CN104285145A - 采用受控压力的二维流体分离 - Google Patents

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Abstract

一种用于分离流体样本的样本分离装置(200)，所述样本分离装置(200)包括：第一分离单元(204)，用于分离流体样本；第一流体驱动器202)，被配置为用于引导流体样本以通过所述第一分离单元(204)而被分离；第二分离单元208)，布置在所述第一分离单元204)的下游，并用于进一步分离由所述第一分离单元(204)处理后的流体样本；第二流体驱动器(206)，被配置为至少一部分地引导由所述第一分离单元(204)处理后的流体样本通过所述第二分离单元208)；具有流体接[21(222、224、226、228)的流体阀(218)，流体地耦合到所述第一流体驱动器202)和所述第二流体驱动器(206)，并且可切换以执行流体样本的分离；其中所述样本分离装置(200)被配置为用于将预定位置处的压力调整为预定值，其中所述预定位置在所述第一分离单元204)的出I](270)和所述第二分离单元208)的入(272)之间的流体路径中或与该流体路径流体连通。

Description

采用受控压力的二维流体分离
技术领域
本发明涉及样本分离系统。
背景技术
在液相色谱法中，流体样本和洗脱剂(液体流动相)可通过导管和柱进行泵送，在柱中发生样本组分的分离。该柱可包括能够分离流体分析物的不同组分的材料。该填充材料(即所谓的颗粒，可包括硅胶)可被填充到柱形管中，该柱形管可通过导管连接到其他元件，例如，采样器、检测器。
流动相的组成可通过从具有各种贡献量的不同的流体组分来组成流动相而进行调整，即所谓的梯度模式。HPLC系统经常在这样的梯度模式下操作，其中，例如对于反相色谱法，有机内容随时间成斜面，或者对于离子交换色谱法，含盐量随时间成斜面。尤其在肽和蛋白质分析中，大多数应用是基于水/乙腈梯度。用于运行限定的分析过程的分析协议被称为“方法”。在用于梯度分离的分析协议中(或方法)中，梯度通常被定义为组分随时间改变而流速保持恒定的程序。所谓的保留时间是在梯度运行中，将被分离的流体样本的某个组分穿过分离柱的传输所需的时间。
保留时间的概念的替换选择被称为，例如，保留体积的概念。特别地，WO 2009/062538 A1公开了在高效液相色谱系统中，流动相的流速可以不是恒定的，并且可基于系统中控制值的变化而变化，其中，流动相被驱动通过固定相以分离包含在流动相中的流体样本的组分。WO2009/062538 A1包括确定(例如，通过考虑预测的、测量的或获得的流信息的适当的分析单元)保留体积的值，该保留体积的值表示至少通过分离设备来洗脱流体样本的各化合物所需的流动相的这种体积。然后流动相驱动基于传递到系统中的该体积的确定值(例如，通过适当的控制单元)来操作。这利用了保留体积的概念，而不是保留时间的概念。
流体样本的二维分离表示这样的分离技术：在第一分离单元中的第一分离程序被执行以将流体样本分离为多个级分，并且在第二分离单元中的后面的第二分离程序被执行来进一步将多个级分中的至少一个分离为子级分。二维液相色谱法(2D LC)可结合两个液相色谱分离技术，并且沿两个正交时间轴绘出检测事件的时间相关性。
发明内容
本发明的一个目的是提供有效操作的样本分离装置。该目的由独立权利要求解决。进一步的实施例由从属权利要求示出。
根据本发明的示例性实施例，提供了用于分离流体样本的样本分离装置，所述样本分离装置包括：第一分离单元，所述第一分离单元用于分离流体样本；第一流体驱动器，所述第一流体驱动器被配置为用于引导流体样本通过所述第一分离单元而被分离；第二分离单元，所述第二分离单元布置在所述第一分离单元的下游，并进一步分离由所述第一分离单元处理后的流体样本的至少一部分(例如，流体样本的级分或其成分，或其至少一部分)；第二流体驱动器，所述第二流体驱动器被配置为至少部分地引导由所述第一分离单元处理后的流体样本通过所述第二分离单元；具有流体接口的流体阀，所述流体阀流体地耦合到所述第一流体驱动器，特别是通过所述第一分离单元流体地耦合到所述第一流体驱动器，并且流体地耦合到所述第二流体驱动器，并且能够切换以执行流体样本的分离；其中所述样本分离装置被配置为用于将预定位置处的压力调整为预定值，其中所述预定位置在所述第一分离单元的出口和所述第二分离单元的入口之间的流体路径中或与该流体路径(特别是直接的，即，在二者之间没有流体阻抗的)流体连通。这两个分离单元可彼此直接地流体连接(从而流体样本可以在同一流体样本的至少一部分被泵送通过所述第二分离单元之前，首先被泵送通过所述第一分离单元)。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了分离样本流体的方法，其中所述方法包括：通过第一流体驱动器来引导流体样本通过第一分离单元而被分离；引导由所述第一分离单元处理后的流体样本通过所述第一分离单元下游的第二分离单元；切换流体地耦合到所述第一流体驱动器和第二流体驱动器的具有流体接口的流体阀(影响供应到所述第二分离单元之前的流体样本的至少一部分)，以执行流体样本的分离；并且将预定位置处的压力调整为预定值，其中所述预定位置位于所述第一分离单元的出口和所述第二分离单元的入口之间的流体路径中，或与该流体路径流体连通。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种软件程序或产品，优选地存储在数据载体上，所述软件程序或产品用于当运行在数据处理系统(例如，计算机)上时，控制或执行具有上述特征的方法。
本发明的实施例可以由一个或多个适合的软件程序部分地或全部地实现或支持，该软件程序可以被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，并且可以在任意适合的数据处理单元中执行，或由任意适合的数据处理单元执行。软件程序或例行程序可优选地应用于流体分离控制的环境中。根据本发明的实施例的流体分离控制方案可用以下方式执行或协助：通过计算机程序，即，通过软件；或通过使用一个或多个专用电子优化电路，即，在硬件中；或以混合形式，即，通过软件组件和硬件组件。
在本申请的上下文中，术语“流体样本”可以特别表示要分析的任意液态和/或气态介质，可选地还包括固体颗粒。这样的流体样本可包括要被分离的分子或粒子的多个级分，例如诸如蛋白质的生物分子。因为将流体样本分离为级分涉及根据其执行分离的一定的分离标准(例如，质量、体积、化学特性等等)，每个经分离的级分可以进一步被另一分离标准(例如，质量、体积、化学特性等等)进行分离或由第一分离标准更精细地进行分离，从而将分离的级分分裂或分离为多个子级分。
在本申请的上下文中，术语“级分”可以特别表示流体样本的这样一组分子或粒子，其具有某个共同特性(例如，质量、电荷、体积、化学特性或相互作用等等)，根据该共同特性已执行分离。但是，关于一个级分的分子或粒子可能仍然具有一些程度的异质性，即，可根据另一分离标准进一步分离。术语“级分”还可表示包含上述分子组的溶剂的一部分。
在本申请的上下文中，术语“子级分”可以特别表示全部关于某一级分、而彼此在某一特性(例如，质量、体积、化学特性等等)上不同的各组的分子或粒子。因此，对第二分离应用与第一分离的分离标准相比的另一分离标准允许这些组通过应用另一分离标准而进一步彼此分离，从而获得进一步分离的子级分。术语“子级分”还可表示包含上述各个分子组的溶剂的一部分。
在本申请的上下文中，术语“下游”可以特别表示位于相比于另一流体部件的下游的流体部件将只能在流体样本与另一流体部件相互作用之后，才与流体样本相互作用(因此另一部件被布置在上游)。因此，术语“下游”和“上游”涉及流体样本的流动方向。术语“下游”和“上游”还可涉及在处于下游-上游关系中的两个部件之间的流体流的优选方向。
在本申请的上下文中，术语“样本分离装置”可以特别表示通过应用一定的分离技术能够分离流体样本的不同级分的任意装置。特别地，当样本分离装置被配置为二维分离时，可在这样的样本分离装置中提供两个分离单元。这意味着样本首先根据第一分离标准进行分离，并且由第一分离生成的级分中的至少一个或一些级分随后根据第二且不同的分离标准进行分离或根据第一分离标准进行更精细的分离。
术语“分离单元”可以特别表示流体样本传输通过的流体部件，该流体部件被配置为在引导流体样本通过分离单元时，流体样本将被分离为不同组的分子或粒子(分别称为级分或子级分)。分离单元的示例是能够捕获或阻滞并且选择性地释放流体样本的不同级分的液相色谱柱。
