CN104833745B - 将样品加入液相色谱设备的分析支管的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将样品加入液相色谱设备尤其是高效液相色谱设备的分析支管(17)的方法，其中，溶剂(25)或溶剂混合物从至少一个溶剂支管(19)作为体积流被送入分析支管(17)，至少一个样品从至少一个样品支管(18)作为体积流在预定的时间间隔(Δt＝t4‑t1)内被加入分析支管(17)，在所述预定的时间间隔(Δt＝t4‑t1)期间内，该体积流的量被减小，其中，由体积流和之和产生的体积流在分析支管(17)内保持基本恒定。本发明还涉及执行这种方法的加样器。

Description

将样品加入液相色谱设备的分析支管的方法
技术领域
本发明涉及样品注入，处于液相色谱设备尤其是高效液相色谱设备(HPLC)的领域。
背景技术
在HPLC中，在自动化方法(自动进样器)中一般借助计量泵将在大气压下储备的样品输送入样品回路管，样品回路管的两端被连接至所谓的剪式阀(Scherventil)。如果在回路管内有期望数量的样品，则剪式阀被切换，从而使工作介质流现在流过该样品回路管，因而能以高压通过分离柱输送该样品。将待分析样品加入或送入工作介质流的过程被称为“样品”注入。
但是，剪式阀尤其在色谱设备的工作高压时只能凭借大驱动力矩来开关。因此，出现摩擦和密封的剪切面遇到严重磨损并且须经常更换。尽管存在用于密封的大法向力，两个剪切面的相对定位还需要高精度。剪切面还很容易受到在工作介质流或样品流中的磨蚀性成分的影响。在开关剪式阀时，经过所述柱的流或者体积流在通断时间内被中断，从而在分离柱前的压力降低，而高压泵中的压力增大。尤其是当在样品吸入后处于大气压的样品回路管被接入通向所述柱的进流管时压力尤其剧烈降低，而且高压泵必须在柱之前将样品回路管内的物质压缩到工作压力。在此时间期间内，在通向分离柱的进流管内的流向掉转，这缩短了分离柱的使用寿命并且不利地影响到分离效率。
在DE 10 2008 006 266 B4中已经提出这样的装置，其借助剪式阀能够完全避免根据当时现有技术的在注入时出现的压力波动。
但是，例如像专利文献US 3,985,166和US 3,940,994所述的手动样品注入并不适用于在所谓的自动进样器中的自动化方法，该自动进样器要求从多个样瓶或多个储样容器取出不同的样品。另外，在这样的注入时，样品在工作介质流或溶剂流中被稀释，这造成样品检测变差。
发明内容
因此，本发明任务在于提供一种在液相色谱分析法且尤其是高效液相色谱分析法中将样品送入通向分离柱的分析支管中的方法以及一种自动加样器，其通过简单低成本方式减小了磨损、易出故障性和维护成本，而且还允许在样品检测时的高品质。
根据本发明，该任务将通过具有权利要求1的特征的方法以及通过具有权利要求7的特征的加样器来完成。
根据本发明，在通向分离柱的分析支管内的体积流被保持恒定。该分析支管(或许也分为带有多个分离柱的多个下级支管)此时与(至少)一个溶剂支管和(至少)一个样品支管相连，从而由在至少一个溶剂支管内的体积流和在至少一个样品支管内的体积流之和得到体积流但来自至少一个样品支管的样品的注入不是通过切换复杂构成的且具有多个端口的剪式阀来进行，而是通过降低或减小至少一个溶剂支管内的体积流从而注入期间内出现大于零的体积流这样的增减最好可通过相应控制(关断或功耗减少或者启动或功耗增大)负责该分支的泵来实现。但当然也可以想到借助相应可控的阀造成溶剂支管内的体积流减小。
通过在至少一个溶剂支管(或许分为多个下级支管)内的体积流的降低，可以作为体积流给分析支管输送来自样品支管的样品，不会出现体积流改变。至少一个样品或者说至少一段“样品节”因体积流(样品加入前等于零)的加入已经可以通过具有两个入口(溶剂支管和样品支管)和一个出口(分析支管)的简单的Y形连接机构实现。首先，体积流的降低造成以相应量出现(从零增大)的体积流对此，例如可以控制负责至少一个样品支管的(计量装置)泵或其驱动装置(启动或功率提高)。由此，可有利地将至少一个样品加入通向分离柱(分离支管)的工作介质流中，无需复杂的驱动装置并且没有剪式阀磨损。另外，通过本发明方法和用于执行这种方法的装置来阻止在将样品加入分析支管时流动(体积流)的方向和大小都变化。
