DE102009029028B4

DE102009029028B4 - Konfigurieren eines physikalischen Zustands an einer Quelle zum Erzeugen eines physikalischen Zustands an einem Ziel

Info

Publication number: DE102009029028B4
Application number: DE102009029028.1A
Authority: DE
Inventors: Klaus Witt; Herbert Anderer; Alwin Ritzmann; Dominik Ruf
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2008-09-20
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2029-09-01
Also published as: US8515587B2; DE102009029028A1; US20090076631A1

Abstract

Vorrichtung zum Einstellen eines Betriebsmodus einer Einheit, wobei die Einheit in der Lage ist, einen physikalischen Zustand an einer Quellenposition einzustellen, um einen physikalischen Zustand an einer Zielposition entsprechend zu beeinflussen, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Einstelleinheit zum Einstellen eines Betriebsmodus durch Definieren einer Zeitabhängigkeit des physikalischen Zustands an der Quellenposition derart, dass für die Zielposition eine Zeitabhängigkeit des physikalischen Zustands erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert das Ergebnis einer zeitabhängigen Änderung des physikalischen Zustands repräsentiert; und wobei die Vorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die Einstelleinheit dient zum Durchführen der Einstellung durch physikalisches Modellieren der in der Einheit ablaufenden Prozesse; die Einstelleinheit dient zum Durchführen der Einstellung durch Simulieren der in der Einheit ablaufenden Prozesse.

Description

Zugrunde liegende Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft den Betrieb von Fluideinheiten.
Fluideinheiten werden zum Durchführen verschiedener Messaufgaben verwendet, um beliebige physikalische Parameter zu messen. Jede Fluideinheit kann über einen speziellen Treiber mit gerätespezifischen Befehlen verfügen. Mittels einer Programmiersoftware kann ein Benutzer einen Betriebsmodus der Fluideinheit einstellen. Nach dem Durchführen einer solchen Einstellung kann die Fluideinheit entsprechend dem eingestellten Betriebsmodus betrieben werden.
Insbesondere kann bei der Flüssigkeitschromatografie ein flüssiger Analyt durch eine Säule gepumpt wenden, die ein Material aufweist, welches verschiedene Komponenten des flüssigen Analyten zu trennen vermag. Ein solches Material in Form von Perlen (so genannte beads) kann in eine rohrförmige Säule eingefüllt werden, die mit anderen Elementen verbunden werden kann (zum Beispiel mit einer Steuereinheit, Behältern für die Probe und/oder Puffer). Vor einer Säule wird der flüssige Analyt in den Flüssigkeitschromatografen eingegeben. Eine Steuereinheit steuert eine Menge der durch den Flüssigkeitschromatografen zu pumpenden Flüssigkeit und gleichzeitig eine Zusammensetzung und eine zeitliche Abhängigkeit eines mit dem flüssigen Analyten wechselwirkenden Lösemittels. Bei einem solchen Lösemittel kann es sich um eine Mischung verschiedener Bestandteile handeln. Die Dosierung dieser Bestandteile für das anschließende Mischen stellt ein Beispiel für den von einem Benutzer eines Flüssigkeitschromatografen festzulegenden Betriebsmodus dar.
John W. Dolan beschreibt in ”Dwell Volume Revisited”, LCGC North America, Band 24, Nr. 5, Mai 2006, S. 458 bis 466, dass die Auswirkungen des Verweilvolumens eines Systems auf die Retention und die Auflösung in der Praxis der Flüssigkeitschromatografie nicht unterschätzt werden sollten. Leider beziehen viele chromatografisch Arbeitende beim Entwickeln und Einführen von LC-Gradientenverfahren das Verweilvolumen nicht in ihre Überlegungen ein.
Das kann die Genauigkeit eines herkömmlichen Systems zum Einstellen des Betriebsmodus einer Einheit beeinträchtigen.
BESCHREIBUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zum genauen Einstellen des Betriebsmodus bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Hauptansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Vorrichtung (zum Beispiel ein Computer oder ein Arbeitsplatzrechner) zum Einstellen eines Betriebsmodus einer Einheit bereitgestellt, wobei die Einheit einen physikalischen Zustand an einer Quellenposition (zum Beispiel einer Stelle, an der mehrere Komponenten eines Lösemittels in ein Pump- und Mischsystem eingegeben werden) festlegen kann, um einen physikalischen Zustand an einer Zielposition (zum Beispiel an einem Ausgang eines Mischsystems, das am Anfang einer Trennsäule oder über Flüssigkeit mit dieser in Verbindung steht) entsprechend zu beeinflussen, wobei die Vorrichtung eine Einstelleinheit (zum Beispiel einen Prozessor) zum Einstellen des Betriebsmodus durch Definieren einer Zeitabhängigkeit des physikalischen Zustands an der Quellenposition derart aufweist, dass für die Zielposition ein zeitabhängigen Zielwert des physikalischen Zustands (zum Beispiel eine gewünschte zeitabhängige Konzentrationsfunktion) erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert eine zeitliche Änderung des physikalischen Zustands repräsentiert.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Einstellen eines Betriebsmodus einer Einheit bereitgestellt, wobei die Einheit einen physikalischen Zustand an einer Quellenposition einstellen kann, um einen physikalischen Zustand an einer Zielposition entsprechend zu beeinflussen, wobei das Verfahren das Einstellen des Betriebsmodus durch Definieren einer Zeitabhängigkeit des physikalischen Zustands an der Quellenposition derart aufweist, dass für die Zielposition ein zeitabhängiger Zielwert des physikalischen Zustands erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert eine resultierende zeitliche Änderung des physikalischen Zustands repräsentiert.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Softwareprogramm oder -produkt bereitgestellt, das vorzugsweise auf einem Datenträger gespeichert ist, um das Verfahren mit den oben erwähnten Merkmalen zu steuern oder auszuführen, wenn das Programm auf einem Datenverarbeitungssystem wie beispielsweise einem Computer ausgeführt wird.
Ausführungsformen der Erfindung können ganz oder teilweise durch ein oder mehrere geeignete Softwareprogramme realisiert oder unterstützt werden, die auf einem beliebigen Datenträger gespeichert oder anderweitig bereitgestellt werden und in oder durch eine geeignete Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden können. Softwareprogramme oder -routinen können vorzugsweise im Zusammenhang mit der Bedienung der Einheit verwendet werden. Die Vorschrift zur Bedienung der Einheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann von einen Computerprogramm, d. h. in Form von Software, oder unter Verwendung einer oder mehrerer spezieller elektronischer Optimierungsschaltungen, d. h. in Form von Hardware, oder in gemischter Form, d. h. unter Verwendung von Software- und Hardwarekomponenten, ausgeführt oder unterstützt werden.
Mit dem Begriff ”Betriebsmodus” kann insbesondere ein Arbeitsablauf, ein Algorithmus oder ein Satz von Betriebsparametern bezeichnet werden, mit denen definiert wird, wie eine Einheit oder insbesondere eine Fluideinheit betrieben werden soll. Somit kann der Betriebsmodus einen kompletten Datensatz beinhalten, der bei Anwendung auf die Fluideinheit eine bestimmte Betriebsweise dieser Fluideinheit definiert.
Mit dem Begriff ”Einheit” kann jede beliebige technische Vorrichtung bezeichnet werden. Mit dem Begriff ”Fluideinheit” kann insbesondere jede beliebige Vorrichtung bezeichnet werden, die dem Transport, der Analyse oder der Verarbeitung eines Fluids dient. Als Fluid kann eine Flüssigkeit, ein Gas oder eine Kombination aus einer Flüssigkeit und einem Gas bezeichnet werden, und ein Fluid kann auch feste Partikel beinhalten. Ein solches Fluid kann ein Fluidlösemittel und/oder eine zu analysierende Fluidprobe aufweisen. Beispiele für Fluideinheiten stellen Vorrichtungen der Biotechnologie oder jedes andere biochemische Analysesystem wie beispielsweise eine Trenneinheit zum Trennen verschiedener Komponenten einer Probe, insbesondere ein Flüssigkeitschromatograf, dar.
Mit dem Begriff ”Quellenposition” kann insbesondere eine Startposition entlang eines Arbeitsweges einer Einheit, speziell eine Position innerhalb eines Fluidweges einer Fluideinheit bezeichnet werden, an welcher eine oder mehrere Fluidkomponenten wie beispielsweise Lösemittelkomponenten oder Fluidbestandteile zum anschließenden Mischen eingegeben werden. In vielen Fällen hat es ein Benutzer leicht, die Konzentration solcher Bestandteile oder Komponenten an einer Quellen- oder Eingabeposition genau zu definieren, da der Benutzer die Eingabe der Komponenten an dieser Stelle selbst genau steuert.
Mit dem Begriff ”Zielposition” kann insbesondere eine Endposition entlang eines Arbeitsweges einer Einheit, speziell eine Position innerhalb einer Fluideinheit bezeichnet werden, die von der Quellenposition räumlich entfernt ist und sich in einem Fließweg an einer Stelle nach der Quellenposition, d. h. nach einer klar definierten Verarbeitung der an der Quellenposition eingegebenen Fluidkomponenten, befindet. Zwischen der Quellenposition und der Zielposition können die Fluidkomponenten verschiedenen (zum Beispiel steuerbaren und nichtsteuerbaren, erwünschten und unerwünschten, analytisch modellierbaren und nichtmodellierbaren) Bearbeitungseffekten ausgesetzt sein, zum Beispiel auf den Fluidstrom einwirkenden Verzögerungs-, Verbreiterungs- und Mischeffekte, die sich aus einem oder mehreren Totvolumina wie beispielsweise Leitungsvolumina eines Flüssigkeitschromatografen, aus Reibungseffekten, der Bildung von Temperatur- oder Geschwindigkeitsprofilen oder Ähnlichem ergeben.