在本申请的上下文中，术语“流体驱动器”可以特别表示配置为用于沿流体路径引导流动相和/或流体样本的任意种类的泵。相应的液体供应系统可被配置为用于单个液体或两个或两个以上液体以受控的比例进行传递，并且用于供应生成的混合物作为流动相。可提供多个溶剂供应线路和配比阀，每个溶剂供应线路与包含相应液体的相应储液器流体地连接，配比阀位于溶剂供应线路和流体驱动器的入口之间，配比阀被配置为用于通过顺序地将溶剂供应线路中选定的溶剂供应线路与流体驱动器的入口耦合来调整溶剂组成，其中流体驱动器被配置为用于从选定的溶剂供应线路中摄入液体，并且用于在其出口处供应液体的混合物。更特别地，第一流体驱动器可被配置为引导流体样本(通常与流动相(溶剂组成)的流混合或注入到流动相的流中)通过第一分离单元，而第二流体驱动器可被配置为引导由被第一分离单元处理后的流体样本的级分(通常与另一流动相(溶剂组成)混合)通过第二分离单元。
在本申请的上下文中，术语“流耦合器”可以特别表示能够将来自两个流体入口端的流体组件统一为一个公用流体出口端的流体组件。例如，分叉流路可被提供，在分叉流路中，流向分叉点的两个流体流被统一为一起流过流体出口端。在流体入口端和流体出口端被流体地连接的分叉点处，流体可基于实际压力条件从任意源端流到任意目的地端，从而实现某种平衡。流耦合器可作为流结合器，该流结合器用于将来自两个流体入口端的流动流相结合，进一步流到流体出口端。流耦合器可提供各流体端和相连接的导管之间的永久的(或选择性的)流体连通，从而实现这些导管之间的压力平衡。在某些实施例中，流耦合器也可作为流分离器。
在本申请的上下文中，术语“流体阀”可以特别表示具有流体接口的流体组件，其中当切换流体阀时，流体接口中选择的流体接口可选择性地彼此耦合以便允许流体沿相应的流体路径流动，或可彼此解耦合，从而不能进行流体连通。
在本申请的上下文中，术语“流体入口端”和“流体出口端”可以特别表示在流体通过设备的一般流动方向中，流体将通过流体入口端中的至少一个被引导流向流耦合器，并且从流耦合器流向流体出口端。但是，该术语(至少暂时地)不排除其他流动方向，例如，为了压力平衡的目的，流体流例如从流体入口端中的一个经由流结合器流入另一个中。以类似方式，该术语也不排除在某一操作模式中，也可能暂时存在从流体出口端到流体入口端中的至少一个的回流。
根据本发明的示例性实施例，提供了二维样本分离系统，该二维样本分离系统在两个分离单元之间的流体系统部分中在受控的(特别是随时间恒定或基本恒定的)压力下进行操作。特别地，通过在该部分中的至少一个位置处(最好在整个部分)保持压力恒定，可以在预定压力值下操作一个或两个分离单元。应该记住的是，因为可应用于全2D-LC的陡峭梯度，因此黏性可能有非常频繁和快速的变化，这是系统的或不可避免的压力动态，该压力动态可通过本发明的实施例抑制甚至消除。因此，作用于分离单元上的机械压力可被预测，可复制，并且甚至可保持恒定，从而分离单元可保持在样本分离系统中而不需要维护或者改变的寿命可以大大提高。本发明的实施例基于对以下情况的考虑：与传统方法相反，不严格要求在样本分离过程中保持通过流体供应单元和分离单元的流速恒定。与传统方法相反，本发明的示例性实施例允许改变该流速，但将沿样本分离路径的压力作为可控制的参数，该可控制的参数可被设置为预定值或甚至是恒定值。相应的样本分离控制方案被本发明的实施例应用到二维样本分离体系结构，在该二维样本分离体系结构中，流体样本首先通过应用第一分离标准被分离为级分，随后每个经分离的级分可通过应用不同的第二分离标准进一步被分离为子级分。
下面将说明样本分离系统的进一步的示例性实施例。但是，这些实施例也应用于该方法和该软件程序或产品。
在实施例中，样本分离装置被配置为用于将该位置处的压力调整为恒定值，即，随时间保持恒定的目标压力值。因此，控制设备等可将该位置处(更优选的是在两个分离单元之间的整个流体路径中(可选地还包括分离单元本身))的压力向着不随时间变化的恒定值而进行控制。第一D柱将在其末端看到稳定的压力级别。因此第一D分离未被干扰。但是内部压力也将保持恒定(低动态的)，即使该内部压力处于很高的级别。第二D柱将在其入口处看到稳定的压力，因此内部压力将保持恒定(低动态的)，即使该内部压力向其末端逐渐降低。通过防止在流体组件(例如，分离柱)上的突然压力脉冲或压力冲击，可以减少在流体系统的相应位置处或相应部分内的流体组件的劣化或损坏。
在实施例中，第二流体驱动器是可控制的以将该位置处的压力调整为预定(特别是恒定)值。在该实施例中，第二流体供应单元(即，只向第二分离单元提供流体流的泵)的控制可被配置为使得保持至少在该位置处或整个部分的预定压力的标准被满足。结果证明，控制第二泵的要求的流值以进行精确的压力调整是简单且有效的。或者，驱动转矩可被调整，从而导致相应的压力等级。
在实施例中，第二流体驱动器是可控制的以将该位置处的压力调整为遵循预定过程。该预定过程可以是任意想要的函数、关系或由参数集限定的其他过程，并且限定了在时间上压力需要精确遵循的轨迹。可通过控制第二流体驱动器的流速来调整预定位置处的压力。
在实施例中，第二流体驱动器是可控制的以将该位置处的流速调整为先前校准的值。因此，不仅压力可以是受控参数，还可以将流速设定为限定的值，或还可以将流速设置为遵循预定的时间相关性，导致压力遵循预测的或计划的轨迹，特别是压力保持恒定。
在实施例中，第一流体驱动器和第二流体驱动器中的至少一个是可控制的以将该位置处的流速与由第一流体驱动器生成的流速之间的比值调整为预定值，特别是恒定值，更特别是遵循预定过程，然而第一流体驱动器是向第一(上游)分离单元提供流的驱动器。这然后可允许即使在流体系统的部分或组件的限制值变化的情况下，仍保持流体结合处的流动相的稀释可重复(特别是恒定)。
在实施例中，即使当流动相的组成由第二流体驱动器的梯度程序控制时，预定位置处的压力也可进行调整，该梯度程序将改变流过第二分离单元的流体的黏性。因此，控制逻辑可预测和/或考虑该影响，并且可以对其进行补偿。该预测可由关于基于流动相组成的溶剂特性和产生的黏性的存储的信息来支持。或者，该预测可产生于探测运行中记录观察的值。
在实施例中，通过第二流体驱动器的流速是可控制的以将该位置处的压力调整为预定值。流速可以是每个事件间隔内由第二流体驱动器传递的流体体积。在该实施例中，改变的参数是流速，并且由于流速的调整而向目标值调整的参数是压力。
在实施例中，样本分离装置被配置为用于基于表示该位置处的实际压力值的传感器值将该位置处的压力调节为预定值。为此，至少一个压力传感器或压力确定单元可位于样本分离单元之间的流体路径中的位置处以感知实际压力值，样本分离单元与这样的位置流体连通。因此，反馈控制回路可被实现以测量想要的位置处的压力值，或测量与该位置流体连通的位置处的压力值以获得该位置处的压力的实际值。因此，在传感器器指示实际或真实压力偏离预定目标值的情况下，样本分离装置或其组件(特别是第二流体供应单元)可被不同地控制以使该位置处的压力从实际值调整到实际目标值。这种传感器可以是压力传感器、流传感器、温度传感器、密度传感器、偏转传感器或能够获得压力信息的任意其他种类的传感器。
在实施例中，样本分离装置被配置为用于将位于流体阀下游的位置处的压力调整为预定值。因此，在该实施例中，压力受控的位置位于流体阀下游，该流体阀又位于第二分离单元的上游。因此，在分离单元中可确保入口压力保持恒定或至少为限定值，从而特别保护了第二分离单元不会由于压力随时间强烈且周期/频繁的变化而劣化。但是，还可能该位置位于流体阀的上游，只要其位于第一分离单元的下游。
在替换实施例中，样本分离装置被配置为将位于第二流体驱动器的出口或下游的位置处的压力调整为预定值。例如，压力传感器可位于该出口位置处，并且第二流体阀的操作(和/或第一流体驱动器和/或流体阀和/或任意其他流体组件的操作)可被改变为将测量位置处的压力保持在恒定或时间相关的目标值。
在实施例中，样本分离装置被配置为用于将第一分离单元和第二分离单元之间的整个部分中的压力调整为预定值。因此，对至少一个流体供应单元和/或流体阀的相应控制，不仅可使某个位置保持在预定的(特别是恒定的)压力值，而且特别地，第一分离单元的出口和第二分离单元的入口之间的整个流体路径可在这些明确限定的条件下进行操作。因此，沿该流体路径或连接到该流体路径的所有流体部件可防止由于压力条件的剧烈变化或不充分控制而导致的劣化。
