CN103889533A - 模块化自动化色谱系统 - Google Patents

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Abstract

阀、泵、检测器、进样环路、级分收集器等被单独地结合到模块中，所述模块可以以可交换的方式安装在基本单元上的单独的安装位点上，所述基本单元还支撑一个或多个色谱柱。每个模块包括与其他模块的流体连接和微控制器，所述微控制器通过各个安装位点处的电子连接器将所述模块与计算机和监视器相连。模块间的流体连接和一个或多个柱被从电子连接移走并且是用户可接近的。软件平台识别所述模块及其位置，协调模块间的流体连接，并且提供各种控制、监控、数据生成和数据处理功能以产生色谱数据。

Description

模块化自动化色谱系统
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年8月24日提交的美国临时专利申请号61/526,959的利益，该申请的内容通过引用完整地结合于此。
发明背景
发明领域
本申请涉及自动化色谱系统领域。
现有技术描述
蛋白质、肽、核酸、单克隆抗体和来自生物学样品、以及反应混合物和流体介质的其他目的物质的提取和纯化通常对于研究实验室、诊断实验室、药物制造操作和生物技术工业中的任意数目的环境和场所来说是关键步骤。这些步骤已经达到这样高的完善度水平以致实际上任何生物学物质都可以以高度纯化的形式获得。然而就诸如样品准备、分离介质的类型和组成以及进行分离的条件的因素而言，每种物质具有其自身的特殊需要。因此为了满足其所有纯化需要，典型的实验室必须容纳各种组件、规程和材料。需要灵活性和适应性，但是其获得通常以一致性和准确度为代价，并且容纳各种规程以及以需要的准确度这样做的能力通常需要设备、劳力和培训方面的高成本。
发明概述
本发明解决了对运行容易且便宜并且高度适应于不同物质的分离和纯化和对每种物质所需的规程的系统的此需要。该系统可以容易并且快速的组装，改装，替换和扩展，并且当该系统在使用中时，其运行容易监控，控制和保持。甚至在复杂流动方案的情况下，系统的流控线路也是用户可接近的并且以简洁和有逻辑的方式管理，同时电连接被限制到远离流控线路的位置的位置并且被隐藏而看不见。大部分(如果不是全部)的电连接可以通过插座实现，虽然本发明的某些实施方案包括用于一些或全部电连接的线缆。
所述系统在构造上是模块化的，包括各种模块，每个模块包含流体操纵组件和微控制器，并且在本发明的某些实施方案中包含另外的零件用于模块中的组件的控制、状态监控和运行。系统中心是安装框或基本单元，其具有单独的和可交换的安装位点用于不同的模块和信号连接器，如例如每个安装位点中的电子连接器。各个信号连接器与通用的软件平台通信，并且信号连接器在接触时与微控制器可交换地耦联并且与和其耦联的微控制器通信。连接器也可以将电力传送至模块，从而不需要单独的导线或线缆。在模块根据用户的选择以多种布置方式中的任一种安装到安装框后，通过软件执行多种功能，包括由通过耦联传输的电子信号识别流体操纵组件及其在安装框上的位置，并且将组件协调到流动方案中。流体连接由用户直接在安装的组件间获得，并且在很多实施方案中这根据由软件驱动的图形用户界面提供的指令完成。视觉提示也可以由获得流体连接的位置附近的模块提供。安装框因此提供中央命令和信号处理功能以运行组件的整体装配件，使用进出每个模块的信号连接，同时所有流体连接在组件自身之间获得，在空间上与电和信号连接隔离，并且不作为框本身的部分。
在本发明的某些实施方案中，除了模块安装位点以外，安装框还提供一个或多个安装站，这些附加的站提供位点以用于安装色谱分离单元如柱和筒(cartridge)以及流体储槽或对于模块安装位点来说可以不能合适地定尺寸的其他介质保持单元。安装在这些附加的位置处的单元可以流体连接到作为多个模块中的一个或多个的部分的组件。安装有这些柱、筒或其他附加单元的站也可以配备有传感器或电子连接器用于在如此安装的单元和安装框软件之间传输信息。
在本发明的某些实施方案中，各自完整地配备有一组模块并且各自形成配套的纯化系统和流控方案的两个以上的安装框，可以充当单独的和独立的工作站，其中所有这样的工作站连接到共用中央处理单元和数据库管理系统。
根据本发明的系统可以因此容纳大范围的分离介质和流体转移组件。以上列出的特征和实施方案与本发明的其他特征和实施方案一起详细地描述于下。
附图简述
图1A是根据本发明的模块化色谱系统的透视图，其中组件是分开的以便于观察。
图1B是图1A的系统的一个模块的视图，从后部透视地显示。
图2是作为图1A的系统的基本单元的备选方案的根据本发明的基本单元的正视图。
图3是具有多个工作站的根据本发明的系统的图解。
图4是用于本发明的计算机程序的略图。
图5是根据本发明可以显示在监视器上的一个流动方案的屏幕截图或图形显示。
图6是根据本发明可以显示在监视器上的另一个流动方案的屏幕截图或图形显示。
发明详述和选择的实施方案
模块。术语“模块”用于本文以表示一个或多个功能设备，其固定于通常具有标准化的形状和尺寸的平板、外壳或支撑结构，标准化使得模块能够被接纳、插入或通过其他方式固定到安装框上的多个位点中的任一个。标准化结构的模块还使得每个模块在安装到框后能够通过将模块上的微控制器耦联到框中的信号连接器的耦联接合中央用户界面和软件。如上所述，每个模块包含至少一个流体操纵组件和至少一个微控制器，加上运行流体操纵设备所需的任意其他设备，以及安装零件，所述安装零件与安装框上的位点处的互补安装零件配合。在阀模块中，例如，流体操纵设备将是阀，并且模块还可以包含旋转或驱动阀所需的电动机或驱动设备。用于任何其他类型的流体操纵组件的驱动或操作支持设备对色谱和流体流动装置领域的技术人员是非常显然的。模块上的安装结构可以是蝶片，钉，钩，掣子，凸缘，或互补结构可以被构建到框中的任何结构如插槽，搁板，凹槽，波状外形凹穴(contoured recess)或开口，用于固定安装。
流体操纵组件。术语“流体操纵组件”用于本文以表示流体通过的组件或指引流体在特定方向上流动的组件。流体操纵组件可能执行的功能的实例有：驱使流体流动，合并或分开流体，检测流体，分析流体，和测量流体。流体操纵组件的实例有：阀，泵，混合器，进样环路，检测器，和级分收集器。阀可以是简单的断流阀或多端口阀(包括旋转阀)；泵可以是旋转泵，蠕动泵，注射器型泵，梯度泵，或其他实验室规模的泵；检测器可以是单波长UV检测器，UV-Vis检测器，电导率检测器，pH检测器，折射率检测器，荧光检测器，压力检测器，温度检测器，或空气或气体传感器；并且混合器可以包括比例混合器(恒定的或可变的)。
