CN106855550B - 用于色谱的多管腔混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述多管腔混合装置。所述多管腔混合装置包括混合器主体，其具有入口部分和出口部分。所述多管腔混合装置还包括所述混合器主体内的毛细通道阵列，其中每个毛细通道具有大致相同长度。每个毛细管的入口靠近入口部分并且每个毛细管的出口靠近出口部分。毛细通道阵列具有至少三种不同横截面积。

Description

用于色谱的多管腔混合装置
背景技术
色谱是用于分子的化学分析和分离的广泛使用的分析技术。色谱涉及一种或多种分析物物质与样本中存在的其它基质成分的分离。通常色谱柱的固定相选择为使得与分析物存在相互作用。这类相互作用可以是离子性的、亲水性的、疏水性的或其组合。例如，固定相可以衍生有理想地将结合于离子分析物的离子部分以及具有变化的亲和性水平的基质成分。移动相被渗透过固定相并与分析物和基质成分竞争结合于离子部分。移动相是用于描述泵送到色谱柱入口中的液体溶剂或缓冲溶液的术语。在这一竞争期间，分析物和基质成分将从固定相溶离，优选在不同时间，并且接着在检测器处相继被检测到。一些典型检测器的实例是电导检测器、UV-VIS分光光度计以及质谱仪。多年来，色谱已经发展成有效的分析工具，其适用于创造更健康、更干净且更安全的环境，其中可以为如水质、环境监测、食品分析、医药和生物技术等各个行业分离并分析复杂样品混合物。
为了改良选择性，可将两种或更多种不同的移动相类型的组合输入色谱柱中，其中移动相类型的比例随时间推移而变化(即，梯度溶离)。举例来说，更稳固的溶离移动相(例如极性有机溶剂)的比例可随时间推移而增加，以便有助于分析物从色谱柱的溶离。当使用两种或更多种不同的移动相类型时，流动相的均匀混合对于产生可再现的峰值滞留时间来说可以是重要的。
梯度溶离泵送系统可根据时间传递不同比例的移动相类型。在一个实施例中，可使用配比泵以利用多种不同类型的移动相储集器。配比泵可在预定时间间隔内从一个移动相储集器类型抽吸，并且接着在另一个预定时间间隔内从不同的移动相储集器类型抽吸。在单次活塞循环期间，配比泵将输出含有一部分两种移动相类型的溶剂体积。这一不均匀的溶剂体积包括与一种移动相类型的栓塞紧邻的另一种移动相类型的另一栓塞。即使移动相类型可彼此混溶，但仍需要混合所输出的不均匀溶剂体积。为了获得可再现的和可预测的色谱结果，可在输入分离柱之前均匀地混合相邻导管中的移动相。
混合器可以是动态的，其中其包括移动部分以使移动相类型均匀化。然而，申请人相信这类机械装置易于机械失效并且这类装置的磨损碎片可能染污下游流体组分，从而可能损害效能。
其中不存在移动部分的静态混合器可避免动态混合器的机械失效问题。申请人相信需要具有可扩展的空隙体积的静态混合器，使得可根据特定梯度溶离系统调节混合的时间分辨率。申请人还相信，需要具有相对快速洗涤时间并且经配置用于操作相对高压力的静态混合器。
发明内容
描述混合不均匀溶剂体积的方法的实施例。不均匀溶剂体积包括与第二移动相类型的第二栓塞紧邻的第一移动相类型的第一栓塞，其中第一移动相类型与第二移动相类型不同。所述方法包括用泵来泵送第一移动相类型和第二移动相类型以输出不均匀的溶剂体积。接着将不均匀溶剂体积输入多管腔混合装置，其包括具有入口部分和出口部分的混合器主体；和混合器主体内的毛细通道阵列。阵列中的每个毛细通道具有大致相同长度。每个毛细管的入口靠近入口部分并且每个毛细管的出口靠近出口部分。阵列中的毛细通道具有至少三种不同横截面积。混合物从多管腔混合装置输出，其中混合物含有第一移动相类型和第二移动相类型。接着将混合物输入色谱柱。
一种混合以上实施例中的任一个的方法，其中所述方法进一步包括分离样品与色谱柱；以及检测一种或多种从色谱柱溶离的分析物。
一种混合以上实施例中的任一个的方法，其中所述方法进一步包括随时间增加第一移动相类型相对于第二移动相类型的比例。
一种混合以上实施例中的任一个的方法，其中所述毛细通道阵列具有等于或大于不均匀溶剂体积的总体积，其中不均匀溶剂体积约是一个泵送循环的体积。
一种混合以上实施例中的任一个的方法，其中所述毛细通道阵列包括第一集合、第二集合和第三集合。对应于一个或多个毛细通道的第一集合，其中所述第一集合中的一个或多个毛细通道各自具有第一横截面积。对应于一个或多个毛细通道的第二集合，其中所述第二集合中的一个或多个毛细通道各自具有第二横截面积。对应于一个或多个毛细通道的第三集合，其中所述第三集合中的一个或多个毛细通道各自具有第三横截面积。第一集合、第二集合和第三集合的总体积大致相同，其中第一横截面积、第二横截面积和第三横截面积不同。