Mit dem Begriff ”zeitlicher Verlauf” kann insbesondere ein Zeitplan bezeichnet werden, mit dem definiert wird, zu welchen Zeitpunkten welche physikalischen Zustände vorgegeben sind, insbesondere ein Zeitplan, mit dem definiert wird, zu welchen Zeitpunkten relative Konzentrationen mehrerer Fluidkomponenten an einer Quellenposition eingegeben werden sollen.
Mit dem Begriff ”zeitabhängiger Zielwert” kann insbesondere ein gewünschter zeitabhängiger Zielwert eines physikalischen Zustands, insbesondere einer Konzentration einzelner Komponenten der Fluidprobe oder des Lösemittels an der Zielposition, bezeichnet werden, welche ein Benutzer einstellen möchte. Ein solcher zeitabhängiger Zielwert an einer Zielposition kann bei Berücksichtigung eines oder mehrerer Parameter beträchtlich von einer entsprechenden Eigenschaft an der Zielposition abweichen, da auf das Lösemittel einer Fluidprobe verschiedene Effekte einwirken, während es von einer Quellenposition durch ein Verarbeitungsvolumen zu einer Zielposition wandert.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann zwischen einer Prozessoreinheit und einem Benutzer in einem Mensch-Maschine-Dialog ein Betriebsmodus oder ein Steuerungsablauf vereinbart oder festgelegt werden. Der sich daraus ergebende Betriebsmodus kann so gewählt wenden, dass ein definiertes Zielverhalten an einer Zielposition eines Arbeitsweges einer Einheit erreicht wird, deren Lage nicht oder nicht ohne weiteres direkt gesteuert werden kann. Mittels einer solchen Maßnahme kann eine Geschwindigkeitsrampe, ein Temperaturprofil, eine Gemischzusammensetzung usw. am Ziel eingestellt werden, indem ermittelt wird, wie ein entsprechender physikalischer Zustand an der Quellenposition gewählt werden muss, um das gewünschte Ergebnis am Ziel zu erreichen.
Insbesondere wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ein benutzerfreundliches System bereitgestellt, das einen Benutzer beim Einstellen eines Betriebsmodus für eine Fluideinheit unterstützt. Mittels eines solchen Systems kann der Benutzer eine gewünschte Zeitabhängigkeit der Teilkonzentrationen einer Mischung verschiedener Fluide an einer Zielposition wie beispielsweise am Kopf oder Zulauf einer Chromatografiesäule genau einstellen. Wenn ein solches gewünschtes Profil von einem Benutzer definiert wird, kann das System, zum Beispiel durch Modellierung der realen physikalischen Bedingungen (zum Beispiel des Totvolumens usw.) in der Fluideinheit, automatisch eine leicht nachvollziehbare Vorschrift berechnen, nach der die verschiedenen Bestandteile (insbesondere mit welchen Teilkonzentrationen und mit welcher Zeitabhängigkeit) an der Quellenposition dosiert werden sollen, damit an der Zielposition der eingegebene zeitabhängige Zielwert des Konzentrationsprofils der Mischung erreicht wird. Somit brauchen die in vielen Fällen komplexen physikalischen Prozesse zwischen der Quellenposition und der Zielposition einer Fluideinheit dem Benutzer nicht bekannt zu sein oder von ihm berücksichtigt zu werden, wenn er eine Analyse oder ein Experiment plant, sodass auch ein Benutzer ohne Vorkenntnisse seine Absichten einfach definieren und eine entsprechende Vorschrift erstellen kann, die (zum Beispiel durch Steuerung der Einheit) ausgeführt wird, sodass der Benutzer tatsächlich das gewünschte Ergebnis erhält.
Im Folgenden werden weitere beispielhafte Ausführungsformen der Vorrichtung beschrieben. Diese Ausführungsformen gelten jedoch auch für das Verfahren, das Softwareprogramm und das Softwareprodukt.
Die Fluideinheit kann in der Lage sein, mindestens zwei Fluidkomponenten an der Quellenposition zu mischen und die Mischung zur Zielposition zu befördern, wobei die Einstelleinheit dazu dienen kann, den Betriebsmodus durch Definieren eines Zeitablaufs für die Dosierung der mindestens zwei Fluidkomponenten an der Quellenposition einzustellen, sodass für die Zielposition ein zeitabhängiger Zielwert eines Konzentrationsprofils erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert eine zeitlich variierende Konzentrationsänderung der Mischung repräsentiert. Auf diese Weise können alle unerwünschten Beeinflussungen einer Gemischzusammensetzung zumindest teilweise ausgeglichen werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Fluideinheit in der Lage sein, ein Fluid mit einer definierbaren Temperatur an der Quellenposition zu einzugeben und das Fluid zur Zielposition zu befördern, wobei die Einstelleinheit dazu dienen kann, den Betriebsmodus durch Definieren eines Temperaturprofils für die Dosierung des Fluids oder durch Zufuhr einer bestimmten Energie zur Fluideinheit an der Quellenposition einzustellen, sodass für die Zielposition ein zeitabhängiger Zielwert eines Temperaturprofils des Fluids erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert eine zeitlich variierende Temperaturänderung des Fluids repräsentiert. Auf diese Weise können alle unerwünschten Beeinflussungen der Fluidtemperatur entlang eines Fließweges zumindest teilweise ausgeglichen werden. Für den Fall, dass zum Beispiel ein steiler Temperaturanstieg programmiert ist, kann dies insbesondere bei einer hohen Fließgeschwindigkeit dazu führen, dass sich die eigentliche Temperatur erst mit Verzögerung einstellt. In einem solchen Fall kann auch das wirkliche Temperaturprofil vorhergesagt werden, um solche Verzögerungseffekte auszugleichen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Fluideinheit in der Lage sein, ein Fluid mit einem definierbaren Fließprofil an der Quellenposition zu dosieren und das Fluid zur Zielposition zu befördern, wobei die Einstelleinheit dazu dienen kann, den Betriebsmodus durch Definieren eines Fließprofils für die Dosierung des Fluids an der Quellenposition einzustellen, sodass für die Zielposition ein zeitabhängiger Zielwert eines Fließprofils des Fluids erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert eine zeitlich variierende Flussänderung des Fluids repräsentiert. Auf diese Weise können alle unerwünschten Beeinflussungen einer Geschwindigkeitsrampe oder einer Fließgeschwindigkeit entlang eines Fließpfades, zum Beispiel aufgrund eines hydraulischen Widerstandes, zumindest teilweise ausgeglichen werden.
Die Einstelleinheit kann dazu dienen, den Betriebsmodus unter Berücksichtigung einer zuvor bekannten Parametrisierung der Fluideinheit zu ermitteln. Eine solche Parametrisierung kann aus einem Satz von Parametern bestehen, welche die physikalischen Eigenschaften der Fluideinheit darstellen und sich auf ein Konzentrationsprofil mehrerer Fluidbestandteile auswirken, die von einer oder mehreren Quellenpositionen zu einer oder mehreren Zielpositionen befördert werden. Zu solchen Parametern können die Volumina verschiedener Fließwege, eine Pumpleistung einer oder mehrerer Pumpen zum Befördern der Fluidkomponenten durch die Fluideinheit, die Abmessungen (zum Beispiel ein Durchmesser und/oder eine Länge) von Flüssigkeitsleitungen usw. zählen, die sich auf die Verbreiterung der Fraktionen der Fluidprobe auswirken können. Somit kann eine Parametrisierung der Fluideinheit als Satz von Parameterwerten bezeichnet werden, die physikalische Effekte durch eine Anzahl von Parametern als Grundlage für ein Computermodell darstellen oder definieren. Mittels der Parametrisierung einer Fluideinheit kann ein Modell der Fluideinheit berechnet und somit rechnerisch die gewünschte Zeitabhängigkeit der einzelnen Konzentrationen an der Quellenposition ermittelt werden, die eingestellt werden müssen, um den zeitabhängigen Zielwert zu erhalten.
Mittels der Parametrisierung können eine oder mehrere physikalische Eigenschaften der Fluideinheit definiert werden. Zu solchen physikalischen Eigenschaften können eine Transportcharakteristik mit Parametern wie Volumina und Abmessungen, physikalische Parameterwerte wie das Mischungsverhalten, der Druckabfall oder die Temperatur und/oder physikalische Effekte wie beispielsweise ein Modell der in einer Flüssigkeitsleitung auftretenden Reibung zur Modellierung der Reibungseffekte in der Leitung, zum Beispiel nach dem Hagen-Poiseuilleschen Gesetz, gehören. Durch eine solche Modellierung der Prozesse in der Fluideinheit kann eine Differenz zwischen den Zuständen an der Eingangsposition und an der Ausgangsposition abgeleitet werden, die durch eine Übertragungsfunktion Hb = Ausgangswert/Eingangswert definiert werden kann.
Insbesondere können mittels der Parametrisierung eine Größe einer Fluideinheit (zum Beispiel eine Abmessung eines Fluidkanals), ein Volumen einer Flüssigkeitsleitung (zum Beispiel ein Totvolumen) der Fluideinheit, eine Pumpleistung (zum Beispiel die elektrische Leistungsaufnahme und/oder die Förderleistung der Pumpe) der Fluideinheit, ein Verzögerungsparameter (zum Beispiel eine Verzögerungszeit nach dem Einschalten einer Fluideinheit) beim Betrieb der Fluideinheit, ein Reibungsparameter (der zum Beispiel die Reibung zwischen einer Wandung einer Fluidleitung und einem durch die Leitung fließenden Fluid kennzeichnet) beim Betrieb der Fluideinheit, ein Durchspülverhalten (insbesondere Eigenschaften bezüglich des Auswaschens oder Durchspülens der Fluideinheit vor Inbetriebnahme oder zwischen zwei aufeinander folgenden Trennungen) der Fluideinheit und/oder ein Zusammenwirken verschiedener Komponenten der Fluidprobe (zum Beispiel die Eigenschaften eines Gradienten, der an eine Chromatografiesäule angelegt wird, die zum Beispiel mit dem Ziel verbunden sein kann) berücksichtigt werden.
