CN103907020B - 用于液相色谱流体监控的方法和系统 - Google Patents

用于液相色谱流体监控的方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种用于监控液相色谱系统的流体系统的方法，该方法的特征在于：(a)将一种流体抽取到一个注射泵中；(b)配置一个阀，以便将该泵流体联接到通过该流体系统的一个流体路径上或到一个防止流体流动的插塞上；(c)使得该注射泵逐渐地压缩位于其中的流体或将该流体逐出到该流体路径上，同时测量该流体的压力；(d)确定这个所测量的压力的变化的一个特征曲线；(e)将该确定的特征曲线与一个取决于该流体的预期特征曲线进行比较；并且(f)如果该确定的特征曲线从该预期特征曲线变化大于一个预定的公差，则提供一个低于最佳运行状态或故障的通知。

Description

用于液相色谱流体监控的方法和系统
技术领域
本发明大体上涉及色谱法，并且更具体地说，涉及一种用于监控多种溶剂、多种移动相或其他试剂在一个色谱仪器或系统内的安装和放置的正确性的自动化装置和方法。
背景技术
液相色谱法(LC)在化学分离、化合物纯化以及化学分析领域中是众所周知的。一个液相色谱仪大体上包括一个分离柱，该分离柱包括被装填有可渗透固体材料的毛细管，这种可渗透固体材料本身是一种色谱固定相，或另外包括或支持一种色谱固定相。在压力下，使得一种移动相从一个输入端穿过该柱流动到一个输出端，这种移动相是包括用于纯化或分离的、所感兴趣的化合物以及一种或多种溶剂的一种流体混合物。大体上，该固定相和这些移动相溶剂的化学特性使得所感兴趣的化合物在该移动相与该固定相之间的分配程度不同于在流体内的其他化合物的分配程度。其结果是，这种所感兴趣的化合物在该柱内的保留程度或保留时间不同于其他化合物的保留程度或时间，从而使得这种所感兴趣的化合物与其他化合物的物理分离或从其他化合物的至少部分纯化。
存在可用于液相色谱法的多种溶剂。例如，商标名下、由西格玛奥瑞奇公司(Sigma-Aldrich Corporation)(美国密苏里州圣路易斯市云杉街3050号，邮编63103(3050Spruce Street,St.Louis,MO63103USA))出售的HPLC溶剂包括：水、乙腈、苯、1-丁醇、2-丁氧基乙醇、叔丁基甲醚、四氯化碳、1-氯丁烷、氯仿、2-氯丙烷、环己烷、环戊烷、1,2-二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、1,2-二甲氧基乙烷、N,N-二甲基乙酰胺、二噁烷、乙醇、乙醇、乙酸乙酯、庚烷、己烷、异辛烷、甲醇、甲醇、乙酸甲酯、硝基甲烷、戊烷、1-丙醇、2-丙醇、2-丙醇、四氯乙烯、四氢呋喃以及甲苯。
在一个色谱仪器或系统内，多种溶剂或其他试剂大体上借助一个专用支架或分室而可用于到各种柱、泵、阀以及关联的互连管线。该支架或分室大体上包括用于溶剂组或其他试剂组的一个专用储存区域，在若干分离的过程中，该色谱仪器或系统将定期需要或者可能需要该溶剂组或其他试剂组。该试剂支架大体上被设计成在一种或多种溶剂或试剂在该仪器或系统的操作过程中已被耗尽而需要进行替换时由操作人员或技术人员拿取。
成功的色谱分离取决于各种分析物和其他组分与一个固定相并且与一个移动相的各种化学成分的具体化学相互作用。由于不同分析物具有不同的对应化学特性，因此，重要的是，将用于即将进行分析的正确溶剂或试剂组与包含或可能包含任何特定分析物的一个样品混合。因此，各种不同溶剂或试剂被提供在位于一个试剂或溶剂支架或分室内的对应的专用瓶子或其他容器之中。这些不同的容器或瓶子在该支架或分室内都具有多个对应的分配的位置，或者与不同的对应的分配的抽取管相关联，这些抽取管用于将该溶剂或试剂抽吸到该系统之中。
由于任何特定色谱分析方案需要的多种溶剂或其他试剂的特异性，因此，重要的是，这些材料不会相互混淆(或与完全不同的物质混淆)，或者不会在一个试剂或溶剂支架或分室内放错位置。尽管多种试剂、溶剂以及其他所需化学品大体上由制造商供应到多个贴好标签的容器中，但是这些材料可以在一个实验室环境内被重新分配到多个较小容器之中。这些较小容器可以是多个最初并未贴上标签的多用途器皿，这些器皿需要在最初接收从制造商的原始容器中转移的材料时适当地手动贴上标签。被应用于实验室中的手动标签可以是非永久标签。在手动贴上标签之后，这个小转移器皿可以在该实验室内多次地并且由多位不同使用者进行处理，因为当在该器皿内的材料被定期消耗时，可能需要从一个大容量的制造商的“散装”容器进行多次补充。相同器皿可以多次被重新插入一个溶剂或试剂支架之中。
在多次处理该转移器皿或甚至偶尔地处理制造商的原始容器的过程中，将有许多机会发生操作人员错误。例如，一个临时标签可能丢失并且被替换成一个不正确的标签。即使该标签是正确的，该操作人员也可能将错误材料转移到该转移器皿之中。即使该标签和材料都是正确的，该操作人员也可能将该器皿误放置在一个试剂支架或分室之内。常规色谱系统被设计成预期多种特定溶剂或试剂将被抽取到多条特定对应的管线之中。如果由于以上列出的这些错误中的任何一个或多个错误而供应不正确材料，那么该色谱将使用这种错误材料继续执行一个分析方案的多个预编程步骤。这可能导致不正确或低质量结果，从而迫使重复进行许多错误分析。在一个最坏情况情景中，可能永远不会发现该错误，并且可能基于这些不正确分析结果采取不适当的行动。尽管如此，通过使用可以通过使用者输入或通过一个传感器机构，如条形码而获得的预期值来比较一种溶剂的特性-如黏度和可压缩性，可以验证该溶剂身份。因此，本领域中需要一种自动化色谱系统，这种自动化色谱系统可以采取自动化程序步骤以试图在使用非预期材料执行分析步骤之前辨别多种非预期溶剂或试剂，并且可以在检测到任何这些错误的情况下提醒操作人员。
用于临床实验室或出于药物发现目的的液相色谱系统可以在长时间段内保持为近连续操作。由于磨损、重复处理、重复加压、多次样品替换等等的结果，不经常的或周期性的状况或情况可能发生，这导致色谱分析系统中的低于最佳的性能或甚至仪器故障。例如，由于流体管线以及其他流体部件的长期重复加压，漏泄可能发展，这导致从一个流体系统的流体的不希望的损失，或可能到该系统中的不希望的空气摄入。样品小瓶或者流体或溶剂容器的重复替换可能导致由于微粒或摄入的空气造成的流体管线的污染。此外，因为许多部件如泵和阀经受重复的机械操作，所以此类部件的长期磨损可能发生，这(如果不处理)可能导致精确度损失、压力完整性损失或甚至一个或多个部件的全部故障。最后，不希望的压力失衡可能在包括各种流体子系统的流体系统内发生，每个子系统具有它自己的对应的泵。因此，出于检测低于最佳的条件、性能的恶化、未来可能的失效等等的目的，并且为了警告使用者需要正确行动或通知使用者部件的估算的剩余有效寿命，在本领域中存在对于监控色谱系统性能的方法的需要。此外，在本领域中存在对于一个可以进行此类监控并且自动地提供此类警告或通知的自动化色谱系统的需要。优选地，液相色谱(LC)系统自诊断和监控应该包括i)泵和ii)LC系统管道的渗漏、气泡和流体路径阻塞的自诊断、验证和故障排除。
在本领域中还存在对于用于平衡在不同流体子系统之间的压力的方法的需要。一种LC溶剂的可压缩性影响流速，流速进而影响色谱性能。这种效果是对于大体上所有高性能(或高压力)液相色谱(HPLC)系统以及特别使用注射泵的那些系统的一个问题。这种效果是与泵的注射器类型相关的主要缺点之一，尽管此类注射泵提供其他优点如平滑的梯度和高度的稳健性。M.Martein等人(“为了实现恒定流速在液相色谱中使用注射器类型的泵(The use of syringe-type of pumps in liquid chromatography in order toachieve a constant flow-rate)”，色谱法杂志(Journal of Chromatography)，112，1975)总结出“因此这些注射器类型的泵已经发展成非常复杂的和昂贵的装置不是出人意料的”以补偿该该可压缩性问题。虽然如此，“使用注射器类型的泵”常常是更困难的并且比使用其他类型的泵更不令人满意。
发明的披露
通过用于监控提供给多个液相色谱系统的多种流体的多个特性并且将这些被监控的特性与它们在提供正确流体的情况下的预期值进行比较的方法和系统的传授内容，本发明解决了传统技术中以上指出的需要。此类方法和系统还能够监控这些液相色谱系统的多个泵和其他机械或包含流体的部件的密封可靠性。
本发明的传授内容以至少两种方式解决了注射泵系统对液体可压缩性敏感的问题。首先，可以应用一个通用的可压缩性补偿算法。该算法可以对在一个具体时间内在一个压缩的体积中的溶剂的可压缩性与预期溶剂的已知可压缩性进行比较。然后，可以获得一个实际流速以考虑到该可压缩性的效果。该预期的流速可以被设置为有待该泵实现的一个目标。这种方法消除了对额外的流速传感器的需要。一个控制器如PID(比例-积分-微分)可以用于实现该目标流速。
其次，单独地解决了展现可压缩性的最严重效果的不同情景。研究了三种不同的有问题情景：i)经受与一个加压的流体路径连接的一个泵，ii)实现在压力下的流速以及iii)其中可能具有不同压力的不同流体路径/子系统在液体色谱仪的操作过程中被互相连接或彼此断开连接的情况。在该第一此类情景中，该加压的流体路径可能流回至该未加压的泵以压缩在该泵内的流体，从而导致突然的压降以及非预期的溶剂混合。在该第二情景中，作为该溶剂的可压缩性的结果，在压力下的流速花费时间到达压力平衡并且到达指定流速。达到该平衡花费的时间是由该溶剂的可压缩性、该压力、该流速和该溶剂决定的。该平衡时间可以在从几秒至大于几个小时的范围内。在该第三情景中，该压力失衡可能导致从一个高压子系统至一个低压子系统的突然的非预期的大量的流体流动。即便使用一个单向流体部件如止回阀以防止回流，该低压子系统也需要时间以达到与该高压子系统的压力平衡。由于该可压缩性，在实际和预期的流速之间的随之发生的差异是如此大使得显著影响该液相色谱仪的性能。
通过单独地解决以上情景中的每一个，可以发展一个优化的简单算法以仅解决与该具体情景相关的问题。与使用一个广义的算法相比，这种针对性的方法可以实现最好的性能。如果一种广义的方法用于所有这些情景，那么最好的性能是难以实现的并且该方法可能是非常复杂的。