一种混合以上实施例中的任一个的方法，其中毛细通道具有管状形状。
一种混合以上实施例中的任一个的方法，其中泵是配比泵。配比泵经配置以输入来自第一储集器的第一移动相类型和输入来自第二储集器的第二移动相类型。
一种混合以上实施例中的任一个的方法，其中所述多管腔混合装置位于样品注射器的下游或上游。
一种多管腔混合装置，其包括具有入口部分和出口部分的混合器主体；以及混合器主体内的毛细通道阵列。每个毛细通道具有大致相同长度。每个毛细管的入口靠近入口部分并且每个毛细管的出口靠近出口部分。阵列中的毛细通道具有至少三种不同横截面积。毛细通道阵列包括第一集合、第二集合和第三集合。对应于一个或多个毛细通道的第一集合，其中所述第一集合中的一个或多个毛细通道各自具有第一横截面积。对应于一个或多个毛细通道的第二集合，其中所述第二集合中的一个或多个毛细通道各自具有第二横截面积。对应于一个或多个毛细通道的第三集合，其中所述第三集合中的一个或多个毛细通道各自具有第三横截面积。第一集合、第二集合和第三集合的总体积大致相同，其中第一横截面积、第二横截面积和第三横截面积不同。
如以上实施例中的任一个的混合装置，其中毛细通道具有管状形状。第一集合具有单个毛细管，其具有直径X。第二集合具有第二数目的毛细管，其中第二数目的毛细管大致等于针对第四功率的第一内径(ID)比率。第一ID比率是直径X除以第二集合中毛细通道的直径。第三集合具有第三数目的毛细管，其中第三数目的毛细管大致等于针对第四功率的第二ID比率。第二ID比率是直径X除以第三集合中毛细通道的直径。第二数目的毛细管和第三数目的毛细管各自是整数值。
一种以上实施例中的任一个的混合装置，其中混合器主体安置在壳体内。壳体具有第一端和第二端。第一端经配置以与泵的输出端流体连接并且第二端经配置以与色谱柱的输入端流体连接。
附图说明
并入本文中并且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的当前优选实施例，并且与上文给出的一般说明和下文给出的详细说明一起用于说明本发明的特征(其中相同数字表示相同元件)。
图1说明色谱系统的示意图，其经配置以用多达四个不同移动相储集器进行梯度溶离。
图2说明从配比泵输出的不均匀溶剂体积的示意图，其中存在两个彼此紧邻的不同移动相栓塞(A和B)。
图3是多管腔混合装置的简化透视图。
图4是多管腔混合装置的实施例的端视图。
图5是多管腔混合装置的另一实施例的端视图。
图6A说明基线测试评估，其中用样品环注射单个液体样品，并且接着在不具有混合装置和色谱柱的电导检测器处检测。
图6B说明混合测试评估，其中注射单个液体样品，流经多管腔混合装置(2mm×50mm)，并且接着在电导检测器处检测。
图6C说明混合测试评估，其中注射单个液体样品，流经多管腔混合装置(2mm×100mm)，并且接着在电导检测器处检测。
图6D说明混合测试评估，其中注射单个液体样品，流经两个串联多管腔混合装置(2mm×50mm)，并且接着在电导检测器处检测。
图7A说明模拟色谱运行，其中从配比泵泵送的一系列不均匀溶剂体积在不具有介入混合装置的情况下流到电导检测器中。每个不均匀溶剂体积含有去离子水的栓塞，其与另一个含有1mM Na2CO3的栓塞紧邻。
图7B说明模拟色谱运行，其中从配比泵泵送的一系列不均匀溶剂体积流经多管腔混合装置(2mm×50mm)，并且接着在电导检测器处检测。每个不均匀溶剂体积含有去离子水的栓塞，其与另一个含有1mM Na2CO3的栓塞紧邻。
图7C说明模拟色谱运行，其中从配比泵泵送的一系列不均匀溶剂体积流经多管腔混合装置(2mM×100mm)，并且接着在电导检测器处检测。每个不均匀溶剂体积含有去离子水的栓塞，其与另一个含有1mM Na2CO3的栓塞紧邻。
图7D说明模拟色谱运行，其中从配比泵泵送的一系列不均匀溶剂流经两个串联多管腔混合装置(2mm×50mm)，并且接着在电导检测器处检测。每个不均匀溶剂体积含有去离子水的栓塞，其与另一个含有1mM Na2CO3的栓塞紧邻。
图8A说明模拟色谱运行，其中去离子水流到电导检测器中保持约1.5分钟，切换成1mM Na2CO3保持约3分钟，并且接着用去离子水冲洗，其中不使用混合装置。
图8B说明模拟色谱运行，其中去离子水流经多管腔混合装置(2mm×100mm)并且接着流到电导检测器中保持约1.5分钟。接着将物料流切换成1mM Na2CO3保持约3分钟，并且接着切换回去离子水以冲洗多管腔混合装置。