Alternativ kann die Übertragungsfunktion empirisch durch Messen der Ausgangswerte einer bestimmten Fluideinheit oder einer komplexen Struktur ermittelt werden, indem ein bekannter oder auch gemessener Eingangsstimulus gesetzt wird. Die Übertragungsfunktion stellt dann einen komplexen Quotienten aus einer komplexen Ausgangsfunktion, dividiert durch eine komplexe Eingangsfunktion, dar.
Mit dem Betriebsmodus können ein Verfahren zur Trennung verschiedener Komponenten von Fluiden durch die Fluideinheit (zum Beispiel eine Vorschrift zur Durchführung eines Experiments mittels Flüssigkeitschromatografie, Gaschromatografie oder Elektrophorese), ein Verfahren zur Analyse einer Arzneimittelanwendung (zum Beispiel in einer Kombination von Flüssigkeitschromatograf/Massenspektrometer, in welcher der Stoffwechsel eines Medikaments in einem menschlichen Körper untersucht werden kann), ein Diagnoseverfahren (zum Beispiel zum Diagnostizieren eines bestimmten physiologischen Zustands anhand einer Analyse einer Probe), ein amtlich zulassungspflichtiges Verfahren (zum Beispiel ein von der FDA, der Food and Drug Administration in den Vereinigten Staaten von Amerika, zugelassenes Verfahren), ein Spülverfahren für die Einheit (zum Beispiel ein Algorithmus, nach welchem eine Spüllösung zur Vorbehandlung oder zum Entfernen von Fluidspuren nach einer vorhergehenden Untersuchung und dadurch zum Unterdrücken unerwünschter Interferenzen oder Verunreinigungen eingegeben wird), eine Auswahl eines Lösemittels für die Fluideinheit (zum Beispiel die Auswahl mehrerer Bestandteile eines solchen Lösemittels, deren Konzentrationsverhältnisse usw.), ein Verfahren zum Anlegen eines Konzentrationsgradienten an die Fluideinheit (zum Beispiel zum Durchführen einer flüssigkeitschromatografischen Analyse unter Verwendung einer Chromatografiesäule) und/oder eine Auswahl einer Arbeitstemperatur (und/oder andere physikalische Parameter wie beispielsweise der Druck) für die Fluideinheit definiert werden.
Mittels des Betriebsmodus kann eine Folge von Anweisungen definiert werden, die der Fluideinheit zugeleitet werden, um den Betrieb der Fluideinheit zu gewährleisten. Ein solcher Satz von Anweisungen kann ausreichen, um die Fluideinheit entsprechend einer gewünschten Vorschrift zu betreiben.
Die Vorrichtung kann eine Benutzeroberfläche zur visuellen Darstellung des Betriebsmodus auf einem Bildschirm (zum Beispiel einem Flüssigkristallbildschirm, einer Katodenstrahlröhre, einem Plasmabildschirm oder Ähnlichem) aufweisen. Eine solche Benutzeroberfläche kann eine Eingabeeinheit wie beispielsweise eine Zeigereinheit, einen Joystick, eine Tastatur, eine Schaltfläche, einen berührungsempfindlichen Bildschirm usw. aufweisen, mit welcher ein Benutzer Befehle, Daten und Anweisungen in die Vorrichtung eingeben kann. Eine solche Benutzeroberfläche kann auch eine Ausgabeeinheit wie beispielsweise eine Anzeige zur visuellen Darstellung von Informationen für einen Benutzer der Vorrichtung aufweisen. Eine solche Ausgabeeinheit kann auch eine Datenschnittstelle aufweisen, damit ein Benutzer eine Peripherieeinheit wie beispielsweise die Fluideinheit oder einen Speicherstift anschließen kann, um einen Satz berechneter Parameter an die Vorrichtung zu übertragen. Durch die Verwendung einer solchen Benutzeroberfläche kann ein Benutzer die Art und Weise bestimmen, in der eine Fluideinheit am besten betrieben wird.
Die Benutzeroberfläche kann zur Anzeige des Betriebsmodus in Form von Graphen dienen. Somit kann die Abhängigkeit zwischen verschiedenen Parametern durch eine zwei-, drei- oder mehrdimensionale Darstellung auf anschauliche Weise aufgezeichnet werden, sodass der Benutzer anhand eines solchen Graphen eine deutliche Vorstellung von der Zeitabhängigkeit eines Arbeitsablaufs erhalten kann. Zum Beispiel kann ein solcher Graph die Form eines zweidimensionalen Koordinatensystems mit einer Abszisse, auf der die Zeit, und einer Ordinate haben, auf der eine Konzentration einer Einzelkomponente eines Mehrkomponentengemischs aufgetragen ist.
Die Benutzeroberfläche kann dazu dienen, dass ein Benutzer den Betriebsmodus bearbeiten kann. Somit kann ein Benutzer den Betriebsmodus über die Benutzeroberfläche und insbesondere über deren Eingabeelemente auf intuitive Weise so anpassen, dass er genau den Anforderungen des Benutzers entspricht. Auf diese Weise kann eine benutzerfreundliche Benutzeroberfläche geschaffen werden, über die ein Benutzer genau definieren kann, welche Art von Experiment durchgeführt werden soll. Die Bearbeitung kann über eine Steuereinheit wie beispielsweise eine Computermaus, eine Rollkugel, einen Joystick, einen berührungsempfindlichen Bildschirm oder eine Tastatur erfolgen, mit deren Hilfe zum Beispiel ein Zeiger (wie beispielsweise ein Mauszeiger oder ein Cursor) auf einem Bildschirm gesteuert wird.
Die Benutzeroberfläche kann dazu dienen, dass ein Benutzer den Betriebsmodus anpassen kann, wobei die Benutzeroberfläche und die Einstelleinheit dazu dienen können, einen Teil des Betriebsmodus zu aktualisieren oder weiterzuverfolgen, nachdem ein anderer Teil des Betriebsmodus vom Benutzer bearbeitet wurde. Zum Beispiel kann ein Benutzer einfach einen Parameter eines Betriebsmodus verändern und über die Benutzeroberfläche in Echtzeit eine Rückmeldung darüber erhalten, wie sich eine Veränderung dieses Parameters auf einen oder mehrere Parameter oder auf die gesamte Analyse auswirkt. Somit erhält ein Benutzer eine genaue Vorstellung von mehr oder weniger kritischen Parametern, die sich bei einer Änderung stärker oder schwächer auf das jeweilige Experiment auswirken.
Die Benutzeroberfläche kann dazu dienen, dass der Benutzer den zeitabhängigen Zielwert des Konzentrationsprofils der Mischung an der Zielposition definieren kann. Somit braucht ein Benutzer bei der Planung eines Experiments nicht die komplexen Vorgänge innerhalb der Fluideinheit zu berücksichtigen, sondern kann die Fluideinheit vielmehr als ”Blackbox” betrachten, welcher er einfach seine Wünsche mitteilen muss, damit das System eine Vorschrift berechnet, nach der ein Benutzer die Einheit bedienen muss, um dieses Ergebnis zu erhalten. Somit werden alle Überlegungen bezüglich der physikalischen Effekte oder Störeffekte zwischen der Quelle und dem Ziel durch das System berücksichtigt, sodass sich ein Benutzer nicht um das Verweilvolumen oder ähnliche Effekte zu kümmern braucht.
Die Benutzeroberfläche kann so eingerichtet werden, dass ein Benutzer den Betriebsmodus anpassen kann, wobei die Benutzeroberfläche so eingerichtet werden kann, dass der Benutzer als Reaktion auf eine Veränderung des Betriebsmodus eine visuelle Rückmeldung erhält. Somit ist es mittels eines visuellen Rückmeldungssystems möglich, den Benutzer auf anschauliche Weise mit den zur Planung eines Experimentes erforderlichen Informationen zu versorgen.
Das System kann als grafische Benutzeroberfläche (graphical user interface, GUI) dienen, über die Personen mit elektronischen Geräten wie beispielsweise Computern oder Taschenrechnern in Verbindung treten können. Eine solche GUI kann im Gegensatz zu rein textbasierten Oberflächen, über eine Tastatur eingegebenen Befehls-Kennungen (command labels) oder der Textnavigation grafische Bildzeichen und visuelle Marken anzeigen, um die einem Benutzer zur Verfügung stehenden Informationen und Handlungen umfassend anzuzeigen.
Die Benutzeroberfläche kann dazu dienen, gleichzeitig, d. h. auf einem einzigen Bildschirm, sowohl die zeitliche Abfolge der Dosierung der mindestens zwei Fluidkomponenten an der Quellenposition als auch den zeitabhängigen Zielwert des Konzentrationsprofils der Mischung an der Zielposition anzuzeigen. Dadurch kann ein Benutzer auf anschauliche Weise eine Vorstellung von den Differenzen zwischen einem ”theoretischen” oder idealen Verlauf der Vermischung der Fluide an einer Quellenposition und einem ”praktischen” oder tatsächlichen Verlauf der geplanten Vermischung der Fluidkomponenten gewinnen, der in dem physikalischen System an der Zielposition der Fluideinheit erreicht werden kann.
Die Einstelleinheit kann dazu dienen, den Betriebsmodus als realen oder tatsächlichen Betriebsmodus zu wählen, indem ein gerader Kurvenabschnitt (das heißt eine gerade Linie) oder ein gewinkelter Kurvenabschnitt (das heißt zwei in verschiedenen Richtungen verlaufende gerade Linien mit einem gemeinsamen Punkt, die deshalb einen Winkel einschließen) durch einen gekrümmten Kurvenabschnitt ersetzt wird. Zu Verbreiterungseffekten oder einem Geschwindigkeitsprofil von Molekülen einer Fluidprobe kann es zum Beispiel infolge der Reibung zwischen einzelnen Komponenten der Fluidprobe und den Wänden einer Fluidleitung kommen. Solche Effekte können bei einem physikalischen Experiment in der Praxis zu einer Verrundung von Kurvenabschnitten führen, die in der Theorie oder bei der Planung eines Experiments als eine Anzahl miteinander verbundener gerader Kurvenabschnitte dargestellt werden. Somit kann kann es zum Verrunden einer Kurve gemäß einem physikalischen Modell der sich aus einem oder mehreren Naturgesetzen ergebenden Prozesse oder Effekte kommen, wenn die Vorrichtung eine tatsächliche Zeitabhängigkeit einer Mischung anzeigt. Dadurch kann ein Benutzer eine realistischere Vorstellung von den tatsächlichen Bedingungen in einer solchen Vorrichtung gewinnen.