根据本发明传授内容的一个第一方面，披露了一种用于向液相色谱系统提供溶剂或试剂的系统，该系统包括：一个阀，该阀包括一个公共端口和多个其他端口，该阀可配置成使得该公共端口可以被流体连接到这些其他端口中的任一个端口上；一个泵，该泵被流体连接到该阀的公共端口上；一个插塞，该插塞被配置成阻挡流动穿过该阀的所述其他端口中的一个第一端口；一个容器，该容器包含该溶剂或试剂，所述容器被流体连接到该阀的所述其他端口中的一个第二端口上；以及一个压力计或传感器，该压力计或传感器被配置成测量在该泵内的流体压力，其中该溶剂或试剂通过这些其他端口中的一个第四端口被提供给该液相色谱系统。这些泵可以包括多个注射泵。该系统可以进一步包括一条流体管线，该流体管线具有对流体流动的一个已知阻力，该流体管线被流体连接到该阀的所述其他端口中的一个第三端口上。可替代地，该系统可以进一步包括一个流体阻力，如一个流体管线、一个柱等等，其中该流体阻力可以是已知的或未知的，只要它是恒定的。该系统可以进一步包括一个计算机或电子控制器，该计算机或电子控制器被电气连接到或电子连接到该泵、该压力计或传感器以及该阀上。该系统可以再进一步包括一个电子可读介质，在该电子可读介质上具有通过该计算机或电子控制器可读的多个程序指令，所述指令可工作以使得该计算机或电子控制器测量该压力计或传感器的多个读数，同时使得该泵向位于其中的一种流体施加一个力，以便将所述流体推向该阀的该第一端口或第三端口。
根据本发明传授内容的一个第二方面，披露了一种用于监控在一个液相色谱系统内的多种流体的方法，该方法包括：(a)配置一个阀，以便将一种流体从一个容器中抽取到一个泵中；(b)配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到阻止流体流动穿过所述端口的一个插塞上；(c)使得该泵逐渐地压缩位于其中的流体，同时测量在该泵中的流体的压力；并且(d)确定这个所测量的压力的增加速率是否基本上匹配一个预期值。该方法的另外的步骤可以包括以下各项中的一项或多项：(e)在测量一个最大压力、或可替代地任何合适的预定压力时，在一个具有预定长度的时间内将该泵的一个活塞维持在一个恒定位置中，同时继续测量在该泵内的流体的压力；并且(f)确定是否发生这个所测量的压力在该时间段中减少超过一个可接受值。该方法的再另外的步骤可以包括：(g)使得该泵释放在该泵中的流体的压力；(h)配置该阀，以便将该泵流体连接到一个流体路径，该流体路径对通过其中的流体流动具有一个预定阻力；(i)使得该泵将流体以一个设定流速移置到流体路径中，同时测量在该泵中的流体的压力；并且(j)确定这个所测量的压力的增加在这种流体移置过程中是否基本上匹配一个第二预期值。该方法可以包括：取决于该泵中的流体的压力的所测量出的增加或减少，发出一个警报，该警报表示在该容器中的流体可能并不匹配多个预期情况，或者表示根据多个预期情况，该泵可能并不是无泄漏的。
根据本发明传授内容的一个第三方面，披露一种液相色谱系统，该系统包括：(a)一个阀系统或流体选择装置，该阀系统或流体选择装置具有其一个输出端口和多个输入端口，该多个输入端口各自被流体连接到一个对应的流体提供子系统上，每个流体提供子系统包括：(i)一个阀，该阀包括一个公共端口和多个其他端口，该阀可配置成使得该公共端口可以被流体连接到这些其他端口中的任一个端口上；(ii)一个泵，该泵被流体连接到该阀的公共端口上；(iii)一个插塞，该插塞被配置成阻挡流动穿过该阀的所述其他端口中的一个第一端口；(iv)一个容器，该容器包含一种流体，所述容器被流体连接到该阀的所述其他端口中的一个第二端口上；(v)一个压力计或传感器，该压力计或传感器被配置成测量在该泵内的流体压力；以及(vi)这些其他端口中的一个第三端口，该第三端口被流体连接到该阀系统或流体选择装置；(b)一个色谱柱，该色谱柱具有一个第一端部并且具有一个第二端部，该第一端部被流体连接到该阀系统或流体选择装置的输出端，；以及(c)一个检测器，该检测器被流体连接到该色谱柱的第二端部。至少一个流体提供子系统可以进一步包括(vii)一条流体管线，该流体管线具有对流体流动的一个已知阻力，该流体管线被流体连接到该对应的流体提供子系统的阀的其他端口中的一个第四端口上。
根据本发明传授内容的一个第四方面，披露了一种用于监控一个液相色谱系统的流体系统的方法，其中该系统包括一个阀、一个容器(在其中具有一种已知流体)以及一个注射泵(具有一个活塞)，并且其中该注射泵被流体连接到该阀上。根据这个方面，该方法的特征在于：(a)将该流体从该容器抽取到该注射泵中；(b)配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到通过该流体系统的一个流体路径上或到防止流体流动穿过所述端口的一个插塞上；(c)使得该注射泵的活塞在一个方向上以一个预定速率移动以便逐渐地压缩位于其中的流体或将该流体逐出到该流体路径上，同时测量该流体的压力；(d)确定这个所测量的压力对使得该活塞移动的时间而变化的特征曲线；(e)将该确定的特征曲线与一个取决于该流体的预期特征曲线进行比较；并且(f)如果该确定的特征曲线从该预期特征曲线变化大于一个预定的公差，则提供一个低于最佳运行状态或故障的通知。在某些情况下，一个预期特征曲线可以被减少至仅仅一个或多个特征性的压力变化率，如压力增加速率或压力减少速率。
在不同的实施例中，配置该阀的步骤(b)可以包括配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到一个流体路径上，该流体路径在其中具有一个有意的流动阻塞，该有意的流动阻塞防止流动通过该流体系统超过该有意的流动阻塞。此类有意的流动阻塞可以包括一个或多个关闭的阀或可以被提供在该流体系统内的一个色谱柱的一个标称位置上。在一些实施例中，该有意的流动阻塞被提供在一个盒中，该盒与一个承载两个柱的盒是可互换的并且被安置在该流体系统内在该承载两个柱的盒的标称位置上。
在不同的实施例中，该步骤(b)包括配置该阀以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到一个流体路径上，该流体路径包括代替在该标称柱位置上的色谱柱的一段空管，并且该步骤(f)包括，如果该确定的压力特征曲线包括超过一个预期压力增加大于该预定公差的压力增加，则提供该流体路径被阻塞的通知。在不同的其他实施例中，该配置该阀的步骤(b)包括配置该阀以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到一个具有对流体流动的已知阻力的流体路径上，并且将该确定的特征曲线与一个预期特征曲线进行比较的步骤(e)包括将该确定的特征曲线与一个振荡特征曲线进行对比，所述特征曲线的振荡与该注射泵内的机械移动相关。
在不同的实施例中，该提供通知的步骤(f)可以包括如果相对于该预期特征曲线，该确定的压力特征曲线包括压力增加上的延迟，则提供空气或气泡存在于该流体系统内的通知。该方法的不同实施例可以包括以下这些另外的步骤：(g)使得该注射泵的活塞保持在一个固定位置上，同时测量该流体的压力；(h)当该活塞位于该固定位置上时确定所测量的压力的减少速率；(i)将该确定的压力减少速率与一个将压力减少速率与剩余的泵寿命相关联的模型进行比较；并且(j)基于该比较提供剩余的泵寿命的预测或提供该泵应该被替换或维护的警告。
根据本发明传授内容的一个第五方面，披露了平衡在液相色谱系统的流体系统的一个第一部分与一个第二部分之间的流体压力的一种方法，其中该第二部分最初处于比该第二部分更高的流体压力下，其中该液相色谱系统包括一个连接系统，该连接系统可以使该第一和第二流体系统部分流体互相连接或互相隔离，并且其中该液相色谱系统进一步包括一个第一注射泵、一个被流体连接到该第一注射泵并且到该流体系统的第一部分上的选择阀、一个被流体连接到该流体系统的第二部分上的第二注射泵、一个被配置为测量该第一注射泵内的压力的第一压力传感器和一个被配置为测量该流体系统内的压力的第二压力传感器。根据这个方面，该方法的特征在于：(a)配置该选择泵，以便将该第一注射泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到防止流体流动穿过所述端口的一个插塞上；(b)压缩该第一注射泵内的流体，使得该第一压力传感器的读数匹配该第二压力传感器的读数；(c)配置该选择阀，以便将该第一注射泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到该流体系统的第一部分上；并且(d)使用该连接系统将该流体系统的第一部分与第二部分流体互连。
在不同的实施例中，该流体系统的第一部分包括一个第一色谱柱并且该流体系统的第二部分包括一个第二色谱柱。该连接系统可以包括一个安置在该流体系统的第一部分内的单向止回阀和一个混合用三通连接器，在该连接器处来自该第一和第二部分的流体进行混合。可替代地，该流体连接可以包括该单向止回阀和一个多端口的旋转阀，其中来自该第一和第二部分的流体可以进行混合。在一些实施例中，该流体系统的第一部分包括一个装载色谱柱的子系统并且该流体系统的第二部分包括一个洗脱子系统。
根据本发明传授内容的另一个方面，披露了一种操作液相色谱系统的方法，其中该系统包括一个具有标称工作压力的色谱柱、一个注射泵、一个被配置为测量该注射泵内的压力的压力传感器、以及一个被流体连接在该注射泵与该色谱柱之间的选择阀。根据这个方面，该方法的特征在于：(a)配置该选择泵，以便将该第一注射泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到防止流体流动穿过所述端口的一个插塞上；(b)压缩该注射泵内的流体直到该压力传感器的读数匹配该标称工作压力；(c)配置该选择阀，以便将该注射泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到该色谱柱上；并且(d)操作该注射泵，以便将一个样品流体泵送穿过该色谱柱。
