明也可以应用所谓固定环(Fixed Loop)原理，其中喷射针在流体方面位于第二阀后方(例如，耦合到第二阀的第八端口24)。

流体输送系统或泵40以高压(通常，以100-2000bar的范围内和甚至更高的压力)将流动相朝向固定相输送。具体而言，压力范围可以是200-1500bar，或更具体而言600-1200bar。

阀10和20例如是转动剪切阀，每个包括定子构件和转子构件，其具有相邻的可相对于彼此转动的表面。阀端口以被实现为穿过定子的通道或通孔，从位于与转子表面临界的定子表面处的开口延伸到定子的外侧。在外侧端处，端口与液体连接器耦合，液体连接器耦合到相应的HPLC装置。可切换流路被实现为转子表面内的槽。转子可以绕与定子和转子表面垂直的中轴线枢转。根据转子构件相对于定子构件的转动位置，槽与特定端口开口耦合并利用其产生这些端口之间的流体通路。

阀10和20例如是4端口阀。此外，例如，端口每个等间距地(即，以90度的角间距)分布在圆周线上。可切换流路或槽15、16、25和26形成为圆周线段。其中，第三可切换流路16、第二可切换流路25和第四可切换流路26相对于转子表面各形成四分之一圆周线；不同的是，第一槽15形成延伸了至少180度的圆周线，使得其具有足以耦合第一端口11、第二端口12和第三端口13的长度。例如，第一槽15延伸了205度，使得第一槽具有足以在第一阀10的切换过渡期间耦合全部三个端口11、12和13的长度。

第一槽15包括两个各朝向其自由端渐缩的端部段，以及具有恒定截面形状的中间段。在结合图2的情况下更详细地描述，这可以允许平滑地将少量流体流转移到第二流路120，以在可控的时间期间对与第二流路连通的全部流路进行加压。由此，将分离柱处的流路波动保持得较小，从而显著地减小切换过渡期间流体输送系统40处的压力波动。因为流率波动可以导致分离柱处(例如在固定相处)的损坏，所以减小柱处的流率波动避免了对分离柱的损坏，从而延长了这种柱的使用寿命，并提高了测量循环的可重复性。

在对分离装置的液体路径内没有任何显著的压力或流率波动的情况下，泵和泵控制甚至可以补偿额外的液体需求。

第二阀的定子构件还包括从分别从第六端口22和第七端口23沿着朝向第五端口21的方向延伸的端口槽221、231。例如，由定子槽221和231以及第二定子槽25覆盖的角度之和略小于180度，使得在切换第二阀20时实现朝向第五端口21的流动中断。第二阀20的切换过渡行为取决于端口槽的长度以及切换速度，其将在结合图4的情况下更详细描述。

例如耦合到第二流路120的样品引入路径被实现为所谓分割环70，其中针80适于与针座脱离以插入到包括样品液体的瓶体(未示出)中。在相对应的样品引入状态下，第一阀10切换为将计量装置30通过第四端口14、第三可切换流路16、第三端口13和样品环70耦合到针80。现在，计量装置30可以将受控量的样品流体吸入到样品环70中。样品环可以被样品流体部分地或完全地填充。在完成样品引入之后，针80从瓶体排出，并位于针座内，以提供第一阀10和第二阀20之间通过样品环70的流体耦合。样品环70可以实现为具有例如0.1-0.5毫米的内径的毛细管。取决于毛细管的长度，环可以具有在1微升和1毫升之间的范围内的样品流体容积。

第一阀10(以下也称为淋洗液分配阀)仅支持溶剂或流动相，而不会在任何时间与插入在第一或第二流路中的样品流体接触。仅第二阀20(以下也称为样品转移阀)从样品环接收样品流体以分配到固定相。因此，第一阀10内的流体不以流方式发生流动的盲容积不能蓄积任何可能使测量失真的样品流体。由此，可以在第一阀内提供具有额外长度的可切换槽，其能够减小固定相处的压力波动，并且如果第二阀20也被配置为提供连续流，甚至可以提供朝向分离柱50的连续流动相流。

