CN112221393A - 通过混合体的组合式轴向运动和旋转来混合流体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过混合体的组合式轴向运动和旋转来混合流体。一种用于在对流体样品进行分离的样品分离装置(10)中混合流动相的混合器(100)，其中，混合器(100)包括：流体入口(102)，其用于将待混合的流动相供给至混合容积(104)；可移动体(106)，其构造成在混合容积(104)中旋转并且轴向移动，以便混合流动相；和流体出口(108)，其用于将混合的流动相供给至流动相消耗器(20、30、40)。

Description

通过混合体的组合式轴向运动和旋转来混合流体
技术领域
本发明涉及混合器、流动相供给装置、样品分离装置和混合流动相的方法。
背景技术
在液相色谱法中，可以通过导管和使样品组分进行分离的分离单元(诸如柱)来泵送流体样品和洗脱液(液体流动相)。柱可以包括能够分离流体样品的不同组分的材料。分离单元可以通过导管连接至其他流体构件(如采样器或注射器、检测器)。在将流体样品引入到流体驱动单元(特别是高压泵)与分离单元之间的分离路径中之前，应通过活塞在计量装置内的相应移动，经由注射针头将预定量的流体样品从样品源(诸如样品容器)吸入到样品回路中。此后，切换注射阀，以将来自计量路径的样品回路的吸入量的流体样品引入到流体驱动单元和分离单元之间的分离路径中以用于后续分离。样品分离的精度还敏感地取决于正确的流动相组合物(可能由不同的溶剂组成)以及流动相组合物的均匀性。
难以将流动相与准确限定的组合物适当地混合。
发明内容
本发明的目的是提供特别是用于样品分离系统的适当地混合的流动相。该目的通过独立权利要求来解决。其他实施例通过从属权利要求来示出。
根据本发明的示例性实施例，提供了用于在对流体样品进行分离的样品分离装置中混合流动相的混合器，其中，该混合器包括：流体入口，其用于将待混合的流动相供给至混合容积；可移动体，其构造成在混合容积中旋转并且(特别是同时或连贯地)轴向移动，以便混合流动相；和流体出口，其用于将混合后的流动相供给至流动相消耗器。
根据另一示例性实施例，提供了用于对分离路径中的流体样品进行分离的样品分离装置，其中，样品分离装置包括：驱动单元，其用于驱动流动相和注射到流动相中的流体样品；具有上述特征的混合器，其用于在将流体样品注射到流动相中之前混合流动相；和样品分离单元，其构造成分离流动相中的流体样品。
根据又一示例性实施例，提供了用于提供流动相的流动相供给装置，其中，该流动相供给装置包括：具有上述特征的混合器，其用于接收和混合一种或多种溶剂；和驱动单元，其构造成从混合器中接收所混合的一种或多种溶剂，并且对所接收的一种或多种溶剂进行加压以提供为流动相。
根据又一示例性实施例，提供了混合流动相的方法(例如在用于分离流体样品的样品分离装置中)，其中，该方法包括：将待混合的流动相供给至混合容积，使可移动体在混合容积中旋转并(特别是同时或连贯地)轴向移动以便混合流动相，并且将混合后的流动相供给至流动相消耗器。
在本申请的上下文中，术语“混合器”可以特别表示这样的机构，该机构能够促进流动相的不同流体成分之间的相互作用，以便提升由各个混合成分组成的流动相的均匀性。特别地，混合器可以触发流体的混合，使得可以将先前分离的流体塞或分离的流转化成更均匀的混合物，其中，各个流体组分的区别较小，特别是完全均匀化。
在本申请的上下文中，术语“流动相”可以特别表示流体混合物(其中，流体可以是可选地包括固体颗粒的液体、气体、其混合物)。特别地，流动相可以是通过混合而获得的溶剂组合物。例如，可以将第一溶剂(比如水)与有机溶剂(例如乙醇或乙腈)混合。
在本申请的上下文中，术语“样品分离装置”可以特别表示能够将流体样品分离成其各个级分的设备。可以通过将流体样品引入所述流动相的流中并且随后按照一种或多种分离标准将流体样品分离成其级分，来实现流体样品的分离。特别地，样品分离设备可以能够通过色谱法(即，鉴于级分相对于分离介质比如固定相的不同亲和力)和/或通过电泳(即，由于流体样品与电场的不同的相互作用)来分离流体样品。
在本申请的上下文中，术语“混合容积”可以特别表示腔室，流动相的成分比如作为流体包的序列或者分离的平行流体流供给至腔室中，并且在腔室中发生实际混合。所述可移动体可以容纳在混合容积中，以执行组合式旋转和纵向运动，从而促进流动相的成分之间的混合。
在本申请的上下文中，术语可移动体的“旋转”可以特别表示可移动体围绕与从流体入口到流体出口的流动相的主流动方向相对应的轴线的转动。
在本申请的上下文中，术语“轴向移动”可以特别表示可移动体在混合容积中平行于和/或反平行于流动相的主流动方向的运动。比如，这种轴向运动可以是可移动体在混合容积中的往复运动。
在本申请的上下文中，术语“流动相消耗器”可以特别表示流体构件，该流体构件用作所生产的流体混合物或流动相的目的地并且构造成进一步处理所获得的混合物，特别是出于样品分离或用于其他目的。例如，消耗器可以是流体驱动器(诸如高压泵)，以用于在将流体样品注射到该流动相之前对流动相进行加压。在另一实施例中，这种消耗器可以是分离单元(诸如色谱分离柱)，流动相作为流体样品的输送介质输送至该分离单元。样品分离单元的固定相可以构造成吸收流体样品并且随后释放来自分离单元的流体样品的级分(比如，就梯度模式或等度模式而言)。这样的流动相消耗器也可以是将流体样品注射到流动相中的注射器或采样器。
根据本发明的示例性实施例，提供了用于混合流体以形成流动相的混合器，该混合器将待混合的流体组分(比如，作为顺序流体塞的序列和/或作为分离流的平行流)供给至混合容积中，并且通过可移动体在混合容积中的组合式旋转和纵向运动，来触发或促进混合成均匀的流动相。因此，同一个可移动体可以既旋转又轴向移动，以促进流动相的成分混合。为此，可以在同一时间或同时进行可移动体的组合式旋转和纵向运动。然而，也可以依序地执行可移动体的旋转和纵向运动，比如作为可移动活塞的仅旋转运动和仅纵向运动的交替序列。事实证明，可移动体的线性运动和旋转运动的组合特别有效地促进了混合处理，并且因此允许在流体出口处获得高度均匀的流动相。通过非常简单但有效的机构，因此可以实现在甚至非常高的压力下提供甚至非常小的流体容积的混合。不仅可以确保简单的混合机构和较高的混合效率，而且可以确保所获得的混合物在流体组合物方面具有较高的精度和准确度。这对于使用混合流动相的样品分离的较高的精度和再现性至关重要。
在下文中，将说明混合器、流动相供给装置、样品分离装置和方法的其他实施例。
在实施例中，可移动体是旋转对称体、特别是柱体(比如见图2)。由于流动相和柱体之间沿较大的相互作用区域相互作用，因此提供旋转对称体可以确保有效地混合。比如，具有圆形横截面的柱形可移动体可以特别地能够在混合容积中往复运动并旋转，而基本上没有死容积。然而，可移动体也可以具有不同的形状，特别地可以是盘体(见图18至图22)或组合式柱-盘体(参见图25)。
在实施例中，阀体构造成通过由轴向移动致动而选择性地打开或关闭流路。因此，可移动体可以满足双重功能，即，混合流动相并且打开和关闭阀。
在实施例中，阀体构造成由流动相致动。因此，流动相本身可以生成用于对可移动体进行操作的力。
在实施例中，可移动体的至少一部分表面、特别是至少一部分侧表面具有结构化(特别是微结构化)表面，该结构化表面构造成当与流动相相互作用时促进流动相的混合。这样的结构化表面可以具有表面轮廓(在具有微米量级尺寸的凹口和突起的微结构化表面的情况下)，该表面轮廓已经证明是用于提升混合流动相的均匀性的有效机构。比如，结构化表面可以是具有随机布置的凹口和突起的粗糙化表面，该粗糙化表面已经证明是有效的混合表面。替代地，也可以提供限定的或有序的表面轮廓(比如，螺旋凹槽的布置，以便以特别限定的方式促进混合)。附加地或替代地，围绕可移动体并限制混合容积的径向轴承可以配备有这样的结构化表面，以进一步提升混合性能。