根据本发明传授内容的又另一个方面，披露了一种用于监控液相色谱系统的流体系统内存在的漏泄的方法，其中该系统包括一个阀、一个容器(在其中具有一种已知流体)、一个注射泵(具有一个活塞)、以及一个压力传感器，其中该注射泵被流体连接到该阀上。根据这个方面，该方法的特征在于：(a)将该流体从该容器抽取到该注射泵中；(b)配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到该流体系统的一个在其中具有一个有意的流动阻塞的流体路径上或到防止流体流动穿过所述端口的一个插塞上；(c)使得该注射泵的活塞在一个方向上以一个预定速率移动以便增加位于其中的或该流体路径内的流体的压力；(d)使得该注射泵的活塞保持在一个固定位置上，同时测量该流体的压力；(e)当该活塞位于该固定位置上时，确定所测量的压力的减少速率；并且(f)如果该确定的压力减少速率超过该预定的阀值，则提供存在一个泄漏的警告。在一些实施例中，该有意的流动阻塞可以被提供在该流体系统内的一个色谱柱的一个标称位置上。在一些实施例中，该有意的流动阻塞被提供在一个盒中，该盒与一个承载两个柱的盒是可互换的并且被安置在该流体系统内在该承载两个柱的盒的标称位置上。在其中该阀被配置为将该泵流体连接到该插塞上的不同的实施例中，该确定的压力减少速率可以与一个将压力减少速率和剩余的泵寿命相关联的模型进行比较，并且剩余的泵寿命的预测可以基于该比较而做出。
附图简要说明
从下面仅以举例方式并且参照未按比例绘制的附图所给出的说明中，本发明的以上指出的和各种其他方面将变得清楚，在附图中：
图1是一种广义的常规液相色谱-质谱(LCMS)系统的示意图解；
图2是根据本发明传授内容的一种LCMS系统的示意图解；
图3是根据本发明传授内容的、如可用于一个装置之内的一个示例性旋转阀组件的图解；
图4A是根据本发明传授内容的、采用一个流体监控部分的一个示例性两柱式LCMS系统的示意图解；
图4B是根据本发明传授内容的、采用一个流体监控部分的一个第二示例性两柱式LCMS系统的示意图解；
图5是示出多种阀配置和多个流体流动路径步骤的实例的示意图解，这些阀配置和流体流动路径步骤可以用于一种采用图4A的系统的色谱方法中；
图6是根据本发明传授内容的一种用于色谱流体监控和检验的方法的流程图；
图7A是按照根据本传授内容的一些实施例的一个LCMS系统的一个样品源部分的示意图解；
图7B是按照根据本传授内容的一些实施例的再另一个LCMS系统的一个溶剂源部分的示意图解；
图7C是按照根据本传授内容的一些实施例的又另一个LCMS系统的一个溶剂源部分的示意图解；
图8是当这些流体通过移动一个注射泵活塞被压缩抵住一个堵塞的端口时，显示对于对应流体所观察到的压力对比时间的一组曲线的图；
图9A是在一般意义上展示在其中该注射泵用于压缩流体抵住一个堵塞的端口并且随后保持压力的情况中的一个注射泵内的压力特征曲线对比时间的示意图；
图9B是显示所观察的一个注射泵(具有阀)的压力泄漏速率对比致动循环次数的实验数据的图；
图10是显示当将一种流体以200μl/分钟的流速从一个注射泵泵送到一个阻力管中时，所观察到的泵室压力对比时间的两条曲线的图；
图11A-11D分别是一个具有两个柱的正常色谱盒、一个具有两个无阻碍的管的用于系统测试目的的盒、一个具有一个无阻碍的管和一个堵塞的管线的用于系统测试目的的第二盒、以及一个具有两个堵塞的管线的用于系统测试目的的第三盒的图解；
图12A是根据本发明传授内容的一种用于色谱系统泄漏监控和检验的方法的流程图；
图12B是根据本发明传授内容的一种用于色谱系统泄漏监控和检测的第二方法的流程图；
图13是根据本传授内容的一种用于色谱泵寿命监控和测试的方法的流程图；
图14是根据本发明传授内容的一种用于监控液相色谱系统的方法的流程图；
图15是根据本发明传授内容的另一种用于监控液相色谱系统的方法的流程图；
图16A是根据本发明传授内容的一种用于平衡液相色谱流体系统的不同部分中的压力的方法的流程图；
图16B是根据本发明传授内容的一种用于补偿液相色谱流体系统的不同部分中的压力差异的方法的流程图；并且
图17是用于进行多种流体识别和泵诊断功能的根据本发明传授的一般方法的流程图。
实施本发明的模式
以下说明的提出是为了使本领域的任何普通技术人员能够进行和使用本发明，并且是在特定的应用和其要求的背景下提供的。对于本领域普通技术人员来说，对所描述的实施例的各种修改将是显而易见的，并且在此的一般原则可以应用到其他实施例。因此，本发明并非旨在局限于所示出的实施例和实例，而是要根据所示出和所描述的特征和原则而被给予最宽的可能范围。为了更详细地理解本发明的这些特征，请结合以下讨论参照图1至图17。
图1是一种常规液相色谱(LC)系统的示意图解。图1中示出的系统10包括：一个色谱柱7，该色谱柱用于将一种液态化学混合物分离成其多种成分物质；以及一个检测器20(如分光光度计或质谱仪)，该检测器被流体连接到该柱7，用于在按顺序从该柱7接收这些分离的成分物质时，对这些分离的成分物质中的一些或全部进行检测或识别。该柱接收一种流体流，该流体流包括从多个容器8供应的一种或多种选定的溶剂流体或试剂以及来自样品源4的一个所感兴趣的样品。可以包括一个色谱移动相的各种不同溶剂或试剂流体沿着流体管线6a被运送到阀或者流体选择或混合装置9，该阀或者流体选择或混合装置可以混合这些流体或选择一种特定流体。如图示出，装置9是一个三通阀，但如果提供两种以上的不同溶剂流体，那么可以包括一个更为复杂的阀或阀系统。可替代地，装置9可以包括一个简单的混合结或混合腔室。
这些流体借助一个泵11被抽取到该系统10中，并且被推向位于其中的色谱柱7，该泵通过流体管线6d被流体连接到阀或者流体选择或混合装置9的输出端。可替代地，示出的单个流体泵11可以被替换成安置在流体管线6a中的多个位置11a上的多个分离的泵，对于每种溶剂或试剂用一个泵。从这个泵或这些泵输出的这些流体沿着流体管线6e被运送到一个样品注射器装置5，并且与从样品源4提供的一个样品一起混合。该样品注射器装置5可以通过一种众所周知的方式包括一个多端口旋转阀23和被流体连接在这些端口中的两个端口之间的一个注射环路6p。
该系统10的柱7的一个输入端通过流体管线6f被流体连接到该样品注射器装置5的一个输出端口，并且从该输出端口接收样品与多种溶剂流体的一种混合物。该混合物的各种化学成分在该移动相与被装填在该柱内的一个固定相之间的差别分配导致各种成分在该柱内的差别保留，并且随之发生的这些成分从该柱输出端到流体管线6g的不同的对应的洗脱时间。一个任选的阀12可以连续地或在不同时间将这些洗脱物质分离成沿着流体管线6w被运送到废物容器14的一个部分和沿着流体管线6h被运送到检测器20的一个分析部分。
图1中所示的常规系统10易受一个转移器皿、或者甚至偶尔地易受制造商的原始容器的可能的处理错误的影响，如上文所述。因此，图2提供根据本发明传授内容的一种改进LCMS系统(系统50)的示意图解。在系统50中，从多个容器8被抽取到这些流体管线6a中的这些溶剂或试剂被运送到一个多端口来源阀9r。
如图2的小图33中指出的，来源阀9r包括一个公共端口p0以及若干专用端口，在所示系统中，包括被标记为端口p1至p6的六个专用端口。来源阀9r可以包括一种类型的一个已知多端口旋转阀，如由美国华盛顿州橡树港橡树大街619号(619Oak Street OakHarbor,WA USA)的艺达思健康与科学部(IDEX Health&Science)销售的被称为罗丹尼(Rheodyne)阀的这些阀。在图3中示出了一个示例性来源阀9r的更详细的图解。在图3中示出的来源阀9r以已知方式包括：一个定子部分66，其中具有从一个端部穿过该定子部分到另一个端部的多个流体路径68；以及一个转子部分62，该转子部分具有位于面向该定子部分的一侧上的一个凹槽或通道64。如所示的，该定子包括一个中心流体路径(对应于图2中示出的端口p0)以及六个外围流体路径(对应于图2中示出的端口p1至p6)，这些外围流体路径围绕该中心路径径向安置。转子部分62可以旋转，如由图3中的双向箭头示出的，这样使得这些外围路径中的任一个可以借助凹槽或通道64在来源阀9r内被流体连接到该中心路径。尽管示出的是一个旋转阀，但本发明并不意图限制于此，因为该旋转阀只是一种可以使用的阀的一个实例。
返回图2，这些溶剂或试剂借助一个注射泵11s从其对应的容器8中被抽取到来源阀9r中并且穿过该来源阀，该注射泵被连接到中心或公共端口p0，以及被连接到一个压力传感器或压力计16。两种不同溶剂或试剂流体可以借助这些流体管线6a被流体连接到来源阀9r的两个对应端口上，例如端口p5和p6。为了将这些流体中的任一种流体抽取到该注射泵的缸体中，该来源阀被配置为使得该中心端口p0被流体连接到端口p5和端口p6中的一个上，同时收缩该注射泵的一个活塞。
一个计算机或其他电子逻辑控制器32可以被包括在系统50内，以便从该系统的各种部件接收信息并且向这些部件发射多个控制信号。计算机或其他电子逻辑控制器32可以借助多条电子通信线34a、34b以及34c被对应地电子连接到泵11s、压力传感器或压力计16以及来源阀9r。该计算机或其他电子逻辑控制器32还可以被电子连接到系统50的多个其他部件，尽管此种连接并未在图2中明确示出。
该来源阀的一个端口(例如端口p1)被阻塞或堵塞，这样使得流体无法穿过这个端口离开，并且在该泵并未使用时，这种阻塞或堵塞可能是该来源阀的一个默认位置。如果该来源阀被配置成将溶剂分配到端口p1并且力被施加到注射泵活塞上，那么预期的是，由传感器或压力计16测量出的压力迅速升高。在不存在泄漏的情况下，压力升高率取决于流体可压缩性。压力升高速率可以用来从有限数量的选择中检验一种特定溶剂或试剂的正确性。使用插塞位置p1作为一个来源阀“输出端”也可以用来检验泵密封性能和泵灌注。使用一种具有已知可压缩性的校准流体，压力无法按预期增加或非预期压力减少可以指示一个装置缺陷。
来源阀9r的另一个端口(例如端口p2)是经由流体管线6d通向样品注射器装置5的输出端。另一个端口(例如端口p3)用于通过阻力管6c的一个校准的长度将之前抽入的溶剂中的一小部分输出到一个废物容器之中。管6c可以包括一个直径受限的内孔隙，该内孔隙提供对流体流动的一个已知阻力。如果该来源阀被配置成将溶剂分配到端口p3并且力被施加到该注射泵活塞上，那么在该溶剂将被分配到该废物容器14上的同时压力升高，如通过传感器或压力计16测量出的，这种压力升高与溶剂黏度相对应。这个所测量的压力升高可以用来从有限数量的选择中检验溶剂身份。压力升高与黏度之间的关系可以通过以下方式进行校准：将具有已知黏度的一种校准流体通过端口p3分配。最后，另一个端口(如端口p4)是使用最小阻力(例如，常规的)流体管线6b通向废物容器14的一个输出端，该端口用于泵灌注和冲洗操作。