此时认为，通过相应的泵，可控地(例如磁力阀)或最好是自行调节地(尤其止回阀)抑制与泵送方向相反的流动(回流)，例如由结构决定或通过相应的单向作用阀。泵的控制此时可以通过与泵的驱动装置相应连接的控制装置或调整装置来实现。另外，为了监测而可以在溶剂支管和/或样品支管内设有压力传感器，其将所获得的参数分别传输给控制装置或调整装置。
在优选实施方式中，在样品支管(或许被分为多个下级支管)内，尤其就流向看在样品前附加设有一个单向作用阀，该阀具有两个通断位置且尤其是一个截止位置和一个开通位置，用于能以很高精度加入(各个)“样品节”。这样的阀可以代替马达可控阀，例如也可作为与压力相关的阀且尤其作为简单的止回阀来构成。由此能有利地阻止在样品前侧的混匀作用并且获得在样品(节)和溶剂或工作介质之间的精确限定的前分界面。另外，通过这样的阀也可根据需要将样品支管隔断，从而样品支管的打开和与之相关的压力降低没有影响到溶剂支管和/或分析支管。相应地，也可在至少一个样品支管中在尤其相对于环境压力的其它压力状况下(不同于在溶剂支管和/或分析支管内存在的高系统压力)采用其它储样容器(例如随后结合将注样针压入针座所述的那样)或者与之相连。由此可以有利地尽量减小注入样品在至分离柱的路途上与工作介质的纵向混匀。
在本发明的其它实施方式中，体积流在可能的过渡阶段后在用于(样品)注入的预定时间间隔内完全停顿。在此情况下也可停止溶剂泵并也启动或开动计量装置泵(代替功耗降低或增加)。由体积流和之和产生的体积流于是在通常很短的过渡时间(毫秒级或≤1毫秒)后等于体积流从而可避免样品或者说样品节的稀释。与之不同，在样品注入之前和之后，体积流等于体积流从而体积流的恒定最大值是由体积流或的在相应时间恒定的最大值构成的。
在本发明的一个特别优选实施方式中，体积流(尤其为了从样品回路管加入样品)在“就流向看靠后的样品末端”或者“样品端与溶剂(在样品支管内)之间的过渡部”到达分析支管之前被停止。与迄今方法所采用的在样品支管内就已经出现的过渡部相比，通过这种方式在被加入体积流的样品上出现新的后过渡部(具有准确规定的分界面)。此时有利地避免由在取样和加样时所需要的运动而导致的混匀作用。
在本发明的其它实施方式中，为了加入样品，注样针在一次取样后被高度密封地(就在HPLC中常见的压力而言是耐高压)压入针座中，该针座最好通过阀且尤其是止回阀与该分析支管相连。该注样针此时可以由马达控制地且最好保持在竖直位置上，不仅从多个样瓶(即不同的容器)自动取样，而且被自动密封压入针座中。由此，不仅可实现半自动样品注入，甚至还可实现包括从不同的样瓶或储样容器取样在内的全自动样品注入。另外，通过这样(尤其在一个方向上截止)的阀，简化了规定样品量的输出，其做法是：在输出所期望的样品量后截止样品支管或者说与分析支管和/或溶剂支管密封隔断。
在本发明的其它实施方式中，该注样针在样品加入之后在另一次取样之前借助冲洗被自动清洗。排出例如可以通过所谓的废料端口(或许具有附加设置的排出口的收集容器)进行。由此可以避免不希望的(下个)样品污染。尤其为了在避免气体扩散情况下实现多次取样，注样针可以与所谓的样品回路管相连，该样品回路管在取样前包含带有溶剂的样品。
另外也可想到的是通过输入溶剂来清洁或清洗该样品回路管连同计量装置。对此，例如可以通过针或通过计量装置的其它接口尤其借助冲洗泵来注入溶剂并且通过所述其它接口或针或者计量装置的附加(废液)端口被排出。
在本发明的其它实施方式中，可以在一次样品注入之后或之前借助计量装置和/或附加泵(例如冲洗泵)将溶剂或溶剂混合物加入该分析支管。由此，例如可以进行分析支管(包含所述柱)的冲洗或者说清洗。另外也可以想到的是，通过这种方法，例如通过加入溶剂分量而以期望的方式形成梯度(尤其是在强烈洗提作用方向上)。
