CZ308396B6 - Automated multichannel pressure pulse modulator - Google Patents

Automated multichannel pressure pulse modulator Download PDF

Info

Publication number
CZ308396B6
CZ308396B6 CZ2019-577A CZ2019577A CZ308396B6 CZ 308396 B6 CZ308396 B6 CZ 308396B6 CZ 2019577 A CZ2019577 A CZ 2019577A CZ 308396 B6 CZ308396 B6 CZ 308396B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
modulator
columns
column
valves
modulating
Prior art date
Application number
CZ2019-577A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2019577A3 (en
Inventor
Karel Musil
RadomĂ­r ÄŚabala
Original Assignee
Univerzita Karlova
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univerzita Karlova filed Critical Univerzita Karlova
Priority to CZ2019-577A priority Critical patent/CZ2019577A3/en
Publication of CZ308396B6 publication Critical patent/CZ308396B6/en
Publication of CZ2019577A3 publication Critical patent/CZ2019577A3/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/26Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/38Flow patterns
    • G01N30/44Flow patterns using recycling of the fraction to be distributed
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/26Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/38Flow patterns
    • G01N30/46Flow patterns using more than one column
    • G01N30/461Flow patterns using more than one column with serial coupling of separation columns
    • G01N30/463Flow patterns using more than one column with serial coupling of separation columns for multidimensional chromatography

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

An automated multi-channel pressure pulse modulator (1) comprising a carrier gas inlet (10) to the modulator (1), shut-off valves, connectors for connecting modulating valves (21), a valve switching relay and a single electronic control interface for controlling at least two pairs of electronic pressure regulators for at least two simultaneous analyzes, the electronic pressure regulators are connected through the outlets (14) of the carrier gas (10) to at least two corresponding pairs of modulating valves (21), each modulating valve (21) is connected by a capillary ( 22) with a three-way connecting element (23); between the pair of modulating valves (21) connected by the three-way connecting elements (23) there is a storage loop (28) between the primary column (24) and the secondary column (25) from the respective set of columns that the secondary column (25) of each of the at least two mutually independent sets of columns is connected to its own detector (27). Optionally, the primary column (24) of each set of columns is also connected to its own injector (26).

Description

Automatizovaný vícekanálový tlakový pulzní modulátorAutomated multichannel pressure pulse modulator

Oblast technikyField of technology

Vynález spadá do oblasti přístrojů a zařízení pro provádění chemické analýzy vzorků, konkrétně regulační systémy pro zajištění průtoku nosného plynu, jakožto jednoho z instrumentů k provádění dvoudimezionální plynové chromatografíe.The invention falls within the field of apparatus and equipment for performing chemical analysis of samples, in particular control systems for ensuring the flow of a carrier gas, as one of the instruments for performing two-dimensional gas chromatography.

Dosavadní stav technikyPrior art

V dnešní době se ve světě vyrábí a používá velké množství chemických přípravků nebo chemických látek, které mají využití v různých odvětvích průmyslu např. petrochemii, potravinářství, kosmetice nebo farmacii. Samotná kvalita a výroba chemických látek, potravin, léčiv a kosmetických přípravků je často kontrolována a regulována příslušnými úřady (např. ropné produkty, alergeny v potravinách, množství účinné látky v léčivech, polutanty ve vodě aj.). Tím vznikají nároky na vysokou kvalitu stanovení, na vývoj metod stanovení nových látek, a kromě toho na vzrůstající počet stanovovaných analytů a komponent, ze kterých je vzorek složen. Reálné vzorky, jako jsou např. přírodní silice, ropné produkty, biologické vzorky a vzorky životního prostředí, ale mohou obsahovat až tisíce látek. Stanovení všech makro i mikrokomponent takového komplexního vzorku pomocí klasické plynové chromatografíe (jednorozměrná GC, 1D-GC) může být nedostačující, problematické a někdy i nemožné. Některé látky pro jejich podobné vlastnosti nelze od sebe separovat během jedné analýzy a jiné nelze separovat vůbec.Today, a large number of chemical preparations or chemical substances are produced and used in the world, which are used in various industries, such as petrochemistry, food industry, cosmetics or pharmacy. The quality and production of chemicals, food, medicines and cosmetics are often controlled and regulated by the relevant authorities (eg petroleum products, allergens in food, amount of active substance in medicines, pollutants in water, etc.). This places demands on the high quality of the determination, on the development of methods for the determination of new substances, and, in addition, on the growing number of analytes and components of which the sample is composed. Real samples, such as natural essential oils, petroleum products, biological samples and environmental samples, can contain up to thousands of substances. Determination of all macro and micro components of such a complex sample using classical gas chromatography (one-dimensional GC, 1D-GC) can be insufficient, problematic and sometimes impossible. Due to their similar properties, some substances cannot be separated from each other during one analysis and others cannot be separated at all.