Die Einstelleinheit kann dazu dienen, das Ersetzen entsprechend dem physikalischen Modell eines Prozesses vorzunehmen, auf den der gerade oder der eckige Kurvenabschnitt zutrifft. Dadurch können die in der modellierten Fluideinheit ablaufenden physikalischen Prozesse bei der Berechnung der Kurven berücksichtigt und einem Benutzer visuell angezeigt werden.
Zum Beispiel kann die Einstelleinheit dazu dienen, ein solches Ersetzen durch Berechnung einer Bézier-Kurve vorzunehmen. Als Bézier-Kurve kann eine parametrische Kurve (die bei Verallgemeinerung für höhere Dimensionen auch als Bézier-Flächen bezeichnet werden kann) bezeichnet werden, die als Werkzeug zur Modellierung geglätteter Kurven dient, deren Maßstab unendlich verändert werden kann. Eine solche Kurve kann die physikalischen Eigenschaften in einer Fluideinheit exakt wiedergeben und affine Transformationen, beispielsweise eine Translation, eine Maßstabsänderung oder eine Rotation, auf der Bézier-Kurve ermöglichen.
Die Einstelleinheit kann dazu dienen, die Einstellung durch die physikalische Modellierung der in der Fluideinheit ablaufenden Prozesse vorzunehmen. Solche physikalischen Modelle können auf analytische, numerische und/oder phänomenologische Weise mathematisch modelliert werden. Durch die Berücksichtigung solcher physikalischer Prozesse kann die Vorhersagegenauigkeit der Vorrichtung verbessert werden. Die Einstelleinheit kann dazu dienen, die Einstellung durch die Simulation der in der Fluideinheit ablaufenden Prozesse vorzunehmen. Durch die Simulationen auf der Grundlage eingegebener Parameterdaten können die die Vorrichtung kennzeichnenden Parameter genau berücksichtigt und dadurch besser vorhersagbare Ergebnisse erzielt werden. Die Einstelleinheit kann dazu dienen, die Einstellung unter Berücksichtigung von Naturgesetzen vorzunehmen. Zum Beispiel können anerkannte Gesetze der Fluiddynamik von der Vorrichtung berücksichtigt werden. Zusätzlich oder alternativ können zur Einstellung unter Berücksichtigung des tatsächlichen Systemverhaltens empirisch ermittelte Übertragungsfunktionen verwendet werden.
Die Vorrichtung kann eine Plausibilitäts-Prüfeinheit aufweisen, mit der geprüft wird, ob ein Benutzereingriff angesichts der physikalischen Rahmenbedingungen und/oder empirisch gewonnener Übertragungsfunktionen zulässig ist. Wenn ein Benutzer bestimmte Parameter verändert, kann die Plausibilitäts-Prüfeinheit prüfen, ob der durch einen Benutzer eingestellte Parameter in Einklang mit den Naturgesetzen steht oder in Bezug auf ein oder mehrere Kriterien (zum Beispiel ein logisches Kriterium) sinnvoll ist. Zum Beispiel kann das System keine negativen Fluidvolumina akzeptieren. Ferner kann die Plausibilitäts-Prüfeinheit auch Parameter erkennen, die von einer realen Fluideinheit nicht unterstützt werden (zum Beispiel eine zu hohe Pumpleistung). Die Plausibilitäts-Prüfeinheit kann zwischen zulässigen, unzulässigen und solchen Parametern unterscheiden, die als verdächtig oder fragwürdig eingestuft werden können. Zulässige Parameter können ohne Einschränkung akzeptiert werden. Unzulässige Parameter werden zurückgewiesen. Verdächtige oder fragwürdige Parameter werden als verdächtig oder fragwürdig eingestuft, damit ein Benutzer solche Parameter vor Durchführung der Analyse mit einem verdächtigen oder fragwürdigen Parameter oder einem derartigen Satz von Parametern prüfen kann. Somit können zur Entscheidung der Plausibilitäts-Prüfeinheit, ob sie einen Parameter akzeptiert, physikalische Überlegungen in Einklang mit den von ihr verwendeten physikalischen Modellen einbezogen werden, um zu ermitteln, ob ein veränderter Parameter aus physikalischer oder technologischer Sicht akzeptiert werden kann.
Insbesondere kann die Plausibilitäts-Prüfeinheit so ausgelegt werden, dass sie nach dem Erkennen eines Eingriffs des Benutzers, der von den physikalischen Rahmenbedingungen abweicht, diesen Eingriff zurückweist. Diese Ablehnung kann mit einer Rückmeldung an den Benutzer verbunden sein, die zum Beispiel visuell (in Form eines Vermerks auf einem Bildschirm zum Anzeigen, dass eine bestimmte Operation ”nicht zulässig” ist) und/oder akustisch (in Form eines akustischen Signals zum Anzeigen, dass die Operation ”nicht zulässig” ist), erfolgen. Die visuelle Darstellung kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass ein Punkt von einer Zeigeeinheit ungehindert bewegt werden kann, aber anhält, wenn eine Grenze ”nicht zulässig” erreicht wird (zum Beispiel, wenn die Bewegung in Richtung einer negativen Zeit geht).
Die Plausibilitäts-Prüfeinheit kann somit so ausgelegt werden, dass sie dem Benutzer nach dem Zurückweisen des vom Benutzer vorgenommenen Eingriffs eine Rückmeldung liefert, wobei die Rückmeldung eine Mitteilung enthält, dass – und wahlweise warum – der Eingriff nicht in Einklang mit den physikalischen Rahmenbedingungen steht. Somit wird der Benutzer nicht nur darüber informiert, dass eine bestimmte Operation unzulässig ist, sondern auch über die physikalische Begründung, warum die Operation unzulässig ist. Ein solcher Hinweis kann die Mitteilung enthalten, dass ”die Fluideinheit diesen Parameter nicht unterstützt”, dass” dieser Parameter mit Naturgesetzen nicht vereinbar ist”, dass ”die Summe der Bestandteile 100% nicht überschreiten kann”, dass ”die Zeit nicht rückwärts läuft”, usw.
Der von der Vorrichtung vorzuschlagende Betriebsmodus bzw. das vorzuschlagende ”Verfahren” kann den Verfahrensablauf eines Trennverfahrens wie beispielsweise eines chromatografischen Trennverfahrens beschreiben. Ein solcher Betriebsmodus kann einen Spülvorgang, eine Lösemittelauswahl, eine Gradientensteuerung (zum Steuern eines Gradienten unter Verwendung einer Chromatografiesäule), einen weiteren Spülvorgang, eine ausgewählte Temperatur und einen Druckwert usw. beinhalten.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine echte Gradientenprogrammierung durch Bereitstellen einer Benutzeroberfläche ermöglicht werden, die grafisch die Zusammensetzung eines Lösemittels anzeigt, welche im Laufe der Zeit von einem Benutzer verändert wird, um den gewünschten Gradienten eines Konzentrationsprofils zum Beispiel am Zufluss einer Chromatografiesäule einzustellen, der an der Zielposition angeschlossen werden soll. Somit kann die Zeitabhängigkeit des Gradienten wie an der Zielposition grafisch überwacht werden. Auf diese Weise kann über eine Eingaberoutine ein Zeitplan erstellt werden, damit ein Benutzer einen Prozess für die Eingabe verschiedener Komponenten in das System definieren kann. Ein entsprechender Datenbestand kann grafisch als Zeitplan dargestellt werden, der das Trennverfahren wiedergibt. Beispielhafte Ausführungsformen können somit ein Rückmeldesystem bereitstellen, um dem Benutzer visuell anzuzeigen, was bei der Durchführung eines bestimmten Experiments tatsächlich passiert. Somit kann ein bidirektionales Datenübertragungssystem bereitgestellt werden, um auch die physikalischen Grenzen des Systems anzugeben/anzuzeigen (um zum Beispiel einen Benutzer daran zu hindern, Werte auf einer negativen Zeitachse zu definieren). Das System versetzt einen Benutzer in die Lage, die Parameter eines Verfahrens visuell festzulegen, hindert ihn aber auf sichere Weise daran, Wahlparameter auf Werte einzustellen, welche eine Maschine nicht unterstützen kann oder die mit den Naturgesetzen nicht im Einklang stehen. Zum Beispiel kann eine grafische Anzeige eines solchen Datenraums weitere Hilfen für den Benutzer enthalten wie beispielsweise einen Hinweis in Form einer roten Linie, dass ein Tabellenwert von ”weniger als 400” nicht zulässig ist und einen Grenzwert darstellt, der nicht unterschritten werden darf. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann eine echte Gradientenprogrammierung mit einer Ausführung der Benutzeroberfläche (zum Beispiel in Form von Befehlszeilen, Tabellen oder grafischen Darstellungen) unterstützt werden.
Ein entsprechender Zeitplan kann auch für eine Pumpe, ein Ventil, einen Thermostaten, eine Fotodioden-Detektorzeile oder eine andere Komponente der Fluideinheit definiert werden. Eine Temperatur oder ein Druck in einer Fluidleitung oder eine ähnliche Eigenschaft kann zur Berechnung einer Temperatur- oder Druckabhängigkeit usw. für eine Chromatografiesäule oder weitere Komponenten herangezogen werden, die nach dem Mischsystem angeordnet sind. Desgleichen können eine oder mehrere Wellenlängen eines Detektors in Betracht gezogen werden.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann einem Benutzer die Möglichkeit gegeben werden, einen Überblick über alle zum Definieren eines Experiments erforderlichen Daten und zum selektiven Verändern einzelner Parameter oder zum Navigieren durch die Parameter zu erhalten. Hierzu kann das Hinzufügen oder Entfernen eines Messpunktes in einem Graphen oder Ähnliches gehören. Zum Beispiel kann in einem bestimmten Teil eines Graphen eine Bézier-Kurve definiert werden, um eine wirklichkeitsgetreue Zeitabhängigkeit eines Parameters mit vertretbarem Rechenaufwand und geringem Speicherbedarf zu erhalten. Mittels einer solchen Bézier-Kurve kann auch eine Bearbeitung wie beispielsweise die Streckung oder Stauchung einer Kurve in einer Dimension, eine Vergrößerung, eine Verkleinerung oder Ähnliches durchgeführt werden.