微控制器。嵌在各个模块中的微控制器可以是常规集成电路，各自包含处理器核心，存储器和可编程输入/输出外围设备。微控制器编码机器可读的数据，所述数据可以包括包含在模块中的组件的身份，例如，以及组件的操作特性和特征，和组件的实时操作状态。数据可以因此是系统可读的以通知软件组件的身份，即，组件是阀、检测器还是以上列出的其他类型的组件中的任一个，组件目前是运行的还是处于待机状态，通过组件(如果运行)的流速，温度，压力，位置(在阀的情况中)等。微控制器还可以响应于接收自计算机的命令传输操作信号至组件，所述计算机结合在安装框内或在安装框外。在某些实施方案中，微控制器还检测流体操纵组件的故障，如由上升的压力，升高的温度或无法响应于命令所指示的那些。在这些实施方案中的微控制器然后将发出警报信号警告用户或系统软件所述故障。警报指示器可以包括在模块的暴露的表面上，并且警报可以是指示器中的在视觉上可观察到的变化，如灯打开。本发明的某些实施方案中的微控制器可以包含射频识别(“RFID”)标签或与其耦联，所述射频识别标签可以由用户或模块自身更新以包含关于流体操纵组件的当前状态的信息或累积的关于其使用的数据。
组件状态指示器。包含在模块中的一个任选零件是实时指示包含在模块中的组件的操作状态的显示器。可由用户读取并且组件专有的状态信息可以指示例如阀的位置，通过阀或泵的流速，泵的方向，检测器在检测溶液中的物质或条件改变、泵中的压力方面的动作，以及任何这样的指示器，从所述指示器用户可以在视觉上检测组件是否正常运行或是否正发生故障。状态指示器可以是任何这样的设备，其传输视觉或以其他方式可检测的信号，可以安装到模块的外表面，并且可以以用户可读的形式(如数字或图形形式或简单地通过指示灯)显示状态信息。液晶显示器(LCD)是这样的指示器的一个实例；其他实例对于本领域技术人员将是非常明显的。
安装位点和安装框；模块的模块化和可交换特征。安装位点因此在其安装零件中以及在信号连接器在安装位点中的相对于模块上的微控制器的位置中均互补于模块，以致任意模块可以安装到不同的安装位点中的任一个。安装位点的实例有插槽，空腔，缺口，托架，间格(bay)，或任何这样的结构，所述结构将把模块支撑在稳固和固定的位置以最小化或避免由冲撞模块或安装框或对模块或安装框的无意冲击所致的脱离可能性。简单的实例是被设计成用于在位点处滑入位的模块的安装位点。安装框通常是底板或这样的结构，其中安装元件在充当安装位点的结构上的指定的位点处，并且可以因此作为支撑架，所述支撑架通常具有空腔，间格或开放空间以用于插入模块。最便利地，安装位点可以在空间上被布置成规则的几何图案，如行，列，或行和列的二维网格。某些模块可以被设计成占据两个以上的相邻安装位点，并且因此例如安装框可以包括宽度或高度数倍于其他间格的间格，以便除了占据单个安装位点的模块以外，还容纳两倍宽度和三倍宽度或两倍高度和三倍高度的模块。这样的两倍或三倍可以例如通过将安装位点构建成间格来实现，所述间格由垂直或水平的隔板隔开，可以移动所述隔板以合并相邻的间格。在另一个实施方案中，安装框可以被构建成通过添加可以作为安装框的附件提供的安装位点的另外的行和列而允许其模块容量扩大。
在其中安装位点被布置成两行以上的本发明的某些实施方案中，行相对于彼此是固定的，其中所有安装位点都可由安装框的一侧可及。这些实施方案中的多种模块的组件将是基本上共平面的，即，在安装框的正面基本上在公共的垂直平面中。在很多情况中，这将提高在安装到框的组件之间通过其模块进行流体连接的容易性。在其中安装位点被布置成两行以上的本发明的其他实施方案中，上部的一行或多行以转动或可旋转的方式被固定到下部的行，从而允许上部的一行或多行相对于下方的一行或多行旋转，旋转轴是竖轴并且通过框的中心。在某些流动方案中，该旋转可以改善进出某些流体操纵组件。被放置于例如安装框的一侧的流体储槽可以利用较短长度的管道连接到阀，泵，测量计和框上的其他组件，并且安装到框的一侧的柱可以同样得益于至安装到一个安装位点的泵、检测器等的较短的管道连接。较短的管道长度将最小化通常在安装的组件之间的物质、级分和液体的混合，其中所述混合可能降低分析物的条带之间的分辨率，降低pH或盐梯度的斜率，或降低流体组成中阶梯式改变(当所述改变是规程的部分时)的锐度。在某些情况中，旋转能力可能需要连接组件中的一些的更长的管线。例如，某些模块可以具有这样的流体操纵组件，其从框突出(当模块被安装在一个安装间格中时)并且延伸到之上、之下，或延伸到单个间格的突出的尺寸的一侧，从而在邻近的间格中存在类似地突出的组件的情况下妨碍模块的放置。在这些情况中，一行间格的旋转将允许在不相互干扰的情况下安装模块。将适应这些和其他需要的一种布置是具有四行安装间格的安装框，最上面两行相对于下面不可旋转的两行是可旋转的，并且是彼此独立的。为了安全性，在某些实施方案中，当电力被供应到安装框时，可旋转的行可以自动地被锁定在特定位置，并且仅在供电停止时释放以用于旋转。
柱支架。一个或多个模块上的流体操纵组件可以是色谱柱。色谱柱也可以(或备选地)被与安装框分离地放置和/或支撑，所述安装框具有到模块中的组件的适当的流体连接。另一个备选方案是将这样的柱安装到远离模块安装位点的位点处的安装框，因为所述柱将典型地能够在与流动方案中的流体操纵组件不可交换的情况下发挥功能。柱安装位点可以包含在远离模块安装位点并且不妨碍流体或操作者接近模块及其组件的安装框上的位置处的柱支架中。因此，在模块安装位点处于安装框的正面而电连接处于安装框的背面的情况下，柱支架可以在一个侧面上并且仍然可进入正面上的模块以用于到模块的流体管道连接。支架可以被设计成容纳单个柱或两个以上这样的柱，并且在后一种情况中，可以使一个或多个支架位置是空的，根据用户的选择而被占据，安装的柱的数目仅是所选的流动方案所需要的。关于支架上的柱的信息可以被合并到所使用的数据中并且通过在柱上包含识别标签而显示在系统中，所述识别标签是系统软件可读的，并且在某些情况中，所述识别标签能够具有由用户通过系统软件向其添加的信息。这样的标签的实例有射频识别(“RFID”)标签；其他实例对于本领域技术人员将是非常明显的。包含在单个标签中的信息可以包括柱的类型，如例如亲和，离子交换，疏水相互作用，凝胶过滤，或等电聚焦。所述信息还可以包括柱体积，柱中的分离介质，和柱的使用史，如在介质中进行的分离的次数，上次使用时柱经历的压力，在适当的位置对柱进行清洗的最后日期以及在清洗中使用的条件，以及最后一次柱性能测试的结果。为了读取和使用这些标签，支架可以包含适于特定的标签的传感器，并且通过传感器传输到系统软件的信息，除了包含在标签中的所有其他信息以外，还可以包括柱在支架上安装的位置。
软件平台。服务器嵌入在本发明的某些实施方案中的安装框中，所述服务器包含固件套装(即固定的程序或数据结构)以支持与微控制器的通信和微控制器的操作，并且包含用于单个流体操纵设备或之前建立的流体学方案或两者的操作程序的一个或多个库(library)。在许多实施方案中，安装框还配备有触摸屏监视器，优选地测量十英寸(25.4cm)以上的监视器。触摸屏监视器可以充当GUI(图形用户界面)并且可以配备有USB(通用串行总线)端口用于数据输入或输出，用于键盘和鼠标的端口，以及用于LAN(局域网)或以太网线缆的插孔。备选地，安装框可以包括用于平板PC如Apple iPad或任何这样的安装有允许设备充当触摸屏的应用的设备的安装位点。备选地，或共同地，触摸屏监视器或平板PC，具有常规操作系统如Microsoft WINDOWS的标准台式个人计算机可以用于操作和控制。当使用直接安装到安装框的触摸屏监视器和在安装框外部的台式计算机时，两者可以通过LAN，以太网，或任何其他标准通信协议(有线的或无线的)连接。