Pro tuto potřebu byly vyvíjeny separační systémy s větší účinností (píkovou kapacitou) a selektivitou stanovení. Jako možné řešení tohoto problému se ukázalo použití vícerozměrných separačních technik, např. „heart-cut“ technika. Ta umožňuje kritickou část vzorku po neúplné separaci na jedné koloně rozdělit na další koloně o jiné selektivitě. Tato metoda s celou řadou dalších patří do skupiny plynové chromatografíe (GC), a to konkrétně dvourozměrné plynové chromatografíe (2D-GC). Celková účinnost těchto metod, vyjádřená píkovou kapacitou, se však významně nelišila od účinnosti běžné jednorozměrné plynové chromatografíe (1D-GC), protože jen malá část vzorku byla podrobena dvourozměrné analýze. Většina z těchto metod má určité nedostatky, jako např. zmíněná metoda heart-cut vykazuje posuny retenčních časů v závislosti na počtu a délce heart-cutů. Z těchto důvodů se hledala jiná vhodnější řešení a jako jedno z možných řešení se ukázala tzv. komprehenzivní GC (GCxGC).For this purpose, separation systems with higher efficiency (peak capacity) and selectivity of determinations have been developed. The use of multidimensional separation techniques, such as the "heart-cut" technique, has proven to be a possible solution to this problem. This allows the critical part of the sample to be separated on another column with a different selectivity after incomplete separation on one column. This method, with many others, belongs to the group of gas chromatography (GC), namely two-dimensional gas chromatography (2D-GC). However, the overall efficiency of these methods, expressed in peak capacity, did not differ significantly from the efficiency of conventional one-dimensional gas chromatography (1D-GC), as only a small portion of the sample was subjected to two-dimensional analysis. Most of these methods have certain shortcomings, such as the heart-cut method showing shifts in retention times depending on the number and length of heart-cuts. For these reasons, other more suitable solutions were sought and the so-called comprehensive GC (GCxGC) proved to be one of the possible solutions.

Komprehenzivní dvoudimezionální plynová chromatografíe (GCxGC), byla jako analytická technika plynové chromatografíe definována profesorem Phillipsem a jeho studentem Zaiyou Liu v roce 1991.Comprehensive two-dimensional gas chromatography (GCxGC) was defined as an analytical technique of gas chromatography by Professor Phillips and his student Zaiya Liu in 1991.

Tato technika využívá dvou rozdílných kolon s rozdílnou stacionární fází (separačním mechanismem) v sériovém zapojení. V GCxGC je primární kolona v první dimenzi zpravidla o rozměrech používaných v konvenční plynové chromatografii, zatímco sekundární kolona v druhé dimenzi je kratší a o rozměrech používaných pro rychlou GC (fast GC). Mezi kolonami je pak umístěno modulační zařízení (modulátor). Během analýzy je efluent z první dimenze (primární kolony) zachycen modulátorem a následně reprodukovatelně rychle nadávkován na druhou dimenzi (sekundární kolonu). Tímto procesem je dosaženo retenční roviny separace na první a druhé dimenzi. Při použití tohoto systému je výsledná teoretická píková kapacita (účinnost) dána součinem píkových kapacit každé kolony, což znamená vzrůst píkové kapacity (účinnosti) i o několik řádů. Např. při porovnání metod GC-MS a GCxGC-MS na analýzách vzorků krevního séra v článku publikovaného Winnikem J. H. a kol., bylo metodou GCxGC-MS detegováno třikrát více látek než za použití klasické GC-MS.This technique uses two different columns with different stationary phases (separation mechanism) in series. In GCxGC, the primary column in the first dimension is usually of the dimensions used in conventional gas chromatography, while the secondary column in the second dimension is shorter and of the dimensions used for fast GC. A modulating device (modulator) is then placed between the columns. During the analysis, the effluent from the first dimension (primary column) is captured by the modulator and then reproducibly rapidly metered into the second dimension (secondary column). This process achieves a retention plane of separation on the first and second dimensions. Using this system, the resulting theoretical peak capacity (efficiency) is given by the product of the peak capacities of each column, which means an increase in peak capacity (efficiency) by several orders of magnitude. E.g. When comparing the GC-MS and GCxGC-MS methods on analyzes of blood serum samples in an article published by Winnik J. H. et al., three times more substances were detected by the GCxGC-MS method than using classical GC-MS.

- 1 CZ 308396 B6- 1 CZ 308396 B6

Modulátory, které jsou v současné době známé, pracují na několika principech příkladně tepelný modulátor nebo tlakový modulátor. Funkce modulátoru může být rozdělena v podstatě na tri procesy:Modulators that are currently known work on several principles, for example a thermal modulator or a pressure modulator. The function of the modulator can be divided into basically three processes:

1. nepřetržitý sběr malé frakce efluentu z ID, čímž je zajištěno, že separace je v tomto rozměru zachována;1. continuously collecting a small fraction of the effluent from the ID, thereby ensuring that the separation is maintained in this dimension;

2. fokusovat nebo refokusovat efluent do úzkého pásma;2. focusing or refocusing the effluent in a narrow band;

3. rychlé přenesení (dávkování) frakce shromážděného a zafokusovaného efluentu na druhou dimenzi.3. rapid transfer (dosing) of the fraction of collected and focused effluent to the second dimension.