图1中未示出，HPLC系统还可以包括用于检测样品流体的分离成分的检测器和用于收集耦合在分离柱50之后的样品流体的分离成分的部分收集器。

图2更详细示出了第一阀10的方面。第一槽15被描绘为在自由端点A和D之间延伸的圆周线段。第一槽15包括两个端部段151和152，其分别在自由端点A和B之间以及在内端点C和D之间延伸。第一槽15的在内端点B和C之间相应延伸的中间段可以形成180的圆周线，并且端部段151和152各覆盖15度。图3示出了第一槽15的实例性深度的形式，在长度I上具有槽深度t。在第一自由端点A和第一内端点B之间，深度t增大到最大深度T。例如，如图3所示，深度线性地增大。在第一内端点B和第二内端点C之间，深度保持恒定于最大深度T，而在第二内端点C和第二自由端点D之间，深度朝向第二自由端点D减小。图2中未示出，端部段151和152的宽度也可以变化。

渐缩的端部段151和152允许改变流体输送系统40和样品环70之间的流动阻力。为此，第一阀10的转子构件可以在第一位置和第二位置之间缓慢地移动，在第一位置，即如果顺时针方向转动转子构件，第二自由端点D到达第三端口13的开口，则第一端部段151和第三端口之间的耦合开始，在第二位置，即，如果第二内端点到达第三端口13的开口，则流动阻力保持恒定。这允许在样品引入之后增大样品环70上的流体压力，从而减小耦合到第一端口11的流体输送系统40处的压力波动。

在本实施例中，根据流体参数，例如压力或流率，来控制剪切阀的移动。在实施例中，可以在流体输送系统40处或在耦合到流体输送系统40的第一端口11处测量压力或流率。可以根据测量得到的压力或流率改变移动速度。如果测量值(压力或流率)的参数超过特定值(例如，最小绝对值和/或最大值，值变化量和/或值梯度(即，值对时间的求导(例如Δp/t)))，则移动可以暂时停止或甚至反向(即，沿着相反的方向改变移动的方向)。

图4更详细示出了第二阀20的方面。定子端口21-25的示例开口示出为等间距地分布在圆周线上。此外，示出了分别从第六端口22的开口和第七端口23的开口沿着朝向第五端口21的开口的方向延伸的第一和第二端口槽221和231。例如，定子槽221和231各覆盖圆周线的约40-50度，并且第二转子槽25覆盖约90度。

在第一可选方案中，由定子槽和转子槽覆盖的角度之和小于端口22和端口23之间的连接角度，例如如果这些端口如图4所示布置为180度，则所述角度之和小于180度。其中，定子槽25可以覆盖90度，并且定子槽221和231可以覆盖小于45度。相应地，转子槽25绝对不会同时耦合到第一和第二定子槽两者。在如图4所示的示例位置处，在第一定子槽221和第二定子槽25之间具有第一间隙d1，并在第二定子槽231和转子槽25之间具有第二间隙d2。

当使第二阀20的转子构件从其中第五端口21耦合到第六端口22的第四切换状态相对于定子构件移动到其中第五端口21与第七端口23耦合的第五切换状态时，将发生取决于第一和第二间隙d1和d2以及移动速度的特定切断时间，其中第五端口21与第六和第七端口两者均断开，从而与第一流路110和第二流路120两者均断开。根据切断时间的长度，将发生特定量的压力波动(例如，在分离柱50处的压力损失或者在流体输送系统40处的压力升高)。切断时间可以被设计成使得发生由检测元件可靠检测到的特定压力损失。这样的压力波动检测可以提供精确的测量开始点或者与分离处理的样品保持时间相关的精确时间点。压力波动可以选择为小于系统压力的5％。

在第二可选方案中，由定子槽和转子槽覆盖的角度之和精确地等于端口22和端口23之间的连接角度，例如，如果这些端口如图4所示布置在180度处，则所述角度之和等于180度。其中，定子槽221和231可以覆盖45度，并且转子槽25可以覆盖90度。相应地，切断时间为零，并且避免了对分离柱的流动中断。