图8C说明模拟色谱运行，其中去离子水流经可商购的混合装置并且接着流到电导检测器中保持约1.5分钟。接着将物料流切换成1mM Na2CO3保持约3分钟，并且接着切换回去离子水以冲洗可商购的混合装置。
图9A说明图8A的模拟色谱运行的展开图。
图9B说明图8B的模拟色谱运行的展开图。
图9C说明图8C的模拟色谱运行的展开图。
图10说明测试系统的示意图，其经配置以评估混合器装置的效能。
具体实施方式
应参考附图来阅读以下详细说明，其中不同附图中的相同元件的编号相同。不一定按比例的附图描绘所选择的实施例并且并不打算限制本发明的范围。详细描述以实例的方式而非以限制的方式说明本发明的原理。这一描述将明确地使所属领域的技术人员能够制造并使用本发明，且描述了本发明的若干实施例、改编、变化形式、替代方案和用途，包括目前被认为执行本发明的最佳模式。如在本文中所用，用于任何数值或范围的术语“约”或“大致”指示允许组件的部分或集合如在本文中所述，为其预定目的而运行的适合尺寸公差(dimensional tolerance)。
图1说明色谱系统100的示意图，其经配置以用多达四种不同移动相类型进行梯度溶离。色谱系统100可包括四个移动相储集器(102A、102B、102C和102D)、任选的脱气组件104、溶离剂配比阀门组件106、导管组件108、泵110、压力转换器112、多管腔混合装置114、注射阀116、色谱柱118和检测器120。应注意，多管腔混合装置可被称为多管腔混合器装置、混合装置、梯度混合器或混合器。在一个实施例中，多管腔混合装置是静态混合装置，其不在混合器本身内使用机械混合。
四个移动相储集器(102A、102B、102C和102D)可各自含有不同类型的移动相类型。梯度溶离中使用的典型移动相类型的实例可包括水、碳酸钠、氢氧化钠、硼酸钠、甲烷磺酸、乙腈、甲醇、磷酸盐缓冲液、乙酸铵、三氟乙酸和其组合。移动相类型可以是纯液体或可以是具有1mM到100mM范围内的盐浓度的溶液。溶离剂配比阀门组件106可引导泵110在预定时间段内抽吸四个移动相储集器中的一个并且接着切换到另一个移动相储集器。典型地，泵将在活塞循环期间抽吸每个所选择的移动相类型至少一次以形成多个相邻溶剂体积。举例来说，可选择两个移动相储集器(102A和102B)用于梯度溶离。这将最初形成含有溶剂体积A和溶剂体积B的不均匀溶剂体积(未混合)。应注意，溶剂体积A或B可称为液体的栓塞，其流动通过毛细管使得两个栓塞之间不存在完全均匀化。溶剂体积A可与溶剂体积B相邻，如图2中所示。溶剂A与溶剂B的比例取决于在切换到储集器102B之前，溶离剂配比阀门组件106抽吸储集器102A的时序。不均匀溶剂体积200从泵110输出并且对应于来自一个泵送循环的输出溶剂。应注意，溶剂A与溶剂B的比例可随时间推移而变化。从溶离剂配比阀门组件106，移动相经由导管组件108流到泵110中。如图1中所示，泵110具有两个部分，其包括主泵头110A和次泵头110B。泵110的输出物流到压力转换器112并且接着流到多管腔混合装置114中。在多管腔混合装置114之后，均匀移动相流动通过注射阀116、色谱柱118并且接着流到检测器120中。
在一个实施例中，多管腔混合装置114包括大于在一个泵送循环期间的总体积的体积。举例来说，如果一个泵送循环的总体积移位是100μL，那么选择1％流动相A和99％流动相B的组合物产生由1μL流动相A接着99μL流动相B组成的流体区段。在这一具有100μL泵送循环体积的实施例中，混合器可优选具有大于100μL的混合体积。在一个实施例中，可调节混合器的体积使其大于一个活塞循环的溶剂体积。
图3是多管腔混合装置114的透视图。在一个实施例中，多管腔混合装置114可以是管状并且具有约55毫米或约105毫米的长度L。管状可指呈导管形状的空心圆柱。应注意，长度L不限于55或105毫米并且可以是其它适用于提供大于一个泵送循环体积的体积的值。多管腔混合装置114的外径(O.D.)可在约2毫米到约4毫米范围内。多管腔混合装置114包括混合器主体126，其具有入口部分122和出口部分124。