Tyto tři kroky se nazývají modulační cyklus, který se periodicky opakuje v průběhu chromatografického běhu. Doba potřebná pro uskutečnění celého cyklu je pak definována jako modulační perioda, která se obvykle pohybuje mezi 2 až 10 sekundami.These three steps are called the modulation cycle, which is repeated periodically during the chromatographic run. The time required to complete the entire cycle is then defined as the modulation period, which is usually between 2 and 10 seconds.

Příkladem jednoho z prvních tepelných modulátorů může být tzv. „Sweeper“, který obsahoval krátkou kapiláru uvnitř potaženou silnou vrstvou filmu stacionární fáze, kde byly analyty efluentu z primární kolony zadrženy, kumulovány a přeneseny na sekundární kolonu. Rychlé desorpce analytů bylo dosaženo ohřevem kapiláry rotujícím štěrbinovým ohřívačem (sweeperem).An example of one of the first thermal modulators is the so-called "Sweeper", which contained a short capillary inside coated with a thick layer of stationary phase film, where the effluent analytes from the primary column were retained, accumulated and transferred to the secondary column. Rapid desorption of analytes was achieved by heating the capillary with a rotating slit heater.

V dnešní době je nej používanějším z tepelných modulátorů kryogenní modulátor, který je komerčně dostupný a jehož se nejčastěji využívá pro jeho vysokou účinnost modulace (dávkování). Mezi jeho hlavní přednosti patří schopnost produkce velmi úzkých píků v chromatogramu (šířka píku v polovině jeho výšky méně než 100 ms), které jsou nezbytné pro dosažení vysoké celkové účinnosti GCxGC systému. Kryogenní modulátory mají několik různých konstrukčních řešení, např. posuvný kryogenní modulátor.Today, the most used thermal modulator is the cryogenic modulator, which is commercially available and which is most often used for its high modulation efficiency (dosing). Its main advantages include the ability to produce very narrow peaks in the chromatogram (peak width in the middle of its height less than 100 ms), which are necessary to achieve a high overall efficiency of the GCxGC system. Cryogenic modulators have several different design solutions, eg a sliding cryogenic modulator.

Takový kryogenní modulátor může pracovat příkladně na principu dvou trysek (two-jets), kde je na krátký úsek smyčky kapiláry spojující obě separační kolony trvale tryskou přiváděn zchlazený plynný dusík a střídavě teplý vzduch. Zchlazení části kapiláry zadrží analyty efluentu z první dimenze v tomto bodě a po ohřátí následně dochází k rychlému nadávkování do sekundární kolony. Tyto modulátory jsou však finančně náročné z důvodu vysoké pořizovací ceny, velké spotřeby chladicího média (kapalný dusík) a relativně velké investice do kryogenních nádob.Such a cryogenic modulator can operate, for example, on the principle of two jets, where cooled nitrogen gas and alternately warm air are permanently supplied by the nozzle to a short section of the capillary loop connecting the two separation columns. Cooling of a portion of the capillary retains the effluent analytes from the first dimension at this point, and after heating, rapid dosing into the secondary column occurs. However, these modulators are costly due to the high purchase price, the high consumption of refrigerant (liquid nitrogen) and the relatively large investment in cryogenic vessels.

Nej významnějším problémem kryogenního modulátoru jsou jeho pořizovací a provozní náklady, které jsou zásadní překážkou pro zavedení GCxGC metody do širší praxe.The most significant problem of the cryogenic modulator is its acquisition and operating costs, which are a major obstacle to the introduction of the GCxGC method into wider practice.

S vývojem kryogenních modulátorů probíhal současně i vývoj levnějších alternativ modulátorů založených na jiných principech. Příkladem mohou být modulátory tlakové, které lze rozdělit podle základního principu činnosti na tri druhy: „Microfluidic Deans switch“ modulátory, „differential flow“ modulátory a tlakové pulzní (fluidní) modulátory. Pro srovnání, spotřeba nosného plynu pro pulzní tlakový modulátor je v porovnání s kryogenním modulátorem více než lOOx menší. V literatuře můžeme najít široké uplatnění použití tlakových modulátorů jako levnější alternativy kryogenních modulátorů při analýzách např. ropných derivátů, jako benzín, petrolej či nafta, esenciálních olejů, parfémů a vůní, tak i biologických vzorků a vzorků životního prostředí.With the development of cryogenic modulators, cheaper alternatives to modulators based on other principles were developed at the same time. Examples are pressure modulators, which can be divided according to the basic principle of operation into three types: "Microfluidic Deans switch" modulators, "differential flow" modulators and pressure pulse (fluid) modulators. By comparison, the carrier gas consumption for a pulsed pressure modulator is more than 100x lower compared to a cryogenic modulator. In the literature we can find a wide application of the use of pressure modulators as cheaper alternatives to cryogenic modulators in the analysis of eg petroleum derivatives such as gasoline, kerosene or diesel, essential oils, perfumes and fragrances, as well as biological and environmental samples.