在实施例中，样本分离装置被配置为用于根据基于体积的控制方案来分离流体样本，该基于体积的控制方案通过控制流过分离单元中的至少一个的流体的运行体积来执行，而样本分离的评估是根据从分离单元的至少一个中释放流体样本的级分所需的保留体积而执行的。因此，操作可基于样本分离方案的两维中的一维或特别是两维，的保留体积(而非保留时间)的控制。这可包括(例如，通过适当的分析单元，该分析单元考虑预测的、测量的或获得的流信息)确定表示从分离开始、运行开始或分析过程中的任意其他参考点以来，被传递到分离单元中或被传递通过分离单元的流动相的体积的相应的传递体积的值。在该优选实施例中，二维样本分离装置根据基于体积的控制方案进行操作。与传统方法不同，这样的实施例不需要流速必须保持恒定，并且不依赖作为分离过程的轴的保留时间，而与传统方法不同，该实施例根据从相应的分离单元中释放流体样本的级分所需的流动相的体积，来记录或登记从分离柱中释放流体样本的级分或子级分。应用基于体积的操作模式使得可在一个或两个分离单元处、在恒定压力下对系统进行操作，从而保护这些单元不受由于强烈的压力变化而导致的机械压力。
在实施例中，样本分离装置被配置为用于通过改变通过第一流体驱动器和第二流体驱动器中的至少一个的流速来分离流体样本。通过采用这种方法，压力可在第一分离单元的出口和第二分离单元的入口之间的流体路径中的某位置处或甚至在其至少子部分上保持恒定，这保护了沿该路径的一个或多个流体设备。
当样本分离系统是液相色谱系统(例如，HPLC)时，第一分离单元和/或第二分离单元可以是液相色谱柱。
在实施例中，第一分离单元被布置在第一流体驱动器(特别是在其下游)和流体阀的相应流体接口(特别是在其上游)之间。因此，第一流体驱动器可通过第一流体分离单元间接地流体耦合到其分配的流体阀的流体接口。因此，第一流体驱动器可被操作以引导流体样本通过第一分离单元。在由第一分离单元分离之前，第一流体驱动器可将流动相(即，可随时间被第一流体驱动器和分配的配比阀改变的溶剂组成)添加到流体样本中。例如，第一流体驱动器可以随时间改变溶剂组成以便在第一分离单元中执行梯度运行。因此，在第一分离单元的出口处，流体样本可通过液相色谱法被分离为多个流体组分或级分。在替换实施例中，第一分离和第二分离中的至少一个涉及等度色谱运行。
在实施例中，用于在由第一分离单元处理(通常是分离)之后，进一步分离流体样本的第二分离单元可以被布置在第一分离单元的下游和流体阀的下游，以便将流体样本已经分离的级分进一步分离为子级分。为此目的，第二分离单元根据相比于第一分离单元的另一分离标准或甚至另一分离技术来操作是有利的。
在实施例中，样本分离装置包括流耦合器，该流耦合器具有彼此流体连通的两个流体入口端和一个流体出口端，流体出口端可直接或通过其他装置(例如，流反应器、延迟线或其他)流体地连接到第二分离单元。
在实施例中，第二分离单元被布置在流耦合器的流体出口端处。因此，由第一分离单元分离或处理的流体样本(包括由第一流体驱动器提供的溶剂或流动相)以及由第二流体驱动器提供的溶剂可在流耦合器的结合点处混合，并且可以一起被耦合到第二分离单元中。
在实施例中，流耦合器被配置为流体T型件，流体Y型件或流体X型件，在流体T型件和流体Y型件的情况下，两个流动流在一个分叉点处结合为单个出口路径。在流体X型件的情况下，可能存在另一个流体导管。该另一个流体导管可以是第二流体出口导管或第三流体入口导管。其他种类的流耦合器也是可以的。
在实施例中，流耦合器在至少一个端中可包括至少一个止回阀，该止回阀防止流体反向流动。这可消除流体向不想要的方向发生不希望发生的回流。
在实施例中，流体阀包括相对彼此可移动特别是可转动的第一阀部件和第二阀部件，从而调整样本分离装置的不同操作模式。特别地，当该流体阀被配置为转动阀时，其可由定子和转子组成，定子和转子二者均具有流体导管。通过相对定子转动转子，可选择想要的操作模式。这样的阀可被配置为剪切阀，该剪切阀包括作为定子的第一剪切阀部件和作为转子的第二剪切阀部件。通过转动第二剪切阀部件，第一和第二剪切阀部件可相对彼此运动。第一剪切阀部件包括多个端口。流体导管(例如，毛细管，例如玻璃或金属毛细管)可被分别耦合到每个端口。
在实施例中，流体阀被配置为可切换到第一操作模式，在第一操作模式中，流体地耦合第一流体驱动器的下游的流体接口通过流体阀与流体地耦合到一个流体出口端的流体接口流体连通，并且流体地耦合到第二流体驱动器的流体接口通过流体阀与流体地耦合到另一个流体出口端的流体接口流体连通。因此，在第一操作模式中，总是确保这两个流体驱动器流体连通，从而一直能够保持压力平衡。因此，在阀的一个接口处的受控的压力将导致在阀的另一接口处的至少接近受控的压力。
流体阀还可以被配置为可从第一操作模式开始切换到第二操作模式，在第二操作模式中，流体地耦合第一流体驱动器的下游的流体接口通过流体阀与流体地耦合到另一个流体出口端的流体接口流体连通，并且(同时)流体地耦合到第二流体驱动器的流体接口通过流体阀与流体地耦合到一个流体出口端的流体接口流体连通。因为在第二操作模式中，这两个流体驱动器之间也可以保持流体连通，因此在此状态中压力倾斜/斜面、下降或波动也被抑制。只有在第一操作模式和第二操作模式之间对切换阀进行切换的极短时间间隔(例如，几毫秒)内，这两个流体驱动器可彼此流体地解耦合。但是，因为该切换时间可短到20ms甚至更短，这不会对连续压力特征造成显著影响。同样，通过采用所谓的“先合后断”切换体制，该堵塞可及时进一步降低，甚至完全避免。在一个实施例中重要的还是以下事实：在操作过程中，在系统的某些部分中的压力(特别是在分离单元之间的部分中的压力)在任何时候都没有被排放到低压，特别是大气压，并且没有减压的流体或系统部分被包含到已经加压的流体部分或子部分中，或连接到已经加压的流体部分或子部分。
在实施例中，第一阀部件包括形成流体接口的一个或多个端口，并且第二阀部件包括一个或多个凹槽，该一个或多个凹槽用于基于流体阀的切换状态流体地耦合不同流体接口。因此，在入口端口、某个凹槽和出口端口之间可使流体流通过。通过沿端口的排列转动凹槽，可调整不同流体连通和路径，而禁止沿其他路径的流。
在实施例中，第一流体驱动器和第二流体驱动器中的至少一个可以至少是二元流体泵。术语“二元流体泵”可特别涉及流体泵泵送具有两个组分的组成的相应的流动相的配置。例如，当该二元溶剂组成被用于色谱梯度运行时，作为第一溶剂的水和作为第二溶剂的乙腈(ACN)之间的比例可被调整，以便各个级分可在色谱柱上被捕获并且随后被释放。但是，其他泵(例如，三元泵或四元泵)也可被使用。同样，多个等度泵的组合可被用于形成组分梯度。在另一实施例中，一个或两个流体驱动器可以是等度泵，即，只能够传递恒定的溶剂组成。
在实施例中，流体阀是可切换的从而当切换时以及在整个梯度运行过程中第一分离单元和第二分离单元中的压力条件基本上保持恒定。一方面是，不存在回路的内容不得不被快速带到压力的情况。另一方面是，快速第二维梯度不会引入压力呼吸。第三方面是，第一维分离单元中的压力条件不会(或至少在较小程度上)被第二维循环调整。这可显著提高操作的鲁棒性和分离的性能，特别是色谱分离的性能。与流体驱动器和分离单元相关的流体阀的流体接口的布置可允许实现这些条件。在没有压力倾斜/斜面、下降或波动的情况下，对分离单元中的流体分离材料的人为和恶化影响将减少，因为压力动态被显著降低。
在实施例中，样本分离装置包括检测器，该检测器用于检测经分离的流体样本的组分，并且被布置在第二分离单元下游的流体出口端中。因此，用于检测各个级分和子级分的检测器可被布置在第二分离单元的下游。这样的检测器可基于电磁射线检测原理进行操作。例如，电磁射线源可被提供，该电磁射线源用基本电磁射线(例如，可见光或紫外线)对穿过流动池的样本进行放射。响应于该采用基本电磁射线的放射，该电磁射线将与流体样本相互作用，从而该相互作用可基于基本射线性能(例如，强度、频率、谱分布、传播方向、极化向量等等)的变化或基于最终形成的产生的二次电磁射线而被检测，所述相互作用表示包含在流体级分中的样本组分的浓度和种类。
在实施例中，样本分离装置包括样本注入器，该样本注入器用于在第一分离单元的上游将流体样本引入到分离系统中。在这样的样本注入器中，注入针可将计量的流体样本的量摄入到连接的回路中。在将这样的注入针推动或者插入到相应的座中后，并且在切换流体注入阀时，流体样本可被注入到第一流体驱动器和第一分离单元之间的路径中。在这样的切换操作时，由流体驱动器传输的并且由溶剂组成构成的流动相将样本传输到分离单元，并且可部分地与流体样本混合。
在实施例中，第一流体驱动器可用第一流速(每时间间隔泵送的流体体积)操作，其中，第一流速小于第二流体驱动器可根据其操作的第二流速(每时间间隔泵送的流体体积)。由于二维分离程序，每时间间隔由第一流体驱动器泵送的溶剂的量可远远小于由第二流体驱动器泵送的另一溶剂组成。这在全2D-LC中是自然的结果，因为第二维分离基本上是对第一维级分进行采样。同样，施加到第一分离单元的压力(例如，在50巴到400巴范围内的压力值，例如，200巴)可小于由第二流体驱动器施加到第二分离单元的压力(例如，在500巴到1500巴范围内的压力值，例如，800巴)。