在实施例中，可移动体至少部分地由磁性材料、特别是永磁性材料制成，从而可以通过磁性驱动力来旋转和轴向移动。当可移动体部分或全部由(优选地，永久性)磁性材料制成时，可移动体的以线性和旋转方式的运动可以有效地以非接触方式被磁性驱动单元触发。通过采取该措施，还可以将磁性驱动单元或用于与该磁性驱动单元联接的任何联接结构定位在混合容积之外，使得可以在混合处理中进一步减小死容积而不会受到驱动机构的干扰。然而，作为磁性驱动机构的替代，也可以通过具有驱动轴的机械联接件来驱动可移动体，该驱动轴支撑可移动体的往复运动和旋转。
在实施例中，可移动体的磁性材料嵌入到可移动体的非磁性材料中。通过将磁体嵌入到可移动体的非磁性部分中，可以保护磁性材料在混合器操作期间免受机械损坏。此外，磁性材料可以与(在某些情况下化学侵蚀性的)流动相分开。将磁性材料集成在比如杆形或盘形可移动体中也可以将死容积保持得较小。
在实施例中，混合器在与磁性材料相邻的非磁性材料中包括空穴。当将磁性材料插入到可移动体的非磁性部的内部中空空间中时，所得到的可移动体的不同密度等可能对可移动体内的重量分布带来影响。为了平衡这种重量分布的不对称性或不均匀性，在可移动体内形成其他的或余留的中空部可以是有利的。这种余留的中空空间的形状和尺寸可以是用于调节混合器的准确性能的设计参数。
在实施例中，磁性材料构造成使得其极性沿可移动体的径向轴线从北向南转移。通过可移动体的永磁体材料的北极和南极的这种构造，可以通过围绕可移动体的磁性驱动单元以简单的方式来触发旋转和往复运动。
在实施例中，混合器包括磁性驱动单元，该磁性驱动单元构造成向可移动体施加磁力以使可移动体旋转和轴向移动。这样的磁性驱动单元可以构造成产生磁场，因此将作用在可移动体上的磁力施加在混合容积中。有利地，相应的磁性驱动机构可以以非接触的方式起作用，即，一方面的至少部分磁性的可移动体与另一方面的磁性驱动单元之间没有物理接触。
在实施例中，磁性驱动单元包括围绕可移动体的至少一个磁性线圈。线圈允许有效地触发可移动体在线性方向和周向方向两者上的运动，同时将死容积保持得较小，该线圈围绕可移动体并且优选围绕界定混合容积的外部壳体布置在混合容积的外侧。为了开始可移动体的运动，将具有适当的时间相关的电流简单地施加到优选构造成一个或多个磁性线圈的磁性驱动单元就足够了。附加地或替代地，磁性驱动单元可以包括至少一个永磁体，该永磁体比如可以移动或者可以是静态的以将磁力施加到可移动体的位置处。
在实施例中，流体入口包括流体分割器，该流体分割器构造成将所供给的流动相分割成围绕可移动体流动，以便促进混合。当待混合的流动相(比如，流动相的塞的序列或平行的溶剂流)供给至混合器的流体入口的一个或多个入口端口时，将流体流分割成分离的流体流或者将流体流从基本上圆形的横截面分割成基本上中空柱形横截面可以允许进一步增强混合效果。
在实施例中，流体出口包括流体组合器，该流体组合器构造成将混合后的分割流动相(比如，围绕可移动体的侧表面的周向流动)组合成具有连续横截面的组合流。因此，在可移动体的下游和流体出口的上游，先前分割的流可以再次组合成单股流，该单股流流动到消耗器以消耗或进一步处理混合流动相。
在实施例中，可移动体以这样的方式布置在混合容积中，使得流动相在流体入口与流体出口之间的至少一部分路径之间围绕可移动体的侧表面流动。描述性地讲，流经流体入口的流动相可以在可移动体的正上游分割，并且可以沿围绕可移动体的侧表面的基本上中空的柱形路径流动。在流体出口的正上游处，分割的周向流可以被组合，从而作为完整柱形的流动流从流体出口流出。
在实施例中，可移动体构造成围绕其轴向移动的轴线旋转。附加地或替代地，可移动体也可以构造成通过沿其轴向移动的轴线往复运动而轴向移动。
在流动相供给装置的实施例中，混合器构造成驱动单元的主动入口阀。特别地，混合器可以充当用于样品分离设备(比如，液相色谱设备)的高压泵的主动入口阀。
在实施例中，混合器包括反馈通道(也可以表示为向后通道)，以用于在混合容积中混合之后馈送回流动相(特别是朝向流体入口馈送回或者馈送回至附加流体出口)。在实施例中，这样的构造可以将混合器的功能扩展为组合式混合器-泵，该组合式混合器-泵将混合后的流动相泵送回附加流体出口(例如见图11)。在另一实施例中，反馈通道可以用于使流动相在混合容积中混合之后循环，特别是以便在混合容积中连续多次混合(例如见图2)。非常有利地，可以形成一个或多个反馈通道，其可以将(至少部分地)混合的流动相从流体出口朝向流体入口或朝向另外的流体出口导向回。因此，流动相可以再次引入到混合容积中以重复或增强混合。附加地或替代地，可以将混合物泵送到混合器外部的目的地。通过实施反馈通道，因此可以在混合器中引入泵功能。在这样的构造中，可以关闭流体出口处的阀，使得在混合容积中混合的流体可以在朝向流体入口的方向上沿反馈通道流回。然后，混合后的流体可以经由所述另外的流体出口朝向目的地或消耗器泵送。
在实施例中，混合器包括流体入口处的入口球阀。比如，入口球阀可以构造成主动阀或被动阀。特别地，当实施为被动阀时，入口球阀的打开和关闭可以通过流动相的压力来触发。特别地，当实施为主动阀时，入口球阀的打开和关闭可以通过可移动体的运动来触发，该运动可以在入口球阀上施加打开或关闭力。
在实施例中，混合器包括流体出口处的出口球阀。比如，出口球阀可以构造成主动阀或被动阀。特别地，当呈现为被动阀时，出口球阀的打开和关闭可以由流动相的压力来触发。特别地，当呈现为主动阀时，出口球阀的打开和关闭可以由可移动体的运动来触发，该运动可以在出口球阀上施加打开或关闭力。
在实施例中，入口球和出口球中的至少一者可以由可移动体致动，以促进入口球或出口球的清洁。这可以通过使可移动体压靠相应的阀球结合使可移动体在与入口球或出口球接触时旋转来实现。因此，可移动体可以在流体入口处或流体出口处被驱动以朝向相应的阀球，并且可以将相应的阀球压靠所分配的座。在这样的构造中，可移动体的旋转还可以引起就位在相应座中的相应球的旋转。由可移动体施加的、座中的球在压力下的该受迫运动可以允许固体沉积物从相应的阀球上去除以清洁相应的阀球。
在实施例中，入口球和出口球中的至少一者与可移动体固定连接。这使可移动部件的数量保持较小，因此构造简单。
在实施例中，入口球和出口球中的至少一者与可移动体分离地设置。然后，相应的球可以独立于可移动体移动。
在实施例中，入口球和出口球中的至少一者能够通过可移动体在轴向方向上移动。特别地，可移动体的往复运动可以将相应的球压入相应的阀座中。
在实施例中，入口球和出口球中的至少一者通过流动相在轴向方向上是可移动的。因此，流动相本身可根据希望的阀功能而生成用于使球移动的力。
在实施例中，入口球和出口球中的至少一者构造成与可移动体的圆锥形座匹配。这可以促进相应的球的自清洁。
在实施例中，入口球和出口球中的至少一者构造成与可移动体的球形座匹配。这种构造还可以涉及可移动体的章动运动，以便进一步提升混合效率。
在实施例中，混合器在流体入口和/或流体出口处包括至少一个密封件、特别是至少一个高压密封件。通过在混合容积的入口侧和/或出口侧设置这种密封件，可以确保混合器在甚至至少100bar、特别是至少1000bar的高压下也是流体密封的，这使得混合器特别适合于高压样品分离。
在实施例中，可移动体构造成阀体，该阀体能够操作以用于选择性地打开或关闭通过流体入口、沿混合容积并且通过流体出口的流动相的流路。因此，可移动体可以构造成选择性地打开或关闭流体入口与流体出口之间的流路。根据这样的实施例，混合器可以实现为组合式混合器-阀-配置，其中，当在纵向轴向方向上往复运动时，阀被可移动体打开或关闭。通过这种受控运动，可移动体可以比如致动入口阀球或出口阀球，以将相应的阀球移动到球座中或从球座中移出。因此，可移动体可以满足双重功能，即，可以同时用作混合剂和阀体。