Jedná se o přístup založený na externích/intemích ventilech, kde se diferenciální toky používají k plnění a vyplachování skladovací smyčky pro efluent vzorku. Podstatou tlakového pulzního modulátoru je rychlé dávkování frakcí efluentu z primární kolony do sekundární pomocí tlakových pulzů nosného plynu. Předností tohoto modulátoru je vysoká účinnost zachycení a dávkování analytu bez ztráty vzorku na sekundární kolonu. Výhodou je také relativně jednoduché konstrukční řešení a nízké pořizovací a provozní náklady. Nevýhody jsou pak vyšší průtokovéThis is an approach based on external / internal valves, where differential flows are used to fill and flush the storage loop for the sample effluent. The essence of the pressure pulse modulator is the rapid dosing of effluent fractions from the primary column to the secondary column by means of carrier gas pressure pulses. The advantage of this modulator is the high efficiency of analyte capture and dosing without loss of sample to the secondary column. The advantage is also a relatively simple design solution and low acquisition and operating costs. The disadvantages are higher flow rates

-2 CZ 308396 B6 objemy plynu na výstupu ze sekundární kolony, což omezuje jeho použití v kombinaci s hmotnostním detektorem. Ve srovnání s kryogenním modulátorem jsou nevýhodami: produkce širších píků (šířka v polovině výšky píku nad 100 ms), větší mrtvé objemy spojovacích částí modulátoru mezi kolonami což způsobuje rozmývání píků a tím i jejich nedostatečné rozdělení až na základní linii chromatogramu. Všechny tyto nevýhody ovšem nejsou principiální a lze je minimalizovat.-2 CZ 308396 B6 volumes of gas at the outlet of the secondary column, which limits its use in combination with a mass detector. Compared to the cryogenic modulator, the disadvantages are: production of wider peaks (width in the middle of the peak height above 100 ms), larger dead volumes of connecting parts of the modulator between columns which causes washing of the peaks and thus their insufficient distribution up to the baseline chromatogram. However, all these disadvantages are not fundamental and can be minimized.

Nejbližším současným stavem techniky je manuální pulzní tlakový modulátor, příkladně popsaný v dokumentu STON, M. et al.: IMPROVED FLOW MODULATOR CONSTRUCTION FOR GC X GC WITH QUADRUPOLE MASS SPECTROMETRY; JOURNAL OF CHROMATOGRAPHIC SCIENCE, 2016 nebo v dokumentu STON, M.: VÝVOJ A OPTIMALIZACE ROBUSTNÍHO TLAKOVÉHO MODULÁTORU PRO MULTIDIMEZIONÁLNÍ PLYNOVOU CHROMATOGRAFII, DISERTAČNÍ PRÁCE, 2016, který vývojově předchází modulátoru, jež je předmětem této přihlášky vynálezu. Základním prvkem instrumentace původního modulátoru je rychlý troj čestný ventil, na jehož vstup je přiváděn nosný plyn (mobilní fáze). Časování přepínání ventilu je řízeno řídicí jednotkou pulzního generátoru tak, že na velmi krátký okamžik (doba pulzu, řádově stovky milisekund) prochází plyn kapilárou označenou jako „Pomocná kapilára 1“ a ve zbytku modulační periody (celkový čas od počátku tlakového pulzu do začátku pulzu následujícího) prochází plyn kapilárou označenou jako „Pomocná kapilára 2“ (řádově jednotky sekund). Po celou dobu analýzy se pak v každé modulační periodě tento proces cyklicky stále opakuje. „Skladovací kapilára“ zde slouží jako skladovací prostor pro eluující frakci z primární kolony, která je následně nadávkována zvýšeným proudem plynu vyvolaného tlakovým pulzem z Pomocné kapiláry 1 do sekundární kolony. Pomocná kapilára 2 je především určena pro zásobení sekundární kolony mobilní fází.The closest prior art is a manual pulse pressure modulator, exemplified in STON, M. et al .: IMPROVED FLOW MODULATOR CONSTRUCTION FOR GC X GC WITH QUADRUPOLE MASS SPECTROMETRY; JOURNAL OF CHROMATOGRAPHIC SCIENCE, 2016 or in STON, M .: DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION OF A ROBUST PRESSURE MODULATOR FOR MULTIDIMESIONAL GAS CHROMATOGRAPHY, DISSERTATION WORK, 2016, which precedes the modulator which is the subject of this application. The basic element of the instrumentation of the original modulator is a fast three-way valve, to the input of which the carrier gas (mobile phase) is supplied. The timing of the valve switching is controlled by the pulse generator control unit so that for a very short moment (pulse time, in the order of hundreds of milliseconds) the gas passes through a capillary marked "Auxiliary capillary 1" and for the remainder of the modulation period. ) the gas passes through a capillary marked as "Auxiliary Capillary 2" (of the order of seconds). Throughout the analysis, this process is then repeated cyclically in each modulation period. The "storage capillary" here serves as a storage space for the eluting fraction from the primary column, which is subsequently metered in by the increased gas flow caused by the pressure pulse from the Auxiliary Capillary 1 to the secondary column. The auxiliary capillary 2 is primarily intended to supply the secondary column with mobile phases.