根据本发明，通过在分析支管内的恒定体积流(不仅在样品流通过程中，而且尤其在样品注入时)，不仅在流向上的前侧，而且也在后侧，有利地保证了在“样品或者说样品节”与“溶剂或者说工作介质”之间的所期望的清晰分界(尤其是准确的分界面)。
而就像例如在US 3,940,994中在样品注入时出现的、在分界面处因分析支管内的体积流波动而引起的混匀作用(扩散等)可有利地得到减轻或甚至得以避免，并且显著提高分析精度。
由从属权利要求得到了本发明的其它有利实施方式。
附图说明
以下将结合如图所示的实施例来详述本发明，附图所示为：
图1是本发明的加样器的示意图，
图2是图1中的细节的示意图，以及
图3是用于示出在根据图1的加样器中的体积流的曲线图。
附图标记列表
1注样针；2样品回路管；3止回阀；4弹簧；5球；6针座；7溢流容器；8样瓶；9分离柱；10计量装置(活塞泵)；11压力传感器；12用于计量装置10的驱动装置；13止回阀；14冲洗泵；15冲洗泵；16冲洗介质；17分析支管；18样品支管；19溶剂支管；20 HPLC泵；21压力传感器；25溶剂(流体)；30检测器；40控制装置；用于从溶剂支管输出溶剂25的体积流；用于将样品从样品支管送入分析支管的体积流；在通向分离柱9的分析支管内的体积流，其由体积流和之和产生。
具体实施方式
如图1所示的布置结构示出了自动加样器或者说自动进样器及其与色谱设备的对接。自动进样器包括注样针1，其可按照在附图中未详细示出的方式在x-y-z方向上(在图面中，x水平，z竖向，y垂直于图面)可控地电机驱动运动，还包括与之连接的样品回路管以及计量装置10。
通过注样针1，从样瓶(管瓶)8借助计量装置10(例如如图所示呈活塞泵状)把样品提升入样品回路管2。随后，注样针1被密封压入针座6中，在针座上连接有止回阀3。在正常工作中，溶剂或者说工作介质通过泵20(HPLC泵)被吸入(溶剂支管19)并通过止回阀3被送往柱9(分析支管17)。通向针座6的阀端口在此状态下利用封闭件如球5(或许在回位件如弹簧4的预紧力下)被关闭。
如果现在要加入或供入样品，则一方面计量装置10所需施加的压力必须高于所存在的系统压力，以便止回阀3打开。另一方面，溶剂泵20必须在注样时间内停止其流动，以防止在相连的溶剂支管19和分析支管17内的压力增大。
现在，样品通过计量装置10从样品支管18(在被压入的针1内的、直至与之相连的止回阀3端口前的物质)被泵送向柱9。在加入了位于针1内的期望数量的样品并且计量装置10已调节好输送率之后，止回阀3自动关闭并且溶剂泵20又开始其泵送。
为了避免在此注入过程中的流动增强(分析支管内的体积流)和压力增大或者猛降，在自动进样器(计量装置10、样品回路管2和针1)与溶剂泵20之间发生数据通讯(例如借助控制装置40)，其协调在计量装置10和溶剂泵20之间的流体接收。
通过这种方式，可限定的期望样品量被直接加入通向分离柱9的溶剂流，而样品未被溶剂流稀释。另外，微弱的样品分散和纵向混匀不仅提高了分析精度(在示意性所示的检测器30中)，而且延长了柱9的使用寿命。
如图1所示，可以通过计量装置10借助与冲洗介质容器16相连的冲洗泵14来冲洗或清洗样品回路管2连同注样针，随后样品回路管2和针1的内部借助泵15(其也像泵20一样与用于溶剂25(流体)的储存容器相连)来灌充。当然也可以想到，为了清洗也使用溶剂25，从而可以省掉附加泵14和冲洗介质16。此时样品回路管直到注样针1的尖都被灌充溶剂，以避免样品(通常在HPLC内除气)的吸气及其不希望有的混匀。为了能在自动进样器中保持相应的溶剂柱，可以设有相应的止回阀13用于阻止向后流出以及从针1前侧喷出，如图示意性所示。
因为针1在投入使用前是无菌的并且在通常要刺破样瓶8的隔膜的取样过程中被污染，故根据本发明在注样之后但在重新取样之前进行上述的清洗，从而在这样的清洗之后又保证了无菌状态。
如在图1中通过四个样瓶8示意所示，根据本发明可以(如在HPLC中常见地)从许多不同的样瓶8来先后取样并注入或加入。样瓶8(管瓶)此时能设置在例如呈托盘或(微)滴定板(阱板)形式的自动进样器中。