关于图2中示出的系统50，要记住的是，该系统可以通过包括部件子集的多个额外实例进行扩展，该部件子集包括：一个或多个溶剂或试剂容器8、具有一个堵塞的端口的来源阀9r、泵11s、压力传感器或压力计16、已知阻力的管6c、废物容器14以及其他的连接流体管线6a、6b以及6d。这个部件子集可以被视为是包括液相色谱系统50的一个流体提供子系统。可替代地或另外，不同的对应溶剂可以被提供在所述流体提供子系统的不同对应实例中，尤其是在大量溶剂或试剂被提供在该系统内的情况下。
许多液相色谱系统在分馏、分离或纯化分析物过程中采用一个以上的色谱柱。例如，一个第一柱可以包括一个样品“清洗”柱，并且一个第二柱可以包括一个分析柱。根据一些实施例，该清洗柱可以是一个体积排阻或亲和液相色谱柱或者用于去除基质干扰的一个高湍流液相色谱柱。例如，一个测试样品可以在入口端口处被应用于一个第一柱(例如，一个清洗柱，如气旋P柱或类似物)，用一种溶剂或溶剂混合物被洗脱到一个第二柱(例如，一个分析柱，如海波西尔金PFP(Hypersil Gold PFP)或类似物)上，并通过一种溶剂或溶剂混合物从该第二柱被洗脱到出口端口。可以选择不同溶剂模式用于洗脱这些分析物。例如，液相色谱法可以使用一个梯度模式、一个等度模式或者一个多型(即，混合)模式来执行。
图4A和图4B是根据本发明传授内容的、采用一个流体监控部分的一个示例性两柱式LCMS系统的示意图解。样品注射器5和流体管线6f是从图2中复制的。为了清晰呈现，该样品注射器上游的多个部件(包括这些溶剂或试剂容器8，来源阀9r，泵11s，压力传感器或压力计16，已知阻力的管6c，废物容器14，连接流体管线6a、6b以及6d，以及电子通信线34a、34b以及34c)并未示出，但应视为存在于图4A至图4B示出的系统之中。可替代地，图4A和4B中示出的样品注射器5可以用一个更复杂的样品源子系统来代替-该样品源子系统可能包括多个样品注射器、泵、阀、混合用三通结、溶剂或试剂容器、以及管线。在系统70(图4A)和系统75(图4B)二者中，使用两个色谱柱，即一个第一柱7a和一个第二柱7b。第一柱7a可以有利地包括一个清洗柱，该清洗柱可以用于将某些类或子集的化合物彼此分离(例如，大分子对比小分子，或者极性对比非极性)，其中保留可能包含可能的分析物物质的部分并且丢弃其他部分(反之亦然)。该第二柱(柱7b)是一个分析柱，该分析柱可以与系统50(图2)的单个柱7类似。从该第一清洗柱7a洗脱的、被保留的部分可以通过第二柱7b被分离成具体的分离的化合物。被洗脱的成分可以沿着流体管线6h被提供给检测器20。
作为一种两阶段式色谱分离的实例，柱(也被称作高湍流液相色谱或HTLC柱)可以在一个第一分离步骤中用作清洗柱7a，以便基于化合物的大小范围或分子量范围(或一些其他特性)分离并且可能地浓缩化合物子集。方法和装置在美国专利5,772,874、5,919,368以及6,149,816中进行详细描述，上述所有文档通过引用以其在此完全阐明的全部内容结合在此。简洁地说，装置和方法包括或涉及一种色谱柱或本体，这种色谱柱或本体被形成为一个大致上均匀分布的大量刚性、固体、多孔颗粒，这些颗粒具有大致上均匀的平均截面尺寸或直径，该平均截面尺寸或直径不小于约30μm、典型地50μm或在某些实例中更大高达(但不限于)1000μm。这些颗粒选自不同大小和形状的一个范围，并且在一个本体或柱中如通过压力、烧结或类似方式固持在一起，这样使得在这些颗粒之间形成多个间隙通道，这些间隙通道具有的总间隙体积不小于该柱的总体积的约45％。这些颗粒的表面(包括这些颗粒中的这些孔隙的内表面)是色谱活性的，因为这些表面被涂覆有色谱固定相层。
由于一个柱中的这些颗粒和填料的性质，流体混合物通过该柱的流动可以是处于一个高流速下，并且相信在这些条件下，在该间隙体积的至少一个主要部分内诱导了该混合物的湍流，并且据推测，这些湍流实际上增加传质速率，从而增加该柱的动态容量。根据湍流、扩散以及化学原理，多个小样品分子可以在一个柱中从一个样品基质中分离。由于小分子量的分子比大分子量的分子扩散更快，因此，这些小样品化合物扩散到这些颗粒孔隙之中。在这些大样品化合物有机会扩散到这些颗粒孔隙中之前，该移动相的湍流快速冲洗这些大样品化合物通过该柱至废弃物。在进入这些孔隙的样品分子中，对这些孔隙内的化学结构具有亲和性的那些结合到这些柱颗粒的内表面上。具有较低结合亲和性的这些小样品分子快速扩散出这些孔隙，并且被冲洗至废弃物。移动相、温度或其他参数的变化然后可以引起被该柱结合的那些分子洗脱到该分析柱上，以便进一步分离。
通过系统70或系统75的两个色谱柱7a、7b的承载分析物的流体或其他流体(包括样品、溶剂及其可能与其他化学组分一起的混合物)的流动由两个多端口阀v1、v2控制，如由阀系统45所示出的。每个阀可以是一个已知类型的旋转阀，如罗丹尼阀，在该阀中，一个转子部分包括两个或三个通道，这些通道可以取决于该转子部分的定向而使各种相邻端口流体互连。这种旋转和这些通道各自通过一个双向箭头和一组点线在阀v1和v2各自中示意性地指出。第一阀v1可以被配置成使得三个不同的相邻端口对的构件流体互连；该第二阀可以被配置成使得一个第一相邻端口对以及一个三联端口的所有端口流体互连，如点线所示出的。
第一阀v1的一个端口从流体管线6f接收一种流体。流体管线6j和6k将第一柱7a的这些端口流体连接到该第一阀的多个对应端口；流体管线6n将第一阀v1的一个端口流体连接到第二阀v2的一个端口，并且另一个流体管线6m流体使该第一阀的两个端口互连。第一阀v1和多个关联流体管线可以被配置成(如图示出)使得流体可以在任一方向上流过第一柱7a。
在系统70或系统75中，第二阀的一个端口经由流体管线6s从一个溶剂源3接收一种流体，该流体可能包括各种溶剂或其他化学组分或者其混合物。该溶剂源3可以包括一个子系统，该子系统包括类似于图2展示的多个相应特征的各种试剂容器，以及一个或多个注射泵、旋转来源阀、压力传感器、阻力流体管线、混合用三通结、废物容器和其他互连的流体管线。因此，溶剂源3可以包括一个流体提供子系统的一个第二并行实例(如参照系统50所述的)，或可以包括一个更复杂的流体提供子系统。一条或多条电子通信线34f可以通过图2示出的类似方式将该溶剂源3的各种部件电子连接到计算机或其他电子逻辑控制器32上。
第二阀v2的两个端口可以被堵塞或者否则不使用，如图4A、图4B的影线记号指出的。阀v2的另一个端口将未分析的流体沿着流体管线6w引导到一个废物容器14。阀v2的一个最终端口经由流体管线6q被流体连接到第二色谱柱7b的一个入口端口上。一条或多条电子通信线34g可以将计算机或其他电子逻辑控制器32连接到这些阀v1、v2，以便控制其工作。
图4B中展示的系统75类似于图4A中示出的系统70，不同之处在于，这两个色谱柱7a、7b被一起容纳在一个盒或外壳40之中。可以用作盒40的一个两柱式盒的一个实例被披露在于2011年10月28日提交的标题为“模块化多柱式色谱盒(Modular Multiple-ColumnChromatography Cartridge)”的一个共同待决的国际(PCT)申请(代理人案号5854WO1/PCT；国际申请号PCT/US11/58229)中，并且该申请被转让给本发明的受让人并且通过引用以其全部内容结合在此。除了一个外壳之外，盒40可以包括一个计算机可读标识(一个指示符或标识符)，如一个条形码或一个RFID标记，并且还可以包括板载计算机可读内存(如闪存或任何其他形式的电子内存装置)以及一个板载电子处理器。该板载内存(如果存在)可以用于存储与该盒的这些柱的使用有关的数据，如所支持的色谱方法或柱使用历史。另外，盒40可以包括：一个或多个加热器，以便使这些柱中的一个或另一个维持在对应于一个分析方案的一个温度上；以及一个或多个温度或一些其他物理量的传感器。因此，该盒可以通过电子通信线34h被电子地连接到该计算机或其他电子逻辑控制器32，以便(例如)将标识或其他数据转移到该盒的一个内存单元或从该内存单元进行转移，从而控制多个加热器或监控这些传感器。
图5是示出可以用于一种采用图4A的系统的色谱方法中的阀系统45的多种阀配置和多个流体流动路径步骤的实例的示意图解。图5的顶部、中部、底部图分别示出：一个样品装载步骤，在该步骤中，一个承载分析物的流体被运送到第一柱7a；一个转移步骤，在该步骤中，至少部分纯化的分析物与一种溶剂在阀v2中混合，并且被转移到第二柱7b；以及一个洗脱步骤，在该步骤中，该分析物从第二柱7b中被洗脱，并且被转移到该检测器(图5中未示出)。在这些图解中，不同流体路径通过具有不同外观的线(即，实线、点线、虚线以及点划线)彼此区分开来。使用阀配置或顺序的替代集的其他工作模式也是可能的。
实例1-流体监控和检验
根据以上所呈现的讨论，图6提供了根据本发明传授内容的一种用于色谱流体监控和检验的方法100的流程图。方法100可以通过计算机或其他电子逻辑控制器32的软件或固件结合沿着这些电子通信线34a、34b以及34c发射的多个信号来执行。在第一步骤，即方法100的步骤102中，使用者选择一种LC方法，该LC方法包括可压缩性和黏度信息可用的多种溶剂或试剂。在下一步骤，即步骤104中，一个阀(如来源阀9r)被选择，这样使得一个泵(例如，注射泵11s)从一个指定溶剂或试剂瓶抽取一种流体。在步骤106中，该阀被配置成将被填充有在步骤104中抽取的流体的泵缸体流体连接到一个堵塞的位置(如来源阀9r的位置p1)。在步骤108中，该泵被操作以便对位于其中的流体进行压缩，同时监控泵压力，如用传感器或压力计16。随后，在决定步骤，即步骤110中，如果观察到的压力增加速率(根据步骤108)并不基本上匹配一种预期流体的一个预期值，那么使得方法执行分支到一个执行终止或中断步骤，即步骤112，在该步骤中，发出一个警报，该警报表示在从中抽取流体的位置中的溶剂可能并不匹配预期情况。在观察该警报时，使用者可以执行任何适当测试或检查，以便确定是否将正确的溶剂或试剂装载在从中抽取流体的位置之中。根据这些测试或检查的结果，该使用者可以替换该溶剂或试剂，并且重新开始执行该方法100，或者替代地，可以重新设定警报(可能地，在溶剂或试剂替换之后进行)并且从中断点处继续执行该方法。