本发明的某些实施方案还包含嵌入在安装框或台式计算机中的可编程软件。该软件可以被编程为询问不同模块中的各个微控制器关于在微控制器中编码的机器可读的数据，并且在各个模块安装到安装框后立即这样做。微控制器可以通过将信号发送回系统软件来响应所述询问，并且软件可以将信号与嵌入的库相关联以确定模块中组件的类型和/或身份。来自微控制器的响应还可以包括指令，所述指令用于模块需要运行的命令。软件之后将记录组件的身份和位置并且显示该信息于GUI上，以图标的形式，其中GUI上的每个图标的位置表示安装框上相应的组件的位置。一个库例如可以包含预先设计的流动方案和组件组合，从中用户可以选择特定的流动方案或部分的流动方案。另外的库可以包含额外的图标用于根据用户的选择向流动方案添加的组件的额外图标，以“拖-放(drag-and-drop)”的方式。如果流体学方案已经在监视器或台式计算机中从嵌入的库中被选择，或已经被用户设计，则GUI可以显示形成所需的流体学方案需要的管道连接。
软件还可以被包括以用于指导用户在不同模块之间合适地安装流体线，即，管道连接，并且任选地通知用户关于任何不完整的或缺失的连接。为了使整个系统合适的运转，必须进行所有合适的流体连接，此过程被称为给系统“铺管(plumbing)”。当人工进行时，作出这样的连接是耗时的过程并且易于产生错误。在本发明的某些实施方案中，通过在软件中包含“点击-铺管(click-and-plumb)”功能，铺管过程被简化并且错误的风险降低。这样的功能可以一次一个地识别用于每个流体线的合适的连接位点并且以允许顺序进行流体连接的方式显示连接位点。
整个系统的表示流动方案的连接的阵列可以被显示为系统的图表，所述图表以图形形式显示模块之间的流体流动路径。图形表示内的两个模块之间的管道连接可以被“点击”(即，通过鼠标或以其他方式)从而使得系统开启其间应当安装有管道连接的两个位置附近的模块自身上的指示灯。在用户安装管道连接后，用户的再一次点击可以关闭所述连接的指示灯并且开启表示下一个连接的两个不同的灯。可以使用任何类型的灯指示器；其中，LED通常是最方便的。作为灯开启或关闭的备选方案的是灯颜色的改变；实际上，可以使用任何视觉提示，如对于有经验的软件工程师来说是明显的。此点击-铺管过程可以继续直至进行了所有管道连接。所述系统之后被完全铺管并且准备用于运行。
作为用于点击-铺管过程的使用模块上的LED或其他指示灯的备选方案的是使用计算机图形，所述计算机图形将流动方案的图表或图片显示为在计算机监视器或触摸屏上的显示，所述显示包含虚拟指示灯，所述虚拟指示灯对应于用于管道连接的各个位点。点击-铺管过程由个体以类似方式进行，不同之处在于虚拟指示灯而不是模块自身上的灯将开启以指示要进行的连接并且之后关闭以指示其已经实际上进行连接。某些实施方案将包括利用虚拟指示灯和模块上的实际指示灯的显示，给用户提供两者间的选择。管道连接也可以由不同于指示灯或除了指示灯以外的装置显示。系统图表可以因此显示连接点而不显示管道直至完成每个管道连接，在所述情况中，在图表上连接两点的线的出现指示在对应于所述点的连接之间已经进行了成功和正确的连接。作为表示管道连接的线不存在/出现的备选方案的是颜色的变化，从高光变为没有高光(或者反之亦然)，从正常线强度变为粗线(或者反之亦然)，以及从闪烁的线变为稳定的线(或者反之亦然)。其他备选方案对于计算机图形方面的技术人员将是非常明显的。
“点击-铺管”功能可以由常规软件装置启动，如在系统控制屏幕上选择或在菜单上选择。上述处于工作状态的流体学方案可以被向导(wizard)界面和“下个”功能的选择代替，因为这些术语在计算机软件领域是公知的。其他等效的手段对于本领域技术人员将是非常明显的。“点击-铺管”功能可以通过固定到系统的触摸屏或通过邻近系统的计算机操作，利用系统上的按钮或开关启动和推进功能。当系统被保持在冷冻环境中而计算机被放置在环境外部时，按钮或开关是尤其有用的。
作为功能的“点击”部分的备选方案，系统可以被编程为自动地以固定的时间间隔在铺管位置之间前进。传感器也可以被安装在系统上以检测已经进行的管道连接。这样的传感器的实例有光学传感器，电传感器，和气动传感器。“点击-铺管”功能也可以用于核查所有流体连接已经被合适地进行。为了这样作，系统可以顺序地识别正确的连接以允许用户核查和确定管道线是否已经实际上被安装从而进行了各个连接。如在安装功能中那样，单个连接的显示可以人工地或自动地推进。所有这些功能可以利用模块上的指示灯或利用监视器或触摸屏显示上的虚拟指示灯或管道连接指示器进行。
整个软件平台，不论是嵌入在安装框中还是在台式计算机中或是分布在安装框和台式计算机之间，还将包含用于运行流体学方案硬件的专用程序，包括根据所选的流动方案使得流体操纵组件指引流体进出色谱分离柱。该功能将例如包括给泵供能或断电，开启、关闭或旋转阀，以及类似的操作以执行处理样品和操作柱的规程。当安装框软件包括GUI时，GUI也可以包括示范规程，所述示范规程可以在连接到和不连接到仪器的情况下(即，在具有和不具有任何接合的组件的情况下)进行，以向用户显示系统如何运转以及其如何产生和分析色谱图。在某些情况中，GUI还将包含帮助文档以辅助用户设置和校正仪器，阅读组件说明书，设计和编程流体学方案和规程，以及疑难解答。
如上所述，由安装到配备有触摸屏监视器的安装框的模块组成的单个流体学系统可以被称为“工作站”，并且两个以上这样的工作站可以独立地运转并由在安装框或基本单元外部的公共台式计算机控制。每个工作站可以被单独地供电，或可以使用配电单元，其具有用于多个工作站的端口。在每种情况中，工作站都可以被添加到台式计算机或从台式计算机除去，而不需要额外的接线。
外部计算机中的软件套装。当使用台式或其他外部计算机时，其可以包含这样的软件套装，所述软件套装包含主要色谱功能并且可以被配置成以从分析或实验室规模到生产规模的任意规模操作，并且具有对于操作规模来说合适的额外的功能。软件套装的组件可以包括管理软件，方法编辑器或编程软件，系统控制软件，和评估软件。可以由这些软件组件执行的功能的实例如下。
管理软件。管理软件可以包括多级别访问系统以用于不同的级别的权限和控制。如所示，访问系统可以具有五个级别，包括管理员访问作为级别1，超级用户访问作为级别2，科学家访问作为级别3，操作员访问作为级别4，和受限用户访问作为级别5。当多个工作站连接到单一外部计算机时，管理员可以使用管理员访问以为每个工作站命名并创建用户，或者超级用户又将通过超级用户访问来命名和控制用户。通过用户访问，用户之后可以观察所述用户被指定于其上的所有工作站，并且选择特定的工作站在其上进行运转。科学家和受限用户访问可以用于创建其他级别的访问和用途。由工作站产生的数据可以存储在数据库管理系统中，所述数据库管理系统在其中加载有软件套装的相同的计算机上或在用户所拥有的远程或外部计算机上并且通过SQL(结构化询问语言)或其他这样的验证访问。工作站或外部计算机中的数据库可以包含数据表，所述数据表可以被扩展、改进和快速地分类通过以致当需要时数据可以被快速地检索、输出和备份(back up)。