在实施例中，第二流速至少是第一流速的五倍，特别是至少十倍，更特别是至少五十倍。例如，第二流体驱动器的流速可以在大约1ml/min到大约10ml/min的范围内，而第一流体驱动器的流速可以在大约10μl/min到大约500μl/min的范围内。
在实施例中，样本分离装置包括控制设备，该控制设备被配置为用于控制样本分离装置的一个或多个流体设备，以将该位置或在该部分中的压力保持在预定值。因此，控制单元(例如，微处理器等等)可控制第一供应单元的操作、第二供应单元的泵送性能和/或流体阀的切换特性。其可被配置为使得流体的流速可随时间变化。据此，在测量中保持恒定的参数可以是压力。
在实施例中，样本分离装置包括控制设备，该控制设备被配置为用于控制第一分离单元在限定测量体积间隔(根据表示在第一分离柱上分离所需的流动相的体积的给定第一运行体积或梯度体积)内执行第一分离，以将流体样本分离为多个级分，并且控制第二分离单元在测量体积间隔内执行随后的第二分离(每个分离根据表示在第二分离柱上执行分离所需的流动相的体积的给定的第二运行体积或梯度体积)，以进一步将经分离的多个级分的至少一部分分离为多个子级分。在本申请的上下文中，术语“第一分离”可特别表示某个程序，根据该程序，流体样本将在第一分离单元中基于第一基于体积的控制方案而被分离。这可包括多个顺序执行的步骤。这些步骤的执行发生在所谓的测量体积间隔上。在优选实施例中，第一分离是梯度运行，通过该梯度运行，流体样本在第一分离单元中通过逐渐改变两个溶剂的比例而被分离，从而在第一分离单元上选择性地获取并且稍后释放流体样本的各个级分。在本申请的上下文中，术语“多个第二分离”可特别表示将由第二分离单元基于第二基于体积的控制方案来执行的分离。在优选实施例中，每个第二分离在小于关于第一分离的测量时间间隔的时间间隔上执行。换句话说，在第一分离的时间间隔内可执行多个或许多第二分离。这意味着在第一分离的执行过程中，流体样本被分割、分切或分离为各种级分，而第二分离通过应用另一个如果不是完全正交、但至少部分不同的分离标准，将该经分离的级分进一步分离为进一步的子级分。例如，关于一个第一分离的第二分离的数量可以在5到1000的范围内，特别是10到200的范围内，此外，因为第一分离中的体积流速通常至少十倍低于第二分离中的流速，在保留体积方面，该因素的变化可高于十倍。在本申请的上下文中，术语“测量间隔”可特别表示执行第一分离所需的流动相的体积间隔的全部或一部分。这样的体积间隔可以在50μl到50ml的范围内，特别是在400μl到4ml的范围内。其可能涉及分离单元全部体积和在第一分离单元上执行分离运行所需的流动相的体积，该第一分离单元被配置为液相色谱柱。根据持续时间很长的第一分离，该样本可通过第一分离标准(例如，疏水性、分子质量等等)分离为多个级分。在随后的、至少部分正交的第二分离中，在第一分离期间被分离的每个级分可被进一步分离为多个子级分(特别是根据另一分离标准，例如，粒子的化学特性)。这样的分离的结果可被显示为二维坐标系中的地形图(或作为3-维坐标系的表面)，两个轴分别表示第一或第二分离中相应的保留体积。
在实施例中，第一分离单元和第二分离单元被配置为根据不同分离标准，特别是根据至少部分正交的分离标准，来执行相应的样本分离。在上下文中，术语“正交”可特别表示在第一维和第二维中的保留参数之间，总体上或至少对于想要的样本组分具有低程度的相关性或者甚至没有相关性。本发明的示例性实施例利用该认识，并且在对这两个分离单元的分离标准不需要完全彼此独立的事实的考虑下提出了调整该参数。
在实施例中，流耦合器在至少一个端中包括至少一个防止流体反向流动的止回阀。
在实施例中，第一流体驱动器和第二流体驱动器在流体阀的至少一个切换状态中，特别是在每个切换状态中，二者均直接或通过止回阀与流结合器流体连通。在其他实施例中，这样的止回阀和/或流结合器可以省去。
在实施例中，该系统包括检测器单元，该检测器单元被布置在第一分离单元的下游且在第二分离单元的上游。除位于第二分离单元下游的另一个检测器单元之外，可布置该检测器单元(用于检测流体样本的级分)。
在实施例中，该系统包括样本处理单元，该样本处理单元被配置为额外地处理由第一分离单元处理后而在传递到第二分离单元中之前的流体样本。例如，这样的额外处理可以是化学试剂的添加、化学改性、化学衍生、反应检测、催化转化、放射和/或加热。
在实施例中，通过控制第二流体驱动器的流速来调整预定位置处的压力。该流速可以是每时间间隔传输的流体体积。
在实施例中，即使当第二流体驱动器的梯度程序将改变流过第二分离单元的流体的黏性时，预定位置处的压力也被调整。
在实施例中，第一分离单元和/或第二分离单元可被配置为用于根据液相色谱法、超临界流体色谱法、毛细管电色谱法、电泳和气相色谱法来执行分离。但是，替换的分离技术也可被应用。
第一分离单元和/或第二分离单元可用分离材料填充。这样的分离材料(也可表示为固定相)可以是允许与样本组分发生不同程度的相互作用从而能够分离这种样本的不同组分的任意材料。分离材料可以为液相色谱柱填充材料或填料，包括由以下各项组成的组中的至少一个：聚苯乙烯、沸石、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、玻璃、聚合物粉末、碳、石墨、氧化铝、氧化锆、二氧化硅、硅胶、或带有受到化学改性的(镀膜、加盖等等)表面的任意以上物质。但是，具有允许样本通过该材料以分离为不同组分(例如，由于填充材料与分析物级分之间的不同程度的相互作用或亲和力)的材料特性的任意填充材料均可被使用。在另一实施例中，样本分离单元(特别是第二样本分离单元)可以是所谓的开口管柱，即，没有填充材料但具有能够选择性地与样本组分相互作用的壁的通道。
第一分离单元和/或第二分离单元的至少一部分可用分离材料填充，其中该分离材料可包括大小在基本上1μm到基本上50μm范围内的颗粒。因此，这些颗粒可以是填充在微流体设备的分离部分内的小微粒。颗粒可具有大小在基本上0.005μm到基本上0.2μm范围内的孔。流体样本可进入这些孔，其中会在流体样本与孔的表面之间发生相互作用。
样本分离装置可配置为用于分离样本组分的流体分离系统。当(例如通过施加高压)使包括流体样本的流动相穿过流体设备时，柱的填充物和流体样本之间的相互作用可允许分离样本的不同组分，正如在液相色谱设备中执行的那样。
但是，流体设备也可配置为用于提纯流体样本的流体提纯系统。通过空间地分离流体样本的不同级分，多组分样本可被提纯，例如，蛋白质溶液。当蛋白质溶液在生化实验室中准备好，其仍然可能包含多个组分。例如，如果只对该多组分液体的单一蛋白质感兴趣，那么样本可被迫使穿过柱。由于不同蛋白质级分与柱填充物的不同相互作用，不同样本组分可被区分，且一个组分或材料带可选择性地分离为提纯样本。
样本分离单元可以是用于分离流体样本的组分的色谱柱。因此，示例性实施例可特别实现于液相色谱装置的环境中。
样本分离装置可配置为通过高压，特别是至少400巴的高压，更特别是至少1000巴的高压，引导流动相通过系统。
样本分离装置或其部分或子单元可配置为微流体设备。术语“微流体设备”可特别表示此处描述的流体设备，其允许传输流体通过尺寸小于500μm(特别是小于200μm，更特别是小于100μm或小于50μm或更小)量级的微通道。样本分离装置也可配置为纳流体设备。术语“纳流体设备”可特别表示此处描述的流体设备，其允许传输流体通过尺寸比微通道更小的纳通道。
附图说明
通过参考以下结合附图对实施例的更详细描述，能够更容易地认识和更好地理解本发明实施例的其他目的及很多附加优势。本质上或功能上相同或类似的特征将用同样的标号表示。
图1示出了根据示例性实施例的液相色谱系统。
图2示出了根据示例性实施例的样本分离装置，并且示意性地示出了对应于不同阀位置的操作的不同阶段。
图3示出了第一分离，根据该第一分离，第一维色谱柱根据第一基于体积的控制方案进行操作。
图4示出了展示多个第二分离的序列的另一个图，该多个第二分离是由第二维液相色谱柱根据第二基于体积的控制方案来执行。
图5示出了展示二维液相色谱实验的结果的图，其中沿两个坐标轴绘出了相应的保留体积。
附图中的图解是示意性的。
具体实施方式
根据本发明的示例性实施例，具有恒定压力模式的二维液相色谱(2D-LC)系统被提供用于精确且可靠的二维分离。专用控制模式被提供给串联LC以支持(少于30秒的)快速分离。