在第三可选方案中，由定子槽和转子槽覆盖的角度之和大于180度。其中，定子槽221和231可以覆盖超过45度并且转子槽25可以覆盖90度。在此可选方案中，第五端口21、第六端口22和第七端口23在中间切换状态下耦合在一起。在此可选方案中，流体输送系统总是流体耦合到分离柱50，并且在较短时间内并行地支持两个流体路径，如结合对双样品环应用进行描述的图6和图7的情况下更详细描述的。

以下，描述三种不同的阀结构的三个示例切换状态顺序。图5示出了与图1相对应的阀结构的示例切换状态，该阀结构具有包括(第一)样品环70和(第一)针结构80的单个样品引入路径。图6和图7每个示出了可选阀结构的相似切换状态，该阀结构具有：包括耦合在第二端口12和第六端口22之间的第一样品环71和第一针结构81的第一样品引入路径，以及包括耦合在第三端口13和第七端口23之间的包括第二样品环72和第二针结构82的第二样品引入路径。图6和图7的实施例的不同在于由定子槽221和231覆盖的角度。

图5示出了在根据图1的阀结构的一系列切换步骤内的五个示例性切换状态或“快照”5.1-5.5。其中，第一和第二阀(的转子构件)两者均步进并顺时针转动。这样的两个阀的转动可以受到控制以同步或相继地执行，如下文所述。

第一快照5.1示出了任意初始步骤，其中第一阀位于第一位置1，第一可切换流路1515将第一端口11与第二端口12连接，并且第三流路16将第三端口13与第四端口14连接。第二阀20被置于第六位置1’，第二可切换流路25将第五端口21与第六端口22连接，并且第四可切换流路26将第七端口23与第八端口24连接。相应地，流体输送系统40通过第一可切换流路15、第一流路110和第二流路25与分离柱50连接。此外，计量装置30通过第三可切换流路16耦合到样品引入路径。样品环70包含先前步骤中已经引入到样品环70中的样品流体量。

第二快照5.2图示了如下状态，其中，第二阀移动到使第七端口23与第八端口24断开从而与流体出口60断开的第七位置2’，随后第一阀移动到第二位置2，使得第三端口13与第三可切换流路16断开并通过其减缩的端部151耦合到第一可切换流路15。样品环70中的压力然后由于减缩端部相对较大的流体阻力而缓和地升高到系统压力。为了提供平滑的压力累积，可以充分慢地进行第一阀的移动。如上所述根据压力/流率的测量结果，移动甚至可以被控制为停止或反向。这样平滑的压力累计允许在流体输送系统40处调节流动或压力波动。

第三快照5.3图示了如下状态，其中，第一阀移动到其中第一可切换槽将第一端口11对称地耦合到第二端口12和第三端口13的第三位置3，并且第二阀移动通过其中第二可切换流路25对称地位于第六端口22和第七端口23之间的第八位置3’，移动到第九位置4’。在这里所示的实施例中，定子槽221和231覆盖小于45度，使得第五端口21与第六端口22和第七端口23两者均流体断开。这里所示的位置对应于如图4所示的示例位置。在此步骤中，第一流路110和第二流路120两者都被置于压力下。

第四快照5.4示出了如下状态，其中第一阀移动到其中第一可切换流路15与第二端口12断开的第四位置4。在第二阀的位置4’，第一可切换流路断开，并且整个溶剂流被引导通过其中第六端口22和相应的定子槽221与第二可切换流路25断开的第二流路。

第五快照5.5图示了如下状态，其中，第二阀移动到第十位置5’。断开的第一流路的压力释放到流体出口60。随后，第一阀移动到其中第三可切换流路16将第二端口12与第四端口14耦合的第五位置5。