管理软件的一个任选的特征是能够创建审计追踪和电子签名以符合由食品和药物监督管理局(Food and Drug Administration)发布并在1997年3月20日Vol.62,No.54的Federal Register中公布的21CFR Part11规定。在接受规章审查的工业环境中尤其感兴趣的另外的任选特征是包括IQ/OQ/PQ(安装认证，操作认证，性能认证)程序形式的检验和确认规程，以及产生概述和引用所有规程、结果和结论的最终报告的能力。
方法编辑器软件。利用该软件组件，用户，不论是一个个体或是一组个体，可以通过项目文件夹或通过开始菜单创建方法。方法可以这样创建：通过使用预先编程的方法模板将被称为阶段(phase)的步骤组排序。方法也可以通过改进已有的方法来创建。不论方法如何创建，软件都可以包括向用户的提示，所述提示提供在开始运行前保存方法的选项。创建所述方法的用户将能够限定方法设置，如要用于所述方法的参数和方法概要。这些方法参数和结果之后可以被保存在数据库中，其中它们将与产生它们的方法相联系。方法的参数可以包括以下：
色谱模式，其实例有阴离子交换，阳离子交换，混合模式离子交换，尺寸排阻，疏水相互作用，亲和和等电聚焦；
柱参数和要求，其实例有物理尺寸，压力限值，流速，连接器类型，和零件号；
操作限制，其实例有最大压力和最小流速；
所选择的操作参数，例如表示洗脱流体积或速率的手段，如按柱体积，线速度，容积速度，或简单地时间的数字；缓冲液混合以实现稀释，pH调节和pH或浓度梯度。
所述方法概要将允许用户创建一系列阶段，其是色谱程序通常共用的逻辑步骤的组。这样的步骤的实例有平衡，上样，柱活化，柱洗涤，洗脱，柱准备，系统准备，和柱性能测试。如上所述，这些阶段可以存储在库中，并且从库中选择阶段或阶段的组，以及将所选的阶段或组组合成色谱规程，可以由用户通过GUI执行。每个阶段将具有其自己的可由用户修改的默认操作参数。平衡阶段的参数，例如，可以包括流速，缓冲液盐浓度，缓冲液梯度，平衡时间，和缓冲液体积。上样的参数可以包括手动施用，通过样品泵施用，通过进样环路或直接在柱上施用，以及通过自动上样器施用，以及用于洗涤进样环路和用于级分收集的规程，其可以包括用于级分区分，级分分离的装置，级分目的地和级分检测器的参数。柱洗涤的参数可以包括流速以及所用洗涤缓冲液的选择、浓度、梯度和量。洗脱的参数可以包括在等度洗脱、线性梯度、阶式梯度和梯度曲线之间的选择。柱准备的参数可以包括平衡溶液的选择，所用溶液的体积，溶液流速，和温育时间。系统准备的参数可以包括缓冲液的选择，用于利用缓冲液启动系统管道和入口的浓度和量，以及对入口、出口、要准备的柱位置和温育时间的选择。柱性能测试的参数可以包括对空白(非吸收)液或通过所述柱的溶液的选择和在液体或溶液通过期间柱的条件，以确定因子如理论板当量高度(HETP)和峰不对称因子(As)。用于可能的夹杂物的另外的阶段可以包括柱在线清洗(clean-in-place)和系统在线清洗功能，以用于除去残留的或非特异性结合的物质，而不用将柱从柱支架或从其与模块之间的管道连接移去。
方法编辑器软件可以包含利用仪器供应的预编程的方法，其可以充当用于用户改进的模板。实例为系统准备方法，柱在线清洗方法，系统在线清洗方法，柱性能测试，柱准备，柱脱盐，和专门设计用于特定的色谱技术如亲和色谱，阴离子交换色谱，阳离子交换色谱，色谱聚焦，凝胶过滤(尺寸区分)，疏水相互作用色谱，和反相色谱的方法。
方法编辑器软件也可以包括搜索功能，通过所述功能所述系统有系统地改变阶段的一个参数并且按顺序运行所述变化以确定所述参数用于特定程序的最佳值。此类型的系统变化可用于筛选柱，确定最佳pH，确定特定的柱的最大样品体积，确定特定的柱的最佳流速，和确定最佳梯度长度，斜率，或阶梯式配置。用户选择的搜索参数可以包括柱体积，流速，柱压力，流通级分尺寸，洗脱液级分尺寸，和峰级分尺寸。在获得最佳值后，用户可以通过为在仪器上进行的特定程序创建系列运行条件来设计实验。可以结合执行此功能的市售软件包，如Umetrics Inc.(San Jose,California,USA)的MODDE和SAS Institute Inc.(Cary,North Carolina,USA)的JMP软件。
方法一旦在被配置后在网络上可获得的具有合适的配置的任何系统上运行。软件自动地将方法中的流体学方案相对于安装在安装框上的设备(即，流体操纵组件)作图并且在存在差异的情况下通知用户。在不确定的情况中，或当存在相同类型的多个设备时，用户能够将设备的物理位置与流体学方案中的相应位置相关联。用户具有将额外的关于以下各项的描述信息写入特定的运行的选项：顺序地安排要进行的运行，为要进行的运行延迟运行或设定时间，启动评估程序，和记录运行数据和结果。
系统控制软件。软件套装的系统控制组件使得用户能够启动、监控和控制运行。监控可以包括观察排队的实验的数目和相对于所述队列的进行中的实验的数目，进行中的方法的阶段和步骤，完成阶段/步骤所需的剩余时间，完成运行所需的总时间，和完成的和进行中的色谱图。监控也可以包括延长或停止运行。如上所述，系统控制软件可以包括流体学库，其是配置的组件和替换组件的库。用户可以通过添加或取代来自替换组件库的组件从流体学库选择流体学方案或者改进所选的方案(或创建自己的方案)。软件可以被编程为，当组件被结合到流体学方案中时，指示计算与连接管道相关的死体积，或允许用户进入管道的长度并且之后基于进入的长度计算死体积。软件可以自动地将方法中的流体学方案相对于存在的可用设备作图并且在存在差异的情况下通知用户。在不确定的情况中，或当存在相同类型的多个设备时，用户能够将每个设备的物理位置与其在流体学方案中的相应位置相关联。在运行期间，系统控制软件可以显示流体学方案流动路径并且监控方案中的每个组件的信号和参数。软件也可以被编程为允许用户改变操作参数如流速，pH，和pH梯度，并且在运行期间在代替的流体学方案上直接这样做。软件也可以被编程为手动操作运行，独立于任何预编程的方法地选择所有运行参数。可以保存在手动操作期间产生的色谱图以及用于执行手动运行的命令次序。保存的命令的次序可以在改变或不改变的情况下作为手动方法重演。
运行的监控可以包括在整个运行的执行期间显示处于工作状态的流动路径。这可以利用用于点击-铺管操作的相同的LED或其他指示灯实现，不论灯是在模块自身上还是显示在计算机屏幕上的虚拟灯或图表上的管道区段。如在将计算机图形用于点击-铺管操作中那样，处于工作状态的流动路径可以由表示管道区段的线的出现(或者不再显示)，所述线的颜色或强度的变化，或从闪烁外观变为持续外观来指示。许多流动方案包含多个泵送系统，包括例如被布置成产生缓冲液的梯度流的两个泵的组合加上样品泵以启动进样环路或将样品直接上样到柱。通向任一个泵或从其中出现的流体线将被指示器指示在所述线上或在所述线的两端处。当梯度流系统上的两个泵运转时，来自每个泵的输出线上的指示器将这些线显示为处于工作模式，并且当系统从操作的一个阶段或功能前进到另一个时，显示器将显示处于工作状态的流动路径的变化。指示器将因此使得操作员能够实时地观察到系统操作的阶段。在方法内出现编程错误的情况中，指示灯可以警告操作员：流动发生在不应当有流动的位置处，由此允许操作员重写程序并且由此改正错误。在操作期间发生流体渗漏的情况中，指示灯可以仅将操作员指引到流体应当流动的那些位置处。这将有助于操作员发现渗漏的位置。