在实施例中，混合器包括在可移动体上(特别是在其侧表面处)上的至少一个导向叶片，该导向叶片构造成与流动相相互作用。这样的至少一个导向叶片可以用于促进流动相的混合，这是因为其可以增强湍流。附加地或替代地，这样的至少一个导向叶片也可以构造成被流动相移动，以便促进可移动体的旋转。比如，可移动体的旋转可以是当可移动体轴向移动时流动相与至少一个导向叶片的相互作用的结果。通过在可移动体的侧表面上设置一个或多个导向叶片，可以使可移动体能够以与涡轮类似的方式起作用。当流动相沿可移动体流动并且与一个或多个导向叶片相互作用时，流动相可以在可移动体上产生旋转力。在这样的实施例中，可能的是，仅主动地迫使可移动体进行轴向运动(特别是往复运动)，并且可移动体的旋转由与流动相相互作用的一个或多个相应设计的导向叶片的相互作用引起。附加地或替代地，围绕可移动体并且界定混合容积的径向轴承可以配备有至少一个导向叶片。
在实施例中，可移动体构造成进行章动移动或相对于轴向方向枢转。轴向方向可以由流体入口与流体出口之间的虚拟连接线限定。使可移动体枢转可以涉及支承可移动体的一端(比如在球轴承中)，以便仅使所述端部旋转和往复运动。还可以允许可移动体的相对另一端另外沿着圆形轨迹径向地移动，使得除了旋转和往复运动之外，刚性可移动体整体上还进行枢转运动。通过向轴向移动和旋转的可移动体增加枢转运动，可以增加另外的运动的自由度，以便允许进一步改进可移动体的功能，比如在混合和/或提供阀功能方面。
在样品分离装置的实施例中，混合器位于驱动单元的上游或下游。在实施例中，混合器可以布置在配比单元(特别是配比阀)的下游和流体驱动单元(诸如高压泵)的上游。配比单元可具有多个流体输入，每个流体输入构造成接收待混合的流动相的相应组分，比如溶剂组分。通过切换比例阀，可以在配比单元的出口处生成各种流体组分的序列，其中，各个流体组分可以顺序布置为溶剂塞。通过将混合器布置在该配比单元的下游，可以将塞的序列混合成均匀的流动相。然后，这种均匀的流动相可以在供给至分离单元或将流体样品注射到流动相中的注射器之前，供给至混合器下游的流体驱动单元，以对流动相进行加压。附加地或替代地，也可以将混合器布置在所述流体驱动单元的下游，使得加压的流动相可以被混合器进一步混合。
在实施例中，流体驱动单元构造成将流动相压缩到特别是高达至少500bar、更特别是至少1500bar、甚至更特别是至少1200bar的压力。因此，流体驱动单元可以能够作为高压泵操作，特别是用于高压液相色谱应用。
在实施例中，用于将待分离的流体样品注射到混合流动相中的注射器(其可以位于流体驱动单元的下游)包括针头和构造成容纳针头的座。针头可以被驱动以朝向样品容器，以通过计量泵或其他类型的样品驱动器的相应操作，来将流体样品引入到样品容纳容积中。针头可以构造成能够在注射之前被驱动至座。在这样的构造中，流体样品可以存储在样品容器(诸如瓶)中。可以比如通过机器人驱动针头从座中出来，并且可以将针头浸入样品容器中的流体样品中。随后，可以沿向后方向驱动样品驱动器(诸如计量泵)的活塞，以便经由针头将一定量的流体样品从样品容器中吸入到样品容纳容积中。之后，可以驱动针头返回到座中，以在此处建立液密连接。通过将注射器的流体阀切换到注射切换状态，可以将吸入的流体样品从样品容纳容积注射到混合器所提供的流动相中，使得可以朝向分离单元驱动流体样品和流动相。
在实施例中，注射器的样品驱动器或计量装置包括活塞，该活塞构造成当吸入流体样品时(其可以涉及活塞的向后运动)并且当在注射切换状态下将流体样品注射到分离路径中以朝向分离单元压入流体样品时，在相反的方向上移动。活塞可以安装为在样品驱动器的活塞腔室中往复运动。为了将流体样品吸取或吸入到样品容纳容积中，活塞可以向后移动，以便通过针头将流体样品从样品容器吸取到样品容纳容积中。
上述流体阀的实施例可以在常规可用的HPLC系统中实施，诸如Agilent 1200系列快速分离LC系统或Agilent 1150HPLC系列(均由申请人安捷伦科技公司提供-见www.agilent.com)-其将通过引用并入本文)。
样品分离装置的一个实施例包括作为流体驱动单元的泵送设备，该泵送设备具有泵活塞，该泵活塞在泵工作腔室中往复运动，以将泵工作腔室中的液体压缩至高压，在该高压下液体的可压缩性变得显著。该泵送设备可以构造成(借助于操作员的输入、来自仪器的另一模块的通知或类似物)知晓或者以其他方式得出溶剂性能。
样品分离装置的分离单元优选包括提供固定相的色谱柱(比如见http:// en.wikipedia.org/wiki/Column_chromatography)。柱可以是玻璃或钢管(比如，直径为50μm至5mm，长度为1cm至1m)或微流体色谱柱(比如EP 1577012或申请人安捷伦科技公司提供的Agilent 1200系列HPLC-芯片/MS系统)。当各个组分以不同的速度传播通过具有洗脱液的柱时，各个组分由固定相不同地保留并且至少部分地彼此分离。在柱的端部处，它们每次或至少不完全同时洗脱一个。在整个色谱处理期间，洗脱液也可以以一系列级分被收集。柱色谱法中的固定相或吸附剂通常是固体材料。柱色谱法最常用的固定相是硅胶、表面改性硅胶、随后是氧化铝。过去经常使用纤维素粉末。离子交换色谱法、反相色谱法(RP)、亲和色谱法或膨胀床吸附(EBA)也是可能的。固定相通常是细磨的粉末或凝胶和/或可以是微孔以增大表面。
流动相(或洗脱液)可以是纯溶剂或不同溶剂(诸如水和有机溶剂(诸如ACN、乙腈))的混合物。比如，流动相可以被选择，以最小化感兴趣的化合物的保留和/或进行色谱法的流动相的量。流动相可以被选择，使得可以有效地分离流体样品的不同化合物或级分。流动相可以包括有机溶剂(比如甲醇或乙腈)等，该有机溶剂经常用水稀释。为了进行梯度操作，水和有机物将在分离的瓶子中传送，梯度泵从中将程控的共混物传送到系统中。其他常用的溶剂可以是异丙醇、THF、己烷、乙醇和/或其任何组合或这些与上述溶剂的任何组合。
流体样品可以包括但不限于任何类型的处理液体、如果汁的天然样品、如血浆的体液，或者其可以是来自发酵液的反应的结果。
由流体驱动单元产生的在流动相中的压力可以在2-200MPa(20至2000bar)、特别是10-150MPa(150至1500bar)并且更特别是50-120MPa(500至1200bar)的范围内。
样品分离装置(比如HPLC系统)还可以包括用于检测流体样品的分离化合物的检测器、用于输出流体样品的分离化合物的分级单元或其任何组合。关于由申请人安捷伦科技公司在www.agilent.com(其应通过引用并入本文)下提供的Agilent 1200系列快速分离LC系统或Agilent 1150HPLC系列，公开了这样的HPLC系统的更多细节。
本发明的实施例可以部分地或完全地由一个或多个合适的软件程序实施或支持，该软件程序可以存储在任何种类的数据载体上或以其他方式由其提供，并且可以在任何合适的数据处理单元中执行或由其执行。优选地，软件程序或例程可以应用在控制单元中或由其应用。
附图说明
通过参考以下结合附图对实施例的更详细的描述，将容易地了解并且更好地理解本发明的实施例的其他目的和许多附带优点。实质上或功能上相同或相似的特征将由相同的附图标记来表示。
图1示出了根据本发明的实施例的、特别用于高效液相色谱(HPLC)的液体样品分离装置。
图2示出了根据本发明的示例性实施例的样品分离设备的混合器的三维剖视图。
图3示出了根据图2的混合器的另一个三维剖视图。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的混合器的剖视图，该混合器在入口侧和出口侧具有圆锥形球座。
图5示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器的剖视图，该混合器仅在出口侧具有圆锥形球座。
图6示出了根据本发明的又一个示例性实施例的具有固定阀球的混合器的剖视图。
