CN102333954A - 用于液体层析的自动稀释 - Google Patents

Abstract

描述了用于在液体层析系统中稀释样本的方法和系统。以第一流速流动的样本和以第二流速流动的稀释剂被组合起来达预定时间，以产生一定容积的经稀释样本。所述经稀释样本的稀释率根据所述两个流速确定。所述容积的一部分被装载到注射阀的样本环路中，并且随后被注射到流向层析柱的流动相中。所述方法不需要技师来进行稀释或将样本传递到远处进行稀释。有利地，不需要制造或处理停工期以进行稀释，并且减少了流向废料箱的样本的量。

Description

用于液体层析的自动稀释

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年2月27日提交的美国临时申请61/156,040的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用明确地并入本文中。

技术领域

本发明一般地涉及液体层析系统。更具体地，本发明涉及一种方法，用于在液体层析系统中方便且高效地稀释样本以便注射到流动相中。

背景技术

高压液体层析（HPLC）系统有时要求在将样本注射到流向层析柱的流动相中之前对其进行稀释。对于在注射之前进行稀释，存在各种原因。例如，系统可能不能注入充分小量的样本（例如，若干皮升）以避免对于层析柱的质量过载条件。替代地，由于溶剂的物理性质（例如，pH水平），包含样本的本地溶剂可能不适合于固定相。在另一个示例中，样本可在强溶剂中溶解，其与固定相相互作用，从而导致层析谱中的含糊结果。

可由技师手动地进行稀释，然而，实际上并不总是能够有技师来进行稀释。在许多情况下，技师和用于进行稀释的设备位于离开HPLC系统不方便的距离。如果样本被传递到远处进行稀释，则可能出现明显的延迟，有可能导致制造或处理的停工期。而且，跟踪所运输的样本带来的额外的不方便也通常是不可避免的。

本发明解决了上述问题并且提供了另外的优点。

发明内容

在一个方面中，本发明的特征在于一种在液体层析系统中稀释样本的方法。以第一流速流动的样本和以第二流速流动的稀释剂被组合起来达预定时间，以产生一定容积的经稀释样本。所述经稀释样本的稀释率响应于所述第一和第二流速。所述容积的一部分被装载到注射阀的样本环路中，并且随后被注射到流向层析柱的流动相中。

在另一方面中，本发明的特征在于一种在液体层析系统中稀释样本的方法。以第一流速流动的样本和以第二流速流动的稀释剂被组合起来达预定持续时间，以在流体通道中产生一定容积的经稀释样本。所述经稀释样本的稀释率响应于所述第一和第二流速。所述容积的一部分被装载到注射阀的样本环路中。所述注射阀被切换以将所述样本环路插入到用于流向层析柱的流动相的通道中，并且所述容积的所述一部分由此被注射到所述流动相中。

在又一方面中，本发明的特征在于一种用于在液体层析系统中注射经稀释样本的系统。所述系统包括样本源、稀释剂源、控制模块、流体组合器和注射阀。所述样本源和稀释剂源分别在稀释时间期间供应样本和稀释剂。所述控制模块与所述样本源和所述稀释剂源连通以控制第一流速、第二流速和稀释时间。所述流体组合器具有与所述样本源连通的第一入口端口、与所述稀释剂源连通的第二入口端口并具有出口端口。所述流体组合器在所述稀释时间期间通过所述出口端口供应一定容积的经稀释样本。所述注射阀具有样本环路并且与所述流体组合器的出口端口连通。所述注射阀构造成在装载时间期间将所述容积的经稀释样本的一部分装载到所述样本环路中。

附图说明

通过参照以下描述并结合附图，可更好地理解本发明的上述和进一步优点，其中，在各幅图中，相同的附图标记表示相同的结构元件和特征。为清楚起见，没有标记出每一幅图中的每一个元件。附图不必是按比例的，而是强调于示出本发明的原理。