如果在执行方法100(图6)的步骤108过程中，观察到的压力增加速率实际大致上匹配一种预期流体的一个预期值，那么步骤110将执行分支到步骤114，在该步骤中，在获得一个最大可用压力之后，泵活塞在一个设定的时间量内被固持就位，同时继续测量压力的任何一个变化或多个变化。在后续决定步骤，即步骤116中，如果在所选时间过程中，一个观察到的压降大于一个可接受的量，那么使得该执行分支到一个执行终止或中断步骤，即步骤118，在该步骤中，发出一个警报，该警报表示根据预期情况，在给定位置中的泵可能并不是无泄漏的。在观察该警报时，使用者可以执行任何适当测试或检查，以便确定该泵是否正确地操作。根据这些测试或检查的结果，该使用者可能需要替换或修理该泵或多个其他部件，并且重新开始执行该方法100，或者替代地，可以重新设定该警报并且从中断点处继续执行该方法。
如果在步骤116中确定在所选时间过程中，观察到的压降并未超过该可接受量，那么该方法100(图6)分支到步骤120。在步骤120中，该泵可以经过操作，如通过移动一个泵活塞，以便释放在泵腔室中的压力。在后续步骤122中，该阀(如来源阀9r)经过操作，以便将该泵与具有一个已知流体阻力的一条流路流体连接；在步骤124中，该泵经过操作，以便以一个设定流速将该流体注射到这条流路中，同时测量泵压力。在后续决定步骤，即步骤126中，如果观察到的压力增加(根据步骤124)并不匹配一个预期值，那么使得执行分支到一个执行终止或中断步骤，即步骤128，在该步骤中，发出一个警报，该警报表示在从中抽取该流体的位置中的溶剂可能并不匹配预期情况。在观察该警报时，使用者可以执行任何适当测试或检查，以便确定是否将正确溶剂或试剂装载在从中抽取流体的位置之中。根据此类测试或检查的结果，该使用者可以替换该溶剂或试剂，并且重新开始执行方法100，或者替代地，可以重新设定警报(可能地，在溶剂或试剂替换之后进行)并且从中断点处继续执行该方法。
如果所有压力监控测试已经产生可接受结果，那么方法100的执行进入步骤130。在这点上，可以向使用者报告以下情况：该泵和溶剂检查以多个可接受测量值通过。随后，该阀可以被配置成使得该溶剂或试剂沿着流体管线6f分配到该系统中(如果将要使用该溶剂的话)或者使得该溶剂或试剂被废弃。
替代的硬件配置
图7A是按照根据本传授内容的一些实施例的一个LCMS系统的一个样品源子系统的示意图解。图7A中示出的子系统200可以用作用于将分析物装载到一个色谱柱上的一个装载系统。子系统200包括一个样品注射器装置5并且可以包括两个或多个注射泵11s、对应的相关联的压力传感器或压力计16、对应的相关联的选择阀9r、以及对应的相关联的溶剂源8。此类部件可以基本上类似于图2中类似标记的部件。一个专用的废物容器14可以被包括为该样品源子系统200的一部分，或可替代地一个单一废物容器或排出歧管可以用于子系统200为其一部分的一个色谱系统中。
从这些选择阀引出的多个相应的流体管线6z通过一个流体连接203被连结，该流体连接取决于系统应用或配置，可以包括一个混合用三通或一个选择阀。如果使用多于两个选择阀9r，那么连接203可以包括一个多端口的阀或一个交叉连接。连接203可以被配置成使得将管线6d选择性地流体连接到这些泵的任一个或将管线6d同时流体连接到这个两个泵上。可替代地，连接203可以被配置为一个三向三通阀，该三向三通阀可以实现选择性连接(到一个泵或另一个泵上)或同时连接(到两个泵上)。单向止回阀201a、201b可以被安装在这些流体管线6z的一个或多个中，以便防止源自一个泵或阀(其中将该流体保持在高压力下)的流体流回到一个连接的第二泵或阀中(其中将流体保持在更低的压力下)。如果已知一个泵将一直在高于其他泵的压力下运行，那么在与这个泵相关联的输出管线上可以不需要止回阀。
图7A中示出的样品源子系统200可以用于代替图4A和4B中示出的注射器5。因此，样品源子系统200在图7A中被示出为被流体连接到之前关于图4B中所讨论的阀系统45以及相关联的两柱式色谱盒40上。因此，一个输出流体管线6f将样品加多种溶剂的一种混合物运送到阀系统45的阀v1的一个端口。如之前所讨论的，来自色谱盒40的一个输出流体管线6h将分离的化学组分运送到一个质谱仪(未示出)。
图7B和7C是根据一些实施例的一个LCMS系统的实例溶剂源子系统的示意图解。图7B中展示的子系统250可以用作用于将之前装载到色谱柱上的分析物分离的一个洗脱系统。如所示的，溶剂源子系统250包括已关于图7A所描述的许多相同部件。然而，子系统250不包括注射器。相反，在流体连接203处进行混合或选择的溶剂沿流体管线6s被引导至阀系统45的阀v2的一个端口。图7C中展示的子系统250类似于图7C的子系统250，除了子系统270包括沿流体管线6s安装的一个第二样品注射器装置5。提供该第二样品注射器装置给予使用者在该第二注射器上注入样品，并且从而绕过在盒40内的色谱柱7a的能力。在当不使用该第二样品注射器装置的那些时候，该第二注射器装置的阀部分可以被配置以将从连接203接收的流体路由至阀v2。单向止回阀201d、201e可以被安装在从这些泵9r的输出端口引出的流体管线的一个或多个中，以便防止源自一个泵或阀(其中将该流体保持在高压力下)的流体流回到一个连接的第二泵或阀中(其中将流体保持在更低的压力下)。如果已知一个泵将一直在高于其他泵的压力下运行，那么在与这个泵相关联的出口管线上可以不需要止回阀。
实例2-观察到的压力增加对比可压缩性
在常规色谱操作过程中，为了确定所测量的压力增加是否与一个预期流体的可压缩性相对应(如图6中概述的方法100的步骤110)，所希望的是首先产生压力校准数据。图8提供了显示此类数据的实例的图300。图8中展示的顶部两条曲线-曲线302和曲线304-是当每种流体通过一个注射泵活塞以一个恒定速率的移动而被压缩抵住一个堵塞的端口时，如分别对于不含气泡的水和甲醇所观察到的压力对比时间的曲线图。在每种情况下，在时间t1开始压缩并且在时间t2释放压力。如所预期的，此类实验中的压力增加速率与该注射泵内的每种单相流体的可压缩性成相反相关。然而，如果空气或气泡存在于一种液体内，那么该曲线的压力升高部分将是滞后的，如由曲线308所表明的，曲线308代表在由水和气泡组成的一种两相液体上进行的相同实验。如果气泡存在，那么该泵活塞的初始运动用来使气泡破裂，并且可能导致该气体溶解到该液体中，而无实质性的压力增加。因此可以利用此类结果来监控并且检测常规操作过程中的不想要的空气或气泡的存在。
实例3-监控泵压力完整性和寿命
流体压缩试验还可以用于确定密封件与一个注射泵的压力完整性，以及用于开发可以警告使用者一个泵正在接近失效的预测模型。图9A示意性地图解了在此类试验中获得的数据的一般形式。图320中的曲线代表在对应于两个试验区段过程中所观察到的泵压力。在第一此类区段过程中，一种流体通过一个注射泵的工作被压缩，同时一个输出阀被引导至一个堵塞的端口。在这个试验区段过程中，由于该流体的有限的可压缩性的结果，所观察到的压力沿曲线区段321a上升。在该第二试验区段过程中，该注射泵被保持为静止的，同时观察到由曲线区段321b代表的压力漂移。在这个时间段过程中，甚至用一个新泵时-观察到内部泵压力的缓慢减少-因为这些泵和阀压力密封件必然是不完美的。曲线区段321c代表在实验结束时压力的释放。
图9A中示出的曲线区段321b的斜率是诊断用的。如果在许多此类压缩和解压缩循环中反复操作一个注射泵，将观察到该泵的压力密封能力随时间而恶化。换言之，将观察到表示为压力变化速率的泄漏速率随时间而增加。如果实验(如关于图9A所述的那些)在压缩循环的过程中周期性进行，那么泄漏速率对比泵寿命的变化可以被模型化。如果在常规泵操作过程中-然后此类实验是周期性进行的-自动地或在使用者的控制下，那么所观察到的泄漏速率行为可以与该模型进行比较以预测剩余的泵寿命。因为精确的压力衰减速率(即，泄漏速率)可以随着流体类型和泵操作压力两者而变化，所以此类泄漏速率试验应该在标准化条件下进行。观察到该压力泄漏速率遵循一条曲线，如图9B的图350中示出的曲线352。
如由图9B中绘出的数据表明，一个注射泵的压力泄漏速率，在包括该泵的有效寿命的一个初期内，并不从它的初始值变化大于某一值。进一步观察到，在该泵的完全失效之前的某一时间，该泵的压力密封能力将进入一个预失效状态，在该预失效状态开始时该泄漏速率迅速增加至大于在该初期过程中观察到的最大泄漏速率。因此，该预失效状态的开始是最初超过由图9B中表明的正常工作阀值线351的泄漏速率来指示的。
在常规操作过程中，一个色谱仪可以周期性地或偶然地被操作以便根据一个如参照图9A所讨论的程序来测量压力衰减。这些压力衰减测量可以被编程以规则的间隔自动发生。用此类数据，有可能根据之前所确定的模型数据(例如，曲线352)预测在一个泵的有效寿命中可能剩余多少次注入循环。一旦已经观察到该压力泄漏速率超过此种阀值，可以向使用者发出警告该泵正在接近它的有效寿命的结束并且应该尽快进行修理或替换。此类警告或警报可以在如图9B上表明的警告期w过程中传达。一旦该泄漏速率已经超过一个第二阀值，如图9B中的警告阀值线353表明的，该泵的工作可能不再满足规格并且该泵将很快经受在区域f处的完全失效。
图13是展示以上概念的一种用于色谱泵寿命监控和测试的方法的流程图。在方法470的第一步骤(图13)，即步骤452中，将一种已知溶剂或试剂抽取到一个注射泵中。总体上，一个注射泵包括一个机械驱动的活塞，该活塞被流体密封抵靠一个空心缸体并且在该空心缸体内移动，以便将液体抽取到该缸体的一个部分中或将该液体的至少一部分从该缸体中逐出。如果该泵的输出端被阻塞或者如果在将该泵输出端路由到的一个流体系统中存在阻塞，那么该活塞的小移动将导致该流体的压缩以及快速的压力增加。如果该泵的压力密封件是完美的，该注射泵活塞随后保持或维持在一个固定位置上应该对应于无压力变化。实际上，由于该密封件不是完美的，小的压力减少速率是正常的并且是所预期的。然而，当该注射泵活塞被维持在一个固定位置上时，随着连续的泵工作，这些密封件和不同机械部件中的磨损可能导致增加的速率或压力损失。此外，如果泄露存在，当该活塞移动时压力减少速率可能小于所预期的以便压缩该流体，其条件是该泵气缸中的流体的可压缩性是已知的。
因此，在方法470的步骤454(图13)中，将该流体流动路由到一个阻塞的路径。这个步骤可以，例如通过将一个阀配置在该泵输出端-如图3中展示的多端口选择阀9r附近来完成，以便将该泵输出端路由到一个堵塞的端口，如图2中示出的端口p1。因此，使用该阀以便将该泵流体连接到一个堵塞的端口。在下一个步骤，步骤456中，使得该泵活塞在一个方向上以一个预定速率移动，这压缩在该活塞与该插塞之间的流体。在步骤458中，停止压缩并且将该泵活塞维持或保持在一个固定位置上，同时监控优选该泵内的流体的压力减少。在下一个步骤，步骤482中，将减少速率与一个标准特征曲线如图9B中示出的特征曲线352进行比较，该标准特征曲线表明贯穿一个泵的寿命的泵的压力密封能力的预期行为。特征曲线352可以是例如从用与被测试的那个泵相同类型的一个或多个泵的先前经验预定的。在步骤484中，基于步骤482中做出的比较，确定该泵的估算的剩余有效寿命。如果该估算的剩余寿命(就时间或运行周期而言)小于某一阀值(步骤486)，那么视情况而定，提供一个通知或发出一个警报(步骤488)。