如上所述，图6示出了与在如结合图5的情况下所述的快照5.1-5.5相对应的五个示例性状态或快照6.1-6.5。

第一快照6.1示出了与图5的第一快照5.1对应的状态，第一可切换流路15将第一端口11与第二端口12连接，并且第三可切换流路16将第三端口13与第四端口14连接，并且第二可切换流路25将第五端口21与第六端口22连接，第四可切换流路26将第七端口23与第八端口24连接。其中流体输送系统40通过第一样品引导路径(样品环路71)与分离柱50连接。插入到第一样品环路71中的第一样品流体在高压下被提供给分离柱50。此外，计量装置30耦合到包括第二样品环路72和用于将第二样品流体插入到第二样品环路72中的第二针结构82的第二样品引入路径。在这样插入之前，可以通过将溶剂流体通过所述环驱动到与第八端口24耦合的废料部60，来清洗第二样品路径(样品环72和第二针结构82)。

第二快照6.2图示了如下状态，其中，第三端口13与第三可切换流路16断开，并且耦合到第一槽15。与步骤5.2相似，第二样品环72中的压力缓和地升高到系统压力。第一样品环71仍耦合在流体输送系统40和分离柱50之间，将第一样品流体朝向分离柱输送。

第三快照6.3图示了如下状态，其中第二可切换流路25对称地位于第六端口22和第七端口23之间。与图5相似，定子槽221和231覆盖小于45度，并且定子槽覆盖90度，使得第五端口21与第六端口22和第七端口23两者均流体断开。两个样品引入路径均耦合到流体输送系统，并从而被置于压力下，但是两个路径均与分离柱断开。与以上描述相对应的，切断时间取决于第二阀的移动角速度以及在180度与由转子槽和定子槽覆盖的角度之和之间的角度差。

快照6.4示出了如下状态，其中第一可切换流路15与第二端口12断开，并且第六端口22和相应的定子槽221与第二可切换流路25断开。由此，第一样品引入路径与流体输送系统和分离柱两者均断开，并且第二插入路径耦合在流体输送系统和分离柱之间以输送第二样品流体。

快照6.5图示了如下状态，其中，第四可切换流路26将第六端口22与第八端口24耦合。第一样品引入路径的压力通过第八端口24释放到废料部。可以在第三可切换流路16将第二端口12与第四端口14耦合的情况下，随后通过将一种或多种清洗溶剂通过第一样品引入路径朝向与第八端口24耦合的流体出口60泵送，来清洗第一样品引入路径。清洗溶剂可以从多个溶剂池(每个均连接到溶剂选择阀90的端口91-95中的一个)之一引入。为此，溶剂选择阀从将计量装置30与关闭构件耦合的“待用位置”(端口96)切换到将计量装置30与相应的选择端口耦合的选择位置(端口91-95)。

在其他步骤中，第一针结构71可以断开以引入第三样品。在这里未详细描述的其他步骤中，第一和第二阀与先前所述步骤对应地逆时针向后移动，以再次将第一样品引入路径置于工作状态，同时将第二样品引入路径与柱断开。

图7示出了与在如结合图6的情况下所述的状态6.1-6.5相对应的五个示例性状态或快照7.1-7.5。图7与图6的不同之处在于转子槽25具有足以同时耦合到第六端口22(通过第一定子槽221)和第七端口23(通过第二定子槽231)的长度。因此，如图7所示，例如定子槽221和23覆盖超过45度，并且转子槽覆盖90度。

相应地，在第三快照7.3中，在第二可切换流路25对称地位于第六端口22和第七端口23之间的情况下，第五端口21流体耦合到第六端口22和第七端口23两者。在此步骤中，两个样品引入路径均并行地耦合在流体输送系统和分离柱之间。

根据本发明的实施例的包括彼此分离的淋洗液分配阀和样品转移阀的阀结构允许保持淋洗液分配阀不接触样品流体。由此，可以在具有盲容积的淋洗液分配阀内提供可切换流路。根据这些实施例，这样的容积被用于提供可切换流路，所述可切换流路具有在切换过渡期间足将三个端口耦合在一起的长度。如果所述端口中的一个连接到流体输送系统，则耦合到三个端口中的另一个的第二流路径可以被置于压力下，同时耦合到所述端口中的第三个端口的第一流路仍处于压力下，以将流动相输送到固定相。样品转移阀可以实现为使耦合到固定相的输出端口处的流动波动保持得较小，甚至避免这种波动，而无需在样品转移阀内设置盲容积。