图1是根据本发明一个实施例的液体层析系统的一部分的示意图。

图2是根据本发明的在液体层析系统中稀释样本的方法的一个实施例的流程图。

图3是图1所示液体层析系统的一部分的图示，其构造成用于稀释样本。

图4示出了图3的替代实施例，其能够对生产流水线（process line）中的流动流进行采样。

图5是在将注射阀构造于装载位置后的图3所示液体层析系统的一部分的图示。

图6是在将注射阀构造于注射位置后的图5所示液体层析系统的一部分的图示。

图7示出了液体层析系统的一部分在准备清洗阶段期间的构造。

图8示出了在清洗阶段期间的图7的系统。

具体实施方式

总体而言，本发明涉及一种在液体层析系统中稀释样本的方法。以样本速率流动的样本和以稀释剂速率流动的稀释剂被组合到一起达一定时间，以产生一定容积的经稀释样本。该容积的一部分被装载到注射阀的样本环路中，并且随后被注射到流向层析柱的流动相中。该方法减少了用于液体层析的常规稀释工艺中所浪费的样本量。

图1是根据本发明的一个实施例的液体层析系统的一部分的示意图。该系统包括样本贮存器14和稀释剂贮存器18。样本贮存器14可以是小瓶或其他容器，其保持一定量的样本以在稀释后被注射到层析柱（未示出）中。类似地，稀释剂贮存器18可以是这样的容器，其保持一定量的用于稀释样本的稀释剂。该系统还包括样本注射器22，其通过样本阀26和管道30（或其他流体通道或导管）联接到样本贮存器14。在所示实施例中，管道30联接到样本针34，当样本被吸入管道30中时，样本针34位于样本贮存器14中，不过在其他实施例中也可以没有样本针34，从而管道30直接联接到样本贮存器14。稀释剂注射器38通过稀释剂阀42和管道46联接到稀释剂贮存器18。该系统还包括注射端口50，其构造成在层析循环期间的某些时间接收样本针34，如下面更详细讨论的。

稀释剂阀42和注射端口50各自被管道或其他流体通道54和58分别联接到“三通管”或其他混合部件的各自入口端口。三通管60的出口端口通过管道或流体通道64将经稀释的样本供应到六端口注射阀68的输入端口72。一般地，根据样本和稀释剂在三通管60处的流速来确定被提供给注射阀68的经稀释样本的稀释率。

图2根据本发明的在液体层析系统中的稀释样本的方法200的一个实施例的流程图。也参见图1，样本和稀释剂阀26和42被初始地构造成使得分别将样本吸入保持环路30并且将稀释剂吸入（步骤210）注射器38。优选地，样本注射器22在最小容积位置（即，“原位”）开始，并且在吸入冲程的一部分期间，一定量的样本被吸入并通过样本针34。被吸入样本的容积不足以达到样本注射器22。

接着，如图3所示，在开始稀释之前，针阀34从样本贮存器14移开并且被放入注射端口50。样本阀26和稀释剂阀42构造成使得样本和稀释剂被以预定流速从它们的注射器22和38推动并且在三通管60处组合（步骤220），在预定持续时间（即，稀释时间）后，在连接到三通管输出端口的管道64中产生已知容积的经稀释样本。由于样本注射器22在抽吸阶段期间被激活在其原位（图1），并且由于样本注射器22在稀释阶段期间被限制到单次冲程的最大值，仅仅样本被推动通过样本针34。样本和稀释剂的流速被控制以实现期望的稀释率。例如，注射器22和38可在控制模块的管理下由步进马达操作，以产生期望的流速。

在许多应用中，贮存器14和18中的样本和/或稀释剂的可用量是有限的。另外，样本、稀释剂或者样本和稀释剂二者可具有特殊的操作和处理要求。因此，希望限制在层析测量期间消耗的样本和稀释剂的量。根据本发明的一个实施例，注射器22和38推动样本和稀释剂所经历的时间被精确地控制以确保足够量的经稀释样本填充三通管60和注射阀68之间的管道64，并且分别经过注射阀68的入口和出口端口72和76，而同时限制经稀释样本排出到废料箱（waste）80的量。

管道64的内径通常较小（例如，0.005英寸管道的6英寸），并且经稀释样本流的压力通常较低（例如，20-30 psi）。因此，允许经过足够的时间以确保在经稀释样本装载到注射阀68的样本环路84之间经稀释样本充满管道64。

在建立经稀释样本流的时间段期间，流动相在高压下从泵送系统（未示出）流动通过注射阀68的高压入口端口88、样本环路84和高压出口端口92。离开高压出口端口92的流动相流向层析柱。