如图4中说明，多管腔混合装置114A的实施例包括混合器主体内的毛细通道(128A、128B、128C、128D、128E)阵列，其中每个毛细通道具有大致相同的长度L。每个毛细管的入口靠近入口部分122并且每个毛细管的出口靠近出口部分124，其中阵列中的毛细通道具有五种不同横截面积。术语“集合”用于描述一个或多个具有大致相同直径的毛细管的群组。因此，图4的多管腔混合装置114A具有五个集合，其中每一集合对应于不同横截面积。毛细通道(128A、128B、128C、128D、128E)中的每一个可经分类以对应于五个集合中的一个。在图4中，存在6个具有0.0075英寸直径的毛细管(128A，第一集合，0.1905mm)、4个具有0.0083英寸直径的毛细管(128B，第二集合，0.2108mm)、3个具有0.009英寸直径的毛细管(128C，第三集合，0.2286mm)、2个具有0.0098英寸直径的毛细管(128D，第四集合，0.2489mm)和1个具有0.0114英寸直径的毛细管(128E，第五集合，0.2896mm)。因此，图4说明毛细管的5个不同集合，其提供总共16个毛细管。在一个实施例中，可使用超过5种不同直径尺寸的毛细管直径。在一个实施例中，混合器装置可具有3个或更多个毛细管集合，优选4个或更多个毛细管集合，更优选5个或更多个毛细管集合并且更优选6个或更多个毛细管集合。
参考图4，毛细管128E可与试管的中心点对准，而其它毛细管(128A到128D)可与第一半径R1或第二半径R2对准。第一半径可以是约0.035英寸(0.889mm)并且第二半径可以是约0.06英寸(1.524mm)。在图4中展示的实施例的一个变化形式中，毛细管阵列可随机分布在混合器主体的端面上。
如图5中说明，多管腔混合装置114B的另一实施例包括混合器主体内的毛细通道(130A、130B、130C、130D、130E)阵列，其中每个毛细通道具有大致相同的长度L。每个毛细管的入口靠近入口部分122并且每个毛细管的出口靠近出口部分124，其中毛细通道阵列具有至少五种不同横截面积。在图5中，存在6个具有0.01英寸直径的毛细管(130A，第一集合，0.254mm)、4个具有0.011英寸直径的毛细管(130B，第二集合，0.279mm)、3个具有0.012英寸直径的毛细管(130C，第三集合，0.305mm)、2个具有0.013英寸直径的毛细管(130D，第四集合，0.330mm)和1个具有0.0152英寸直径的毛细管(130E，第五集合，0.386mm)。因此，图5说明5种不同直径尺寸的毛细管直径和总共16个毛细管。
参考图5，多管腔混合装置114B的毛细管沿圆周与第三半径R3对准。第三半径可以是约0.0984英寸(2.50mm)并且多管腔混合装置114B的外径是约4毫米。毛细管沿第三半径R3均匀分布，其中紧邻的毛细管形成角θ。角θ由从混合器主体的中心点(CP)向外延伸通过毛细管(例如图5中标示为130A)的中心点的第一线(FL)与从混合器主体的中心点(CP)向外延伸通过紧邻的毛细管(例如图5中标示为另一个130A)的中心点的第二线(SL)形成，从而形成角θ。如图5所示，多管腔混合装置114B的角θ是约22.5度。
多管腔混合装置可通过挤压过程构筑。可挤压树脂使得形成试管，其具有试管内的多个毛细通道。在另一实施例中，可将一束毛细试管插入具有灌注化合物的较大直径的试管中，以便阻断毛细试管之间的物料流。在另一实施例中，可将一束毛细试管插入不含灌注化合物的较大直径的试管中，以便允许液体流经毛细试管和在毛细试管周围流动，其中通过试管之间的间隙的物料流充当混合器组件的另一流动路径。
在一个实施例中，多管腔混合装置可安裝在中空导管的内径内。安装可通过摩擦配合(friction fit)进行或中空导管可呈热缩套管形式。在某些情形下，中空导管中的安装可用粘合剂进行，只要注意防止粘合剂堵塞毛细入口和出口即可。具有所安裝的多管腔毛细官的中空导管的两端可被适配成具有流体配件，以用于并入色谱系统中。
现已描述多管腔混合器，下文将描述使用多管腔混合器的方法。在一个实施例中，多管腔混合器与配比泵的输出端流体连接。由配比泵输出的不均匀溶剂体积输入混合器中。接着，不均匀溶剂体积分解成流入毛细通道的多个部分。所述部分可以不同体积流动速率流动通过每个毛细通道。当多个部分在不同时间段到达混合器的末端时，其再次组合。将体积分解成各个部分并且重新组合的过程产生混合过程。流动速率取决于毛细通道的直径。在层流条件下，毛细管中的压降由方程式1定义。
方程式1的术语是ΔP＝压力损失，μ＝动态黏度，L＝试管的长度，Q＝体积流动速率，并且d＝试管的直径。压降产生对液流的阻力并且使毛细试管中液体部分的流动减缓。