Das visuelle Rückmeldesystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann dem Benutzer die Planung eines Experiments durch die intuitive Herangehensweise gegenüber der Arbeit mit reinen Tabellen von Parameterwerten erleichtern und flexibler machen. Ein solches System kann mit Daten über das zu modellierende physikalische System, zum Beispiel mit HPLC-Daten, versorgt werden.
Beispielhafte Ausführungsformen ermöglichen die Anzeige eines komplexen Messsystems in mehrdimensionaler Form, damit ein Benutzer einfach durch ein solches System navigieren kann. Die Konzentration eines Benutzers kann dabei auf die zu ändernden Daten gelenkt werden. Zum Beispiel kann eine Parametereinstellung oder ein Befehl angeboten oder ein Auswahlfeld bereitgestellt werden, das ein Benutzer durch Aktivieren oder Deaktivieren einer entsprechenden Markierung ein- oder ausschalten kann. Wenn die Auswahl zum Beispiel nicht über eine solche Markierung erfolgte, müsste der Gradient durch einen manuellen Eingriff geändert werden, um das Volumen für diesen Gradienten konstant zu halten. Wenn ein Benutzer ein Fließmedium verändern möchte und eine entsprechende Markierung (”Gradientenvolumen konstant halten”) aktiviert ist, kann ein Änderungsmodus gestartet werden, in welchem das System einen Gradienten zeitlich so ändert, dass sein Volumen konstant bleibt.
Zur Parametrisierung oder Konfigurierung der Fluideinheit können eine Fließgeschwindigkeit (Volumen pro Zeiteinheit), der Zustand einer Pumpe, ein Innenvolumen einer Pumpe, ein parasitäres Volumen von Fluidleitungen, die Wärmekapazität, der thermische Widerstand, Temperatur-Druck-Beziehungen, Verzögerungszeiten, die Anlaufzeit einer Pumpe usw. zählen.
Die Einheit kann zur Darstellung eines zweidimensionalen Datensatzes, insbesondere zur Darstellung der Steuerkurve einer Messung, dienen. Eine solche Steuerkurve der Messung (zum Beispiel eine Folge von Anweisungen, die ein Verfahren wie beispielsweise ein chromatografisches Verfahren definieren) kann einer Messvorrichtung, zum Beispiel einer biotechnologischen Vorrichtung oder einer anderen technischen Vorrichtung, zugeführt werden. Die Einstellung solcher Messsteuerdaten auf herkömmliche Weise kann eine anspruchsvolle Aufgabe sein und durch die intuitive Benutzeroberfläche gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bedeutend vereinfacht werden.
Der zu definierende mehrdimensionale Datensatz kann als Graph dargestellt werden. Als Graph kann ein zwei- oder dreidimensionaler Raum bezeichnet werden, der verschiedene Parameter unterschiedlichen Achsen eines Koordinatensystems zuordnet, indem zum Beispiel zwei Parameter auf einer Abszisse und einer Ordinate eines zweidimensionalen Cartesischen Koordinatensystems aufgetragen werden. Ein solcher Graph kann stetig oder unstetig sein oder aus einem Satz einzelner beabstandeter Punkte bestehen. Somit kann der Graph eine durchgehende Messsteuerkurve darstellen, die an jedem Punkt differenziert werden kann. Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können jedoch auch unstetige Graphen erstellt werden, die an mindestens einem Punkt nicht differenziert werden können. Außerdem kann ein Graph auch einfach aus einer Anzahl einzelner beabstandeter Punkte gebildet werden.
Die Fluideinheit kann mindestens eine Sensoreinheit oder eine Testeinheit für eine zu testende Einheit oder Substanz, eine Einheit zur chemischen, biologischen und/oder pharmazeutischen Analyse, ein Fluidtrennsystem zur Trennung von Komponenten eines Fluids, eine Elektrophoreseeinheit, eine Kapillarelektrophoreseeinheit, eine Gelelektrophoreseeinheit, eine Flüssigkeitschromatografieeinheit, eine Kapillarelektrochromatografieeinheit, eine Gaschromatografieeinheit, eine elektrische Messeinheit oder eine Massenspektrometereinheit aufweisen. Somit stellen die Gaschromatografie, die Massenspektrometrie, die UV-Spektroskopie, die optische Spektroskopie, die IR-Spektroskopie, die Flüssigkeitschromatografie, die Kapillarelektrochromatografie und die Bioanalyse mittels Kapillarelektrophorese typische Einsatzgebiete einer Fluideinheit gemäß den Ausführungsformen dar. Allgemein gesagt, die Einheit kann gemäß den Ausführungsformen in eine Analyseeinheit zur chemischen, biologischen und/oder pharmazeutischen Analyse einbezogen werden. Für ein solches Analysesystem kann eine Fluidtrenneinheit, eine Flüssigkeitschromatografieeinheit, ein Elektrophoresesystem oder Ähnliches infrage kommen. Wenn die Vorrichtung als Messeinheit zur chemischen, biologischen und/oder pharmazeutischen Analyse eingesetzt wird, kann sie Funktionen wie die (Protein-)Reinigung, elektrophoretische Untersuchungen, Fluidtrennungen oder chromatografische Untersuchungen ausführen. Ein Beispiel für eine Fluideinheit stellt ein Gerät der 1100er Serie zur Flüssigkeitschromatografie (LC) von Agilent Technologies dar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben und viele der mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile werden klarer und verständlicher unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen bzw. funktionell gleich oder ähnlich sind, wenden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt ein Flüssigkeitstrennsystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, das zum Beispiel bei der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (HPLC) verwendet wird.
2 zeigt ein System zur Einstellung eines Betriebsmodus einer Fluideinheit gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
3 zeigt eine Pumpenanordnung mit einer vierstufigen Pumpe einer Fluideinheit, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform modelliert wurde.
4 zeigt eine grafische Benutzeroberfläche gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, mittels welcher ein Benutzer einen Betriebsmodus einer Flüssigkeitschromatografieeinheit einstellen kann.
5 und 6 zeigen Bildschirmaufnahmen einer grafischen Benutzeroberfläche, auf der ein Graph bearbeitet werden kann.
7 und 8 zeigen Varianten eines Graphen, die mit einer Benutzeroberfläche gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eingestellt werden können.
Die Darstellung in den Zeichnungen erfolgt schematisch.
Genauer wird mit 1 auf die Zeichnungen eingegangen, die ein allgemeines Schema eines Flüssigkeitstrennsystems 10 zeigt. Eine Pumpe 20 – als Antriebsquelle für die mobile Phase – befördert eine mobile Phase durch eine Trenneinheit 30 (zum Beispiel eine Chromatografiesäule), die eine stationäre Phase aufweist. Zwischen der Pumpe 20 und der Trenneinheit 30 kann eine Dosiereinheit 40 angeordnet sein, um eine Flüssigkeitsprobe in die mobile Phase einzuführen. Die stationäre Phase der Trenneinheit 30 ist passend für die Trennung von Verbindungen der Flüssigkeitsprobe gewählt. Zum Detektieren der getrennten Verbindungen der Flüssigkeitsprobe steht ein Detektor 50 bereit. Zum Freigeben der getrennten Verbindungen der Flüssigkeitsprobe kann eine Fraktioniereinheit 60 bereitgestellt werden.
Eine Datenverarbeitungseinheit 70, bei der es sich um einen PC oder einen Arbeitsplatzrechner handeln kann, kann mit einer oder mehreren Einheiten im Flüssigkeitstrennsystem 10 verbunden sein (durch gestrichelte Pfeile dargestellt), um Daten zu empfangen und/oder den Betrieb zu steuern. Zum Beispiel kann die Datenverarbeitungseinheit 70 den Betrieb der Pumpe 20 steuern (zum Beispiel durch Einstellen der Steuerparameter) und von dieser Informationen über die aktuellen Arbeitsbedingungen (zum Beispiel einen Abgabedruck, die Fließgeschwindigkeit usw. an einem Ablauf der Pumpe 20) empfangen. Die Datenverarbeitungseinheit 70 kann auch den Betrieb der Dosiereinheit steuern (zum Beispiel eine Menge der zu injizierenden Probe, die Probeninjektion selbst oder das Synchronisieren der Probeninjektion mit den Betriebszuständen der Pumpe 20). Auch die Trenneinheit 30 kann durch die Datenverarbeitungseinheit 70 gesteuert werden (zum Beispiel durch Auswählen eines bestimmten Fließweges oder einer bestimmten Säule, durch Einstellen der Arbeitstemperatur usw.) und ihrerseits Informationen (zum Beispiel über die Arbeitsbedingungen) an die Datenverarbeitungseinheit 70 senden. Desgleichen kann auch der Detektor 50 durch die Datenverarbeitungseinheit 70 gesteuert werden und Information (zum Beispiel über die detektierten Probenverbindungen) an die Datenverarbeitungseinheit 70 senden. Die Datenverarbeitungseinheit 70 kann auch die Arbeit der Fraktionierungseinheit 60 steuern (zum Beispiel in Verbindung mit den vom Detektor 50 empfangenen Daten) und Daten wieder zurückliefern.
Im Folgenden wird anhand von 2 eine Vorrichtung 200 (bei der es sich um die Datenverarbeitungseinheit 70 handeln oder die Steuerbefehle an die Datenverarbeitungseinheit 70 senden kann) zum Einstellen eines Betriebsmodus der Fluideinheit 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform erläutert.