实例4-监控泵精确度
通常，一个注射泵的活塞的机械运动是通过一个机械地连接至该活塞的导螺杆控制的。因此，该泵的精确度，如由该泵的作用产生的流体流速的精确度确定的，取决于该导螺杆的螺距以及该导螺杆在其中移动的一个配对螺纹孔中的配对螺纹的螺距。同样，泵精确度随时间的恶化将至少部分受这些导螺杆螺纹和配对螺纹的磨损的影响。
如果在该泵的运行过程中连续测量一个注射泵室中的压力，以便产生通过一个流阻管(例如，图2中的阻力管6c)或具有恒定流体流动阻力的其他部件的一个恒定的标称流体流速，那么观察到该压力遵循一个模式，如图10的图400中所表明的。图10中示出的这两条曲线-曲线402和曲线404-代表在一个泵的两个单独运行过程中测量的泵室压力，以便将水以200μL/min的标称恒定流速泵送通过一个阻力管。观察到如此测量的压力变化周期性地变化，具有对应于该导螺杆经受一个单一旋转的时间的周期性。关于图10中绘出的数据，平均振荡压力波动是约总压力的百分之五，发现这对于一个新的泵是正常的。因为该流速经过几个循环后将接近一个一致的平均值，这个振荡压力特征曲线可以是可容许的，取决于使用者的需要。然而，一些应用可能要求流速和测量上的严格公差，如图10中示出的那些可以用于确定一个具体泵是否在公差内。此外，对于任何泵，可以监控该泵的工作寿命内ΔP的趋势，其中这个量上的任何增加用于预测什么时候这些泵机械零件上的磨损将要求泵维修或替换。
实例5-检测系统中的泄漏、气泡和阻塞
在检测注射泵中的泄漏或空气泡的背景下以上所讨论的压力监控技术还可以用于检测与一个LSMS系统相关的流体部件的问题。例如，如果在一个流体管线或其他部件中存在阻塞，那么所观察到的压力应该高于对于一个正常运行的清洁系统所预期的。另一方面，泄漏可以通过如下方式来检测：有意地阻塞或堵塞该LSMS系统的一个部件，对流体系统的在该泵与该有意的阻塞之间的部分进行加压，并且然后监控任何不寻常地高的压力减少。
为了识别造成一个问题的LCMS流体系统的一个具体部分，有必要将该系统的特定部分进行流体隔离。实现此类隔离的一种方式是通过将两柱式色谱盒40(图4B、图7A-7C)用一个仅用于系统测试目的的特定的测试盒替换。因为两柱式色谱盒40被设计为一个可替换的模块，所以该替换盒应该被设计为使得容易被交换为该含有柱的盒，并且允许该含有柱的盒的简单的重新插入。
图11A展示了具有一个第一柱7a和一个第二柱7b的两柱式色谱盒40。图11B示出了被设计为与盒40可交换的一个第一与测试相关的盒40b。在与测试相关的盒40b中，柱7a、7b用两个简单的管41替换，这两个简单的管被设计为允许不受限制的流动通过盒40b。通过使用与测试相关的盒40b，可以将流体路由通过整个LCMS系统以便检测任何阻塞。图11C展示了一个第二与测试相关的盒40c，该第二与测试相关的盒通过将第一柱7a替换为允许在流体管线6j与6k之间的不受限制流动的一个简单的管41并且将柱7b替换为一个或多个插塞42以便允许在流体管线6q与6h之间的流动而与两柱式盒40相关。这种配置允许隔离该流体系统的一部分(为了检测在该部分内的泄漏或气泡)，同时允许自由流动穿过其他区段。图11D展示了一个第三与测试相关的盒40d，该第三与测试相关的盒通过将色谱柱7a、7b两者替换为插塞和其他阻塞42而与两柱式盒40相关。
图11中展示的与测试相关的盒仅是几个实例。可以容易地设想到一种替代的盒配置，例如，其中允许在流体管线6q与6h之间的不受限制的流体流动，同时流体管线6j和6k之间的连接被堵塞或以其他方式被阻塞。还可以容易设想到在一个位置上包括一个色谱柱，另一个位置由一个管41或一个或多个插塞42占据的其他盒配置。
图12A是根据实例5中的讨论，一种用于监控或检测液相色谱系统中的泄漏的一般方法的流程图。图12A中展示的方法450a可以应用于泵的泄漏检测和监控，但更通常地还可以应用于贯穿整个流体系统的泄漏检测和监控。方法450a的步骤452-458是图13中示出的并且已经关于图13讨论的相同步骤。然而，在此应注意的是步骤454中涉及的“阻塞的路径”不必受限于一个泵的附近而可以被放置在该流体系统中的任何地方。因此，该阻塞的路径可以与该系统中任何地方的任何部件相关联，如一个阀或一个可插入和可移除的插塞、或一个可插入或可移除的盒等等，它们可以被配置为抑制流动穿过该阻塞。可以在该流体系统内的不同点依次使用多个此类的有意阻塞，以便隔离并且识别任何泄漏。在方法450a的步骤456中，该流体的压缩不仅可以发生在一个泵中，而且可以发生在该流体系统的一部分中。因此，可能必然要将一些流体从该泵逐出到该流体系统的该部分中。步骤458中的压力监控应该优选用与感兴趣的流体系统部分靠得很近的一个压力传感器来进行。如果，在决定步骤(步骤460)中，步骤458中确定的压力减少超过某一预定阀值，那么在步骤462中发出一个警报或给出一个通知。
图12B是根据本发明传授内容的一种用于监控或检测液相色谱系统中的泄漏的第二方法的流程图。图12B中展示的方法450b在某种程度上类似于方法450a(图12A)，但包括另外地提供监控一个LC系统内的多个流体路径、检测气泡、警告即将发生的泵失效以及至少部分隔离泄漏位置。方法450b的这些第一步骤-抽取一种已知溶剂或其他流体的步骤452和将流动路由到一个有意阻塞的路径的步骤454与方法450a中的相对应的步骤是相同的。然后，分别在步骤455和步骤457中，选择一个流体路径并且配置该系统-如通过配置一个或多个阀-以便将该泵输出端路由至选定的流体路径。在步骤459中，将该流体以一个预定流速泵送到该流体路径中，并同时测量该压力。
在方法450b的决定步骤461中，如果压力增加满足预期的压力增加特征曲线-也就是说，如果压力增加不小于从一个预定的特征曲线所预期的，在公差内-那么泵送在步骤465处继续进行。否则的话(如果该压力增加小于所预期的)，那么一个或多个空气或气泡或穴被解释为存在于该流体路径中并且这种状态的一个警告或通知在步骤463处提供。此时，该方法终止(步骤464a)，使得使用者或技术人员可以灌注该LC系统，在此之后，该方法可以从开头再次开始。
在将流体泵送到该选定的路径中的一段时间(步骤465)后，确定(步骤466)该选定的流体路径是否能够实现在一个规定时间内或在该泵活塞的规定的移动内的某一预定义的压力。如果没有，那么该泵管道系统或该阀密封件中的泄漏被解释为是存在的并且在步骤467中对这种影响做出警告或通知。如果确定该推测的泄漏不是在辅助泵管道部件中(步骤468)，那么可以在步骤469中做出一个阀密封件失效的通知或警告。此时，该方法终止(步骤464b)，使得使用者或技术人员可以进行任何必要的修理并且灌注该LC系统。在进行此类修理和灌注之后，该方法可以从开头再次开始。
如果在步骤466中确定该选定的流体路径能够实现该规定时间或活塞移动内的预定义压力，那么停止泵移动(步骤471)并且在某一预定的长度的时间对压力减少进行监控。如果该预定时间内的压力变化被表示为负量ΔP，那么该压力减量-即该压力减少的量-作为|ΔP|给出。这个压力减量是在步骤472中确定的，并且在步骤473中随后确定这个压力减量是否小于一个预定义的正常工作阀值。该正常工作阀值被这样定义，使得如果该压力减量小于这个阀值，那么该选定路径内的流体部件被推测为正常运行。
如果如上所定义的压力减量大于或等于该工作阀值，那么泄漏被推测存在于该路径的流体管路部件中或在该路径内的一个阀的阀密封件中。如果在步骤474中，确定-可能通过视觉检查-该LC管道系统中存在泄漏，那么该方法在步骤464b处终止。否则的话，如果该管道系统中不存在泄漏，那么确定(步骤476)该压力减量是否小于一个警告阀值。这个确定可以被认为是对任何阀密封件泄漏的严重性的测试。高于该正常工作阀值但低于该警告阀值(该警告阀值始终大于该正常工作阀值)的压力减量被解释为意味着阀密封件(虽然目前是仍可使用的)处于在不久的将来失效的危险中。在此种情况下，在步骤478中提供对这种影响的警告，在此之后，在步骤479中设置一个不同的流体路径。如果在步骤476中确定该压力减量大于或等于该警告阀值，那么阀密封件失效已经发生，并且在步骤477中提供对这种影响的通知并且该方法在步骤464b处终止。
如果已经确定(步骤474)该压力减量小于该正常工作阀值，执行方法450b(图12B)的步骤475。在步骤475中，该泵压力被减少至某一预定值，在此之后，在步骤479中可以选择一个不同的流体路径，使得可以从开头使用方法405b以测试该不同的路径。
图14中以流程图形式展示的方法500是之前所讨论的方法480(图13)和450a(图12A)的另一个总结。因此，尽管方法500的步骤452、454和458是如之前所描述的，但该方法包括一个新的步骤，步骤506，该步骤替代了之前所描述的步骤456。在步骤506中，在该压缩步骤的过程中监控压力以便产生一个压力特征曲线的第一区段(区段#1)。这与步骤458中所测量的减少压力特征曲线(区段#2)相组合以产生一个多区段的压力特征曲线。在步骤508中将所测量的多区段特征曲线与一个多区段的预期特征曲线，如图9A中展示的示意性特征曲线进行比较。如果所测量的多区段特征曲线不同于该预期特征曲线，在一个公差内(步骤510)，那么发出一个警报(步骤512)。例如，通过将该压缩步骤过程(即，区段#1)中的压力变化与预期值进行比较，可以检测一般流体系统内的空气或气泡。此类气泡将作为相对于预期特征曲线而言在压力增加上的初始延迟而观察到。原则上，可以在该流体系统内的不同点依次使用多个有意的阻塞，以便隔离并且识别任何被包括的空气或气泡的位置。