U tohoto modelu je nutné nastavovat/regulovat tlaky manuálně, a to s přesností ± 10 kPa. Při srovnání účinnosti modulátoru s kryofokusačním modulátorem byla průměrná opakovatelnost retenčních časů (relativní směrodatná odchylka) u pulzního tlakového modulátoru přibližně 2,0 % oproti 0,5 % u kryofokusačního modulátoru a ploch píků přibližně 3,5 % oproti přibližně 1,0 % u kryofokusačního modulátoru. Kryofokusační modulátor je robustnější a účinnější, ale na základě srovnání lze říci, že pulzní tlakový modulátor představuje při správném nastavení všech parametrů plnohodnotný nástroj modulace. Velkou výhodou původního modulátoru ve srovnání s kryofokusačním modulátorem je jeho velmi nízká pořizovací cena a skoro nulové provozní náklady.For this model, it is necessary to set / regulate the pressures manually, with an accuracy of ± 10 kPa. When comparing the efficiency of the modulator with the cryofocus modulator, the average repeatability of the retention times (relative standard deviation) for the pulsed pressure modulator was approximately 2.0% versus 0.5% for the cryofocus modulator and peak areas approximately 3.5% versus approximately 1.0% for the cryofocus modulator. The cryofocus modulator is more robust and efficient, but based on the comparison, it can be said that the pulse pressure modulator represents a full-fledged modulation tool when all parameters are set correctly. The great advantage of the original modulator compared to the cryofocus modulator is its very low purchase price and almost zero operating costs.

Dokumenty popisují přístroj obsahující pouze jeden set kolon s tím, že neřeší konstrukční a praktické problémy spojené s GCxGC technikou jako výměnu kolon v GCxGC systému, kdy po takovémto zásahu do systému je pak nutné opět celý systém znovu optimalizovat pro další měření. Modulátor popsaný ve zmíněných dokumentech je dále vybaven pouze manuálními tlakovými regulátory regulujícími tlak plynu vstupujícího do pomocných kapilár. Způsob prováděný na tomto modulátoru tedy umožňuje jen hrubé nastavení tlaku a neumožňuje kompenzaci změny viskozity plynu v průběhu měření způsobenou teplotním gradientem aplikovaným během analýzy, což vede ke snížení přesnosti měření a z praktického hlediska neumožňuje použití více než jednoho setu kolon, a tedy provádění více simultánních analýz.The documents describe an instrument containing only one set of columns, but does not solve design and practical problems associated with GCxGC technology such as column replacement in a GCxGC system, where after such an intervention in the system it is necessary to re-optimize the whole system for further measurements. The modulator described in the mentioned documents is further only equipped with manual pressure regulators regulating the pressure of the gas entering the auxiliary capillaries. Thus, the method performed on this modulator allows only coarse pressure adjustment and does not allow compensation of the change in gas viscosity during the measurement caused by the temperature gradient applied during the analysis, which leads to reduced measurement accuracy and practically does not allow more than one set of columns to be used. .

Známy jsou také provedení obsahující jednu primární a více sekundárních kolon, příkladně dle dokumentů US 2010154511 Al a WO 2013070954 Al. Při tomto řešení je efluent vystupující z primární kolony distribuován elektronicky řízeným ventilem do jedné ze sekundárních kolon. Toto sestavení s ohledem na pouze jednu primární kolonu tedy neumožňuje průběh dvou a více simultánních analýz. Dokumenty dále neuvádí možnost řízení tlaku plynu nastřikujícího frakce do sekundárních kolon.Embodiments comprising one primary and more secondary columns are also known, for example according to US 2010154511 A1 and WO 2013070954 A1. In this solution, the effluent leaving the primary column is distributed by an electronically controlled valve to one of the secondary columns. Thus, this assembly with respect to only one primary column does not allow two or more simultaneous analyzes to be performed. The documents further do not mention the possibility of controlling the pressure of the gas injecting the fraction into the secondary columns.