Die Fluideinheit 10, die mit der Vorrichtung 200 modelliert oder von ihr gesteuert wird, kann mehrere Komponenten eines Lösemittels an einer Quellenposition der Fluideinheit 10 miteinander mischen, an welcher die einzelnen Komponenten des Lösemittels zum Beispiel aus (nicht gezeigten) Flaschen oder Probegefäßen dosiert werden. Die Fluideinheit 10 befördert die Mischung der Lösemittelbestandteile mit Unterstützung durch eine oder mehrere Pumpen 20 zu einer Zielposition wie beispielsweise einem Zulauf der Chromatografiesäule 30.
Die Vorrichtung 200 weist eine Eingabe-/Ausgabeeinheit 202 auf, über welche ein Benutzer Daten 204 in das System eingeben kann. Die Eingabedaten 204 können Anweisungen zur Steuerung der Arbeit der Vorrichtung 200 sowie zusätzlich oder alternativ Datenparameter enthalten, die der Analyse oder dem Festlegen einer Arbeitsaufgabe für die modellierte Fluideinheit 10 dienen.
Wahlweise können solche Eingabedaten 204 an eine Plausibilitäts-Prüfeinheit 206 gesendet werden, um zu prüfen, ob die Auswahl der Eingabedaten 204 oder deren Veränderung durch einen Benutzer angesichts der physikalischen Rahmenbedingungen des Systems 10 zulässig ist. Wenn dies der Fall ist, werden die freigegebenen Parameter 205 an eine Einstelleinheit 208 weitergeleitet, die im Folgenden näher erläutert wird. Wenn dies nicht der Fall ist, weist die Plausibilitäts-Prüfeinheit 206 die Parameter 204 zurück und sendet ein entsprechendes Rückmeldesignal 210 an die Eingabe-/Ausgabeeinheit 202, um dem Benutzer anzuzeigen, dass die Eingabedaten 204 nicht den Anforderungen des Systems 10 entsprechen, da sie beispielsweise nicht in Einklang mit den Naturgesetzen stehen (zum Beispiel, wenn ein Benutzer ein negatives Leitungsvolumen einstellt) oder nicht von der Einheit 10 unterstützt werden (zum Beispiel, wenn ein Druck eingestellt wird, der die maximale Pumpleistung der Pumpe 20 übersteigt).
Die Vorrichtung 200 weist ferner eine Einstelleinheit 208 zum Einstellen des Betriebsmodus beispielsweise durch Definieren eines zeitlichen Ablaufs auf, nach dem mindestens zwei Fluidkomponenten an der Quellenposition dosiert werden, sodass an der Zielposition der Zielwert der Abhängigkeit eines Konzentrationsprofils der Mischung erhalten wird. Bei diesem Beispiel stellt der zeitabhängige Zielwert eine Funktion einer zeitlich veränderlichen Konzentration der Mischung dar. Eine solche durch die Einstelleinheit 208 berechnete zeitliche Abfolge kann in Form von Daten als Betriebsmodus zur Eingabe-/Ausgabeeinheit 202 gesendet oder zurückgeliefert werden, sodass ein Benutzer erkennen kann, welche Vorschrift oder welcher Algorithmus zur Dosierung der Komponenten des Lösemittels erforderlich ist, damit der vom Benutzer über die Eingabedaten 204 definierte zeitabhängige Zielwert erhalten werden kann. Somit definiert ein Benutzer einfach über die Eingabe-/Ausgabeeinheit 202, welche Lösemittelzusammensetzung im Laufe der Zeit tatsächlich an der Zielposition erwünscht ist, und das System 200 berechnet (in Maschinensprache) automatisch die in die Fluideinheit 10 einzugebenden Parameter 213, damit der gewünschte zeitliche Verlauf in der Praxis tatsächlich erreicht wird, indem zum Beispiel parasitäre Effekte in der Einheit 10 ausgeglichen werden. Zum Durchführen dieser Berechnung kann die Einstelleinheit 208 eine bereits bekannte Parametrisierung oder Konfiguration der Fluideinheit 10 verwenden. Diese Daten können einer Datenbank 212 (zum Beispiel einem Speicher in Form einer Festplatte), die im bidirektionalen Datenaustausch 214 mit der Einstelleinheit 208 steht, entnommen werden. Somit können in der Datenbank 212 Daten speichert werden, die für einen Betriebsmodus oder eine technische Eigenschaft der Fluideinheit 10 kennzeichnend sind. Wahlweise kann die Datenbank 212 auch in einem bidirektionalen Datenaustausch mit der Eingabe-/Ausgabeeinheit 202 stehen, damit ein Benutzer Daten von der Datenbank 212 herunterladen oder über die Eingabe-/Ausgabeeinheit 202 Daten über die Messeinheit in der Datenbank 212 speichern kann. Auch die Plausibilitäts-Prüfeinheit 206 steht, wie die Bezugsnummer 220 anzeigt, in einem bidirektionalen Datenaustausch mit der Datenbank 212.
Ferner ist aus 2 zu ersehen, dass die Einstelleinheit 208 zusätzlich oder alternativ zur Lieferung der Daten 210 an die Eingabe-/Ausgabeeinheit 202 diese Daten oder eine Teilmenge 219 davon in Form von Steuerparametern als Steuerdaten an eine Fluideinheit 218 (zum Beispiel eine Flüssigkeitschromatografieeinheit) senden kann. Wenn die Einstelleinheit 208 die zum Betrieb der Fluideinheit 218 erforderlichen Parameter so ermittelt hat, dass das vom Benutzer gewünschte und definierte Verfahren ausgeführt wird, können diese Daten 219 somit direkt in Maschinensprache als Steuerparameter für den entsprechenden Betrieb der Fluideinheit 218 verwendet werden.
Die von der Einstelleinheit 208 berücksichtige Parametrisierung der Fluideinheit 218 kann Daten wie die Abmessungen der Fluideinheit 218 oder deren Komponenten, ein Volumen einer Fluidleitung der Fluideinheit 218, eine Pumpleistung durch die Fluideinheit 218, Verzögerungsparameter beim Betrieb der Fluideinheit, Reibungsparameter, welche die Reibungseffekte während des Betriebs der Fluideinheit 218 berücksichtigen (die von den Reibungsparametern der Wände der Fluidleitungen der Fluideinheit 218 oder Ähnlichem beeinflusst sein können), ein Durchspülverhalten der Fluideinheit 218 (zum Beispiel ein Reinigungsschritt der Fluideinheit vor der Durchführung eines Experiments), ein Zusammenwirken verschiedener Komponenten der Fluideinheit (zum Beispiel das Zusammenwirken verschiedener Pumpen der Fluideinheit 218) usw. Zur Versorgung der Einstelleineinheit 208 mit den Parameterdaten der Fluideinheit 218 kann der Datenübertragungspfad 210 bidirektional ausgelegt sein. Die Einstelleinheit 208 kann Daten im Speicher 212 speichern oder vom Speicher 212 abrufen. Zwischen dem Speicher 212 und der Fluideinheit 218 kann auch ein direkter Datenaustausch stattfinden, der durch die Bezugsnummer 221 angezeigt wird. Dementsprechend legt die Einstelleinheit 208 den Betriebsmodus der Fluideinheit 218 einschließlich einer Definition eines Verfahrens zur Trennung verschiedener Fraktionen einer mit dem Lösemittel gemischten Flüssigkeitsprobe fest, wobei das Mischen gemäß der von der Einstelleinheit 208 definierten Vorschrift erfolgt. Somit können die Anweisungen 219 der Fluideinheit 218 genügen, um ein entsprechendes Verfahren durchzuführen.
Die von der Einstelleinheit 208 berechneten Daten 210 können auf einer grafischen Benutzeroberfläche der Eingabe-/Ausgabeeinheit 202 angezeigt werden, damit ein Benutzer den Betriebsmodus bearbeiten kann. Auf diese Weise kann ein iteratives, auf Rückmeldungen beruhendes System bereitgestellt werden, mittels dessen ein Benutzer in einem oder mehreren Iterationsschritten den eingestellten Betriebsmodus der Fluideinheit 218 weiterentwickeln kann.
In der Einstelleinheit 208 kann ein Modell der Fluideinheit 218 in Verbindung mit den vom Benutzer definierten und dann zugelassenen Parametern 205 verwendet werden, sodass die gewünschten Daten entsprechend einer Eingabereihenfolge mehrerer Komponenten des Lösemittels eingegeben werden, damit das System analytisch, numerisch und/oder phänomenologisch berechnen kann, wie die verschiedenen Komponenten an der Quellenposition der Fluideinheit 218 dosiert werden müssen, um an der Zielposition den gewünschten zeitlichen Verlauf zu erhalten.
Um empirisch ein wirklichkeitsgetreues Konfigurationsmodell abzuleiten, kann in die Fluideinheit 218 ein Satz von Parametern eingegeben werden, nach deren Ausführung von der Fluideinheit 218 (zum Beispiel der Flüssigkeitschromatografieeinheit von 1) aussagekräftige Daten erzeugt und in die Konfigurations-Datenbank 212 eingegeben werden. Auf diese Weise kann die Datenbank 212 trainiert werden, um Kenntnisse über das tatsächliche Verhalten der Fluideinheit 218 zu erhalten. Eine mögliche Lösung zum Ableiten solcher Kenntnisse besteht in der Lösung einer komplexen Übertragungsfunktion (komplexer Ausgabewert/komplexer Eingabewert). Dann bewertet die Datenbank 212 diese Übertragungsfunktion und speichert diese Funktion oder einen aussagekräftigen Satz von Daten, der von der Einstelleinheit 208 abgerufen werden kann.
3 veranschaulicht ein Pumpensystem 300 der Fluideinheit 218.