图15展示了根据本发明传授内容的另一种用于监控液相色谱系统的方法。方法550(图15)的第一步骤，步骤452是如之前所述的并且包括将一种已知溶剂或试剂抽取到一个泵中。在下一个步骤，步骤554中，将该流动路由通过一个无阻塞的流体路径或通过一个包括对于流体流动的已知低阻力的流体路径。在此背景下，一个“无阻塞的”路径是其中出于测试或监控目的，一个通常使用的流阻部件已经临时被一个简单的管或另外的开放导管替换，从而使得自由流动能够通过该管或导管以及该流体路径的下游部分的一个路径。例如，该替换管或导管可以替换一个或多个色谱柱以便允许自由流体流动通过并且超过该柱的标称位置。专用的与测试相关的盒40b和40c(图11B和11C)的管区段41是此类临时安装的开放管件的实例。该流体路由可以通过配置一个阀(如本文中之前已经描述的)来完成。
在方法550的步骤556(图15)中，选择一个具体的流体路径。然后在步骤558中，各种阀可以被配置为将该溶剂、试剂或其他流体路由到该选定的路径上。在步骤559中，该流体至少部分地从该泵被排出并且从而使得使用一个预定义或一个实时计算的流速流动通过该流体系统的低阻力元件或无阻塞路径(图步骤554中所提供的)，在此过程中实时监控流体压力。该累积的流体压力数据包括一个所测量的压力特征曲线，该所测量的压力特征曲线与步骤561中的一个预期压力特征曲线进行比较。可替代地，可以使用一个或多个单独的压力数据点(在某些时间)，代替一个完全的特征曲线。如果该所测量的特征曲线(或一个所测量的压力数据点的值)大于(在一个公差内)该预期的或指定的特征曲线或值(步骤561)，那么发出一个警报或提供其他通知(步骤562)：穿过该系统的至少一部分的流动被阻塞。整个程序可以用一个不同的选定路径来重复(步骤563)。该预期特征曲线取决于该已知溶剂的具体的流体特性。整个压力特征曲线或该压力特征曲线的任何部分可以用于进行决定步骤561中的比较。
实例6-实时压力压缩
使用图7A-7C中展示的LCMS系统配置，有可能的是压力失衡在总体系统的不同区域之间发展。实时压力监控和补偿可以用于重新平衡这些压力。以下所述的至少两个不同情景是可能的。
在一个第一压力补偿情景中，将一个流体系统的两个最初相互隔离的部分在不同的对应压力下进行最初加压。可能仅仅由于在与该第二部分相关联的一个第二泵运行时，与该第一部分相关联的一个泵是非活动的，这些不同的压力上升。还可能由于这两个部分中的不同的流体特性、不同的需要的流速或不同的固有流动阻力，这些不同的压力不同地上升。在这种情景中，出于将这些流体共混或混合的目的，这两个部分随后被流体连接。在这两个系统部分之间的流体连接可以由例如重新配置一个阀来实现。当这两个部分被流体互连时，常规系统将经受最初处于更高压力下的部分中的突然的压降。
为了防止不想要的压降发生在以上所述的情景中，可以使用根据本传授内容的并且在图16A中概述的以下步骤：(a)将与该更低压力部分(流体管线#1，出于识别目的)相关联的泵的输出端引导到一个堵塞的输出端(图16A中示出的方法600的步骤602)；(b)压缩该泵内的流体，同时监控该更高压力部分(流体管线#2)的压力，从而使该泵中的压力与流体管线#2中的压力匹配(步骤604)；将该泵的输出端引导到该流体管线#1以便增加流体管线#1内的压力(步骤606)；并且使流体管线#1和流体管线#2流体互连(步骤608)。将该泵输出端引导到一个堵塞的输出端的步骤602可以通过以下方法来进行：例如通过将一个适当的旋转阀9r(图2和7)旋转到由交叉影线所示的插塞位置之一，如图2中展示的插塞位置p1。
图16B是一种用于补偿两条流体管线中的压力差的方法的流程图，这两条流体管线用于在由一种具体的液相色谱方法指定的流速下的流体流动。在步骤652中，监控或测量流体管线#1和流体管线#2的压力。然后，在步骤654中，如由配置一个或多个互连阀将这两条流体管线互连。在步骤656中，基于在互连之前并且随流速变化的压力来计算一个或多个预期的最终平衡压力。在步骤658中，通过例如压缩这些泵内的流体抵住堵塞的输出端口将这些泵的目标压力设置在该预期平衡压力或对应的压力下。然后，在步骤659中，使用一种控制算法如众所周知的比例-积分-微分(PID)控制算法来控制这些流速以便达到该目标压力。最后，在步骤661中，将这些流速重新设置为有待由该系统进行的一种具体的液相色谱方法中指定的具体流速。
在另一个压力补偿情景中，可以使用压力补偿以便平衡一个装载泵子系统与一个洗脱泵子系统之间的压力差，该装载泵子系统可能被配置为类似于在图7A中所示的子系统200，该洗脱泵子系统可能被配置为类似于分别在图7B和图7C中示出的子系统250或子系统270。例如，如果柱7a(图4、5和7)是一个如以上所描述的柱，并且柱7b是一个分析柱，那么被从该装载泵系统引导到阀v1和柱7a中的流体将通常处于3-7MPa的标称工作压力下，并且被从该洗脱泵引导到阀v2中的流体将通常处于30-40MPa的标称工作压力下。
在许多系统中，并且如图5的中间图解所示的，阀系统45的旋转阀v2具有一个使得三个相邻端口能够被同时流体互连的内部结构。这个阀结构使得能够，例如，将来自流体管线6n和6s(分别来自该装载和洗脱子系统)的流体流动分开，以在阀v2和输出端中进行混合，作为一种混合物至流体管线6q。为了防止突然的压降和随后的不正确的流体流动，当该洗脱开始时，可以在一个运行的装载泵与来自该装载泵子系统和洗脱泵子系统的流体路径会聚的点之间的流体系统中提供一个止回阀(未示出)。该止回阀将不工作以便允许来自该装载泵系统的流动直到该压力被均衡。然后，阀v2配置为用于洗脱，由该装载泵施加的压力尽可能快地渐变直到相等的压力存在于该止回阀的两侧。
实例7-预压缩和预加压
使用图7A-7C中展示的LCMS系统配置，偶然必要地在将流体流动引导穿过一个色谱柱之前-执行一个预压缩步骤-以便使该流体压力渐变高达一个标称操作压力用于使用该柱的应用。在将分析物装载到一个柱(以上所描述的)上的情况下，作为一种色谱方法的一部分，该标称操作压力和流速通常由使用者来指定。然而，因为该柱的行为，该柱中的流体需要某一流通时间来达到正确的压力。作为这种行为的结果，样品进入该柱的初始流动可能不在该使用者指定的压力下发生。因此，在进行该使用者方法的第一步骤(步骤1)之前，用于装载该柱的一个泵的压力可以首先被引导到一个堵塞的端口。在该泵输出端如此配置的情况下，在将该样品引导到该柱中之前，该泵中的流体压缩以便最初渐变高达该泵压力。进行这个预加压步骤允许整个样品装置步骤(或其他流通步骤，取决于柱的类型)在该正确的压力下进行。
实例8-组合的流体监控和泵诊断
在图17中以流程图形式展示的方法700将流体监控和泵诊断信息的产生两者进行组合。在方法700(图17)的第一步骤，步骤702中，将一种已知溶剂或试剂抽取到一个注射泵中。在步骤704中，将该流体流动路由到一个堵塞的输出端口，如例如在该泵附近的多端口旋转选择阀的一个端口。在步骤706中，使得该泵活塞在一个方向上以一个预定速率移动，这压缩在该活塞与该插塞之间的流体。
在方法700的决定步骤708中，如果压力增加满足预期的压力增加特征曲线-也就是说，如果压力增加不小于从一个预定的特征曲线所预期的，在一个公差内-那么泵送在步骤714处继续进行。否则(如果该压力增加小于所预期的)，那么一个或多个空气或气泡或穴被解释为存在于该流体路径中并且这种状态的一个警告或通知在步骤710处提供。此时，该方法终止(步骤712)，使得使用者或技术人员可以灌注该LC系统，在此之后，该方法可以从开头再次开始。
在继续压缩(步骤714)一段时间之后，确定(在步骤716中)该泵是否能够实现某一预定义的压力。如果没有，那么该泵管道系统或该泵(例如，阀密封件或活塞)中的泄漏被解释为是存在的并且在步骤718中对这种影响做出警告或通知。如果确定该推测的泄漏不是在辅助泵管道部件(步骤720)中，那么可以在步骤722中做出一个泵活塞或阀密封件失效的通知或警告。此时，该方法终止(步骤724)，使得使用者或技术人员可以做出任何必要的修理并且灌注该LC系统。在进行此类修理和灌注之后，该方法可以从开头再次开始。
如果已经获得该预定义的压力，那么使用实现该预定义压力所要求的活塞移动的量在726中计算溶剂可压缩性。如果该可压缩性不是如对于一种推测的溶剂或其他流体所预期的，那么在步骤730中提供一个错误溶剂的警告并且该方法终止。然而，如果确定该可压缩性是如所预期的，在一个公差内，那么停止泵移动(步骤732)并且在某一预定长度的时间对压力减少进行监控。压力减量|ΔP|是在步骤734中确定的，并且在步骤736中随后确定这个压力减量是否小于一个预定义的正常工作阀值。该正常工作阀值被这样定义，使得如果该压力减量小于这个阀值，那么该泵和任何相关联的部件被推测为正常运行。如果如在步骤734中计算的压力减量大于或等于该工作阀值，那么泄漏被推测为存在于该泵或相关联的部件中。如果在步骤738中进一步确定该压力减量大于或等于该警告阀值，那么失效已经发生在该泵或一个相关联的部件中，并且在步骤742中提供对这种影响的通知。(应指出，该警告阀值始终大于该正常工作阀值。)在步骤742中提供该通知之后，该方法在步骤744处终止，使得该泵可以被修理或替换并且该系统被重新灌注。
如在步骤736中所确定的高于该正常工作阀值但如由步骤738中所确定的低于该警告阀值的压力减量被解释为意味着一个泵组件如一个活塞、或一个相关部件如一个阀密封件(虽然目前是仍可使用的)处于在不久的将来失效的危险中。在此种情况下，在步骤740中提供对这种影响的警告，在此之后，进入步骤746。
如果确定该压力减量低于该警告阀值，则执行步骤746。在步骤746中，将该压力减少至某一预定的值。然后，在步骤748中，该流动被路由至具有一个恒定的流体流动阻力的一个路径，并且使得在步骤750中以一个预定的流速流动，同时监控压力。在步骤752中，使用一个平均监控的压力来计算该流体的黏度。如果确定(步骤760)该流体黏度不是如对于一种推测的流体所预期的，那么在步骤762中提供一个错误溶剂的警告或通知并且该方法终止。然而，如果该计算的黏度是如所预期的，在一个公差内，那么使用步骤750中监控的压力变化来确定(在步骤754中)对比时间或活塞移动的一个压力波动。例如，该压力波动可以类似于图10中示出的周期性曲线402和404。在此情况下，该波动的范围可以被确定为该平均或可能最大的峰到峰压力变化或为该波动的一个标准偏差或者可以按某一其他方式来确定。不管表征该范围的方法如何，大于某一预定范围阀值的一个范围，如在步骤756中确定的，被认为是可移动的泵零件中的过量机械磨损的指示。因此，大于该阀值的一个波动范围(步骤756)将导致在步骤758中提供一个机械磨损警告或通知，之后，该方法在步骤744处终止，使得该泵可以被修理或替换并且该系统被重新灌注。