图7示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器的剖视图，该混合器在径向轴承的围绕可移动体的侧表面处具有混合促进轮廓。
图8示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器的一部分的剖视图，该混合器在径向轴承的用于围绕可移动体的侧表面处具有混合轮廓，该混合轮廓具有用于促进混合的交叉连接的轮廓结构。
图9示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器的剖视图，该混合器在径向轴承的围绕可移动体的侧表面上具有导向叶片。
图10示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器的一部分的三维视图，该混合器围绕可移动体在可移动体的侧表面上具有混合轮廓。
图11示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器的剖视图，在该混合器中，当相应的阀关闭时，阀球位于右侧的座中。
图12至图14示出了根据本发明的又一示例性实施例的具有基于章动的混合架构的混合器的一部分的三维视图，并且图15和图16示出了该部分的剖视图。
图17示出了根据本发明的示例性实施例的包括图12至图16所示的部分的混合器的剖视图。
图18至图20示出了根据本发明的示例性实施例的构造成混合器的混合盘的可移动体的不同视图。
图21和图22示出了根据本发明的另一示例性实施例的构造成具有混合器的阀球的混合盘的可移动体的不同视图。
图23示出了根据示例性实施例的用于驱动具有磁性材料的可移动体的磁性驱动单元。
图24是根据示例性实施例的流过容纳磁性驱动混合器的可移动体的混合容积的流动相的示意图。
图25示出了根据另一示例性实施例的混合器构造，在该混合器构造中，可移动体具有杆形部和嵌入有磁性材料的盘形部。
图26是根据混合器的另一示例性实施例的具有导向叶片的可移动体的平面图。
图27示出了根据图26的可移动体连同阀组件和驱动单元的剖视图。
附图中的图示是示意性的。
具体实施方式
在更详细地描述附图之前，将概括本发明的一些基本考虑，示例性实施例基于这些基本考虑来进展。
根据本发明的示例性实施例，可以提供一种混合器，该混合器具有可移动体，该可移动体除了往复轴向运动之外，还经历旋转以促进流动相的成分的混合。可选地，可移动体还可以围绕轴向方向倾斜或枢转，以进一步改进混合。在实施例中，分级混合还可以同时满足阀功能。因此，以这种方式操作的可移动体可以充当组合式混合器-阀-配置。当可移动体朝向流体入口移动时，其可以比如通过致动入口球并且迫使入口球进入流体入口处的阀座来关闭流体入口。通过采取该措施，可以选择性地关闭流体入口。通过在相反的方向上移动，可移动体可以允许入口球打开，使得流动相可以通过流体入口并且沿着可移动体流动。可选地，还可以在流体出口处设置出口球阀，使得可移动体也可以被操作以作用在出口阀球上。
有利地，可移动体还可以被操作以朝向流体入口处的座按压入口球或者朝向流体出口处的座按压出口球。然后，在该按压状态下，可移动体可以附加地旋转，以便也使流体入口处的座中的入口球或流体出口处的座上处的出口球旋转。通过采取这种措施，相应的入口球或出口球上的固体沉积物可以通过一方面的入口球或出口球与另一方面的相应的座和可移动体之间的摩擦力来去除。因此，可移动体还可以有助于清洁入口球和/或出口球。比如，入口球和/或出口球可以由诸如蓝宝石或红宝石等的足够刚性的材料制成，以便防止在由可移动体引起的这种摩擦清洁期间损坏相应的入口球或出口球。在实施例中，可以将用于入口球或出口球的座构造成具有圆锥形状并且具有尖角，使得入口球或出口球可以在可移动体施加在座处的压力的作用下旋转，以便去除相应的入口球或出口球上的碎屑。
在有利的实施例中，还可以在比如杆形或盘形可移动体的周表面或侧表面和/或围绕可移动体并界定混合容积的径向轴承的匹配表面上，设置一个或多个导向叶片。因此，流过混合容积的流动相可以在导向叶片上施加力，比如旋转力。因此，可以足以驱动流动相通过混合器并且促进可移动体在混合容积中的轴向运动(特别是往复运动)，使得被驱动的流动相可以经由一个或多个相应设计的导向叶片，引起可移动体旋转。
当除了入口球之外还设置可选的出口球时，可以在流体入口和流体出口两者处生成混合器-阀-配置的支座，以便适当地界定冲程容积。入口球和/或出口球的设置可以防止可能损坏或缩短混合器的寿命的金属-金属碰撞。
为了利用磁性驱动机构驱动混合容积中的可移动体，可以在混合容积的外部设置一个或多个线圈。通过将相应的时间相关的磁场分布施加到线圈上(或更准确地说，时间相关的电流函数或电压函数)，可以生成力贡献，从而导致可移动体的轴向运动和旋转，并且可选地还有枢转。在该上下文中，可移动体的磁性材料比如可以是铁氧体或永磁性材料。然而，替代地，也可以围绕混合容积设置多个线圈。比如，由永磁结构隔开的两个线圈可以是有利的选择。比如，可以通过罩极马达在混合容积中磁性地驱动可移动体。描述性地讲，由线圈等生成的磁场可以具有恒定的偏移值，该偏移值可以导致可移动体在轴向方向上的纵向运动。由线圈产生的时间相关的(比如振荡的)附加磁场可以促进可移动体的旋转。通过提供单个或多个组合式线圈结构，可以实现具有恒定偏移和时间相关的贡献的这样的时间相关的磁场。
作为磁性驱动器的替代，也可以通过超声波驱动器或通过机械马达(诸如电动马达)来驱动可移动体。还可以通过可移动体的侧表面上的叶片，结合流动相的移动力，来实现可移动体的旋转(以及必要时还有纵向运动)。
根据本发明的示例性实施例，可以提供具有较低的死容积的用于色谱样品分离装置(诸如HPLC)的主动在线混合器。
常规地，使用静态结构或者通过引入旋转的螺旋桨状结构来被动地进行混合。这种常规方法的缺点是需要附加的旋转密封件，以将低压侧的马达附装至高压侧的混合器。这可能导致附加的容积，并且可能导致泄漏和故障模式。
有利地，根据本发明的示例性实施例的混合器的磁性系统可以产生旋转场，该旋转场使比如活塞形的可移动体沿其轴向轴线旋转。由于可移动体的侧表面和/或相对的轴承表面上的可选的微结构，流动力的流体可以主动地涡旋并且泵入到界定混合容积的泵腔室中或者从其中泵出。通过可选的附加的后向通道，附装有可移动体的腔室内的全部液体可以通过混合器循环。由于比如活塞形的可移动体也可以轴向移动，因此其可以增强混合效果。
现在更详细地参考附图，图1描绘了作为根据本发明的示例性实施例的样品分离装置10的示例的液体分离系统的总体示意图。作为流体驱动单元20的泵通常经由脱气器27从溶剂供给源25接收流动相，该脱气器27对流动相进行脱气并因此减少流动相中的溶解气体的量。流动相驱动器或流体驱动单元20将流动相驱动通过包括固定相的分离单元30(诸如色谱柱)。可以在流体驱动单元20与分离单元30之间设置实施流体阀90的采样器或注射器40，以便使样品流体进入流动相中或将样品流体添加到流动相中(经常称为样品引入)，使得可以向发生实际样品分离的分离路径提供流体样品和流动相的混合物。分离单元30的固定相构造成分离样品液体的化合物。设置检测器50，以用于检测样品流体的分离出的化合物。可以设置分级单元60，以用于输出样品流体的分离出的化合物。
尽管流动相可以由仅一种溶剂组成，但是也可以将其与多种溶剂混合。可以通过一个或多个混合器100在流体驱动单元20上游的低压处和/或在流体驱动单元20下游的高压处提供这种混合。流体驱动单元20可以包括多个单独的泵送单元，多个泵送单元各自接收和泵送不同的溶剂或混合物，使得流动相(如由分离单元30所接收的)的混合在高压下并且在流体驱动单元20下游(或作为其一部分)发生。流动相的组合物(混合物)可以随时间保持恒定(所谓的等度模式)，也可以随时间变化(所谓的梯度模式)。