将描述具有两个毛细管的简化实例，其中第一毛细管具有一种直径(d＝d1)并且第二毛细管的直径是第一毛细管的一半(d＝d1/2)。在相同体积流动速率(Q)下，第二较小毛细管的压降将比较大第一毛细管大16倍(应注意，d等于方程式1中的四分之一功率)。然而，因为较小的第二毛细管的横截面积是较大的第一毛细管的四分之一(应注意，对于第一毛细管，半径是r＝r1，对于第二毛细管，r＝r1/2，并且面积＝πr2)，体积流动速率Q的减小因子将需要是四以维持较小的第二试管中的等效线速度。因此，在等效线速度下，跨越较小试管的压降将比较大直径试管大四倍。应注意，使用方程式1，基于流动速率Q小4倍(Q＝Q1/4)并且d是第4功率的一半(d＝d1/2)来测定，其产生跨越较小试管的大四倍的压降。在混合应用中，施加于每个毛细管的压力相同，因为所有毛细管由共同来源加压。因此，以上关系转换成当都暴露于相同压力时，较小毛细管的线速度是较大毛细管的线速度的四分之一。
在另一种情形中，存在5个毛细管，其皆具有相同长度。一个毛细管具有直径d1并且所述毛细管中的4个具有直径d1/2。4个较小毛细管平行垂直于较大试管。4个较小试管具有与较大试管相同的组合体积。通过一个较小试管的体积流动速率将比通过较大试管的运送时间慢4倍。如果使两个或更多个待混合的流体进入具有5个试管的组件，那么流体将在所有5个试管之间与其压降成比例地分解。在以上实例中，将存在较大试管与4个较小试管之间流体的4:1分解，其中大部分流体以四倍线速度流经较大试管。如果待混合的流体在导管组件的出口处共混杂，那么鉴于流经较小ID导管相对于较大ID导管的运送时间之间的时间差，将发生适量混合。在这一简单实例中，混合将并非极有效，因为仅存在与导管组件相关联的两个离散运送时间。即使如此，这种方法的一个优势在于可计算试管的体积以及其运送时间，使得设计和组装具有适合的混合体积的试管。通过与流动速率成比例地调节试管长度，可针对不同流动速率按比例缩放混合体积，使得能够直接按比例调整混合器的体积。
在一个实施例中，混合器包括试管集合，所有试管具有相同长度，其中每一集合具有标称相同直径，使得来自每一试管集合的累积流动速率实质上相同。实质上相同的流动速率可描述两个或更多个在彼此的51％，优选60％，更优选70％，更优选80％并且甚至更优选地彼此的90％内的流动速率。举例来说，考虑两个集合的最简单情况，其中选择相对直径是X和0.5X。下文将描述如何测定具有直径0.5X和长度Y的试管的数目，其在与具有直径X和长度Y的单个试管在一起时将在相同的施加的压力下产生相同体积流动速率。
两个具有直径d1和d2的毛细管之间的压降比率ΔPr由方程式2藉由。
在这种情况下，当d2是d1的直径的一半时，压力比可由方程式3表示。
如果每个毛细管暴露于相同压力，因为跨越较小毛细的压降比较大毛细大16倍，那么体积流量将是较大毛细的体积流量的1/16。有可能通过增加毛细管的数目来补偿这一较低体积流动速率。在这一实例中，选择16个毛细管将产生与较大毛细管的体积流率匹配的流动速率(当所述16个毛细管与单个较大毛细管暴露于完全相同压力时)。
同时，毛细管的体积由方程式4给出。
可使用方程式5计算单个较大毛细管的体积(Vr)与具有相同长度的16个较小毛细管的体积的比率。
因此，尽管与单个较大毛细管暴露于相同压力的具有一半直径的16个毛细管将具有相同累积流动，但这16个毛细管的体积将比单个较大毛细管的体积大四倍。因此，当与较大毛细管中的运送时间相比时，流体流动通过16个较小毛细管的时间将长四倍。
为了设计具有若干个毛细管集合(其中每一集合具有大致相同的体积流量但不同的运送时间)的混合器，可将上述方法一般化。使用以上关系，以下表1列举与试管集合相关联的ID比率和相应运送时间比率，所述试管集合将具有与具有直径X的单个毛细管相同的体积流动速率。表1可用于设计具有不同特性的混合器。参考表1，“毛细管的数目”指集合中毛细管的数目，所述毛细管皆具有相同直径，其中所述直径小于单个毛细管的直径X。在表1中，“ID比率”指单个毛细管的直径X除以集合中一个毛细管的直径。在表1中，“运送时间比(Tr)”表示一种比率，其指示分析物相对于具有直径X的单个毛细管移动通过集合中一个毛细管所需的时间量。运送时间比率(Tr)也可被称为相对于具有直径X的单个毛细管，通过集合中一个毛细管的飞行时间比率。
举例来说，可构筑具有四个毛细管集合的混合器，所述集合由一个ID是X并且飞行时间是Y的毛细管、4个ID是0.71X(即X/1.41)并且飞行时间是2Y的毛细管、9个ID是0.58X(即X/1.73)并且飞行时间是3Y的毛细管、16个ID比率是0.5X(即X/2)并且飞行时间是4Y的毛细管组成。在这一实例中，基于四个毛细管集合，存在总共30个毛细管(1+4+9+16＝30)。应注意，飞行时间是2Y意指溶液移动通过具有个4的毛细管的集合的时间长度是通过具有ID是X的单个毛细管的集合的移动时间的两倍。
表1.