An einer ersten Quellenposition 302 wird eine erste Komponente A eines Lösemittels eingegeben. An einer zweiten Quellenposition 304 wird eine zweite Komponente B eingegeben. An einer dritten Quellenposition 306 wird eine dritte Komponente C eingegeben. An einer vierten Quellenposition 308 wird eine vierte Komponente D eingegeben. Die Komponenten A und B werden in eine erste Pumpenkammer 310 und anschließend in eine zweite Pumpenkammer 312 eingegeben, bevor sie in eine Mischeinheit oder ein T-Stück 314 gelangen. Die an den Quellenpositionen 306 und 308 eingegebenen Komponenten werden von einer dritten Pumpe 316 und einer vierten Pumpe 318 gepumpt, bevor sie in die Mischeinheit 314 gelangen. Ein Ablauf der Mischeinheit 320, der eine Mischung zumindest eines Teil der Komponenten A, B, C und/oder D enthält, kann als Zielposition bezeichnet werden, an welcher das System 300 zur anschließenden LC-Analyse an eine (nicht gezeigte, aber ähnlich wie unter der Bezugsnummer 30 in 1 aufgebaute} flüssigkeitschromatografische Trennsäule angeschlossen ist, zum Beispiel, um in der Säule 30 einen Gradienten zu definieren.
Für die von der Einstelleinheit 208 vorzunehmenden Einstellungen ist das System 300 in der Vorrichtung 200 modelliert, und der Benutzer definiert, welche Zeitabhängigkeit der Konzentration an der Zielposition 320 oder danach gewünscht ist, d. h., welche Lösemittelzusammensetzung in die Chromatografiesäule 30 eingegeben werden soll. Die Einstelleinheit 208 führt dann unter Berücksichtigung der Förderleistung der Pumpen 310, 312, 314 und 318 sowie der Innenvolumina der verschiedenen Leitungen in 3, der Temperatur und der Geschwindigkeitsprofile in den Leitungen des Systems oder dergleichen, die in der Konfigurations-Datenbank 212 gespeichert sind, eine Berechnung der Daten 210 durch, die anzeigen, wie (und insbesondere wann und in welcher Menge) die verschiedenen Substanzen 302, 304, 306 und 308 dosiert werden müssen, um einen gewünschten zeitabhängigen Zielwert zu erreichen.
Somit kann die komplexe Pumpenanordnung 300, bei der es sich um ein beliebig zusammengesetztes System mit einer gewünschten n-stufigen Pumpenanordnung (zum Beispiel einem Paket von zwei vierstufigen Pumpen) handeln kann, bei der Planung eines geeigneten Gradienten für die Chromatografiesäule 30 berücksichtigt werden.
4 zeigt eine grafische Benutzeroberfläche 400 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, über die ein Benutzer auf interaktive Weise einen gewünschten zeitlichen Verlauf definieren kann, in dem die verschiedenen Komponenten A, B, C und D (A wurde hier nicht ausgewählt und D nicht gezeigt) an der Zielposition 320 erscheinen sollen, und Informationen darüber erhält, wie die verschiedenen Komponenten A, B, C und D an den Quellenpositionen 302, 304, 306 und 308 des Pumpensystems 300 eingegeben werden müssen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Die Benutzeroberfläche 400 weist eine Anzahl von (jeweils durch einen Mausklick aktivierbaren oder deaktivierbaren) Auswahlfeldern 402 auf, über die eine Anzahl von Parametern für die in einem Diagramm 404 dargestellte Simulation eingestellt werden können. Zum Beispiel kann eingestellt werden, welche Bestandteile A, B, C oder D des Lösemittels für eine spezielle Anwendung berücksichtigt werden sollen. Im Diagramm 404 werden dann eine Anzahl von Graphen gezeichnet, welche die entsprechenden Konzentrationen des Lösemittels an der Quellenposition sowie die entsprechenden tatsächlichen Werte an der Zielposition zeigen, die unter Berücksichtigung der wirklichen Effekte in der Einheit 300 erreicht werden können.
Das Diagramm 404 zeigt zum Beispiel eine Druckkurve 406, welche die Druckbedingungen im System 300 anzeigt. Außerdem wird für den in 4 dargestellten Fall, bei dem nur die Komponenten A, B und C miteinander gemischt werden, eine erste ideale Konzentrationskurve 408 für die Komponente B gezeigt (zum Beispiel mit einem Konzentrationsanstieg von 20% auf 60%.). Außerdem wird eine zweite ideale Konzentrationskurve 410 für die Komponente C gezeigt. Die idealen Kurven 408 und 410 sind eckig und zeigen zwischen Zeitintervallen, während denen entsprechende Teilkonzentrationen konstant bleiben, einen linearen Anstieg der entsprechenden Teilkonzentrationen an. Unter Berücksichtigung einer Konfiguration 412 des Systems 300, d. h. der in der Datenbank 212 gespeicherten technischen Parameter der physikalischen Einheit 300, wird eine tatsächliche oder reale Kurve 414 der Konzentration des Bestandteils B erhalten, die der idealen Kurve 408 entspricht. Desgleichen sind die tatsächlichen Bedingungen des Konzentrationsprofils der Komponente C als Kurve 416 dargestellt, die der idealen Kurve 410 entspricht.
Wenn zum Beispiel die Zeitabhängigkeit der Dosierung der Komponente B gemäß der Kurve 408 für die Einheit 300 eingestellt wird, ergibt sich an der Zielposition der Einheit 300 die Kurve 414. Wenn die Konzentration der Komponente C an der entsprechenden Quellenposition gemäß der Kurve 410 eingestellt wird, ergibt sich an der Zielposition das Profil 416. Somit kann ein Benutzer mittels der Benutzeroberfläche 400 erkennen, wie sich die Pumpenanordnung 300 auf tatsächliche Konzentration der Komponenten B und C auswirkt. Dann kann der Benutzer unter Verwendung einer Computermaus oder Ähnlichem mittels eines Mauszeigers 430 die einzelnen Kurven im Diagramm 404 so lange bearbeiten, bis ein gewünschter tatsächlicher Verlauf entsteht.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform definiert der Benutzer einfach, wie die Zielkurven aussehen sollen, und das System 400 berechnet dann automatisch die Kurven 408 und 410, aus denen der Benutzer erkennt, wie die verschiedenen Komponenten B und C an der Eingabe- oder Quellenposition dosiert werden müssen, um das gewünschte Ergebnis zu erhalten, oder umgekehrt.
5 zeigt die Bildschirmaufnahme 500 einer Benutzeroberfläche gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, in der ein Diagramm 502 mit einem Flüssigkeitsstrom einer ersten Komponente A 504, einem Flüssigkeitsstrom einer zweiten Komponente B 506 und einem dritten Steuerparameter 'wl' 508 (Messwellenlänge eines Detektors mit einstellbarer Wellenlänge) zu sehen ist [VWD]). Aus einem Vergleich mit einer in 6 dargestellten Bildschirmaufnahme ist zu ersehen, dass die Benutzeroberfläche die Möglichkeit bietet, Graphen aller Module übereinander zu legen, um sie gleichzeitig zu betrachten oder zu bearbeiten. Außerdem werden die Funktionen Vergrößern (Zoom) und Bildlauf (Scroll) zum Betrachten mit höherer Auflösung bereitgestellt.
Eine in 7 dargestellte Bildschirmaufnahme zeigt, dass ein Benutzer mittels der Funktionen Einfügen, Löschen oder Ändern durch Drücken der rechten Maustaste an einer gewünschten Stelle der Kurve bequem Punkte einfügen oder löschen oder das Interpolationsverfahren ändern kann. Erzeugte Punkte können zu anderen Koordinaten verschoben werden. Zu diesem Zweck kann sich der Benutzer eines der Auswahlfelder 702 bedienen. Wie aus der in 8 dargestellten Bildschirmaufnahme 800 ersichtlich, kann der Benutzer im Bereich 704 des Graphen die Knicke entfernen, indem er beim Interpolationsverfahren von linearen Abschnitten zu Kurven, zum Beispiel unter Verwendung von Bézier-Kurven 802, wechselt.
Für die empirische Ermittlung des tatsächlichen physikalischen Verhaltens einer Einheit stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zum Modellieren eines Verzögerungsvolumens (auch Verweilvolumen, Gradientenvolumen, Übergangsvolumen genannt) eingesetzt werden können, das gegenwärtig als eine der Hauptursachen für die Differenz zwischen einem Zielwert und einem tatsächlich erreichten Wert einer von einer Pumpeinheit wie beispielsweise der Pumpeinheit 300 angesehen wird.
Als Verweilvolumen kann das Systemvolumen vom Vermischungspunkt der mobilen Phase bis zur Zielposition, zum Beispiel am Säulenkopf, bezeichnet werden. Unterschiedliche Verweilvolumina können zu einer zeitlichen Verzögerung (d. h. der Laufzeit der mobilen Phase bis zum Erreichen des Säulenkopfes) führen. Außerdem kann das Verweilvolumen die Steilheit des Gradienten beeinflussen (Dispersionseffekte, Auswaschverhalten usw.). Somit kann der programmierte Gradient verschlechtert werden. Auch bei identischem Verzögerungsvolumen können sich Chromatografen in verschiedenen Systemen unterschiedlich verhalten. Das Verweilvolumen kann sich, insbesondere in Verbindung mit einem steilen Gradienten, bei kleinem Leitungsquerschnitten besonders stark auswirken.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verweilvolumen gemäß der Beschreibung von John W. Dolan in ”Dwell Volume Revisited”, LCGC North America, Band 24, Nr. 5, Mai 2006, S. 458 bis 466, bestimmt werden. Gemäß dieser Beschreibung kann das Verweilvolumen gemessen werden, indem an einen Hauptteil der Gradientenkurve eine Tangente angelegt und die Grundlinie bis zum Schnittpunkt mit dieser Tangente verlängert wird. Die Zeitspanne vom Start des Programms bis zu diesem Schnittpunkt kann als Verweilzeit bezeichnet werden. Diese Verweilzeit kann mit der Fließgeschwindigkeit multipliziert werden, um das Verweilvolumen zu erhalten. Die betreffende Beschreibung von Dolan 20006 ist durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Berechnung des Verweilvolumens anstelle mit einem linearen Gradienten an einer Gradientenstufe vorgenommen werden. Bei einer solchen Ausführungsform liegt der Wert des Verweilvolumens nahe dem Wert des physikalischen Volumens (wenn der Gradient gerade die Säule erreicht). Übertragungsvolumina widerspiegeln die Dispersionseffekte (d. h. wie stark ein programmierter Gradient verschlechtert wird). Eine solche Berechnung des Verweilvolumens, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform durchgeführt werden kann, wird von G. Hendriks et al. in ”New practical algorithm for modeling retention times in gradient reversed-phase high-performance liquid chromatography”, Journal of Chromatography A, 1089 (2005), S. 193 bis 202, beschrieben. Die betreffende Beschreibung von Hendriks 2005 ist durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff ”aufweisen” andere Elemente oder Merkmale nicht ausschließt und dass die Begriffe ”ein” oder ”eine” eine Mehrzahl nicht ausschließen. Ferner können auch Elemente in Verbindung mit unterschiedlichen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Angabe von Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs der Ansprüche zu verstehen ist.