除了上述功能以外，软件套装的系统控制组件可以包括这样的功能，即显示包含在流动方案中的泵的潜在的流体路径。该功能可以用于显示这样的路径，特定的泵当运行时将使得流体沿所述路径流动，这样的信息将用于保证在泵启动后流体将去往目的地。指示非所需的流动路径将通知用户进行了不适当的连接，并且由此允许用户改正错误。该类型的指示可以例如通过使用不同的颜色，不同的强度或线宽度，不同的类型的线(例如，点线或虚线对实线)，或不同的信号(例如，闪光的或闪烁的对稳定的)区别于表示点击-铺管操作或处于工作状态的流动路径的指示。此处再一次地，指示或信号可以由模块自身上的LED或计算机屏幕上的图表上的指示如虚拟LED或表示管道区段的线产生。
模块或计算机屏幕上的指示器可以提供的进一步的功能是显示可以进行手动注入(通过注射器或其他方式)的端口的位置，以及在通过这些端口注入后流体将遵循的流动路径。手动注入通常用于例如填充进样环路或校准pH计。指示器可以帮助用户选择用于特定注入的正确端口。
指示器可以提供的进一步的功能是指示旋转阀的位置。旋转阀将通常可在将通过所述阀的流体指引到阀的下游的不同的流动路径或将来自不同的来源或输入线的流体接收到阀，或两者均有的两个以上位置之间转动。旋转阀可以因此使系统在以下各项之间切换：进样环路注水，样品注入，洗脱缓冲液通过柱流动，和利用清洗流体清洗进样环路或系统的其他部分，以及同样在许多情况中阻止流动或变更环绕所述阀的流动。某些用户将希望了解阀在特定时间点的位置，以核查观察是否进行了正确的连接或寻找流动问题的故障或系统运行中的异常。阀以及阀的端口在处于工作状态的流动路径中的位置可以通过以上列出的任一方法指示。
虽然一些或全部的以上列出的功能可以通过使用可区分的信号和/或可区分的信号变化同时运行，但在本发明的某些实施方案中，最方便的是在软件中包括允许用户选择要被显示的功能的装置。
当因为上述任一理由而使用计算机监视器上的图表时，图表可以是系统组件和流动路径的实际构造的布置图，或构造的抽象或简化表示。由于可以容易地跟踪它们，所以抽象或简化表示是有利的。典型的抽象表示将主要流动路径组件布置成水平线，其中不同的组件由不同的图标表示，通过线相连的组件表示管道连接。特定组件上方的框可以包括关于组件的信息如流速，温度，压力，体积，和其他参数。
系统控制软件也可以被编程为校准模块如泵，电导率流动池，pH探头，级分收集器，和自动上样器，并且记录和记载所有校准事件。启动后的自动校准也可以是选项，包括对用户的逐步说明指导。也可以包括用于不同组件和模块的诊断功能。可以发送错误信号的组件包括空气传感器，自动上样器，级分收集器，pH探头，UV灯，电导率监测器，泵，和阀。组件已经使用的次数和使用时间的长度可以被记录并与可以包含在由与组件相关联的微控制器提供的数据中的使用的最大次数或使用时间的长度比较。警告信号可以之后由系统控制软件产生以指示用户替换或再生组件。
可以包含在系统控制软件中的进一步的特征是方法验证能力和服务日志。方法验证能力可以允许用户在执行实际运行前观察对流体路径的模拟和运行的动画进展。服务日志可以记录在使用后易于老化的组件如UV灯，pH探头，滤器，和泵密封件的启动和关闭次数。服务日志也可以包含对服务事件的记录。系统控制软件也可以使用户能够手动超控编程的方法，如通过使泵停止或暂停，恢复停止或暂停的泵的运行，在编程的操作间隔以外保持泵运行，启动和停止级分收集，前进至规程中接下来的步骤，以及单个超控操作中的各种另外的命令和选项中的任一个。
(4)评估软件。评估软件可以服务多种功能，包括显示结果，分析数据，量化和校准结果，将峰彼此比较并且将色谱图与其他色谱图比较，比较样品，准备和定制化报告，并且输入和输出数据。
结果可以例如是显示在GUI上或记录在打印输出中的色谱图的形式。数据分析可以包括功能如峰积分，测量，分析，和识别，峰值制图，基线确定，和与峰、谷和基线相关联的任何其他参数。量化和校准可以包括计算面积百分比，相对高度，对样品尺寸和样品制备方面的差异进行校准，曲线拟合，和峰起点处理如记录起点位置和将起点放置在选择的位置。性能计算可以包括保留时间，实际的或相对的，绝对的或每单位柱长度的理论塔板数，柱容量因数，峰对称或不对称因子，峰宽，和基于在尺寸排阻色谱(SEC)基质上的保留时间与标准曲线相比的分子量评估值。色谱图和峰比较可以包括通过颜色，线质量，或尺寸的区分以及添加图例。报告准备和定制化可以包括标准和定制格式和规模调整。数据的输入和输出可以包括电子表格格式如Microsoft EXCEL，WORD，POWERPOINT和pdf的选择，和从其他计算机或软件发送或接收数据的能力。
保存在数据库中的方法和运行可以通过浏览器检索和搜索。检索可以被过滤以致通过方法编辑器进行的检索可以允许用户观察已有的用户方法或方法模板的列表，而通过评估编辑器进行的检索将允许用户通过略图或色谱图的列表观察保存的运行。多个运行可以在浏览器中被选择，单独地审阅并且在评估编辑器下通过单击鼠标直接转移到“比较运行”区域中。
图1A是根据本发明的模块化色谱系统的一个实例的主要组件的代表性图示。一系列的模块11彼此分开地显示以易于观察并且被放置在安装框或基本单元12的前面，安装框或基本单元12连接到计算机13，计算机13包含操作所述系统的软件平台。每个模块11具有流体操纵组件14，流体操纵组件14包括流体输入15和流体输出16，两者都是可从模块的前端接近的。流体输入连接指示器17和流体输出连接指示器18被放置在模块自身的前端上或至少从前端是可见的，以在进行模块间的流体连接方面指导用户。另外的指示器19也被放置在模块的前端，或至少从前端是可见的，指示器19可以充当状态指示器，指示关于流体操纵组件的操作信息的数据指示器，或警报指示器，或用于这些功能中的每一个的单独指示器。备选地，这些指示器17，18，19中的任一个也可以在流体操纵组件而不是模块的正面上。微控制器21在每个模块的内部或暴露于模块的后端。安装框12具有一系列间格22形式的安装位点以接收模块，和在框的一侧上的柱支架23。两个间格(分别在右上角和中间行的右端)是两倍宽的以容纳两倍宽的模块。如以上说明的，图仅是实例；模块和间格的数目可以在很大程度上变化，并且框可以被设计成允许加入额外的行。每个间格22包含电连接器24以将信号发送到插入在间格中的任何模块中的微控制器21，以及从其接收信号。图1B显示一个模块11的背侧，模块11具有暴露的微控制器连接25，微控制器连接25将接触基本单元的每个间格22中的连接器24。用于液体如洗脱缓冲液和清洗液的储槽26(图1A)被放置在可接近的位置，在该情况中，在基本单元12顶上。一定长度的未显示的管道将不同的流体操纵组件14彼此相连并且连接到柱支架23中的柱以及储槽26。