Úkolem vynálezu je tedy konstrukce modulátoru umožňujícího provádění více simultánních analýz pro zkrácení času nutného k provedení analýz při současném zvýšení přesnosti měření.It is therefore an object of the invention to provide a modulator enabling multiple simultaneous analyzes to be performed in order to reduce the time required to perform the analyzes while increasing the accuracy of the measurements.

-3 CZ 308396 B6-3 CZ 308396 B6

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Podstatou vynálezu je automatizovaný vícekanálový tlakový pulzní modulátor, který odstraňuje v rámci dosavadního stavu techniky identifikované nedostatky, a to zejména konstrukční a praktické problémy známých modulátorů.The essence of the invention is an automated multi-channel pressure pulse modulator, which eliminates the shortcomings identified in the prior art, in particular the design and practical problems of known modulators.

Modulátor je vybaven řídicí elektronikou připojenou k počítači s řídicím software, alespoň dvěma páry elektronických tlakových regulátorů a je schopen řídit spínání alespoň dvou párů ventilů, což umožňuje jeho snadné použití i v kombinaci s GC disponující alespoň dvěma injektory a poskytuje tedy možnost alespoň dvou simultánních analýz vzorku za odlišných podmínek analýzy (příkladně rozdílné separační podmínky či volba detektoru). Umožňuje tak současné provedení dvou či více analýz na oddělených setech kolon, není tím však omezeno využití i k provedení více postupných analýz bez nutnosti výměny setu kolon v případě, kdy je kolonový set instalovaný v prvním kanálu nevhodný k provedení analýzy a postačuje pouze přepnout do druhého nebo každého dalšího kanálu s vlastním setem kapilárních kolon. To výražně zjednodušuje nebo dokonce odstraňuje nutný proces optimalizace spojený s výměnou kolon oproti stavu techniky.The modulator is equipped with control electronics connected to a computer with control software, at least two pairs of electronic pressure regulators and is able to control the switching of at least two pairs of valves, which allows its easy use in combination with GC having at least two injectors and thus provides at least two simultaneous analyzes sample under different analysis conditions (for example, different separation conditions or choice of detector). This allows two or more analyzes to be performed simultaneously on separate sets of columns, but does not limit the use to perform multiple sequential analyzes without having to replace the set of columns if the column set installed in the first channel is unsuitable for analysis and only switches to the second or each additional channel with its own set of capillary columns. This greatly simplifies or even eliminates the necessary optimization process associated with column replacement over the prior art.

Automatizovaný vícekanálový tlakový pulzní modulátor dále řeší nedostatky zejména známého manuálního pulzního tlakového modulátoru dle stavu techniky tím, že díky softwarovému řízení elektronických tlakových regulátorů umožňuje nastavovat a regulovat tlak s odchylkou ± 2 kPa od nastavené hodnoty, kterou udržuje pomocí automatické regulace. U známého modulátoru dle stavu techniky je nutné nastavovat a regulovat tlaky manuálně, kdy byla dosažitelná nedostatečná přesnost ±10 kPa.The automated multichannel pressure pulse modulator further solves the shortcomings of the especially known manual pulse pressure modulator according to the state of the art by allowing to set and regulate the pressure with a deviation of ± 2 kPa from the set value, which it maintains by automatic control. With the known modulator according to the state of the art, it is necessary to set and regulate the pressures manually, when an insufficient accuracy of ± 10 kPa was achievable.

Průměrná opakovatelnost retenčních časů, vyjádřená jako jejich relativní směrodatná odchylka, byla u známého modulátoru dle stavu techniky přibližně 2,0 %, zatímco u modulátoru dle vynálezu < 0,3 %. V případě kryofokusačního modulátoru dle stavu techniky je směrodatná odchylka retenčních časů přibližně 0,5 %. Tím se automatizovaný vícekanálový tlakový pulzní modulátor vyrovná kryofokusačnímu modulátoru, který je ovšem pro pořízení i provoz výrazně nákladnější.The average repeatability of the retention times, expressed as their relative standard deviation, was approximately 2.0% for the known modulator according to the prior art, while for the modulator according to the invention <0.3%. In the case of the prior art cryofocus modulator, the standard deviation of the retention times is approximately 0.5%. This equates to an automated multi-channel pressure pulse modulator with a cryofocus modulator, which is, however, significantly more expensive to acquire and operate.

Objasnění výkresůExplanation of drawings

Na obrázku č. 1 je vyobrazeno schéma sestavy modulátoru dle příkladu uskutečnění vynálezu.Figure 1 shows a diagram of a modulator assembly according to an exemplary embodiment of the invention.