在2D-LC中，经常需要既非常快地执行洗脱梯度，又准确且精确地输送在目标组分梯度处的流。术语“UHPLC”描述了在速度和压力方面具有更高需求的系统。随着提高峰容量(在单个实验中能够被分离的峰的总数量)的兴趣不断增加，多个参数被优化。这包括填充材料更小的尺寸，更小的分离柱，在分离过程中溶质的更快线速度，更快的组分梯度、更长的分离床，等等。把这些都放在一起导致适当的或优化的操作将在快速循环中并且在高压下发生的事实。这基本可带来两个问题：a)动态条件下的可预测的性能；以及b)频繁重复压力下的可靠操作。
为了获得快速且可预测的梯度，避免流体流的过度分散以及系统和其元件的过度弹性是有利的。为此目的，可避免像混合器或阻尼器这样的元件。采用这种方式可能增加系统的带宽，这将由于动态干扰的更强影响而提高对鲁棒性的要求。
以上可以看出，当使用串联LC配置时，第一维柱上的压力等级基本上被第二维柱上的压降所抵消。通常，当运行梯度时，例如，从水到有机物的反相分离中，黏性被调节，进而导致压力分布(针对乙腈(ACN)或甲醇(MeOH)，具有被三个因素中的一个调节的压力变化)。串联LC自身带来了可被本发明的实施例使用的关键优势：
i)消除调节时的压力降落，这对于分离的基线质量和可重复性是有利的；
ii)其致使提高了调节阀的寿命，但是在恒定压力模式下的操作将以在这些额外的方面有更优的表现而结束；
iii)在第二维梯度上的压力变化的降低方面，在小于一分钟的时间范围内重复的压力循环可被消除，并且这致使提高了重负载柱的寿命；
iv)由于在第一维分离单元的出口处没有压力调节，因此在小于一分钟的时间范围内不再有共模压力循环，这导致了第一维中的提高的精度和更可预测的分离性能；
v)由于第二维分离的速度的净提升高达25％，因此要么存在更短的重复时间可能导致提高的采样率，要么存在更低的净流和压力等级导致提高的硬件寿命。
此外，对于本发明的示例性实施例的实际应用，存在多个额外的方面将被考虑：
A)梯度执行在实施例中是基于体积的，因此其可能不在给定的时间片段而在体积片段，该体积片段限定了每个第二分离要传递到第二维中的流体的量；并且其可能需要控制第一维运行体积片段来适应这种方式；
B)相应的用户接口可允许保存关于什么被程序化、数据分析、结果提取和量化报告的概况。
恒定压力模式可被应用于第一维和第二维二者。
现在更详细地参考附图，图1示出了液体分离系统10的一般示意图。第一泵20从第一溶剂供应装置25(通常通过第一除气器27，该除气器进行除气，从而降低了流动相中溶解的气体量)接收作为由第一泵20混合到一起的整体或作为单独组分的流动相(也表示为流体)。第一泵20(作为流动相驱动器)驱动流动相通过包含固定相的第一分离设备30(例如色谱柱)。采样单元40可被设置在第一泵20和第一分离设备30之间，以便将样本流体(也表示为流体样本)附加或添加(经常被称为样本引入)到流动相中。第一分离设备30的固定相被配置为用于分离样本液体的化合物。
第二泵20’从第二溶剂供应装置25’(通常通过第二除气器27’，该除气器进行除气，从而降低了流动相中溶解的气体量)接收另一流动相(也表示为流体)。通过流体阀90，图1的二维液相色谱系统10的第一维(标号20、30、……)可以流体地连接到第二维(标号20’、30’、……)。流体样本被第一维分离为多个级分，每个级分进一步被第二维分离为多个子级分。切换流体阀90的方式以及安排流体地连接两维的流体路径的方式将在下面参考图2进行描述。
检测器50被提供用于检测样本流体的分离的化合物。分级单元60可被提供用于收集样本流体的分离的化合物。
虽然每个流动相只可由一种溶剂组成，但是其也可由多种溶剂混合而成。该混合可以是低压混合，并且在泵20、20’的上游提供，因此泵20、20’已经分别接收且泵送作为流动相的混合的溶剂。或者，泵20、20’可由多个单独的泵单元组成，多个泵单元各自接收且泵送不同溶剂或混合物，因此(分别被分离设备30、30’接收的)流动相的混合发生在泵20、20’(或其一部分)的下游，且在高压下。流动相的组分(混合物)可以是随时间保持不变的，即所谓的等梯度模式，也可以是随时间变化的，即所谓的梯度模式。
数据处理单元70可以是传统PC或工作站，可连接(如虚箭头所示)到液体分离系统10中的一个或多个设备，以便接收信息和/或控制操作。例如，数据处理单元70可控制泵20、20’的操作(例如，设置控制参数)，以及从泵20、20’接收关于实际工作条件(例如，输出压、流速等)的信息。数据处理单元70还可控制溶剂供应装置25、25’的操作(例如，设置供应的溶剂或溶剂混合物)和/或除气器27、27’(例如，设置控制参数，如真空等级)，并且可从其接收关于实际工作条件(例如，随时间供应的溶剂组分、流速、真空等级等等)的信息。数据处理单元70还可以控制采样单元40的操作(例如，根据泵20的操作条件控制样本注入或同步样本注入)。分离设备30、30’也可分别由数据处理单元70控制(例如，选择特定流动路径或柱，设置操作温度等等)，并反过来发送信息(例如，操作条件)给数据处理单元70。因此，检测器50可由数据处理单元70控制(例如，针对光谱或波长设定、设置时间常量、开始/停止数据获得)，并发送(例如，关于检测到的样本化合物的)信息给数据处理单元70。数据处理单元70还可以(例如，结合从检测器50接收的数据)控制分级单元60的操作并提供回数据。
在示于图1中的2D-LC系统的两个样本分离维(第一维：泵20，分离设备30；第二维：泵20’，分离设备30’)中，操作可根据基于体积的控制方案而不是通过基于时间的控制方案来执行。因此，流体样本的级分和子级分的分离是根据输送的或运行的体积来执行，而不是根据时间片段来执行。
在下文中，参考图2，将解释根据本发明的示例性实施例的二维液相色谱装置200。
样本分离装置200能够将被样本注入器236注入到流动相中的流体样本首先由第一维色谱柱204分离为多个级分(每个级分表示一组分子)。第一维中的分离在样本在第一维色谱柱204的入口274和出口270之间进行引导时被执行。稍后，这些级分中的每一个可以被第二维色谱柱208进一步分离为多个子级分。第二维中的这种分离在样本在第二维色谱柱208的入口272和出口276之间进行引导时被执行。每个级分能够被第二维色谱柱208进一步分为多个子部分的原因是第二维色谱柱208可被配置为与第一维色谱柱204相比具有另一分离标准。这可以通过例如用于两个分离系统中的不同化学品、不同溶剂组分、不同温度来实现。
二维液相色谱装置200包括第一二元泵202。第一二元泵202被配置为用于引导流体样本通过第一维色谱柱204而被分离。为此目的，第一二元泵202提供第一溶剂250(例如，水)和第二溶剂252(例如，乙腈(ACN))的混合物。第一二元泵202将这两个溶剂混合以形成向样本注入器236泵送的流动相组分。在样本注入器236处，实际流体样本被添加到流动相，因此，然后流体样本和流动相向第一维色谱柱204传输。在样本注入器236中，注入针可被浸入容纳流体样本的小瓶(未示出)中。然后，流体样本可被吸入注入针及流体地连接到注入针的环路中。随后，注入针可被驱动进入座中以便然后引入流体样本到流动相中。在第一维色谱柱204中，流体样本的不同级分在柱的分离材料处被捕获，并且稍后在梯度运行过程中被单独地从柱中释放。因此，在第一维分离柱204的流体出口处，样本的各种级分已经被分离。
此外，第二二元泵206被提供，与第一二元泵202相比，该第二二元泵以非常高的流速进行操作。例如，第二二元泵206的流速可能是4ml/min，而第一二元泵202的流速可能是100μl/min。和第一二元泵202一样，第二二元泵206也可提供第一溶剂254和第二溶剂256的混合物。溶剂254、256可以与溶剂250、252相同，也可以不与溶剂250、252相同。装置200被配置为使得由第二二元泵206生成的流可以进一步传输已被第一维分离柱204分离或处理过并经由流体阀218向第二维色谱柱208引导的流体样本，第二维色谱柱208被布置在第一维色谱柱204的下游。
流耦合器210被布置在流体阀218的下游。流耦合器210具有两个流体入口端212、214，和一个流体出口端216。这些“端”也可以用术语“导管”来表示，因为这些部分具有突出的体积。从图2中可以看出，流体出口端216流体地连接到第二维色谱柱208。或者，流耦合器210可作为一个部件、专用部分或通过功能被整合到流体阀218中。
在此实施例中，流体阀218具有四个流体接口222、224、226、228。但是，在其他实施例中，流体接口的数量可以是不同的，并且阀的配置可以是不同的。第一流体接口222通过第一维分离单元204被连接到第一二元泵202。第二流体接口224被连接到流体耦合器或流耦合器210的第一流体入口端212。第三流体接口226被连接到流体耦合器或流耦合器210的第二流体入口端214。第四流体接口228直接耦合到第二二元泵206。