可以是PC或工作站的数据处理单元或控制单元70可以联接(如虚线箭头所示)到样品分离装置10中的一个或多个装置，以便接收信息和/或控制操作。例如，控制单元70可以控制流体驱动单元20的操作(例如，设定控制参数)，并且从中接收关于轴向工作条件的信息(诸如泵的出口处的输出压力等)。控制单元70还可以控制溶剂供给源25的操作(例如，设定要供给的溶剂或溶剂混合物)和/或脱气器27的操作(例如，设定诸如真空度等控制参数)，并且可以从中接收关于轴向工作条件的信息(诸如随时间供给的溶剂组合物、真空度等)。控制单元70还可以控制采样单元或注射器40的操作(例如，利用流体驱动单元20的操作条件控制样品注射或同步样品注射)。分离单元30也可以由控制单元70控制(例如，选择特定的流路或柱、设定操作温度等)，并且将信息(例如，操作条件)发送回控制单元70。因此，检测器50可以由控制单元70控制(例如，关于光谱或波长设定、设定时间常数、开始/停止数据采集)，并且将信息(例如，关于检测到的样品化合物)发送给控制单元70。控制单元70还可以控制分级单元60的操作(例如，结合从检测器50接收的数据)并且提供回数据。
图1还示出了液体供给装置150，该液体供给装置150构造成以受控的比例计量液体并且将所得混合物供给为流动相。在所示的示例中，液体供给装置150包括两个贮存器101、103，每个贮存器包含相应的溶剂组分A(在该示例中为水)、B(在该示例中为缓冲液，即溶解在溶剂中的盐)。此外，可以提供一个或多个附加贮存器，比如包括有机溶剂的附加贮存器、包括可选的有机改性剂的另一个贮存器等。每个贮存器101、103经由相应的液体供给管线118与配比单元104流体连接，配比单元104可以构造成配比阀。配比单元104构造成将液体供给管线118中的被选择的一者与朝向流体驱动单元20导向的供给管线109连接，并且在不同的液体供给管线118之间切换。供给管线109与流体驱动单元20的入口连接。因此，通过计量或配比流体部分的序列，在流体驱动单元20的低压侧进行溶剂混合。
在流体供给系统150中，配比单元104因此构造成配比多种溶剂组分A、B，以组成流动相。流体驱动单元20在此构造成驱动流动相的溶剂组分A、B沿流体导管并通过图1所示的流体构件。
如图1所示，混合器100可以布置在例如配比单元104的下游和流体驱动单元20的上游和/或流体驱动单元20的下游以及注射器40的上游。然后，由各种溶剂A、B组成的流动相接着可以在被供给至流体驱动单元20之前和/或在被供给至注射器40之前被均匀地混合。在配比单元104的出口处，流动相可以作为顺序或依次布置的分离的溶剂塞的序列而存在。下面，将参考图2至图27仅示意性地描述图1所示的混合器100的可能构造。
图2示出了根据本发明的示例性实施例的混合器100的三维剖视图。图3示出了根据图2的混合器100的另一个三维剖视图。
图2和图3所示的混合器100构造成例如在根据图1的样品分离装置10中混合流动相(比如溶剂组合物，其比如由水和诸如甲醇等的有机溶剂组成)。
待混合的流动相的成分可以在流体入口102处供给至混合容积104。活塞形或杆形的可移动体106容纳在混合容积104中，并且构造成使两者围绕中心轴线(对应于流体入口102与流体出口108之间的轴线)旋转并且轴向移动(特别是在混合容积104中往复运动，以便混合流动相)。因此，可移动体106的组合式旋转和往复运动可以触发经由流体入口102供给的流动相的成分的有效混合。在图2和图3的实施例中，可移动体106是旋转对称的柱体(然而，其他形状也是可能的，比如如图18至图22所示的盘形)。如细节180、180’中示意性所示，可移动体106的侧表面的至少一部分可以具有微结构化表面112，以用于在与流动相相互作用时促进流动相的混合。
可移动体106可以包括磁性材料151(比如永磁性材料或铁磁性材料)的芯，以便能够通过磁性驱动力来旋转和轴向移动。例如，磁性材料151构造成使得其极性沿可移动体106的径向轴线从北向南转移。磁性材料151嵌入到可移动体106的非磁性材料153中，使得敏感的磁性材料151避开(可能具有侵蚀性的)流动相。非磁性材料153形成可移动体106的外壳，并且也可以比如出于重量平衡的目的而附有空心的内部空穴155。
可以由电源110供电的磁性驱动单元114是可预见的并且围绕可移动体106布置，以向可移动体106施加磁力，从而触发可移动体106的旋转和轴向运动两者。特别地，磁性驱动单元114可以包括围绕可移动体106布置的一个或多个磁性线圈。可以向一个或多个线圈施加恒定或时间相关的电流，从而产生恒定或时间相关的磁场，以通过向可移动体106施加磁力而使可移动体106相应地移动和旋转，该磁力由流过一个或多个线圈的电流引起。
在流体入口102处，形成有流体分割器116，该流体分割器116构造成将所供给的、设置为径向中心连续流的流动相分割成围绕可移动体106流动的分离的流动流，以便促进混合。
此外，设置流体出口108，以用于进一步处理混合流动相。比如，可以将混合流动相供给至诸如图1所示的流体驱动单元20、注射器40或分离单元30等的流动相消耗器。在流体出口108处，形成有流体组合器118，该流体组合器118构造成将沿可移动体106的侧表面流动的混合流动相组合成径向中心连续流，以便进一步促进混合。
可选地，可以设置反馈通道120，如细节190所示，以用于使流动相在混合容积104中混合之后朝向流体入口102往回循环，以便在混合容积104中连续进行多次混合。这可以进一步改善混合性能。
除了其流体混合功能之外，混合器100还可以用作阀。为此，可以在流体入口102处形成入口球阀122。入口球阀122可以由阀球181和用于容纳阀球181的相应座组成。另外，在流体出口108处，形成有出口球阀124。出口球阀124可以由另外的阀球182和用于容纳另外的阀球182的另外的相应座组成。当迫使相应的阀球181、182进入所分配的座时，可以在流体入口102和流体出口108两者处形成高压密封件126、128。入口球阀122和出口球阀124的打开或关闭可以通过可移动体106和/或由混合器100所驱动的流动相的相应致动来实现。因此，在压力下被相应地驱动的可移动体106和/或流动相可以迫使相应的阀球181、182密封地容纳在所分配的座中，以关闭相应的阀。当未迫使相应的阀球181、182搁置在其座中时，相应的阀被打开。
此外，混合器100包括外部壳体160，该外部壳体160容纳界定混合容积104的所有成分和随混合容积104旋转和往复运动的可移动体106。此外，磁性驱动器壳体162布置为部分地围绕壳体160，以将磁性驱动单元114的一个或多个线圈容纳在其中。
图2示出了混合器100还包括第一流体接口164，该第一流体接口164构造成连接用作流动相源的流体构件，比如经由管(未示出)与配比单元104或流体驱动单元20(见图1)的出口相连接的配合件。混合器100具有第二流体接口166，该第二流体接口166构造成将流动相消耗器(比如，图1所示的构造中的驱动单元20、注射器40或分离单元30)流体联接到流体出口108。
流体入口102可以是高压入口，该高压入口构造成在至少100bar、特别是至少1000bar的高压下接收流动相的成分。相应地，入口密封件126可以构造成比如基于PEEK(聚醚醚酮)箔制成的高压密封层。在图2中用附图标记168示出具有分流器或流体分割器116的轴向轴承。流体分割器116设置用于流动分布(比如实施不同的孔大小)并且用于预混合。此外，设置有径向轴承170，该径向轴承170在周向上包围混合容积104并且可以由比如陶瓷材料制成。在流体出口108处，布置有高压出口密封件128，该高压出口密封件128也可以由PEEK箔制成，以支撑高压密封件。附图标记172表示具有流体组合器118的另一轴向轴承。管174支撑混合器100的筒设计，并且能够或构造成对径向轴承170进行预加压。