图8示出了液体分离系统100。泵40将流动相驱动通过包括固定相的分离装置50(例如色谱柱)。如上所述的阀结构1耦合在泵40和分离柱50之间。阀结构包括样品引入装置以将样品流体引入到流动相。样品引入可以实现为一个或多个固定环或者如上所述的一个或多个分割环。分离装置50的固定相适于分离样品流体的成分。设置检测器51，用于检测样品流体的分离成分。可以设置部分收集器，用于收集样品流体的分离成分。

针对安捷伦1200系列快速解决LC系统(Rapid Resolution LCsystem)或者安捷伦1100HPLC系统揭示了分离系统的进一步细节，其两者均由申请人安捷伦科技有限公司在www.agilent.com下提供，并应该通过引用结合于此。

Claims (17)

1.一种阀结构，用于提供在流体输送系统(40)和固定相(50)之间的可切换的流体连接，所述流体输送系统用于驱动流动相，所述固定相适于分离所述流动相中包含的样品流体的成分，所述阀结构包括：

第一阀(70)，其包括适于耦合到所述流体输送系统(40)的第一端口(11)，第二端口(12)，以及第三端口(13)，其中所述第一阀(11)适于在第一切换过渡中从其中所述第一端口(11)与所述第二端口(12)耦合的第一状态通过其中所述第一端口(11)、所述第二端口(12)和所述第三端口(13)耦合在一起的第二状态切换到其中所述第一端口(11)与所述第三端口(13)耦合的第三状态，

第二阀(20)，其包括适于耦合到所述固定相(50)的第五端口(21)，第六端口(22)，以及第七端口(23)，其中所述第二阀(20)适于在第二切换过渡中从其中所述第五端口(21)与所述第六端口(22)耦合的第四状态切换到其中所述第五端口(21)与所述第七端口(23)耦合的第五状态，

第一流路(110)，其在所述第一状态、第二状态和第三状态下都将所述第二端口(12)和所述第六端口(22)连接，以及

第二流路(120)，其将所述第三端口(13)和所述第七端口(23)连接，其中，所述第二流路(120)包括适于将所述样品流体引入到所述流动相中的样品引入路径(70、80)。

2.根据权利要求1所述的阀结构，其中，在所述第一切换过渡期间被启动的第六状态下，所述第五端口(21)、所述第六端口(22)和所述第七端口(23)耦合在一起。

3.根据权利要求1所述的阀结构，其中，在所述第一切换过渡期间被启动的第七状态下，所述第五端口(21)与所述第六端口(22)和所述第七端口(23)两者均断开。

4.根据权利要求1所述的阀结构，其中，所述第一阀(10)包括第一剪切阀构件和与所述第一剪切阀构件相邻地可转动的第二剪切阀构件，其中，所述第二剪切阀构件包括第一可切换流路(15)，并且所述第一剪切阀构件包括具有通孔的所述第一端口(11)、所述第二端口(12)和所述第三端口(13)，所述通孔具有根据所述剪切阀构件相对于彼此的转动位置而与所述第一可切换流路(15)耦合的开口。

5.根据权利要求4所述的阀结构，其中，所述第一可切换流路(15)具有足以在所述第一切换过渡期间同时将所述第一阀(10)的所述第一端口(11)、所述第二端口(12)和所述第三端口(13)耦合的长度。

6.根据权利要求4所述的阀结构，其中，所述第一可切换流路(15)包括两个端部段(151、152)和中间段，每个所述端部段朝向其自由端渐缩，所述中间段具有恒定的横截面形状并所述两个端部段(151、152)的另一端连接。