毛细管数目 ID比率 运送时间比率(Tr)
2 1.19 1.41
3 1.32 1.73
4 1.41 2
5 1.50 2.24
6 1.57 2.45
7 1.63 2.65
8 1.68 2.83
9 1.73 3
10 1.78 3.16
11 1.82 3.32
12 1.86 3.46
13 1.90 3.61
14 1.93 3.74
15 1.97 3.87
16 2 4
应注意，表1中指出单个较大毛细管与具有相同长度的许多较小毛细试管(n)组合的倾向。ID比率可通过获得n的四次方根(即，n1/4)来计算并且运送时间比率可通过获得n的平方根(即，n1/2)来获得。
实例1
与系统100类似地设置模拟色谱系统，以用于评估混合器装置的效用。图10展示测试系统1000，其不具有色谱柱。在这一实例中，不安装混合装置114，使得可使用未混合的样品进行背景测量。将含有20ppm NaNO3的5μL样品注入注射阀116中。泵102使作为载剂的去离子水以1毫升/分钟流动，以将样品栓塞移出注射阀116并且接着到达电导检测器120。图6A说明在不使用混合器的情况下，用电导检测器测量的单峰值。
实例2
根据图10设置测试系统1000。在这一实例中，在注射阀116的下游和检测器120的上游安装混合装置114。根据实施例114A的多管腔梯度混合器114是2mm×50mm(O.D.×长度，30μL体积)。应注意，测试系统1000评估均匀化单个样品栓塞的能力。将含有20ppmNaNO3的5μL样品注入系统中。泵102使作为载剂的去离子水以1毫升/分钟流动，以将样品栓塞移出注射阀116，到达混合器114并且接着到达电导检测器120。图6B说明单峰值，其表示在多管腔混合装置(2mm×50mm)中与载剂混合并且在电导检测器处测量的样品体积。混合引起与实例1的图6A中的峰值相比衰减且增宽的样品峰值。
实例3
根据图10设置测试系统1000。在这一实例中，多管腔梯度混合器114是根据实施例114A，其为2mm×100mm(O.D.×长度，60μL体积)。在这一实例中，混合器与实例2中的混合器具有相同O.D.并且长度是其两倍。将含有20ppm NaNO3的5μL样品注入系统中。泵102使作为载剂的去离子水以1毫升/分钟流动，以将样品栓塞移出注射阀116，到达混合器114并且接着到达电导检测器120。图6C说明单峰值，其表示在多管腔混合装置(2mm×100mm)中与载剂混合并且在电导检测器处测量的样品体积。混合引起与实例2的图6B中的峰值相比衰减且增宽的样品峰值。因此，具有较大体积的混合器引起更好的混合。应注意，具有甚至较大体积的混合器将逐渐地提供比图6C中所展示更好的混合。
实例4
根据图10设置测试系统1000。在这一实例中，多管腔梯度混合器114是根据实施例114A的两个垂直串联混合器，其为2mm×50mm(O.D.×长度，60μL体积)。在这一实例中，串联组合混合器与实例3中的混合器具有相同O.D.和相同有效长度。将含有20ppm NaNO3的5μL样品注入系统中。泵102使作为载剂的去离子水以1毫升/分钟流动，以将样品栓塞移出注射阀116，到达混合器114并且接着到达电导检测器120。图6D说明在两个串联连接的多管腔混合装置(两个，2mm×50mm)中与载剂混合且在电导检测器处测量的峰值。混合引起与实例3的图6C中的峰值类似的方式衰减和增宽的峰值。因此，与具有与两个较小混合器的总体积类似的体积的单个混合器相比，使用两个以串联方式连接的混合器可提供类似混合。
实例5
与实例1类似地设置模拟色谱系统。在这一实例中，不安装混合装置114，使得可进行背景测量。与其中将单一样品注射到注射阀116中的实例1到4不同，一系列不均匀的溶剂体积借助于配比泵流动通过系统。储集器102A含有去离子水并且储集器102B含有1mMNa2CO3。溶离剂配比泵经编程以在一个泵送循环期间从储集器102A取样90％并且从储集器102A取样10％。对于一份不均匀样品体积，一个循环的输出是约100μL。一系列未混合的不均匀样品体积以1毫升/分钟流动到电导检测器中以用于检测。图7A说明在不使用混合器的情况下用电导检测器测量的波浪锯齿状基线。
实例6