此外，能够控制示于图2中的所有设备和流体组件的控制单元70(例如处理器，例如，微处理器或中央处理单元(CPU))被提供。这由从控制单元70指向相应的组件的箭头线示意性地示出。
除了别的以外，控制设备70还能够负责控制切换流体阀218。特别地，流体阀218可由控制设备70进行切换，从而第一分离单元204的出口270和第二二元泵206总是保持着彼此之间的流体连通，这适用于流体阀218的所有切换状态。图2示出了第一切换状态260并且示出了第二切换状态271。在这两个操作阶段或切换状态中，两个阀部件(转子和定子，未示出)的某些凹槽(未示出)和相应的端口(未示出)被对齐使得以上条件总是满足：第一分离单元204的出口270和二元泵206总是保持与彼此之间的流体连通，即，被水压地耦合。这提供了没有或基本上没有因为流体阀218的切换而导致的突然压力变化的有利影响。在功能上可能相同或相似的两个操作阶段260和271中，第二维二元泵206在梯度模式下对流进行操作，该流大大超出由第一维二元泵202生成的流。因此由泵206输送或传递的流体在流结合器210中只被由泵202生成的其他流轻微稀释。基于切换状态260、271，在其中出现较大的流的一个流体导管290或292被改变。在各自的另一流体导管292或290中出现较小的流。
此外，检测器234被提供，该检测器能够通过基于电磁射线的检测原则来检测流体样本的分离的组分。在具体实施例中，分离的流体样本流过流动池，并且用来自光源280的电磁射线进行辐射。光源280的光线穿过流动池，并且可被检测器284检测。例如，可执行吸收率测量。执行测量的波长范围可以在例如可见范围或紫外线范围。
穿过检测器234后，流体样本将被收集到废物容器286中，或由分级单元60收集。需要提到的是，在整个流体路径中，流体样本在第二维分离柱208的出口端276的上游的任何位置处均处于高于(特别是大大高于)环境压力的压力下，这对于压力脉动抑制是有利的。
控制设备70能够执行用于执行实际二维液体分离程序的一定的程序步骤序列。
通过调节阀218的快速切换，其将已被第一维柱204分离的流体样本切成短的部分，或者将这些部分在相应的阀切换状态中分别引导到导管212和214。例如，在切换状态260中，存储在导管214中的样本部分被由第二维二元泵206生成的流向第二维柱208引导。同时，导管212慢慢被已被第一维柱204分离过的流体样本填充。在切换到状态271后，先前存储在导管212中的样本部分被由第二维二元泵206生成的流向第二维柱208引导。同时，导管214慢慢被已被第一维柱204分离过的流体样本填充。应该注意的是，此时从导管214到流结合器210置换的流体代表在先前完成的分离后的柱再生期间由泵206提供的纯流动相，并且只要导管214的体积未被完全置换，则其不包含样本组分。这种方式的一个优势是由于调节阀218，因此在阀218的切换过程中不存在压力冲击，因为想要的已分离的流体样本部分在切换的时刻已经处于适当的压力值下。除在流体路径的最末端处的废物装置286之外，图2的流体导管中的流体无法泄漏。因此，这是完全封闭的流体系统，该流体系统只在流体路径的最末端(即，在废物装置286的位置处)处于压力较小状态。同样，排除了在第二维分离之前的样本损耗的任何可能性。
图2的体系结构比传统方法大大简化，因为单个阀218就足够了。特别地，调节阀218与流体T型件210的流体耦合允许消除突然的压力变化或冲击。在第二维中生成的压力总是通过T型件210施加于第一维的出口处，因此第二维提供了对整个第一维的压力补偿。
图2示意性地示出了对应于调节阀218的不同位置的第一操作模式260和第二操作模式271。
大体上，在所示实施例中，流体阀218不是开/关阀(虽然它可以用一组简单的开/关阀形成)。从它的四个端口222、224、226、228来看，流体阀218操作为交叉开关。
在切换状态或操作模式260(这里用虚线表示)中，流体阀218将入口直接连接到出口，而在切换状态或操作模式271(这里用实线表示)中，入口是交叉状连接到出口的。在这些切换状态的任意状态中，T型接合210连接来自第一维柱204的出口和来自第二维泵206的出口。差异基本上是来自第一维柱204的被洗脱的体积在何处、以什么流速结束以输送(或被存储)，而另一分支以高流速猛烈驱动以将第二维梯度推进到第二维柱208。在第二维梯度的后摆上，该另一分支则被梯度的起始组分填充(冲洗)，在此之后，流体阀218的切换被触发。切换后，现在第一维结果洗脱到该另一分支中，而先前来自原始分支的被洗脱的体积由第二维泵206向第二维柱208驱动用于最后分离。同时，该第二维样本塞确实被起始组分以给定实际第一维流速轻微稀释。特意地，其不仅稀释第二维样本，也稀释其中溶解的基质。通过调节或调谐第一维流和第二维流到有利的关系，这可提高在第二维柱208的头部上样本的堆积，进一步提高解析度，因此提高分离系统200的峰容量。此外，对于每个第二维分离，由泵206提供的组分可基于对组分(在先前的第二维梯度的摇摆过程中提供和存储的)的了解和从当前连接到分离柱204的出口的分支流出的混合流体的流速被调整为在端口216处提供想要的梯度形状或组分。
在所示实施例中，控制单元70控制第一泵202、第二泵206和流体阀218。因此，控制单元70使流体阀218的切换与泵202、206的泵操作的控制相协调。此外，泵202、206的活塞运动可被同步且适用于对应流体阀218的切换时间。
有利地，控制设备70被配置为通常直接用于将第一分离柱204和第二分离柱216之间的部分或流体路径中的压力调整为恒定值。更确切地，控制设备70控制或命令泵202、206和/或系统的其他(子)单元从而调整压力。这可以通过例如调整由第二泵206传递的流速，可选地也可通过调整第一泵202的流速以协调的方式来执行。通过在整个分离程序中(或者允许伴随整个分离程序的预定的过程，例如，体积压力程序)使第一分离单元204和第二分离单元216之间的压力值保持在恒定水平，与其相关联的流体组分在整个分离程序中只受到恒定机械压力，从而其在压力变化方面的损坏或劣化可被抑制甚至消除。因此，通过控制分离单元204和216之间的流体路径来在恒定(或至少限定)压力条件下进行操作，可大大增加整个分离系统200的寿命或服务间隔。因此，二维色谱(或分离结果)可独立于运行体积(即，在液相色谱分离过程中，分别流过分离柱204和216的流动相的体积)而获得，而第一维的运行体积最好是起始于第一维分离的开始处记录，而该第二维的记录的运行体积最好重置且从每个阀切换的开始起(即，在每个第二维分离的起始点)记录。因此，特别地，应用基于体积的液相色谱分离方案允许在第二泵206的出口处的压力被调整到恒定值。
为了压力调节的目的，一个或多个传感器可以特别地沿第一分离柱204的出口270和第二分离柱216的入口272之间的流路实现以测量各个传感器位置处的实际压力值。在图2中，这样的传感器的一些示例性位置用叉表示，该传感器能够感知表示相应传感器位置处的本地压力值的信息。例如，这样的传感器可以位于第一分离柱204的出口270和流体阀218的流体接口222之间的流体导管中，流体阀218的内部流体导管中(即，在任意一对流体地连接的流体接口222、224、226、228之间)，流体接口224或226中的一个和流结合器210之间的流体导管中，和/或流结合器210和第二分离柱216的入口272之间的流体导管中。优选地，这样的压力传感器可以位于第二维分离泵206中，或者可以是第二维分离泵206的组成部分、组件、元件或其一部分。
所述压力传感器可提供反馈信息，该反馈信息使得控制单元70能够控制压力调节和调整。
仍然参照在液相色谱分离方法环境下的控制设备70的操作原则，图3示出了具有横坐标302和纵坐标304的图300，沿横坐标302绘出了由第一泵202传递的(所引导的流动相的)体积，沿纵坐标304绘出了由第一二元泵202混合的溶剂组分。控制设备70被配置为用于控制第一维分离柱204来执行用图3中的标号308表示的测量体积间隔内的如图3所示的第一分离306。在所示实施例中，测量体积间隔是30倍参考体积V0。采用流动相的该测量体积30V0来执行根据第一分离程序306的梯度运行。
图4示出了表示多个第二分离402的图400。图400对应于图300，但是表示由第一泵202传递的体积的体积轴302以另一刻度示出。从图4中可以看出，控制设备70控制第二维分离柱208以执行测量体积间隔308内的所有多个第二分离402。第二分离402中的每一个涉及由第一泵202传递的大约参考体积V0的体积。因此，在引导的流动相的体积方面，很多第二分离402在一个第一分离306内被执行。因此，已经被第一维色谱柱204分离过的级分中的每一个可进一步被第二分离柱208分离为多个子级分。应该注意的是，如图4所示的多个第二分离中的每一个对应于由第二分离泵206传递的、至少V0的流动相体积，特别是至少2V0，更特别的是至少10V0或40V0。还应该注意的是，多个第二维分离的梯度程序不需要对每个第二维分离都是相同的，而是可随第一维分离的进度而改变。