7.根据权利要求1所述的阀结构，其中，所述第二阀(20)包括第三剪切阀构件和与所述第三剪切阀构件相邻地可转动的第四剪切阀构件，其中所述第四剪切阀构件包括第二可切换流路(25)，并且所述第三剪切阀构件包括具有开口的所述第五端口(21)、所述第六端口(22)和所述第七端口(23)，所述开口根据所述剪切阀构件相对于彼此的转动位置而与所述第二可切换流路(25)耦合。

8.根据权利要求7所述的阀结构，其中，所述第二剪切阀构件还包括第一和第二端口延伸槽(221、231)，所述第一和第二端口延伸槽分别从所述第六端口(22)和所述第七端口(23)沿着所述第五端口(21)的方向延伸。

9.根据权利要求1所述的阀结构，其中，所述第二阀(20)包括第八端口(24)和第四可切换流路(26)，所述第八端口适于耦合到流体出口(60)，所述第四可切换流路适于在其中所述第八端口(24)和所述第六端口(22)耦合在一起的状态与其中所述第八端口(24)和所述第七端口(23)耦合在一起的状态之间切换。

10.根据权利要求1所述的阀结构，其中，所述第一阀(10)包括第四端口(14)和第四可切换流路(26)，所述第四端口适于耦合到用于驱动将所述样品流体插入到所述流动相中的样品泵(30)，所述第四可切换流路适于在其中所述第四端口(14)和所述第二端口(12)耦合在一起的状态与其中所述第四端口(14)和所述第三端口(13)耦合在一起的状态之间切换。

11.根据权利要求10所述的阀结构，其中，所述样品泵被实现为适于控制被插入到所述流动相中的所述样品流体的量的计量装置(30)。

12.根据权利要求1所述的阀结构，包括适于控制以下至少一者的阀控制单元：所述第一切换过渡和所述第二切换过渡。

13.根据权利要求12所述的阀结构，其中所述阀控制单元适于接收与所述阀结构相关的所述流动相的性质的信息，并基于接收到的所述信息来控制所述切换过渡。

14.根据权利要求13所述的阀结构，其中，所述流动相的性质的信息是在所述流体输送系统(40)处的流体压力或流率，并且其中所述阀控制单元适于控制所述第一切换过渡，使得在所述第一切换过渡期间的压力波动或流率波动被最小化。

15.根据权利要求1所述的阀结构，其适于以在以下范围中的任一范围内的流体压力下进行操作：100-2000bar，200-1500bar，和600-1200bar。

16.一种高性能液相色谱系统(1)，包括：

根据权利要求1所述的阀结构，

分离装置(50)，其包括用于将流动相中包含的样品流体的成分分离的固定相，以及

流体输送系统(40)，其适于驱动流动相通过所述分离装置，

其中，所述第一端口(11)耦合到所述流体输送系统(40)，所述第五端口耦合到所述分离装置(50)。

17.一种提供在第一阀(10)的第一端口(11)和第二阀(20)的第五端口(21)之间的可切换流体连接的方法，所述第一端口适于耦合到用于驱动流动相的流体输送系统(40)，所述第五端口适于耦合到用于将所述流动相中包含的样品流体的成分分离的固定相(50)，其中所述第一阀的第二端口(12)与所述第二阀的第六端口(22)流体耦合，并且所述第一阀的第三端口(13)通过样品引入路径(70、80)与第二阀的第七端口(23)流体耦合，所述方法包括以下步骤：

将所述第一阀从其中所述第一端口(11)与所述第二端口(12)耦合的第一状态通过其中所述一端口(11)与所述第二端口(12)和所述第三端口(13)耦合的第二状态切换到其中所述第一端口(11)与所述第三端口(13)耦合的第三状态，以及

将所述第二阀(20)从其中所述第五端口(21)与所述第六端口(22)耦合的第四状态切换到其中所述第五端口(21)与所述第七端口(23)耦合的第五状态，

其中，在所述第一状态、第二状态和第三状态下，所述第一阀的第二端口(12)都与所述第二阀的第六端口(22)流体耦合。

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