用混合装置114测试实例5的模拟色谱系统。在这一实例中，多管腔梯度混合器114是根据实施例114A，其为2mm×50mm(O.D.×长度，30μL体积)。在混合器之后，载剂流动到电导检测器中。图7B展示与图7A类似地波浪锯齿状基线。应注意，在这一实例中，混合器具有30μL体积，其比配比泵的一个泵送循环的输出(100μL体积)小得多。
实例7
用另一个混合装置114测试实例5的模拟色谱系统。在这一实例中，多管腔梯度混合器114是根据实施例114A，其为2mm×100mm(O.D.×长度，60μL体积)。在混合器之后，载剂流动到电导检测器中。应注意，在这一实例中，混合器具有与实例6中的混合器相同的O.D.并且长度是其两倍。图7C还展示与指示较好混合的图7B相比衰弱的波浪锯齿状基线。应注意，在这一实例中，混合器具有60μL体积，其与实例6相比更接近一种泵送循环的输出体积(100μL体积)。
实例8
用混合装置114测试实例5的模拟色谱系统。在这一实例中，多管腔梯度混合器114被配置成两个根据实施例114A的串联混合器，其为2mm×50mm(O.D.×长度，60μL体积)。在混合器之后，载剂流动到电导检测器中。应注意，在这一实例中，两个混合器具有与实例7中的混合器相同的O.D.和相同的总有效长度。图7D还展示与指示较好混合的图7B相比衰弱的波浪锯齿状基线。图7C和7D中的混合似乎具有类似效用。应注意，在这一实例和实例7中，混合器使用具有60μL的类似总体积的混合器。
实例9
与实例5类似地设置模拟色谱系统，其不具有混合装置。储集器102A含有去离子水并且储集器102B含有1mM Na2CO3。溶离剂配比泵经编程以从储集器102A泵送100％保持1分钟，并且接着从储集器102B泵送100％保持3分钟。图8A说明在去离子水流经系统时的相对低电导率和在Na2CO3流经系统时的电导率增加，直到其到达平线区。一旦泵切换回去离子水，电导率降低。电导率达到基线值所需的时间表示不具有混合装置的系统的洗涤时间。
实例10
用混合装置114A测试实例7的模拟色谱系统，其为2×100mm(O.D.×长度，60μL体积)。储集器102A含有去离子水并且储集器102B含有1mM Na2CO3。溶离剂配比泵经编程以从储集器102A泵送100％保持1分钟，并且接着从储集器102B泵送100％保持3分钟。图8B说明在去离子水流经系统时的相对低电导率和在Na2CO3流经系统时的电导率增加，直到其到达平线区。一旦泵切换回去离子水，电导率降低。电导率达到基线值所需的时间表示具有混合装置的系统的洗涤时间。
实例11
测试与实例7类似的模拟色谱系统。在这一实例中，使用市售混合装置。储集器102A含有去离子水并且储集器102B含有1mM Na2CO3。溶离剂配比泵经编程以从储集器102A泵送100％保持1分钟，并且接着从储集器102B泵送100％保持3分钟。图8C说明在去离子水流经系统时的相对低电导率和在Na2CO3流经系统时的电导率增加，直到其到达平线区。一旦泵切换回去离子水，电导率降低。电导率达到基线值所需的时间表示具有混合装置的系统的洗涤时间。
图9A、9B和9C分别说明图8A、8B和8C的模拟色谱运行的展开图。图9B说明混合装置114A(2mm×100mm，60μL体积)的洗涤时间比市售装置快得多并且与不具有混合装置的系统类似。当与不具有混合装置的相同系统相比时，混合装置114A引起洗涤时间增加小于0.05分钟。另外，市售混合装置的洗涤时间实质上超过混合装置114A。图9C展示在市售混合器的情况下，碳酸盐溶离剂的洗涤在0.75分钟之后仍不彻底。
虽然已经在本文中展示和描述本发明的优选实施例，但所属领域的技术人员应清楚，这类实施例仅是作为实例而提供的。所属领域的技术人员现将在不脱离本发明的情况下意识到大量变型、变化以及取代。虽然已经依据特定变型和说明性图式而描述本发明，但所属领域的一般技术人员将认识到本发明不限于所描述的变型或图式。另外，在其中上述方法和步骤指示某些事件以某种次序存在的情况下，所属领域的一般技术人员将认识到某些步骤的排序可以被修改并且这些修改符合本发明的变型。另外，这些步骤中的某些在可能时可以在一个平行过程中同时进行，以及如上文所描述依次进行。因此，在处于本本发明的精神内或与权利要求书中所见发明相当的本发明变型所能达到的程度内，这一专利将意图同样涵盖那些变型。

Claims (12)

1.一种混合不均匀溶剂体积的方法，所述不均匀溶剂体积包括与第二移动相类型的第二栓塞紧邻的第一移动相类型的第一栓塞，其中所述第一移动相类型与所述第二移动相类型不同，所述方法包含：