为了允许在注样之后立即进行冲洗，针座6在其顶面具有包围该针座的朝上敞开的溢流容器7，从而流出的冲洗液和/或溶剂可进入溢流容器并且可根据所示的拐弯箭头流走或被排出。由此可以利用本发明的加样器取出和注入许多样品，在这里，在注入之后且重新取样之前的冲洗防止了后面的样品和进而下一次样品循环被污染。
为了控制上述过程尤其以便保持在分析支管17中的体积流恒定，泵20和计量装置10或其驱动马达12可通过控制装置被相应控制。泵14和/或15的相应控制在如前所述的时间过程中进行，但只为了清洗目的和在加样器内维持溶剂。为了允许特别高的控制精度，如图1示意性所示，可以在溶剂支管19内额外设有压力传感器以及在样品支管18内设有压力传感器11，其将相应的实际状态传输给控制装置，在控制装置中加以分析。这样的压力传感器21和11也能被集成在泵20和计量装置10内。
在图2中在四个位置被放大的针座6局部示出了如何在第一位置上该阀3在截止状态利用球5封闭通向针座6的端口，进而体积流等于体积流在此阀位置上，针1还是可以位于针座6外，没有溶剂经关闭的通向针座的止回阀端口流出。接着，针1被密封压入针座6中(如图2的左侧第二分图所示)，从而通向针座6的阀3端口被紧密关闭并且在此位置上该端口还通过球5被关闭。
图2中的第三分图示出了如下情况：已经停止了体积流在系统或者说溶剂支管19和与之相连的分析支管17中所存在的压力相等的情况下，球5松开并且放开通向针座的端口；而通过体积流样品被加入该分析支管17。图2中的右侧视图又示出了如下情况：最好在加入比在针1和样品回路管2所容纳的样品量少的预定量体积流之后停止样品注入，并且体积流又由溶剂的体积流供给。即使在该方法的优选实施方式中未把样品回路管2和针1内包含的所有样品量加入体积流并由此损失所取样品的一部分，该方法也可能是有利的，因为由此可以避免在后分界面处的混匀效果。否则就会出现这样的混匀过程，这是因为后分界面在取样时向后运动并且在样品注入时又向前移动，直到它作为分界面存在于体积流中。但是，通过该运动，所述分界面因混匀效果而变得不鲜明，这不利地影响到在检测器30内的分析精度。
图3所示的单位时间体积流的曲线图示出了体积流如何作为体积流和之和的合量来组成。在截止阀位(图2中的左图、从左起的第二个以及右图)，体积流是恒定的并且作为恒定的体积流继续前进。体积流在此刻(在T1前和在T4后)是不存在的。
在打开位置，如图2中的左起第三视图所示，通过泵20的停止使得体积流停止，从而在T2和T3之间的期间内该体积流前进成为体积流在与注样持续时间相比很短的例如是10毫秒至1分钟(例如1毫秒或更短，但至少短于几毫秒)的过渡阶段T1-T2和T3-T4中，体积流增大(或降低)的幅度与体积流降低(或增大)的幅度相同。虽然图3以直线示意示出了与此相关的斜线，但是相应的增减当然也可以根据相应曲线进行。但在本发明优选实施方式中，通过相应控制泵20和计量装置10，即使阀3在过渡阶段T1-T2中打开以及阀3在过渡阶段T3-T4中关闭，也保证了在任何时刻这些体积流的总和所达到的程度与在前的体积流和在后的体积流(从闭到开的过渡)或者在前的体积流和在后的体积流(在从开到闭过渡时)一样。通过遵守恒定的体积流，不仅在样品注入之前、之中和之后，而且在过渡阶段(T1-T2和T3-T4)，样品或者说“样品结”的加入是在维持清晰分界面的情况下完成的，在此如已经描述，可以通过将预定样品量与整个取样分隔开来阻止因在针1和样品回路管2内的运动所导致的就流向看在后的混匀。
如在HPLC中常见的那样，样品流通在例如高于500巴或甚至高于1000巴的很高压力下进行，从而在所要求的在分析支管内的狭窄横截面(10μm至最大1mm)情况下可以产生几微升至10毫升/分钟、最好是小于100微升/分钟且尤其是小于300微升/分钟的体积流，但在当前期望的水平，其偏差常数小于25％，例如小于10％或小于5％，尤其是≤1％，以保护分离柱免受不利的过高流动波动。整个样品流转过程由此可以持续一分钟或许多分钟，直至一小时，直到物质连同样品通过分离柱9到达检测器30。