Na obrázku č. 2 je vyobrazeno schéma sestavy modulátoru s připojenými kolonami dle příkladu uskutečnění vynálezu.Figure 2 shows a diagram of a modulator assembly with connected columns according to an exemplary embodiment of the invention.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Výhodné provedení automatizovaného vícekanálového, v tomto příkladu dvoukanálového, tlakového pulzní modulátoru 1 sestává ze vstupu 11 nosného plynu 10 do modulátoru 1, uzavíracích ventilů 12, čtyř elektronických tlakových regulátorů 13 pro regulaci vstupního a výstupního tlaku plynů, výstupu 14 nosného plynu 10 z tlakových regulátorů 13 na příslušné spínající modulační ventily 21 sloužící k modulaci, tedy plnění a vyplachování skladovací smyčky 28 pro efluent z primární kolony 24, konektorů 15 k připojení modulačních ventilů 21 sloužících k modulaci, komunikačního portu 16 pro připojení k PC, přístrojové pojistky 17, 12Vdc napájení 18 modulátoru, spínače 19 k zapnutí/vypnutí modulátoru 1, polovodičového relé 111 ke spínaní ventilů, světelné signalizace 112 chodu ventilů a modulátoru 1, a dále jediného elektronického řídicího rozhraní 110 modulátoru 1, které je řízeno software v připojeném PC pro nastavení výběru regulátorů 13. které mají být užity, tlaku na elektronických tlakovýchA preferred embodiment of the automated multi-channel, in this example two-channel, pulse pressure modulator 1 consists of carrier gas inlet 11 to modulator 1, shut-off valves 12, four electronic pressure regulators 13 for regulating gas inlet and outlet pressure, carrier gas outlet 14 from pressure regulators 13 to the respective switching modulating valves 21 for modulation, i.e. filling and flushing the storage loop 28 for effluent from the primary column 24, connectors 15 for connecting the modulating valves 21 for modulation, communication port 16 for connection to PC, instrument fuses 17, 12Vdc supply 18 modulator, switches 19 for switching on / off modulator 1, solid state relay 111 for switching valves, light signaling 112 of valve operation and modulator 1, and further electronic control interface 110 of modulator 1, which is controlled by software in connected PC for setting controller selection 13 to be used, pressure on electronic pressure

-4 CZ 308396 B6 regulátorech 13 a změny tlaku v čase, a dále nastavení, které ventily 21, v jakém vzájemném pořadí a v jakém čase budou sepnuty.-4 CZ 308396 B6 regulators 13 and pressure changes over time, and further setting which valves 21, in which relative order and at what time will be closed.

Takto sestavený automatizovaný dvoukanálový tlakový pulzní modulátor je v tomto případě zapojen v sestavě se dvěma na sobě nezávislými kolonami, a to následovně.The automated two-channel pressure pulse modulator thus assembled is in this case connected in an assembly with two mutually independent columns, as follows.

K výstupům 14 nosného plynu 10 z tlakových regulátorů 13 jsou připojeny spínací ventily 21, které jsou vždy v párech pomocnými kapilárami 22 spojeny s třícestnými spojovacími prvky 23, které společně tvoří mezičlánek mezi primární kolonou 24 a sekundární kolonou 25 z příslušného setu kolon a vytváří skladovací smyčku 28. Ke každé primární koloně 24 je vždy na vstupu připojen injektor 26 a ke každé sekundární koloně 25 je na výstupu vždy připojen detektor 27.Switched valves 21 are connected to the outlets 14 of the carrier gas 10 from the pressure regulators 13, which are always connected in pairs by auxiliary capillaries 22 to three-way connecting elements 23, which together form an intermediate link between the primary column 24 and the secondary column 25 from the respective set of columns. a loop 28. An injector 26 is always connected at the inlet to each primary column 24 and a detector 27 is always connected to each outlet at the outlet.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález je průmyslově využitelný při analýze chemických látek, potravin, léčiv nebo kosmetických přípravků, a to pro účely určení složení analytů, stanovení kvality či přípravu nových látek.The invention is industrially applicable in the analysis of chemicals, foods, drugs or cosmetics for the purpose of determining the composition of analytes, determining the quality or preparation of new substances.