图4示出图3的替代构造，其中，采样端口96通过导管或流体通道100联接到生产流水线，导管或流体通道100可包括一个或多个控制阀104。该构造使得能够对生产流水线中的流动流进行采样。可在分离的时间将样本吸入样本针34中。替代地，可从生产流水线中的滑流（slip stream）（即，样本流）获得样本。样本贮存器14可用于供应层析测量的标准，并且可在一些或所有样本流测量之间周期性地使用。任选地，样本或标准贮存器14被加压以至少部分地补偿管道中的压力损失。例如，样本贮存器14可以是加压样本瓶，或者可采用气动放大器以增加流自贮存器14的样本。

为了制备经稀释样本以便注射到流动相中，注射阀68被临时地从图3所示位置构造到图5所示的装载位置，从而样本环路84从用于流动相的高压路径移除。在装载阶段期间，经稀释样本在入口端口72处被接收并且流过样本环路84，而后在出口端口76处离开注射阀68。因此，经稀释样本被装载（步骤230）到样本环路84中并且可用于注射。在装载阶段期间，注射器22和38中的至少一个继续推动样本和/或稀释剂进入三通管60和管道64。如所示的，样本注射器22继续推动样本，而稀释剂注射器38被禁用。如果样本注射器的步进马达控制提供比使用稀释剂注射器38的步进马达控制更加精确的容量控制，由此使得能够更加精确地将经稀释样本分配到注射阀68，则该操作模式可能是优选的。应当意识到，在装载阶段期间也可使用注射器操作的其他模式，例如仅操作稀释剂注射器38或者同时操作注射器22和38。

样本注射器22处于激活状态以便将经稀释样本装载到样本环路84中所经历的时间被仔细地控制，以确保管道64中的经稀释样本的整个容积不传送到废料箱80。如果持续时间太长，则样本环路84装载有管道30中的溶剂（例如，样本），该溶剂用于推动经稀释样本的容积。因此，对于三通管60和注射阀68之间的管道64的容积以及经稀释样本流过管道64的流速的了解可用于确定适当的持续时间，以便使注射器22和38以及注射阀68的激活时间同步。

在完成装载之后，如图6所示，注射阀68构造成用于注射，使得高压流动相流过高压入口端口88、样本环路84和高压出口端口92，而后流向层析柱。因此，早先装载到样本环路84中的经稀释样本被注射（步骤240）到持续流动的流动相中。

图7示出了一个构造，其中清洗溶剂被从清洗容器108吸入样本注射器22中。图8示出了清洗溶剂如何被推动通过管道30和样本针34。根据清洗溶剂溶解样本针34中任何剩余样本的能力来选择所使用的具体清洗溶剂。该过程确保没有样本留在样本针34中而污染后续的样本。在一些情况中，当接下来被吸入的样本与前面的样本相同时，可省略清洗过程；然而，在其他情况中，执行清洗可能是优选的。

可由层析系统来执行一系列分离，以获得测量平均并且降低测量噪声的影响。在该情况中，为每个测量循环制备经稀释样本优选地在执行前面最近一次分离的同时发生。

对于基于六种不同稀释率的每一种的六次注射的测量，表1列出了所检测的平均样本（峰值面积计数）、样本标准偏差以及规范化到平均值的表示为百分数的标准偏差（即，％RSD）。所述样本是咖啡因，而所述稀释剂是90/10水/ACN（乙腈）。平均样本检测值表现出关于样本和稀释剂比率的高度线性关系。规范化RSD的低值在最大稀释率时获得，并且指示稀释过程被良好地控制。在高稀释率时，样本的相对流速足够小，使得可观察到由于驱动样本注射器22的步进马达的离散本质而引起的效应。换句话说，样本流可能不显得处于恒定速度，并且可导致从期望稀释率的更大变化。为了降低该效应，对于不同的稀释率范围，可采用不同的系统部件。

表1

稀释率	平均值	标准偏差	％RSD
				2:1	289310.2	1458.0	0.50
5:1	112026.2	618.3	0.55
				10:1	56608.1	352.9	0.62
50:1	10827.6	74.9	0.69
				100:1	6951.8	127.7	1.84
200:1	3354.2	31.4	0.94