Claims

Vorrichtung zum Einstellen eines Betriebsmodus einer Einheit, wobei die Einheit in der Lage ist, einen physikalischen Zustand an einer Quellenposition einzustellen, um einen physikalischen Zustand an einer Zielposition entsprechend zu beeinflussen, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Einstelleinheit zum Einstellen eines Betriebsmodus durch Definieren einer Zeitabhängigkeit des physikalischen Zustands an der Quellenposition derart, dass für die Zielposition eine Zeitabhängigkeit des physikalischen Zustands erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert das Ergebnis einer zeitabhängigen Änderung des physikalischen Zustands repräsentiert; und wobei die Vorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die Einstelleinheit dient zum Durchführen der Einstellung durch physikalisches Modellieren der in der Einheit ablaufenden Prozesse; die Einstelleinheit dient zum Durchführen der Einstellung durch Simulieren der in der Einheit ablaufenden Prozesse.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei der Einheit um eine Fluideinheit handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Fluideinheit in der Lage ist, mindestens zwei Komponenten an der Quellenposition miteinander zu mischen und die Mischung zur Zielposition zu befördern, wobei die Einstelleinheit dazu dient, den Betriebsmodus durch Definieren einer zeitlichen Abfolge für das Dosieren der mindestens zwei Fluidkomponenten an der Quellenposition derart einzustellen, dass an der Zielposition ein zeitabhängiger Zielwert eines Konzentrationsprofils der Mischung erreicht wird, wobei die Zeitabhängigkeit eine zeitabhängige Konzentrationsänderung der Mischung repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Fluideinheit in der Lage ist, ein Fluid mit einer definierbaren Temperatur an der Quellenposition zu dosieren und das Fluid zur Zielposition zu befördern, wobei die Einstelleinheit dazu dient, den Betriebsmodus durch Definieren eines Temperaturprofils für das Dosieren des Fluids an der Quellenposition derart einzustellen, dass an der Zielposition ein zeitabhängiger Zielwert eines Temperaturprofils des Fluids erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert eine zeitabhängige Temperaturänderung des Fluids repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Fluideinheit in der Lage ist, ein Fluid mit einem definierbaren Fließprofil an der Quellenposition zu dosieren und das Fluid zur Zielposition zu befördern, wobei die Einstelleinheit dazu dient, den Betriebsmodus durch Definieren eines Fließprofils für das Dosieren des Fluids an der Quellenposition derart einzustellen, dass an der Zielposition ein zeitabhängiger Zielwert eines Fließprofils des Fluids erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert eine zeitabhängige Flussänderung des Fluids repräsentiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einstelleinheit dazu dient, den Betriebsmodus unter Berücksichtigung einer zuvor bekannten Parametrisierung der Einheit einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei durch die Parametrisierung die physikalischen Eigenschaften der Einheit definiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei durch die Parametrisierung mindestens eine der folgenden physikalischen Eigenschaften definiert wird: eine Abmessung der Einheit, ein Volumen einer Fluidleitung der Einheit, eine Pumpenleistung der Einheit, ein Verzögerungsparameter für den Betrieb der Einheit, einen Reibungsparameter für den Betrieb der Einheit, ein Spülverhalten der Einheit oder ein Zusammenwirken verschiedener Komponenten der Einheit.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: der Betriebsmodus definiert mindestens eines der folgenden Merkmale: ein Arbeitsablauf zum Trennen verschiedener Komponenten von Fluiden durch die Einheit, ein Arbeitsablauf zum Analysieren einer Arzneimittelanwendung, ein Arbeitsablauf zum Analysieren einer biologischen Probe, ein Arbeitsablauf zum Mischen verschiedener Fluide, ein diagnostischer Arbeitsablauf, ein amtlich zu genehmigender Arbeitsablauf, ein Arbeitsablauf zum Spülen der Einheit, eine Auswahl einer Lösemittelzusammensetzung für die Einheit, ein Arbeitsablauf zum Anwenden eines Konzentrationsgradienten auf die Einheit oder eine Auswahl einer Arbeitstemperatur für die Einheit; der Betriebsmodus definiert eine Folge von Anweisungen, die der Einheit für deren Betrieb zugestellt werden können; die Einstelleinheit dient zum Durchführen der Einstellung unter Berücksichtigung physikalischer Gesetze.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die eine Benutzeroberfläche zum Anzeigen des Betriebsmodus auf einer Anzeigeeinheit aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, die mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die Benutzeroberfläche dient zum Anzeigen des Betriebsmodus in Form von Graphen; die Benutzeroberfläche dient dazu, dass ein Benutzer den Betriebsmodus anpassen kann, wobei die Benutzeroberfläche und die Einstelleinheit dazu dienen, einen Teil des Betriebsmodus zu aktualisieren oder weiterzuverfolgen, nachdem ein anderer Teil des Betriebsmodus vom Benutzer bearbeitet wurde; die Benutzeroberfläche dient dazu, dass der Benutzer den zeitabhängigen Zielwert des Konzentrationsprofils der Mischung an der Zielposition definieren kann; die Benutzeroberfläche dient dazu, dass ein Benutzer den Betriebsmodus bearbeiten kann, wobei die Benutzeroberfläche dazu dient, als Reaktion auf eine Bearbeitung des Betriebsmodus eine visuelle Rückmeldung an den Benutzer auszugeben; bei der Benutzeroberfläche handelt es sich um eine grafische Benutzeroberfläche; die Benutzeroberfläche dient dazu, sowohl den zeitlichen Verlauf der Dosierung der mindestens zwei Fluidkomponenten an der Quellenposition als auch den zeitabhängigen Zielwert des Konzentrationsprofils der Mischung an der Zielposition gleichzeitig anzuzeigen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einstelleinheit dazu dient, den Betriebsmodus als tatsächlichen Betriebsmodus einzustellen, indem ein gerader oder ein eckiger Kurvenabschnitt durch einen verrundeten Kurvenabschnitt ersetzt wird, um einen physikalischen Effekt zu simulieren.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Einstelleinheit dazu dient, das Ersetzen gemäß einem physikalischen Modell eines auf den geraden Kurvenabschnitt oder den eckigen Kurvenabschnitt bezogenen Prozesses vorzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Einstelleinheit dazu dient, das Ersetzen durch Berechnen einer Bézier-Kurve vorzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, die eine Plausibilitäts-Prüfeinheit zum Prüfen aufweist, ob eine Bearbeitung durch einen Benutzer angesichts der physikalischen Rahmenbedingungen zulässig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Plausibilitäts-Prüfeinheit dazu dient, die Bearbeitung durch den Benutzer zurückzuweisen, wenn festgestellt wurde, dass die Bearbeitung nicht in Einklang mit den physikalischen Rahmenbedingungen erfolgt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Plausibilitäts-Prüfeinheit dazu dient, eine Rückmeldung an den Benutzer auszugeben, wenn die vom Benutzer vorgenommene Bearbeitung zurückgewiesen wird, wobei die Rückmeldung eine Mitteilung enthält, dass die Bearbeitung nicht in Einklang mit den physikalischen Rahmenbedingungen steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: bei der Einheit handelt es sich um eine der folgenden Einheiten: eine Fluidtrenneinheit zum Trennen der Verbindungen eines Fluids, eine Fluidreinigungseinheit, eine Messeinheit, eine biotechnologische Einheit, eine Sensoreinheit, eine Einheit für chemische, biologische und/oder pharmazeutische Analysen, eine kapillarelektrochoromatografische Einheit, eine kapillarelektrophoretische Einheit, eine flüssigkeitschromatografische Einheit, eine HPLC-Einheit, eine gaschromatografische Einheit oder eine massenspektrometrische Einheit; der Betriebsmodus stellt ein chromatografisches Verfahren zum Betrieb einer chromatografischen Einheit dar.
Verfahren zum Einstellen eines Betriebsmodus einer Einheit, wobei die Einheit in der Lage ist, einen physikalischen Zustand an einer Quellenposition einzustellen, um einen physikalischen Zustand an einer Zielposition entsprechend zu beeinflussen, wobei das Verfahren aufweist: Einstellen eines Betriebsmodus durch Definieren einer Zeitabhängigkeit des physikalischen Zustands an der Quellenposition derart, dass für die Zielposition ein zeitabhängiger Zielwert des physikalischen Zustands erreicht wird, wobei der zeitabhängige Zielwert das Ergebnis einer zeitabhängigen Änderung des physikalischen Zustands repräsentiert; wobei das Verfahren mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die Einstellung wird durch physikalisches Modellieren der in der Einheit ablaufenden Prozesse durchgeführt; die Einstellung wird durch Simulieren der in der Einheit ablaufenden Prozesse durchgeführt.
Softwareprogramm oder -produkt, das vorzugsweise auf einem Datenträger gespeichert ist, zum Ausführen oder Steuern des Verfahrens nach dem vorhergehenden Anspruch, wenn es auf einem Datenverarbeitungssystem wie zum Beispiel einem Computer ausgeführt wird.