用泵来泵送第一移动相类型和第二移动相类型以输出所述不均匀溶剂体积；
将所述不均匀溶剂体积输入多管腔混合装置，所述多管腔混合装置包含：
混合器主体，其具有入口部分和出口部分；
所述混合器主体内的毛细通道阵列，其中每个毛细通道具有相同长度，其中每个所述毛细管的入口靠近所述入口部分并且每个所述毛细管的出口靠近所述出口部分，其中所述阵列中的毛细通道具有至少三种不同横截面积；
输出来自所述多管腔混合装置的混合物，其中所述混合物含有所述第一移动相类型和所述第二移动相类型；以及
将所述混合物输入色谱柱。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：
分离样品与所述色谱柱；和
检测一种或多种从所述色谱柱溶离的分析物。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：
根据时间提高所述第一移动相类型相对于所述第二移动相类型的比例。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述毛细通道阵列具有等于或大于所述不均匀溶剂体积的总体积，其中所述不均匀溶剂体积是一个泵送循环的体积。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述毛细通道阵列包括
对应于一个或多个毛细通道的第一集合，其中所述第一集合中的一个或多个毛细通道各自具有第一横截面积；
对应于一个或多个毛细通道的第二集合，其中所述第二集合中的一个或多个毛细通道各自具有第二横截面积；以及
对应于一个或多个毛细通道的第三集合，其中所述第三集合中的一个或多个毛细通道各自具有第三横截面积，其中所述第一集合、所述第二集合和所述第三集合的总体积相同，其中所述第一横截面积、所述第二横截面积和所述第三横截面积不同。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述毛细通道具有管状形状。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述泵是配比泵，所述配比泵经配置以输入来自第一储集器的第一移动相类型和输入来自第二储集器的第二移动相类型。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述多管腔混合装置位于样品注射器的下游。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述多管腔混合装置位于样品注射器的上游。
10.一种多管腔混合装置，其包含
混合器主体，其具有入口部分和出口部分；
所述混合器主体内的毛细通道阵列，其中每个毛细通道具有相同长度，其中每个所述毛细管的入口靠近所述入口部分并且每个所述毛细管的出口靠近所述出口部分，其中所述阵列中的毛细通道具有至少三种不同横截面积；
其中所述毛细通道阵列包括
对应于一个或多个毛细通道的第一集合，其中所述第一集合中的一个或多个毛细通道各自具有第一横截面积；
对应于一个或多个毛细通道的第二集合，其中所述第二集合中的一个或多个毛细通道各自具有第二横截面积；以及
对应于一个或多个毛细通道的第三集合，其中所述第三集合中的一个或多个毛细通道各自具有第三横截面积，其中所述第一集合、所述第二集合和所述第三集合的总体积相同，其中所述第一横截面积、所述第二横截面积和所述第三横截面积不同。
11.根据权利要求10所述的混合装置，其中所述毛细通道具有管状形状，
所述第一集合具有单个毛细管，其具有直径X，
所述第二集合具有第二数目的毛细管，其中所述毛细管的第二数目等于第一内径比率的四次方，其中所述第一内径比率是直径X除以所述第二集合中毛细通道的直径；以及
所述第三集合具有第三数目的毛细管，其中所述毛细管的第三数目等于第二内径比率的四次方，其中所述第二内径比率是直径X除以所述第三集合中毛细通道的直径，其中所述毛细管的第二数目和毛细管的第三数目各自是整数值。
12.根据权利要求10所述的混合装置，其中所述混合器主体安裝在壳体内，所述壳体具有第一端和第二端，所述第一端经配置以与泵的输出端流体连接并且所述第二端经配置以与色谱柱的输入端流体连接。
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