如图2所示，可移动体106可以构造成具有集成磁体和结构化表面112(可选地具有导向叶片178，比如见图26和图27)的活塞。结构化表面112的不同构造是可能的。如细节180所示，结构化表面112可以具有促进混合的随机或任意的凹陷和凸起图案。如进一步的细节180’所示，结构化表面112也可以具有限定的结构特征布置，诸如以良好限定的方式促进混合而不会形成过多的顶点或湍流的螺旋凹槽。轴向轴承球181、182可以形成相应的(比如，被动的)入口和出口球阀122、124的一部分。可移动体106的永磁性材料151可以形成内部磁性系统，比如作为呈非磁性材料153形式的涂覆有减震和化学抵抗体的嵌入式磁体。通过采取这种措施，磁性可移动体106可以与可形成流动相的一部分的侵蚀性化学品兼容。因此，可移动体106的表面可以是化学惰性的，并且如果希望或要求，可以是生物相容的。可移动体106的磁性材料可以构造成具有水平取向，使得磁性材料的极性沿其径向轴线从北(N)向南(S)转移。壳体160可以用作容纳各种提到的组分、液压塞、螺纹等的壳体。磁性驱动单元114可以构造成外部磁性系统，该外部磁性系统比如包括一个或多个线圈，电流可以被施加到该一个或多个线圈上。壳体162用于容纳磁性系统或磁性驱动单元114。
在操作期间，一系列后续溶剂塞可以被供给至混合器104的流体入口102。通过活塞型可移动体106朝向图2的右侧的线性向前运动，入口球阀122打开并且将流动相的成分通过流体入口102吸到混合容积104中。具有结构化结构112的活塞型可移动体106的组合式往复运动和旋转促进了流动相的各种成分的混合。通过流体分割器116的分流功能进一步增强了这种混合性能。反馈通道120可以使混合流动相循环一次或多次，使得其在混合容积104中多次混合。在混合步骤完成之后，混合流动相通过流体出口108朝向相连接的消耗器(诸如流体驱动单元20或注射器40)流动。通过相应施加的流过磁性驱动单元114的一个(或多个)线圈的电流，来实现可移动体106的组合式往复和旋转运动。通过可移动体106的往复运动，出口球阀124可以被动地打开。
磁性驱动单元114产生旋转磁场，该旋转磁场使可移动体106沿其中心轴线旋转。由于可移动体106的结构化表面112，待混合的流动相主动涡旋并且泵入混合容积104中或从混合容积104中泵出。利用上述反馈通道120，混合容积104中的全部液体可以循环通过混合器100。由于可移动体106也可以轴向移动，因此其组合式旋转和往复运动以有效的方式增强了混合效果。
仍然参考图2，可移动体106可以包括所述磁性材料151，所述磁性材料151嵌入非磁性材料153中，比如非磁性外壳(例如，由不锈钢制成)中。磁性材料151可以比如是永磁性材料或铁氧体。如上所述，可移动体106可以通过磁性驱动单元114在混合容积104的纵向方向上往复运动并且可以围绕轴向方向旋转。通过将磁性材料151嵌入非磁性材料153的非磁性外壳中，可以防止磁性材料151在与混合容积104中的其他材料碰撞时的任何损坏。此外，因此可以防止化学侵蚀性流动相与磁性材料之间的任何直接接触。将磁体材料151嵌入非磁性材料153的外壳中还可以使死容积保持得较小。
如从图2中可以看出，磁性材料151嵌入非磁性材料153内的中空容积中。然而，非磁性材料153内部的中空空间或空穴155在将磁性材料151插入非磁性材料153中之后仍有余留。余留的中空容积或空穴155的设计可以选择为以便平衡可移动体106内的不希望的重量分布。
经由流体入口102进入混合器100的流动相可以是圆柱流。当到达可移动体106的前端时，流动相可以分割成围绕可移动体106的柱形侧表面流动的周向中空柱形流。在图2的实施例中，可移动体106的形状为杆或椭圆柱体。当到达可移动体106的后端时，在周向上分开的流可以再次组合，以便作为圆柱形流通过流体出口108流出。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的混合器100的剖视图，其中，可移动体106在入口侧和出口侧两者上设置有圆锥形球座。因此，图4示出了具有阀构造的混合器100，该阀构造在流体入口102的一侧和流体出口108的一侧两者上均具有圆锥形球座。这种实施例的优点在于，阀球181、182可以在致动期间自由地移动，并且因此可以被来自每侧的流体围绕。这可以防止不希望的单个座位置的形成，该单个座位置可以促进灰尘容纳在阀球181、182上。可以选择圆锥形座的角度，使得相应地阀球181、182可以与分配给它的座适当地分离，并且不粘在座上。因此，允许阀球181、182旋转，这提供了自清洁功能。
图5示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器100的剖视图，其中，可移动体106仅在出口侧(即，在与流体出口108相邻的阀球182处)设置有圆锥形球座。因此，图4的实施例与图5的实施例之间的区别在于，在图5的实施例中，仅阀球182容纳在圆锥形座中。与此相反，阀球181在可移动体106中具有球形而非圆锥形的座，并且因此可以与可移动体106固定。
图6示出了根据本发明又一示例性实施例的具有固定阀球181、182的混合器100的剖视图。因此，图5的实施例与图6的实施例之间的区别在于：根据图6的实施例，两个阀球181、182均容纳在可移动体106中的固定球形座中。
图7示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器100的剖视图，该混合器100在径向轴承170的围绕可移动体106的侧表面上具有混合促进轮廓187。更精确地，界定混合容积104并容纳可移动体106的径向轴承170可以具有设置有表面轮廓187的内周表面。比如，表面轮廓187可以在内周表面上形成为螺旋凹槽。作为在径向轴承170的内周表面上形成表面轮廓187的附加或替代，可移动体106可以设置或可以不设置这种表面轮廓或结构化表面(比如见图2和图11中的附图标记112)。这可以改善可移动体106与径向轴承170之间的混合容积104中的混合性能。
图8示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器100的一部分(未示出可移动体106)的剖视图，该混合器100在径向轴承170的围绕可移动体106的侧表面上具有混合轮廓187。混合轮廓187具有交叉连接的轮廓结构189，以进一步促进混合。如附图标记189所指出的，混合轮廓187的相邻子结构(比如绕组)可以比如通过形成如图8中的轴向连接凹槽而彼此连接。描述性地讲，这可以生成附加的混合性能，并且因此可以改善轴向混合。交叉连接的轮廓结构189可以生成在径向轴承170的内周表面上(如图8中)和/或可移动体106的外周表面上(在这里，例如，结构化表面112的子结构可以互联)。
图9示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器100的一部分的剖视图，该混合器100在径向轴承170的围绕可移动体106的侧表面上具有作为表面轮廓187的导向叶片(图9中未示出)。图9的实施例与图8的实施例的不同之处在于，根据图9，省略了互连或交叉连接的轮廓结构189。换句话说，根据图9，径向轴承170的内周表面上的混合轮廓187形成连续的螺旋结构。然而，示出的具有叶片几何形状的混合器-阀-配置不一定必须是连续的，而替代地可以是不连续的。
图10示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器100的一部分的三维视图，该混合器100围绕可移动体106在可移动体106的侧表面和径向轴承170的内周表面两者上均具有混合轮廓187。因此，可以在可移动体106和径向轴承170的两个匹配主表面上形成表面轮廓、结构化表面或混合轮廓187，以进一步改善混合器100的混合性能。在优选构造中，混合轮廓187可以在可移动体106和径向轴承170中的一者上形成为左旋螺纹，并且在可移动体106和径向轴承170中的另一者上形成为右旋螺纹。还可能的是，可移动体106和径向轴承170上的螺距(比如，相邻绕组之间的轴向距离)不同。除了改善混合性能之外，采取这样的措施还可以在沿轴向方向(比如，以往复方式)移动时生成可移动体106的旋转。因此，在可移动体106和径向轴承170的两个匹配主表面上形成混合轮廓187可以改善混合性能，可以使活塞形可移动体106居中并且可以促进相应移动的球181、182在其球座上的自清洁摩擦运动。