Claims (11)

1.一种将样品节加入液相色谱设备的分析支管(17)中的方法，
a)其中，溶剂(25)或溶剂混合物从至少一个溶剂支管(19)作为体积流被送入该分析支管(17)，
b)至少一个样品从至少一个样品支管(18)作为体积流在一个预定的时间间隔Δt内被加入该分析支管(17)中，
其特征是，
c)在所述预定的时间间隔Δt期间，所述体积流的量被减少，并由此将来自样品支管(18)的呈样品节形式的样品作为体积流送入该分析支管(17)，
d)其中，由所述体积流和所述体积流之和产生的体积流在该分析支管(17)内保持基本恒定，和
e)由于在至少一个样品支管(18)中具备带两个通断位置的单向作用阀，用于能以很高精度加入各个样品节，因此可尽量减小注入样品在至分离柱的路途上与工作介质的纵向混匀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在所述预定的时间间隔Δt期间，所述体积流完全停顿，其中，为了加入样品而停止溶剂泵，同时启动计量装置泵；而在样品加入之后，停止该计量装置泵，同时再次启动该溶剂泵。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述体积流等于所述体积流或所述体积流的最大值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，用于从样品回路管加入样品，所述体积流在到达样品端和溶剂之间的就流向看靠后的过渡部之前被停止，从而在被加入该分析支管的所述体积流中的样品上出现新的靠后的过渡部。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，为了加入样品，注样针(1)在一次取样后被高度密封地压入针座(6)中，该针座通过所述单向作用阀与该分析支管(17)相连。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是，该注样针(1)在样品加入之后在另一次取样之前借助冲洗被自动清洗。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，在一次样品注入之后或之前，溶剂或溶剂混合物被加入该分析支管(17)。
8.一种用于执行根据前述权利要求之一的方法的、用于液相色谱设备的加样器，其具有：
a)能够以马达方式控制的至少一个注样针(1)，
b)至少一个针座(6)，该至少一个注样针(1)的针尖能被密封压入该针座中，
c)单向作用的注入阀，在该注入阀的入口连接有至少一个样品支管(18)，该样品支管与该至少一个针座(6)相连，以及至少一个接头，在该接头上连接有通向至少一个分离柱(9)的分析支管(17)和至少一个溶剂支管(19)，
d)其中，在该阀(3)的一个位置上，该样品支管(18)被液密封闭，
e)在该阀(3)的另一个位置上，该样品支管(18)被打开，从而来自样品支管(18)的样品作为体积流在预定的时间间隔Δt内被加入与该溶剂支管(19)相连的分析支管(17)中，
其中，该加样器包括控制装置(40)，该控制装置是如此构成的，即，控制溶剂泵(20)和/或计量装置泵(10)以将该分析支管(17)内的体积流保持基本恒定。
9.根据权利要求8所述的加样器，其特征是，该注样针(1)与样品回路管(2)相连。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，在过渡阶段t2-t1之后和过渡阶段t4-t3之前，所述体积流完全停顿，其中，为了加入样品而停止溶剂泵，同时启动计量装置泵；而在样品加入之后，停止该计量装置泵，同时再次启动该溶剂泵。
11.根据权利要求5所述的方法，其特征是，所述单向作用阀是止回阀。
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