图5现在示意性地表示当执行图3的第一分离和图4的第二分离时能够获得的二维色谱500。根据第一维色谱分离(见柱204和图3)的第一保留体积502沿横坐标502绘出，而根据第二维色谱分离(见柱208和图4)的第二保留体积沿纵坐标504绘出。从图8中可以看出，可检测多个峰506。
应该注意的是，术语“包括”不排除其他元件或特征，并且冠词“一个”不排除多个的情形。此外，结合不同实施例而描述的元件可被结合。还应该注意的是，权利要求中的标号不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (43)

1.一种样本分离装置(200)，所述样本分离装置(200)用于分离流体样本，所述样本分离装置(200)包括：
第一分离单元(204)，所述第一分离单元(204)用于分离流体样本；
第一流体驱动器(202)，所述第一流体驱动器(202)被配置为用于生成流体流，所述流体流用于引导流体样本以通过所述第一分离单元(204)而被分离；
第二分离单元(208)，所述第二分离单元(208)布置在所述第一分离单元(204)的下游，并用于进一步分离由所述第一分离单元(204)处理后的流体样本或其级分；
第二流体驱动器(206)，所述第二流体驱动器(206)被配置为用于生成流体流，所述流体流用于引导由所述第一分离单元(204)处理后的流体样本的至少一部分通过所述第二分离单元(208)；
具有流体接口(222、224、226、228)的流体阀(218)，所述流体阀(218)流体地耦合到所述第一流体驱动器(202)，特别是通过所述第一分离单元(204)流体地耦合到所述第一流体驱动器(202)，并且所述流体阀(218)流体地耦合到所述第二流体驱动器(206)，并且可切换以执行流体样本的分离；
其中所述样本分离装置(200)被配置为用于将预定位置处的压力调整为预定值，其中所述预定位置在所述第一分离单元(204)的出口和所述第二分离单元(208)的入口之间的流体路径中或与该流体路径流体连通。
2.如权利要求1所述的样本分离装置(200)，其中所述样本分离装置(200)被配置为用于将预定位置处的压力调整为恒定值。
3.如权利要求1或2所述的样本分离装置(200)，其中所述第二流体驱动器(206)是可控制的以将预定位置处的压力调整为预定值。
4.如权利要求1或2所述的样本分离装置(200)，其中所述第二流体驱动器(206)是可控制的以将预定位置处的压力调整为遵循预定过程。
5.如权利要求1到4中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第二流体驱动器(206)是可控制的以将预定位置处的流速调整为先前校准的值。
6.如权利要求1到4中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第一流体驱动器(202)和所述第二流体驱动器(206)中的至少一个是可控制的以将在预定位置处的流速和由所述第一流体驱动器(202)生成的流速之间的比值调整到预定值，特别是恒定值，更特别是遵循预定过程。
7.如权利要求1到6中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中由所述第二流体驱动器(206)生成的流速是可控制的以将预定位置处的压力调整为预定值。
8.如权利要求1到7中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述样本分离装置(200)被配置为用于基于在流体路径中测量的、表示预定位置处的实际压力值的传感器数据来将该位置处的压力调整到预定值。
9.如权利要求1到8中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述样本分离装置(200)被配置为用于将位于所述流体阀(218)的下游的预定位置处的压力调整为预定值。
10.如权利要求1到9中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述样本分离装置(200)被配置为用于将位于所述第二流体驱动器(206)的出口或下游或流体地连接到所述第二流体驱动器(206)的出口或下游的预定位置处的压力调整为预定值。
11.如权利要求1到10中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述样本分离装置(200)被配置为用于将所述第一分离单元(204)、所述第二流体驱动器(206)和所述第二分离单元(208)之间的整个流体路径中的压力调整为预定值。
12.如权利要求1到11中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述样本分离装置(200)被配置为用于根据基于体积的控制方案进行操作，特别地，所述样本分离装置(200)被配置为用于通过控制流过所述分离单元(204、208)中的至少一个的流体的运行体积来执行样本分离，而样本分离的评估依据从所述分离单元(204、208)中的至少一个释放流体样本的级分所需的保留体积来执行。
13.如权利要求1到12中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述样本分离装置(200)被配置为用于通过改变通过所述第一流体驱动器(202)和所述第二流体驱动器(206)中的至少一个的流速来分离流体样本。
14.如权利要求1到13中的任一项所述的样本分离装置(200)，包括流耦合器(210)，特别是整合到流体阀(218)中的流耦合器(210)，所述流耦合器(210)具有彼此流体连通的两个流体入口端(212、214)和流体出口端(216)，所述流体出口端(216)能够流体地连接到所述第二分离单元(208)。
15.如权利要求1到14中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第一流体驱动器(202)和所述第二流体驱动器(206)在所述流体阀(218)的至少一个切换状态中，特别是在每个切换状态中，彼此流体连通。
16.如权利要求1到15中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第一流体驱动器(202)和所述第二流体驱动器(206)二者在所述流体阀(218)的至少一个切换状态中，特别是在每个切换状态中，均直接或通过止回阀与流体结合器(210)流体连通。
17.如权利要求1到16中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第一分离单元(204)布置在所述第一流体驱动器(202)和所述流体阀(218)的所述流体接口(222)之间，所述流体阀(218)通过所述第一分离单元(204)流体地与所述第一流体驱动器(202)耦合。
18.如权利要求14到17中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第二分离单元(208)直接流体地耦合到所述流体耦合器(210)的所述流体出口端(216)。
19.如权利要求14到18中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述流体耦合器(210)被配置为由以下各项组成的组中的一项：流体T型件，流体Y型件和流体X型件。
20.如权利要求14到19中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述流体耦合器(210)在端(212、214、216)中的至少一个中包括至少一个防止流体反向流动的止回阀。
21.如权利要求1到20中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述流体阀(218)包括相对彼此可移动特别是可转动的第一阀部件和第二阀部件，从而调整所述流体阀(218)的各个切换状态，从而调整所述样本分离装置(200)的不同操作模式中相应的一个。
22.如权利要求21所述的样本分离装置(200)，其中所述第一阀部件包括形成所述流体接口(222、224、226、228)的端口，所述第二阀部件包括用于基于所述流体阀(218)的切换状态而流体地耦合不同端口的凹槽。