图11示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器100的剖视图，其中，当阀关闭时，阀球182位于右侧的座中。
在图11的实施例中，表面轮廓187再次形成在可移动体106和径向轴承170的两个匹配表面上。这种表面轮廓187还可以涉及一个或多个导向叶片(比较图19至图22、图26和图27中的附图标记178)的形成。
此外，在图11的构造中，当阀关闭时，右侧的阀球182密封地位于其座中。可以比如通过在流体入口102处向流动相供给足够的压力(比如，至少20bar)，来实现阀的关闭。在该关闭的阀状态下，流动相将在混合容积104中混合，然后将沿反馈通道120通过混合器100的附加出口141比如朝向消耗器等流回。因此，可以将泵送功能并入混合器100中，其因此可以用作本发明的示例性实施例的混合器-阀-泵-配置。比如，反馈通道120可以形成在径向轴承170中。
活塞形可移动体106由于其圆锥形轴承而可以自由旋转。如果施加旋转磁场，则活塞形可移动体106的导向叶片几何形状可以用于提供微旋转泵的功能。比如，就HPLC应用而言，这意味着，如果阀关闭，则流动相可以通过可移动体106的旋转经由流体入口102来吸入。在混合容积104中，流动相可以主动地混合。分离的反馈通道120可以将混合流动相输送回附加的流体出口141。通过使可移动体106的旋转方向反向，可以改变吸入和反馈通道功能，以提供推出功能和流入通道功能。
图12、图13和图14示出了根据本发明的又一示例性实施例的混合器100的一部分的三维视图，并且图15和图16示出了该部分的剖视图，该混合器具有基于章动的混合架构。图17示出了具有图12至图16所示的部分的混合器100的剖视图。
比如，如图12所示，磁性驱动单元114由三个磁性线圈114a、114b、114c生成，这三个磁性线圈在周向上布置为围绕可移动体106和径向轴承170。如图16中最佳地所示并且如附图标记139所示，除了可移动体106的旋转和往复运动之外，这还可以促进可移动体106的倾斜。更一般地，可以实施至少两个磁性线圈，以触发可移动体106的倾斜运动。仍然参考图16，为了适当地限定可移动体106的所述倾斜或翻滚运动(其可以与如上所述的轴向运动和旋转运动相组合)，阀球181可以容纳在作为球轴承137的球形座中。然后，活塞形可移动体106的倾斜章动式翻滚可以用于进一步促进流动相的混合。描述性地讲，通过促进可移动体106的倾斜所涉及的附加自由度通过促进不同类型的流动相的容积重定位而提供更均匀的混合。球轴承137可以促进倾斜运动。如果阀关闭，则与可移动体106的圆锥形球容纳部有关的密封座可能已经提供了促进倾斜的轴承。通过所示的构造，可以实现活塞形可移动体106的特别受控的翻滚或枢转。
图18、图19和图20示出了根据本发明的示例性实施例的构造成混合器100的混合盘的可移动体106的不同视图。
根据图18至图20的盘形可移动体106包括限定导向叶片178的通孔以用于促进流动相混合并且可选地用于驱动可移动体106，并且包括附加通孔135以用于通过触发湍流而另外促进流动相的混合。可移动体106的平坦部可以由非磁性材料153制成。磁性材料151(比如，铁磁体或其他种类的磁体)可以嵌入到盘形可移动体106的中心区域中。在将非磁性材料153插入到非磁性材料153的凹部中之后，磁性材料151可以被盖129覆盖。
可以在垂直于可移动体106的盘平面的方向上施加磁脉冲场。这可以导致可移动体106在该方向上运动。另外，可以生成旋转磁场以用于流体的旋转类型混合。可选地，通过实施极改变，也可以触发盘形可移动体106的倾斜。
替代地，也可以由磁性(特别是铁磁性)材料制造根据图18至图20的整个可移动体106，可移动体然后可以被涂覆以使其关于流动相钝化。
图21和图22示出了根据本发明的另一示例性实施例的、构造成具有混合器100的阀球181的混合盘的可移动体106的不同视图。
图21和图22的实施例与图18至图20的实施例的不同之处在于，根据图21和图22，阀球181或182附装至可移动体106，以提供阀功能。阀球181、182的座可以是固定的(比如，是球形的)或可以是圆锥形的。
图23示出了根据示例性实施例的用于驱动具有磁性材料151的可移动体106的磁性驱动单元114。
图23示出了第一线圈157、第二线圈159和在纵向方向上位于第一线圈157与第二线圈159之间的永磁体161。可移动体106可以位于由圆周或环形结构157、159、161包围的空间中。向线圈157、159施加适当的电流信号可以导致可移动体106在混合容积104中的组合式旋转和往复运动。
图24是根据示例性实施例的流动相流过容纳被磁性驱动的混合器100的可移动体106的混合容积的示意图。
图24示出了流动相如何在可移动体106的上游分割、围绕可移动体106的侧表面流动、然后在流体出口108处组合成连续流。此外，图24示出了围绕混合容积104的线圈163。图24还示出了磁性材料151可以嵌入可移动体106的非磁性材料153的非磁性外壳内。根据图24，可移动体106成形为杆或椭圆柱体。
图25示出了根据另一示例性实施例的混合器100，在该混合器100中，可移动体106具有嵌入有磁性材料151的盘形部165。更精确地，可移动体106包括杆部167和盘部165。磁性材料151嵌入盘部165中。由混合器100混合的流动相的流路在图25中也用附图标记169来示出。流动相围绕可移动体106流动。永磁体175可以通过线圈177移动，使得产生的磁力可以使可移动体106在混合容积104中移动。
图26是根据混合器100的另一示例性实施例的具有导向叶片178的盘形可移动体106的平面图。图27示出了根据图26的可移动体106连同阀组件和驱动单元114的剖视图。
参考图26，图示出盘形可移动体106，在盘形可移动体106的凸缘面上具有多个导向叶片178。围绕可移动体106流动的流动相可以通过相应的旋转力来触发可移动体106的旋转。换句话说，当盘形可移动体106在轴向上向前和向后移动时，在导向叶片178上施加力的流动相可以触发可移动体108的旋转。
根据图27的可移动体106的剖视图示出，非磁性材料153的非磁性外壳可以由两个半架171、173组成。磁性材料151嵌入其内部。从图27也可以看出，一个或多个球体部段179可以形成在可移动体106的凸缘面上，以便可以以密封的方式就位在相应的混合器-阀-配置的阀组件的座193中。此外，在图27中示出了磁体195，该磁体195可以通过产生磁力来完成可移动体106的驱动。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件或特征，并且“一”或“一个”不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应解释为限制权利要求的范围。

Claims (16)

1.一种用于在对流体样品进行分离的样品分离装置(10)中混合流动相的阀(100)，其中，所述阀(100)包括：
流体入口(102)，其用于将待混合的所述流动相供给至混合容积(104)；
可移动体(106)，其构造成在所述混合容积(104)中旋转并且轴向移动，以便混合所述流动相；
流体出口(108)，其用于将混合后的所述流动相供给至流动相消耗器(20、30、40)，