Claims (2)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Automatizovaný vícekanálový tlakový pulzní modulátor (1) zahrnující vstup (11) nosného plynu (10) do modulátoru (1), uzavírací ventily (12), konektory (15) k připojení modulačních ventilů (21) a relé (111) ke spínaní ventilů, vyznačující se tím, že dále zahrnuje jediné elektronické řídicí rozhraní (110) k ovládání alespoň dvou párů elektronických tlakových regulátorů (13) pro alespoň dvě simultánní analýzy s tím, že elektronické tlakové regulátory (13) jsou spojeny skrze výstupy (14) nosného plynu (10) s alespoň dvěma odpovídajícími páry modulačních ventilů (21), s tím, že každý modulační ventil (21) je propojen kapilárou (22) s třícestným spojovacím prvkem (23), přičemž mezi k páru modulačních ventilů (21) připojenými třícestnými spojovacími prvky (23) je skladovací smyčka (28) mezi primární kolonou (24) a sekundární kolonou (25) z příslušného setu kolon s tím, že sekundární kolona (25) každého z alespoň dvou na sobě vzájemně nezávislých setů kolon je připojena k vlastnímu detektoru (27).An automated multichannel pressure pulse modulator (1) comprising a carrier gas inlet (11) (10) to the modulator (1), shut-off valves (12), connectors (15) for connecting modulating valves (21) and a relay (111) for switching valve, characterized in that it further comprises a single electronic control interface (110) for controlling at least two pairs of electronic pressure regulators (13) for at least two simultaneous analyzes, the electronic pressure regulators (13) being connected through the outlets (14) of the carrier. gas (10) with at least two corresponding pairs of modulating valves (21), each modulating valve (21) being connected by a capillary (22) to a three-way connecting element (23), with three-way connectors connected to the pair of modulating valves (21). the connecting elements (23) is a storage loop (28) between the primary column (24) and the secondary column (25) of the respective set of columns, the secondary column (25) of each of at least two mutually independent sets of columns being connected to its own detector and (27). 2. Automatizovaný vícekanálový tlakový pulzní modulátor (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že primární kolona (24) každého setu kolon je připojena k vlastnímu injektoru (26).Automated multichannel pressure pulse modulator (1) according to claim 1, characterized in that the primary column (24) of each set of columns is connected to its own injector (26).
CZ2019-577A 2019-09-11 2019-09-11 Automated multichannel pressure pulse modulator CZ2019577A3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-577A CZ2019577A3 (en) 2019-09-11 2019-09-11 Automated multichannel pressure pulse modulator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-577A CZ2019577A3 (en) 2019-09-11 2019-09-11 Automated multichannel pressure pulse modulator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ308396B6 true CZ308396B6 (en) 2020-07-22
CZ2019577A3 CZ2019577A3 (en) 2020-07-22

Family

ID=71616903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-577A CZ2019577A3 (en) 2019-09-11 2019-09-11 Automated multichannel pressure pulse modulator

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ2019577A3 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100154511A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Gordon Lambertus Apparatus and method for multi-dimensional gas chromatography
WO2013070954A1 (en) * 2011-11-09 2013-05-16 The Regents Of The University Of Michigan Devices and methods for adaptive micro-gas chromatography

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100154511A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Gordon Lambertus Apparatus and method for multi-dimensional gas chromatography
WO2013070954A1 (en) * 2011-11-09 2013-05-16 The Regents Of The University Of Michigan Devices and methods for adaptive micro-gas chromatography

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ston, M. et al: Improved flow modulator constructionfor GC x GC with quadrupole mass spektrometry; Journal of Chromatographic Science 2016, vol 54, No. 9, 1481 – 1488 *
Ston, M.: Vývoj a optimalizace robustního tlakového modulátoru pro multidimenzionální plynovou chromatografii, Disertační práce, 2016 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2019577A3 (en) 2020-07-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5954954A (en) Method and apparatus for determination of analyte concentration
Seeley Recent advances in flow-controlled multidimensional gas chromatography
Marriott et al. Multidimensional gas chromatography
Seeley et al. Microfluidic deans switch for comprehensive two-dimensional gas chromatography
US20150122655A1 (en) Two-dimensional fluid separation with controlled pressure
EP1631811B1 (en) Flow rate control
Bruckner et al. Comprehensive two-dimensional high-speed gas chromatography with chemometric analysis
Sharif et al. The microfluidic Deans switch: 50 years of progress, innovation and application
CN106662554B (en) Analytical equipment and analysis method
US10677766B2 (en) Volumetric flow regulation in multi-dimensional liquid analysis systems
CN102866216A (en) Drifting two-dimensional separation with adaption of second dimension gradient to actual first dimension condition
CN101191790A (en) Liquid chromatographic analysis apparatus
Lelevic et al. Quantitative performance of forward fill/flush differential flow modulation for comprehensive two-dimensional gas chromatography
Nolvachai et al. Multi-column trajectory to advanced methods in comprehensive two-dimensional gas chromatography
O’Neill et al. On-chip definition of picolitre sample injection plugs for miniaturised liquid chromatography
CZ308396B6 (en) Automated multichannel pressure pulse modulator
CZ33328U1 (en) Automated multichannel pressure pulse modulator
US20220097039A1 (en) Automated liquid handling and testing systems and methods
CN2347170Y (en) General two-dimensional chromatography interface device
CN112672799B (en) Two-dimensional fluid separation with push-pull modulation
Swartz HPLC systems and components introduced at Pittcon 2010: a brief review
Suvarov Robust control methods for simulated moving bed chromatographic processes
RU2167422C2 (en) Method of gas chromatographic analysis and device for its realization
Xu et al. Analysis of alkylbenzene samples by comprehensive capillary liquid chromatography× capillary gas chromatography
Kienle et al. Robuste Regelung von Simulated Moving Bed Chromatographieprozessen