以上给出的某些实例中的所有泵诊断方法和系统诊断方法可以在没有样品的色谱分离在运行的某些专用的系统测试时间下进行。然而，因为许多液相色谱方法必然要求预压缩和压力渐变，当运行不同的、使用者指定的液相色谱方法时，该系统监控可以被内置并且可以自动发生。
已披露一种改进的液相色谱系统。有利地，根据本发明传授内容的一个系统可以用于自动样品制备和分析系统中，如在2011年10月28日提交的并且通过引用以其全部内容结合在此的标题为“用于样品制备和分析的自动化系统(Automated System for SamplePreparation and Analysis)”的一个共同待决的国际(PCT)专利申请(代理人案号TFS-13AWO；申请号PCT/US11/58452)中。在各种实施例中，该自动化样品制备和分析系统包括：一个样品制备系统，用于制备各种样品；以及一个样品分析系统，该样品分析系统可以包括一个液相色谱质谱联用仪(“LCMS”)，该液相色谱质谱联用仪用于根据所选分析物化验来分析这些制备好的样品。该样品制备系统和该样品分析系统以一种自动化方式互连。该自动化样品制备和分析系统被设计成大体上以最低程度的操作人员干涉或维护来工作，并且包括至少一个控制器，该控制器尤其用于控制多种阀配置以及任选地监控多个操作和仪器情况。由于仪器的自动化性质，因此，有利地是，该自动化系统能够监控自身的配置和工作状态，并且在该系统检测到任何可能的问题时向操作人员发出警报。根据本发明传授内容的一种用于液相色谱法的系统可以辅助这些功能。
本申请中所包括的论述是旨在用作基本的说明。尽管已经根据所显示和描述的不同实施例对本发明进行了说明，但本领域普通技术人员将容易认识到，可以存在对这些实施例的变更，并且这些变更将是在本发明的精神和范围之内的。读者应意识到，该具体的论述可能没有明确地描述所有可能的实施例；许多替代方案是隐含的。例如，容易设想到在此流程图中提供的不同步骤子集可以与来自不同流程图的步骤子集相组合以获得扩充的或杂化的方法。因此，在不脱离本发明的精神、范围和本质的情况下，本领域普通技术人员可以做出许多改变。描述和术语均不旨在限制本发明的范围。所有专利申请披露内容、专利申请公开或其他公开特此通过引用明确地结合在此(如同在此完全地阐述)。

Claims (18)

1.一种用于监控液相色谱系统的流体系统的方法，该流体系统包括具有活塞的注射泵、多端口阀、在其中具有已知流体的容器，其中所述多端口阀具有被配置为在操作中向所述注射泵传递流体并且从其接收流体的端口，该方法的特征在于：
(a)将该流体从该容器抽取到该注射泵中；
(b)配置该多端口阀，以便在第一阀配置中将该注射泵流体连接到该多端口阀的多个输出端口的一个输出端口上，所述多个输出端口被连接到通过该流体系统的对应流体路径上，或在第二阀配置中将该注射泵流体连接到被插塞的端口以防止流体流动穿过所述被插塞的端口；
(c)使得该注射泵的活塞在一个方向上以一个预定速率移动以便如果所述多端口阀在所述第二阀配置中，逐渐地压缩位于其中的流体同时测量流体的压力，或如果所述多端口阀在所述第一阀配置中，将该流体逐出到该流体路径上，同时测量该流体的压力；
(d)确定这个所测量的压力对于使得该活塞移动的时间而变化的特征曲线；
(e)将该确定的特征曲线与一个取决于该流体的预期特征曲线进行比较；并且
(f)如果该确定的特征曲线从该预期特征曲线变化大于一个预定的公差，则提供一个低于最佳运行状态或故障的通知，
其中该提供通知的步骤(f)包括如果相对于该预期特征曲线，该确定的压力特征曲线包括压力增加上的延迟，则提供空气或气泡存在于该流体系统内的通知。
2.如权利要求1所述的方法，其中配置该阀的步骤(b)包括配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到一个流体路径上，该流体路径在其中具有一个有意的流动阻塞，该有意的流动阻塞防止流动通过该流体系统超过该有意的流动阻塞。
3.如权利要求2所述的方法，其中该有意的流动阻塞被提供在该流体系统内的一个色谱柱的一个标称位置上。
4.如权利要求2所述的方法，其中该有意的流动阻塞被提供在一个盒中，该盒被安置在该流体系统内在一个承载两柱的盒的标称位置上并且与该承载两柱的盒是可互换的。
5.如权利要求1所述的方法，其中
配置该阀的步骤(b)包括配置该阀以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到一个具有对流体流动的已知阻力的流体路径上，并且
其中将该确定的特征曲线与一个预期特征曲线进行比较的步骤(e)包括将该确定的特征曲线与一个振荡特征曲线进行对比，所述特征曲线的振荡与该注射泵内的机械运动相关联。
6.如权利要求1所述的方法，其特征进一步在于：
(g)使得该注射泵的活塞保持在一个固定位置上，同时测量该流体的压力；
(h)当该活塞位于该固定位置上时确定所测量的压力的减少速率；
(i)将该确定的压力减少速率与一个将压力减少速率与剩余的泵寿命相关联的模型进行比较；并且
(j)基于该比较提供对剩余的泵寿命的预测。
7.如权利要求1所述的方法，其特征进一步在于：
(g)使得该注射泵的活塞保持在一个固定位置上，同时测量该流体的压力；
(h)当该活塞位于该固定位置上时确定所测量的压力的减少速率；
(i)将该确定的压力减少速率与一个将压力减少速率与剩余的泵寿命相关联的模型进行比较；并且
(j)基于该比较提供该泵应该被替换或维护的警告。
8.如权利要求1所述的方法，其中
配置该阀的步骤(b)包括配置该阀以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到一个包括色谱柱的标称位置的流体路径上，其中该柱被一段空管代替，并且
其中该提供通知的步骤(f)包括如果该确定的压力特征曲线包括超过一个预期压力增加大于该预定的公差的压力增加，则提供该流体路径被阻塞的通知。
9.如权利要求8所述的方法，其中该段空管被提供在一个盒中，该盒被安置在该流体系统内在一个承载两柱的盒的标称位置上并且与该承载两柱的盒是可互换的。
10.一种用于平衡在液相色谱系统的流体系统的一个第一部分与一个第二部分之间的流体压力的方法，其中该第二部分最初处于比该第一部分更高的流体压力下，所述流体系统的第一部分包括第一色谱柱并且所述流体系统的第二部分包括第二色谱柱，该液相色谱系统包括一个可以使该第一和第二流体系统部分流体互相连接或互相隔离的连接系统、一个第一注射泵、一个被流体连接到该第一注射泵并且到该流体系统的第一部分上的选择阀、一个被流体连接到该流体系统的第二部分上的第二注射泵、一个被配置为测量该第一注射泵内的压力的第一压力传感器和一个被配置为测量该流体系统内的压力的第二压力传感器，该方法的特征在于：
(a)配置该选择阀，以便将该第一注射泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到阻止流体流动穿过所述端口的一个插塞上；
(b)压缩该第一注射泵内的流体，使得该第一压力传感器的读数匹配该第二压力传感器的读数；
(c)配置该选择阀，以便将该第一注射泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到该流体系统的第一部分上；并且
(d)使用该连接系统将该流体系统的第一部分与第二部分流体互连。
11.如权利要求10所述的方法，其中该流体连接包括一个安置在该流体系统的第一部分内的单向止回阀和一个混合用三通连接器。
12.如权利要求10所述的方法，其中该流体连接包括一个安置在该流体系统的第一部分内的单向止回阀和一个多端口的旋转阀。
13.如权利要求10所述的方法，其中该流体系统的第一部分包括一个装载柱的子系统并且该流体系统的第二部分包括一个洗脱子系统。
14.如权利要求10所述的方法，其中该第一色谱柱包括一个具有3-7MPa的标称工作压力的净化柱，并且该第二色谱柱包括一个具有30-40MPa的标称工作压力的分析柱。
15.一种用于监控液相色谱系统的流体系统内存在的漏泄的方法，该液相色谱系统包括一个阀、一个在其中具有一种已知流体的容器、具有一个活塞的一个注射泵、以及一个压力传感器，其中该注射泵被流体连接到该阀上，该方法的特征在于：
(a)将该流体从该容器抽取到该注射泵中；
(b)配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到该流体系统的一个在其中具有一个有意的流动阻塞的流体路径上或到防止流体流动穿过所述端口的一个插塞上；
(c)使得该注射泵的活塞在一个方向上以一个预定速率移动以便增加位于其中的或该流体路径内的流体的压力，同时测量该流体的压力；
(d)确定这个所测量的压力对于使得该活塞移动的时间而变化的特征曲线；
(e)将该确定的特征曲线与取决于该流体的预期特征曲线进行比较；并且
(f)如果该确定的特征曲线从该预期特征曲线变化大于预定的公差，则提供低于最佳运行状态或故障的通知；
其中该提供通知的步骤(f)包括如果相对于该预期特征曲线，该确定的压力特征曲线包括压力增加上的延迟，则提供空气或气泡存在于该流体系统内的通知。
16.一种如权利要求15所述的方法，其中配置该阀的步骤(b)包括配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到该流体系统的一个流体路径上，该流体路径在其中具有一个有意的流动阻塞，该有意的流动阻塞被提供在该流动系统内的色谱柱的一个标称位置上。
17.一种如权利要求15所述的方法，其中配置该阀的步骤(b)包括配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到该流体系统的一个流体路径上，该流体路径在其中具有一个有意的流动阻塞，该有意的流动阻塞被提供在一个盒中，该盒被安置在该流体系统内在一个承载两柱的盒的标称位置上并且与该承载两柱的盒是可互换的。
18.一种如权利要求15所述的方法，其中配置该阀的步骤(b)包括配置该阀，以便将该泵流体连接到该阀的一个端口上，这个端口被连接到阻止流体流动穿过所述端口的一个插塞上，并且该方法的特征进一步在于：
(g)将该确定的压力减少速率与一个将压力减少速率与剩余的泵寿命相关联的模型进行比较；并且
(h)基于该比较提供对剩余的泵寿命的预测。
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