图2是类似于图1的基本单元12的基本单元31(安装框)的正视图，不同之处在于该图的基本单元包括四行32，33，34，35，备选地被称为“楼层(stories)”，并且上两层32，33相对于彼此和下两层34，35是可旋转的。旋转是围绕通过四层中的每个的中心的竖轴36。
图3显示具有利用本发明的特征的多个工作站的色谱系统的一个实例的系统拓扑学。每个工作站对应于一组模块11和图1A的一个基本单元12(或图2的基本单元31)，并且每个工作站具有其自己的模块组合，其中模块的流体操纵组件有样品加样组件，进样环路，缓冲液准备组件，检测器，级分收集器，和梯度泵，如所示。在此多工作站系统中，单个计算机41控制整组工作站。单个工作站中的组件和流体连接将由用户从利用计算机程序提供的库中选择或将由用户定制设计。
图4是根据本发明的用于选择，设计或改变用于单一工作站的流体学方案的“方法编辑器”的计算机程序的一个实例的概要。作为实例，用户或组成员51(其中访问被限于指定个体的组)可以“创建”“方法”53，通过“项目文件夹”52或通过“开始”菜单，两者都结合在计算机软件中。之后在开始“运行”54前的任意点提示用户保存“新方法”。当用户创建“新方法”55时，除了定义待运行的“方法概要”56以外，用户可以定义方法设置，所述设置包括要用于所述方法的参数。用于所述方法的“运行”54和“结果”57可以由用户保存在数据库中，其中它们将与用于产生它们的“新方法”55相联系。
用户可以以多种方式定义方法，包括使用(i)阶段库58或模板库59，(ii)预编程的方法61，(ii)之前创建并由用户保存的规程62，(iv)搜索方法63，或(v)“实验的设计”(DOE)方法64。显示被编程的方法的图形表示，允许用户在图形模式和列表模式中进行和观察方法的每个步骤的改变。可以在方法的设计中定义的参数可以包括以下：
技术：用户可以从常见色谱技术如阴离子交换，阳离子交换，混合模式离子交换，尺寸排阻，和疏水相互作用色谱的列表中选择。这些选项可以列在“技术”标题下。如果需要，软件也可以允许用户添加新技术。对于需要多个柱的流体图表，用户可以选择要设定参数的柱。
柱类型：这使得用户能够从用于来自柱库的柱的选项列表选择，包括对应于所选技术的不同柱尺寸的竞争性柱。具有RFID标签的柱可以将来自标签的设置信息插入流体学图表中。对于需要多个柱的流体图表，用户可以将每个柱类型分配到其在图表中的合适位置。软件可以基于所选的柱提供默认参数如压力限值、流速等，其可由用户修改。软件也可以提供指导，如连接器类型和零件号。
最大压力：稍低于(1％或用户定义的量)柱的最大压力的推荐的压力限值将被显示。用户之后具有输入与推荐值不同的值的选项。对于比最大推荐压力大的值，“小心”提示将出现，要求用户确认输入的值是否是正确的。系统之后可以在达到压力阈值后调节流速以将压力保持在设定的压力阈值或比其稍低。
最小流速：泵的最小流速能力可以被设定为由泵供给的柱的默认最小流速。用户之后可以具有这样的选项，即输入不同于默认值的值。用户也可以具有选择流速单位的选项。
洗脱参数：用户可以编程任意流动模式中的方法，如柱体积数，总体积或时间。当将更大的柱用于相同方法时，创建的用于小柱的方法应当自动扩大规模以保持相同的线性流速。
缓冲液混合：该特征将使用户在洗脱期间能够稀释缓冲液，或规定单点pH或pH梯度和持续时间，并且选择缓冲液以实现所需的pH或pH梯度。
阶段库58使用户能够创建由如平衡、上样/收集、柱清洗、洗脱、柱准备、系统准备、和柱性能测试的一系列阶段组成的“方法概要”56。用户可以将单个阶段的组从阶段库58“拖放”到方法概要中，并且每个阶段可以在方法概要中使用一次或多次。定制阶段也可以被创建并被添加到阶段库中。模板库59是模板的库，即，频繁地一起使用的阶段的组。在模板被添加到方法后，模板内的每个阶段的参数可以由用户修改。在每个阶段中使用的步骤和参数被显示，并且如果需要默认参数值可以被改变。阶段中的默认流速或柱体积将基于由用户定义的柱的类型而设定。对于未包括在库中的柱，用户可以手工输入参数。
平衡：该阶段在纯化前平衡柱或在纯化后再平衡柱。用户可以定义用于平衡柱的缓冲液的浓度和体积。平衡也可以被设定为继续进行直至实现特定检测器条件如阈值或检测的稳定性(电导率，UV，或pH)。
上样：该阶段将样品施用于柱。为了上样，用户选择样品注入技术，例如手工注入，通过使用辅助样品泵通过进样环路注入或直接注入到柱上，或通过利用用户指定的环路或小瓶类型和体积、样品体积、和用于样品注入的缓冲液使用自动上样器注入。对于样品收集，用户可以定义如何收集级分，利用级分收集器，出口阀，或废弃。另外的选项包括级分目的地，即，级分要被收集到的支架或小瓶的类型或孔位置，收集模式(S对Z)，以及级分收集是否基于固定的体积，峰级分，或两者的组合。峰级分可以基于峰斜率和/或阈值。对于阈值，开始和结束阈值可以被选择。可以使用软件，所述软件可以合并斜率和阈值以确定峰何时上升或下降，并且可以检测谷，峰，和峰最大值以忽略色谱图中的噪声。对于多次样品注入和序贯运行，当总的收集体积大于总的洗脱体积时，软件可以告知用户：添加了所有实验。软件也可以被编程为跟踪峰至管中的级分。峰级分可以通过选择色谱图上的峰或选择级分管而被显示。选择的峰和含有所述级分的相应的管应当是容易鉴别的，如通过颜色。
柱清洗：该阶段在上样后将未结合的样品从柱上洗去或在洗脱后除去牢固结合的蛋白质。可以定义的用于该阶段的参数包括流速(如果不同于方法设定中的流速)，清洗缓冲液，和清洗的长度。清洗的长度可以以柱体积定义或直至符合特定检测器条件，如稳定的电导率或pH或UV值。
洗脱：该阶段将样品从柱上洗脱。要定义的参数包括洗脱和分级设定。洗脱技术可以选自以下选项：(a)等度的(即，利用不变的洗脱液组成的洗脱，所述洗脱液组成通常与用于平衡柱的溶液的组成相同)，其中洗脱的长度(以柱体积数，体积流速，时间，或体积计)可以被选择并且如果需要可以设定用于级分收集的延迟；(b)连续梯度，包括线性，凹型梯度和凸型梯度，其中可以选择梯度浓度、长度和斜率以用于线性梯度，并且选择梯度形状用于凹型和凸型梯度；和(c)不连续梯度，其中一个或多个等级可以选自下拉菜单。可以包括在洗脱后利用所选体积和浓度的缓冲液清洗柱或在洗脱后对柱进行再平衡，或两者的选项，使用在平衡步骤中编程的条件。不连续梯度可以是基本的或高级的，其中每个洗脱区段中的缓冲液浓度和等级长度可以被单独选择。也可以包括在等级之间利用设定的浓度和体积的缓冲液冲洗系统以及在每个洗脱区段内改变级分体积的选项。
柱准备：该阶段在使用前通过除去柱中存在的任何存储溶液并且平衡柱来准备柱。选择入口位置，缓冲液，体积，流速和温育时间，并且用缓冲液充满柱。