23.如权利要求1到22中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述流体阀(218)被配置为可切换到第一状态(260)，在该状态中，流体地耦合到所述第一流体驱动器(202)的所述流体接口(222)通过所述流体阀(218)与流体地耦合到所述流体入口端中的一个(212)的所述流体接口(224)流体连通，流体地耦合到所述第二流体驱动器(206)的所述流体接口(228)通过所述流体阀(218)与流体地耦合到所述流体入口端中的另一个(214)的所述流体接口(226)流体连通。
24.如权利要求23所述的样本分离装置(200)，其中所述流体阀(218)被配置为可切换到第二状态(271)，在该状态中，流体地耦合到所述第一流体驱动器(202)的所述流体接口(222)通过所述流体阀(218)与流体地耦合到所述流体入口端中的另一个(214)的所述流体接口(226)流体连通，流体地耦合到所述第二流体驱动器(206)的所述流体接口(228)通过所述流体阀(218)与流体地耦合到所述流体入口端中的一个(212)的所述流体接口(224)流体连通。
25.如权利要求1到24中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第一流体驱动器(202)和所述第二流体驱动器(206)中的至少一个是流体梯度泵。
26.如权利要求1到25中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述流体阀(218)是可切换的以使得所述第一分离单元(204)和所述第二分离单元(208)中的压力条件在切换前和切换后保持恒定。
27.如权利要求1到26中的任一项所述的样本分离装置(200)，包括检测器(234)，所述检测器(234)用于检测经分离的流体样本，并且布置在所述第二分离单元(208)的下游。
28.如权利要求1到27中的任一项所述的样本分离装置(200)，包括样本注入器(236)，所述样本注入器(236)用于将流体样本注入到流动相中，并且布置在所述第一流体驱动器(202)和所述第一分离单元(204)之间。
29.如权利要求1到29中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第一流体驱动器(202)能够在小于第二流速的第一流速下操作，所述第二流体驱动器(206)能够根据所述第二流速进行操作。
30.如权利要求29所述的样本分离装置(200)，其中所述第二流速至少是所述第一流速的五倍，特别是至少十倍，更特别是至少五十倍。
31.如权利要求14到30中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述流体阀(218)是可切换的以执行流体样本的分离，从而所述第一流体驱动器(202)和所述第二流体驱动器(206)在所述流体阀(218)的每个切换状态中通过所述流耦合器(210)彼此流体连通。
32.如权利要求1到31中的任一项所述的样本分离装置(200)，包括控制设备(70)，所述控制设备(70)被配置为用于：
控制所述第一分离单元(204)在测量体积间隔(408)内执行第一分离(406)以将流体样本分离为多个级分；
控制所述第二分离单元(208)在测量体积间隔(408)内执行一系列的第二分离(502)以进一步分离多个经分离的级分的至少一部分。
33.如权利要求32所述的样本分离装置(200)，其中所述第一分离(406)和所述一系列的第二分离(502)中的至少一个涉及色谱梯度运行。
34.如权利要求32所述的样本分离装置(200)，其中所述第一分离(406)和所述一系列的第二分离(502)中的至少一个涉及等度色谱运行。
35.如权利要求1到34中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第一分离单元(204)和所述第二分离单元(208)被配置为根据不同分离标准，特别是根据至少部分但非完全正交分离标准或根据完全正交分离标准，更特别的是对相关的样本组分具有不同的选择模式，来执行各自的样本分离。
36.如权利要求1到35中的任一项所述的样本分离装置(200)，其中所述第一分离单元(204)和所述第二分离单元(208)被配置为在相同的分离介质上但以不同的操作条件，特别是由以下各项组成的组中的至少一项：不同溶剂、不同洗脱剂梯度的倾斜度、不同分离单元温度以及不同压力，来执行各自的样本分离，从而分离标准是部分但非完全正交的。
37.如权利要求1到36中的任一项所述的样本分离装置(200)，包括检测器单元，所述检测器单元布置在所述第一分离单元(204)的下游并且在所述第二分离单元(208)的上游。
38.如权利要求1到37中的任一项所述的样本分离装置(200)，包括样本处理单元，所述样本处理单元被配置为额外地，特别是通过由以下各项组成的组中的至少一项：化学试剂的添加、化学改性、化学衍生、反应检测、催化转化、放射、以及加热，处理在由所述第一分离单元(204)处理后而在传递到所述第二分离单元(208)中之前的流体样本。
39.如权利要求1到38中的任一项所述的样本分离装置(200)，包括以下特征中的至少一项：
所述样本分离装置(200)包括控制设备(70)，所述控制设备(70)被配置为用于控制由以下各项组成的组中的至少一项的操作：所述第一流体驱动器(202)、所述第二流体驱动器(206)和所述流体阀(218)；
所述第一分离单元(204)和所述第二分离单元(208)中的至少一个被配置为用于根据由以下各项组成的组中的一项来执行分离：液相色谱法、超临界流体色谱法、毛细管电色谱法、电泳和气相色谱法；
所述样本分离装置(200)被配置为二维液相色谱样本分离装置(200)，特别是全二维液相色谱装置；
所述样本分离装置(200)被配置为分析流体样本的至少一个化合物的至少一个物理、化学和/或生物参数；
所述样本分离装置(200)包括由以下各项组成的组中的至少一项：色谱设备、液相色谱设备、HPLC设备、气相色谱设备、毛细管电色谱设备、电泳设备、毛细管电泳设备、凝胶电泳设备以及质谱设备；
所述样本分离装置(200)被配置为用于生成用于在高压下引导流体样本的流体流；
所述样本分离装置(200)被配置为用于生成用于在至少100巴的压力下，特别是在至少500巴的压力下，更特别是在至少1000巴的压力下，引导流体样本的流体流；
所述样本分离装置(200)被配置为引导液体流体；
所述样本分离装置(200)被配置为微流体设备；
所述样本分离装置(200)被配置为纳流体设备；
由所述第一分离单元(204)和所述第二分离单元(208)组成的组中的至少一项被配置为用于保留流体样本的至少一部分组分，并且用于允许流体样本的其他组分通过；
由所述第一分离单元(204)和所述第二分离单元(208)组成的组中的至少一项包括分离柱(30)；
由所述第一分离单元(204)和所述第二分离单元(208)组成的组中的至少一项包括色谱柱(30)；
由所述第一分离单元(204)和所述第二分离单元(208)组成的组中的至少一项的至少一部分用分离材料填充。
40.一种分离流体样本的方法，所述方法包括：
通过由第一流体驱动器(202)生成的流体流来引导流体样本通过第一分离单元(204)而被分离；
在被所述第一分离单元(204)处理后，在由第二流体驱动器(206)生成的流体流的帮助下，引导流体样本的至少一个级分通过所述第一分离单元(204)下游的第二分离单元(208)；
切换流体地耦合到所述第一流体驱动器(202)和所述第二流体驱动器(206)的具有流体接口(222、224、226、228)的流体阀(218)，以执行由所述第一分离单元(204)处理后的流体样本的至少一个级分的顺序分离；
将预定位置处的压力调整为预定值，其中所述预定位置在所述第一分离单元(204)的出口和所述第二分离单元(208)的入口之间的流体路径中，或与该流体路径流体连通。
41.如权利要求40所述的方法，其中通过控制所述第二流体驱动器(206)的流速来调整预定位置处的压力。
42.如权利要求40或41所述的方法，其中即使当所述第二流体驱动器(206)的梯度程序将改变流过所述第二分离单元(208)的流体的黏性时，预定位置处的压力也被调整。
43.一种软件程序或产品，优选地存储在数据载体上，所述软件程序或产品用于当运行在诸如计算机的数据处理系统(70)上时，执行如权利要求40到42中的任一项所述的方法。
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