其中，所述可移动体(106)构造成阀体，所述阀体能够操作以用于选择性地打开或关闭通过所述流体入口(102)、沿所述混合容积(104)并且通过所述流体出口(108)的所述流动相的流路，所述可移动体特别是包括下列特征中的至少一者
其中，所述阀体构造成通过轴向移动致动，来选择性地打开或关闭所述流路；
其中，所述阀体构造成由所述流动相致动。
2.根据权利要求1所述的阀(100)，其中，所述可移动体(106)包括由下列项组成的群组中的至少一者：基本旋转对称体、柱体、盘体和组合式柱-盘体。
3.根据权利要求1或2所述的阀(100)，其中，由所述可移动体(106)和径向轴承(170)组成的群组中的至少一者的至少一部分表面、特别是至少一部分侧表面具有结构化表面(112、187)、特别是微结构化表面，所述径向轴承围绕所述可移动体(106)并且界定所述混合容积(104)，所述结构化表面构造成当与所述流动相相互作用时促进混合所述流动相。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的阀(100)，其中，所述可移动体(106)至少部分由磁性材料(151)、特别是永磁性材料制成，以便能够通过磁性驱动力来旋转和轴向移动。
5.根据权利要求4所述的阀(100)，其中，所述可移动体(106)的磁性材料(151)嵌入所述可移动体(106)的非磁性材料(153)中，其中，特别地，所述可移动体(106)在与所述磁性材料(151)相邻的所述非磁性材料(153)中包括空穴(155)。
6.根据权利要求4或5所述的阀(100)，其包括磁性驱动单元(114)，所述磁性驱动单元(114)构造成向所述可移动体(106)施加磁力，以便使所述可移动体(106)旋转并且轴向移动，其中，特别地，所述磁性驱动单元(114)包括由至少一个磁性线圈(114a、114b、114c、157、159)和围绕所述可移动体(106)和/或与所述可移动体(106)并列设置的至少一个永磁体(161)组成的群组中的至少一者。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的阀(100)，其中，所述流体入口(102)包括流体分割器(116)，所述流体分割器(116)构造成将所供给的所述流动相分割成围绕所述可移动体(106)流动，以便促进混合。
8.根据权利要求7所述的阀(100)，其中，所述流体出口(108)包括流体组合器(118)，所述流体组合器(118)构造成将混合后的分割流动相组合成通过所述流体出口(108)流出的组合流。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的阀(100)，其包括反馈通道(120)，以用于将所述流动相在所述混合容积(104)中混合之后向回馈送、特别是朝向所述流体入口(102)向回馈送或者向回馈送至附加流体出口(141)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的阀(100)，其包括在所述流体入口(102)处的入口球阀(122)和/或在所述流体出口(108)处的出口球阀(124)，所述入口球阀具有入口球(181)和相应的球座，所述出口球阀具有出口球(182)和相应的球座。
11.根据权利要求10所述的阀(100)，其中，所述入口球(181)和所述出口球(182)中的至少一者能够由所述可移动体(106)致动，以便通过将所述入口球(181)或所述出口球(182)压入相应的球座中并且通过使所述可移动体在与所述入口球(181)或所述出口球(182)接触时同时旋转，来促进所述入口球(181)或所述出口球(182)的自清洁。
12.根据权利要求10或11所述的阀(100)，其包括下列特征中的至少一者：
其中，所述入口球(181)和所述出口球(182)中的至少一者与所述可移动体(106)固定连接；
其中，所述入口球(181)和所述出口球(182)中的至少一者与所述可移动体(106)分离地设置；
其中，所述入口球(181)和所述出口球(182)中的至少一者能够通过所述可移动体(106)在轴向方向上移动；
其中，所述入口球(181)和所述出口球(182)中的至少一者能够通过所述流动相在轴向方向上移动；
其中，所述入口球(181)和所述出口球(182)中的至少一者构造成与所述可移动体(106)的圆锥形座相匹配；
其中，所述入口球(181)和所述出口球(182)中的至少一者构造成与所述可移动体(106)的球形座相匹配；
所述阀包括至少一个导向叶片(178)，所述导向叶片(178)位于由所述可移动体(106)和围绕所述可移动体(106)并界定所述混合容积(104)的径向轴承(170)组成的群组中的至少一者上，其中，所述至少一个导向叶片(178)构造成与所述流动相相互作用以便特别促进所述流动相的混合，和/或用于因当所述可移动体(106)轴向移动时所述流动相与所述至少一个导向叶片(178)之间的相互作用的结果而通过所述流动相来旋转；
其中，所述可移动体(106)构造成在所述流体入口(102)与所述流体出口(108)之间，特别是沿所述可移动体(106)的侧表面的圆锥形轨迹，进行章动移动或者围绕轴向方向枢转；
其中，所述可移动体(106)以使得所述流动相在所述流体入口(102)与所述流体出口(108)之间的至少一部分流路之间围绕所述可移动体(106)的侧表面流动的方式布置在所述混合容积(104)中；
其中，所述可移动体(106)构造成围绕轴向移动的轴线旋转；
其中，所述可移动体(106)构造成通过沿轴向移动的轴线往复运动而轴向移动。
13.一种用于提供流动相的流动相供给装置(150)，其包括：
根据权利要求1至12中任一项所述的阀(100)，其用于接收和混合一种或多种溶剂；和
驱动单元(20)，其构造成从所述阀(100)接收混合的一种或多种溶剂，并且对所接收的一种或多种溶剂加压以提供为所述流动相。
14.一种用于分离流体样品的样品分离装置(10)，其中，所述样品分离装置(10)包括：
驱动单元(20)，其用于驱动流动相和注射到所述流动相中时的所述流体样品；
根据权利要求1至12中任一项所述的阀(100)，其用于在将所述流体样品注射到所述流动相中之前混合所述流动相；和
样品分离单元(30)，其构造成分离所述流动相中的所述流体样品。
15.根据权利要求14所述的样品分离装置(10)，还包括下列特征中的至少一者：
其中，所述阀(100)位于所述驱动单元(20)的上游或下游；
所述样品分离装置(10)构造成色谱样品分离装置、特别是液相色谱样品分离装置或超临界流体色谱样品分离装置；
所述样品分离装置(10)包括注射器(40)，所述注射器(40)构造成将所述流体样品注射到所述流动相中；
所述样品分离装置(10)包括检测器(50)，所述检测器(50)构造成检测所述流体样品的分离级分；
所述样品分离装置(10)包括分级单元(60)，所述分级单元构造成收集所述流体样品的分离级分；
所述样品分离装置(10)包括脱气设备(27)，所述脱气设备用于对所述流动相进行脱气。
16.一种特别是在对流体样品进行分离的样品分离装置(10)中混合流动相的方法，其中，所述方法包括：
将待混合的所述流动相供给至混合容积(104)；
使可移动体(106)在所述混合容积(104)中旋转并且轴向移动，以便混合流动相；和
将混合后的所述流动相供给至流动相消耗器(20、30、40)，
操作作为阀体的所述可移动体(106)，以选择性地打开或关闭通过所述流体入口(102)、沿所述混合容积(104)并且通过所述流体出口(108)的流动相的流路，
其中，所述阀体构造成通过轴向移动致动，来选择性地打开或关闭所述流路；
其中，所述阀体构造成由所述流动相致动。
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