柱在线清洗：该阶段在纯化运行后通过用清洁溶液清洗柱以除去非特异性结合的蛋白质来清洁柱。选择入口位置，清洁溶液体积，流速和温育时间，并且将柱充满以清洁溶液。对于配备有记录柱压力的RFID标签的柱，当柱压力变得过高时，提示将出现在显示器上，从而指示用户进行柱在线清洗。柱准备阶段和柱在线清洗阶段都可以与任何运行分开地运行或作为一次运行内的阶段。
系统准备：系统准备阶段在运行前将存储溶液从系统管道和入口除去并且用缓冲液充满管道和入口。选择要准备的入口、出口和柱位置，并且系统被充满以适当的缓冲液，每个阶段利用一种缓冲液。
系统在线清洗：系统在线清洗阶段在纯化运行后通过利用清洁溶液清洗系统来清洁系统。选择要清洁的入口、出口和柱位置，并且充满以清洁溶液，每个阶段利用一种清洁系统。例如可以包括三个系统在线清洗阶段以允许使用三种不同的清洁溶液。系统准备和系统在线清洗阶段都可以与任何运行分开地运行或作为一次运行内的阶段。
柱性能测试：在该阶段中在理论塔当量高度(HETP)和峰不对称因子(As)方面测试包装的柱的效率。在柱平衡后，经由毛细管环路注入样品并且进行等度洗脱。可以使用非吸收样品如丙酮或盐。在洗脱后，在评估模块中计算HETP和As。
再次参见图4，系统可以配备有预编程的方法61，从预编程的方法61用户可以选择而不是创建新方法55。预编程的方法的实例如下，其中每个可以伴随有缓冲液推荐。
亲和色谱：在柱平衡和上样后，目的蛋白吸附到柱配体。柱之后被清洗以除去未吸附的蛋白质并且进行洗脱，通过使用含有竞争物以置换目的蛋白的缓冲液，或通过改变pH或离子强度。亲和色谱中的洗脱最通常通过单步洗脱进行，但是也可以以两步进行，首先去除弱结合的物质，其通常被丢弃，然后去除更强地结合的物质。不论洗脱是何种类型，柱之后用起始缓冲液再平衡。
阴离子交换色谱：在柱平衡和上样后，将带负电的蛋白质吸附到柱配体。柱之后被清洗以除去未吸附的蛋白质，并且进行等度洗脱或通过使用增加的盐浓度的梯度进行洗脱，所述梯度是不连续梯度或连续梯度。柱之后被清洗并且用起始缓冲液再平衡。
阳离子交换色谱：在柱平衡和上样后，将带正电的蛋白质吸附到柱配体。柱之后被清洗以除去未吸附的蛋白质，并且进行等度洗脱或通过使用增加的盐浓度的梯度(逐步的或连续的)进行洗脱。柱之后被清洗并且用起始缓冲液再平衡。
色谱聚焦：在柱平衡和上样后，使用pH梯度进行洗脱，使得蛋白质根据其等电点分离和洗脱。柱之后被再平衡。
柱在线清洗：将柱充满以清洁溶液，选择入口位置，并且输入溶液身份、体积、流速和温育时间。
柱性能测试：在柱平衡后，经由毛细管环路注入非吸附样品如丙酮或盐并且进行等度洗脱。之后确定HETP和As的值。
柱准备：将柱充满以缓冲液，选择入口位置，并且输入溶液身份、体积、流速和温育时间。
脱盐：在平衡和上样后，等度洗脱蛋白质。该技术通常用于缓冲液交换。
凝胶渗透色谱：在平衡和上样后，根据大小分离和洗脱蛋白质。
疏水相互作用色谱：在柱平衡和上样后，使用含有高盐浓度例如2M(NH4)2SO4的缓冲液，将疏水蛋白质吸附到柱配体。柱之后被清洗以除去未吸附的蛋白质，并且进行等度洗脱或使用降低的盐浓度的梯度(逐步的或连续的)进行洗脱。柱之后被清洗并且利用起始缓冲液再平衡。
反相色谱：在柱平衡和上样后，疏水蛋白质吸附到柱配体。柱之后被清洗以除去未吸附的蛋白质并且进行等度洗脱或通过使用非极性有机溶剂如乙腈的梯度(逐步的或连续的)进行洗脱。柱之后被清洗并用起始缓冲液再平衡。
系统在线清洗：将系统充满以清洁溶液，并且选择入口、出口和柱位置以用于清洁。例如可以包括三个系统在线清洗阶段以允许使用三种不同的清洁溶液。
系统准备：将系统充满以准备溶液，并且选择用于准备的入口、出口和柱位置。例如可以包括两个系统准备阶段以允许使用两种不同的准备溶液。
使用如图4中所示的多种现有方法61中的一种的选项允许用户接近之前在系统上运行的方法。在选择现有的方法后，用户将能够在修改该方法或不经修改地使用该方法后以新的名称保存该方法。
搜索方法63选项允许用户创建一组其中一个参数系统地变化的方法并且顺序地运行该方法。可以例如使用这样的搜索以筛查各柱，以发现最佳pH，在样品体积方面测试柱容量，以优化梯度长度和斜率，或优化不连续梯度。下拉菜单可以列出用户可以从中选择的不同变量以及用于搜索实验的运行的次数。搜索变量的实例有柱体积，流速，柱压力限值，流通级分尺寸，洗脱液级分尺寸，峰级分尺寸，和线性浓度梯度和长度。
包含“实验的设计(Design of Experiments)”(DOE)软件包64的系统允许用户立刻改变多个参数并且创建一系列运行条件以用于特定的色谱技术。输出可以被输入到DOE方法合成器中，所述DOE方法合成器将自动地输出一系列实验以验证DOE设计空间。用户可以被给予选择要运行的实验的最终数目的选项并且之后执行运行并且产生报告，所述报告将设计输出与实验获得的结果相关联。可以使用商业DOE软件包如MODDE和JMP(以上提及的)，并且可以将其整合到方法编辑器中以致来自DOE的输出被产生为系统平台上的可执行方法。
图5和6是能够用于表示流动路径并指示上述操作和功能中的一些的图形显示的实例。虽然附图不是彩色的，但是不同的颜色或不同的颜色强度可以在显示上使用以区分处于工作状态的和不工作的流动路径，泵驱动的和手工驱动的流动路径，主要流动路径相对于旁路流动路径，以及其他操作信息。流动传感器可以安装在模块自身上或在模块自身之间的单个管道区段上或在模块自身上以确认显示是实际系统的实时表示。在这些附图中的每个中，组件通常被显示为从左到右流向的线性排列方式，每个组件由图标表示，图标之间的线表示连接管道，并且每个图标上的图例列出关于组件的信息，如其容量，操作参数，和当前状态。某些流体线，如通往溶液瓶的线，被删去以简化图表。
图5描绘了流动路径，所述流动路径以梯度泵系统71开始，梯度泵系统71包括分别用于缓冲液A和B的单独的泵72，73，以及混合器74。泵的图例75指示在任意时间点的总流速，泵压力，以及作为混合流的体积百分比的缓冲液B比例。紧接着梯度泵系统71的下游的是旋转阀76，旋转阀76连接手工操作的注射器77，进样环路78，和废液储槽79，废液储槽79用于进样环路填充期间的过量样品。紧接着旋转阀76的下游的是色谱柱81，其出口直接通往检测器系统82，检测器系统82包括UV检测器83和电导率检测器84。检测器系统82的图例85指示通过UV检测器检测吸光度的波长和在任意时间点检测到的吸光度，检测到的以毫西门子/厘米计的电导率，和温度。检测器系统82的下游是级分收集器86及其相关的图例87，图例87指示，对于任意时间点，在所述时间处于使用中的支架和管，在所述管中收集的体积，和保持未填充的管的数目。最后显示的组件是废液储槽88，其用于通过柱81的未被引向级分收集器86的流体。
一个可以与图5的显示一起使用的显示方案是以浅的或暗的颜色显示所有连接线直至它们处于工作状态(当其从相同颜色的暗的强度变为亮的强度时)。该实例中的注射器77可以被显示为不同颜色，并且当注射器运转时处于工作状态的任意线可以同样地被显示为与注射器相同的颜色。