虽然已经参照特定实施例示出和描述了本发明，但本领域技术人员应当理解的是，在不偏离如所附权利要求记载的本发明精神和范围的情况下，可在本发明中作出形式和细节上的各种改变。

Claims (18)

1.一种在液体层析系统中稀释样本的方法，所述方法包括：

将以第一流速流动的样本和以第二流速流动的稀释剂组合起来达预定持续时间，以产生一定容积的经稀释样本，所述经稀释样本的稀释率响应于所述第一和第二流速；

将所述容积的经稀释样本的一部分装载到注射阀的样本环路中；并且

将所述样本环路中的所述容积的经稀释样本的所述一部分注射到流向层析柱的流动相中。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括，从样本源抽吸所述样本，并且从稀释剂源抽吸所述稀释剂。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括，从生产流水线中的流动流抽吸所述样本，并且从稀释剂贮存器抽吸所述稀释剂。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括，从生产流水线的滑流抽吸所述样本，并且从稀释剂贮存器抽吸所述稀释剂。

5.一种在液体层析系统中稀释样本的方法，所述方法包括：

将以第一流速流动的样本和以第二流速流动的稀释剂组合起来达预定持续时间，以在流体通道中产生一定容积的经稀释样本，所述经稀释样本的稀释率响应于所述第一和第二流速；

将所述流体通道中的所述容积的经稀释样本的一部分装载到注射阀的样本环路中；并且

切换所述注射阀以将所述样本环路插入到用于流向层析柱的流动相的通道中，其中，所述容积的经稀释样本的所述一部分被注射到所述流动相中。

6.如权利要求5所述的方法，进一步包括，从样本贮存器抽吸所述样本，并且从稀释剂贮存器抽吸所述稀释剂。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述样本贮存器和所述稀释剂贮存器中的至少一个是加压的。

8.如权利要求5所述的方法，进一步包括，从生产流水线中的流动流抽吸所述样本，并且从稀释剂贮存器抽吸所述稀释剂。

9.如权利要求5所述的方法，进一步包括，从生产流水线的滑流抽吸所述样本，并且从稀释剂贮存器抽吸所述稀释剂。

10.一种用于在液体层析系统中注射经稀释样本的系统，包括：

样本源，其在稀释时间期间以第一流速供应样本；

稀释剂源，其在所述稀释时间期间以第二流速供应稀释剂；

控制模块，其与所述样本源和所述稀释剂源连通以控制所述第一流速、所述第二流速和所述稀释时间；

流体组合器，其具有与所述样本源连通的第一入口端口、与所述稀释剂源连通的第二入口端口并具有出口端口，所述流体组合器在所述稀释时间期间通过所述出口端口供应一定容积的经稀释样本；和

注射阀，其具有样本环路并且与所述流体组合器的出口端口连通，所述注射阀构造成在装载时间期间将所述容积的经稀释样本的一部分装载到所述样本环路中。

11.如权利要求10所述的系统，其中，所述样本源包括样本贮存器以及与其连通的样本注射器。

12.如权利要求11所述的系统，其中，所述样本贮存器是加压的。

13.如权利要求11所述的系统，进一步包括联接到所述样本注射器并且与所述控制模块连通的步进马达，其中，所述步进马达在所述稀释时间期间操作使得所述样本被以所述第一流速供应。

14.如权利要求11所述的系统，进一步包括布置在所述样本贮存器和所述样本注射器之间的气动放大器。

15.如权利要求10所述的系统，其中，所述稀释剂源包括稀释剂贮存器以及与其连通的稀释剂注射器。

16.如权利要求15所述的系统，进一步包括联接到所述稀释剂注射器并且与所述控制模块连通的步进马达，其中，所述步进马达在所述稀释时间期间操作使得所述稀释剂被以所述第二流速供应。

17.如权利要求10所述的系统，其中，所述样本源包括与生产流水线中的流动流连通的流体通道，所述流体通道包括与所述控制模块连通的至少一个控制阀。

18.如权利要求10所述的系统，其中，所述样本源包括与生产流水线的滑流连通的流体通道，所述流体通道包括与所述控制模块连通的至少一个控制阀。

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