图6描绘流动路径，所述流动路径包括比图5更多的选项。该方案中的梯度泵系统91被显示为具有进料管线，所述进料管线包括四通阀92以允许多达四种不同的溶液以任何需要的比例混合在一起。在四通阀92和梯度泵系统91之间的是两个旋转阀93，94。一个旋转阀93的公共端口连接到一个泵95，而另一个旋转阀94的公共端口连接到第二个泵96，同时每个旋转阀的端口1连接到四通阀92的出口。两个旋转阀93，94允许每个泵递送不同的溶液，所述不同的溶液通过流体线连接到这些阀上的多个端口中的任一个。如上所述，溶液瓶和从溶液瓶到阀93，94的入口的流体线都不显示。除了手动注射器103，进样环路104和废液储槽105以外，样品注入系统101还包括样品泵102。色谱柱106连接到柱选择器阀107，柱选择器阀107可以用于在多个柱之间进行选择，仅有一个柱显示在该图表中，或忽略所有的柱。在图表中，字母“By”当被显示时指示阀107目前位于旁路位置中。pH检测器109位于UV/电导率检测器108和级分收集器110之间。图例与每个组件相关联，如在图5中那样。图6的流动路径的显示方案可以使用不同的颜色(例如，蓝和绿)以区分样品注入系统101的流动路径和从梯度泵91延伸通过柱选择器阀107，检测器108，109和级分收集器110的主流动路径，亮的颜色强度对比暗的颜色强度以区分处于工作状态的和不工作的流动路径，并且灰色指示旁路路径。如对计算机显示领域的技术人员将是非常显而易见的，除了上述那些以外或代替地，可以使用其他颜色和区分方法，如点线对比实线，以及闪烁的线对比连续的线。
在附于此的权利要求中，术语“一个(a)”或“一种(an)”意在指“一个或多个”。术语“包含(comprise)”及其变化形式如“包括(comprises)”和含有“(comprising)”在步骤或要素的列举之前时，意在指另外的步骤或要素的添加是任选的并且不排除在外。本说明书中引用的所有专利，专利申请以及其他出版的文献材料通过引用完整地结合于此。本文中引用的任何文献材料或总体上任何现有技术和本说明书的明确教导之间的任何不一致意在以有利于本说明书中的教导的方式处理。这包括本领域理解的字或词的定义与相同的字或词的明确提供在本说明书中的定义之间的任何不一致。

Claims (27)

1.一种系统，所述系统用于将多个流体操纵组件结合到流动方案中以用于指引流体进出色谱分离设备并且用于根据所选的规程运行所述流动方案，所述系统包括：
多个模块，每个所述模块包括(a)所述流体操纵组件中的一个和(b)微控制器，所述微控制器(i)编码表征所述流体操纵组件的数据，并且(ii)响应于从所述模块外部接收到的命令传输操作信号至所述流体操纵组件；
安装框，所述安装框包括多个安装位点，每个所述安装位点被构造成接纳与其他所述模块可交换的单个模块，并且每个所述安装位点包括信号连接器，所述信号连接器连接到安装在所述安装位点的模块的微控制器并与其通信；和
软件装置，所述软件装置通过所述信号连接器与安装在所述安装框上的各个模块的微控制器通信，所述软件装置可被编程为(1)接收所述机器可读的数据，和(2)使得所述流体操纵组件经由所述流动方案并且根据所述规程指引流体进出所述色谱分离设备。
2.权利要求1的系统，其中每个所述微控制器还(iii)检测所述流体操纵组件的故障并且响应于所述故障发出警报信号。
3.权利要求1的系统，所述系统还包括监视器，所述监视器图形化地显示根据所述流动方案安装到所述安装框的模块的流体操纵组件间的流体连接。
4.权利要求3的系统，其中所述软件装置还包括用于指示对于所述流动方案的单独的区段哪里需要流体连接的装置。
5.权利要求4的系统，其中每个所述模块还包括用于管道连接的指示灯并且用于指示哪里需要流体连接的所述装置包括由所述软件装置发送到所述指示灯的信号。
6.权利要求2的系统，其中每个所述模块还包括数据指示器，所述数据指示器指示关于所述模块上的流体操纵组件的操作数据。
7.权利要求2的系统，其中每个所述模块还包括视觉警报指示器并且所述警报信号在所述警报指示器中产生在视觉上可观察到的变化。
8.权利要求1的系统，其中所述安装位点是其中插入有所述模块的间格，并且所述信号连接器被固定到所述间格的内壁。
9.权利要求1的系统，其中所述安装位点是以行和列的二维垂直阵列布置的间格，所有间格朝向所述安装框的公用侧开口。
10.权利要求9的系统，其中所述间格包括间格的亚组，包括第二亚组，所述第二亚组的间格的宽度数倍于第一亚组的间格。
11.权利要求9的系统，其中所述安装位点包括由隔板分隔开的间格，所述隔板是可移动的以致相邻的间格可以合并从而产生单个间格，所述单个间格的尺寸等于所述相邻间格的总和。
12.权利要求9的系统，其中所述行中的一行或多行相对于所述安装框是固定的，而除所述固定的行以外的所述行中的一行或多行可以围绕竖轴旋转。
13.权利要求1的系统，其中所述安装框还包括柱支架，所述柱支架用于支持色谱柱。
14.权利要求1的系统，其中所述软件装置是软件套装，所述软件套装包括选自由以下各项组成的组的一个或多个流动方案阶段的库：平衡，点样，柱活化，柱洗涤，洗脱，柱准备，和柱性能测试，并且所述软件装置还能够被编程用于使用户通过从所述库选择和组合阶段来创建流动方案。
15.权利要求3的系统，其中所述软件装置是软件套装，所述软件套装包括用于通过在所述系统上进行的运行期间在所述监视器上显示所有处于工作状态的流动路径来监控所述运行的装置。
16.权利要求15的系统，其中所述软件套装还包括用于显示由在所述系统上进行的运行产生的色谱数据的装置。
17.权利要求16的系统，其中所述色谱数据是选自由以下各项组成的组的一个或多个成员：峰积分，峰测量，峰鉴定，峰值制图，和基线确定。
18.权利要求1的系统，其中所述流体操纵组件包括阀、泵、混合器、进样环路、检测器和级分收集器中的至少各一个。
19.权利要求1的系统，其中表征所述流体操纵组件的所述机器可读的数据是将所述流体操纵组件识别为由以下各项组成的组的成员的数据：阀、泵、混合器、进样环路、检测器和级分收集器。
20.权利要求1的系统，其中表征所述流体操纵组件的所述机器可读的数据是表示所述流体操纵组件的操作状态的数据。
21.权利要求1的系统，其中所述微控制器包含射频识别标签，所述射频识别标签编码表征所述流体操纵组件的所述数据。
22.权利要求21的系统，其中所述射频识别标签允许所述数据的更新。
23.权利要求1的系统，所述系统还包括用于用户操纵所述软件装置的触摸屏。
24.权利要求1的系统，所述系统还包括用于用户操纵所述软件装置的平板个人计算机。
25.权利要求1的系统，其中所述软件装置是所述安装框外部的个人计算机。
26.权利要求1的系统，其中所述软件装置是结合到所述安装框中的个人计算机。
27.一种用于操作多个工作站的系统，每个所述工作站包括结合在流动方案中的多个流体操纵组件以用于指引流体进出色谱分离设备和用于根据所选的规程运行所述流动方案，每个工作站独立于所有其他所述工作站运行，并且每个工作站包括根据权利要求1的多个模块、安装框和软件装置，并且其中用于所有所述工作站的所述软件装置被合并在单个计算机中。
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