DE102014115087B4 - Verfahren für einen Chromatographielauf in der Flüssigkeitschromatographie - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Probeninjektion aus einer Probenschleife in einen Analysepfad für einen Chromatographielauf in der Flüssigkeitschromatographie, insbesondere Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Probenschleife vor Entnahme einer Probe oder mehrerer Proben mit dem Analysepfad in Verbindung steht, so dass sich auch in der Probenschleife ein Systemdruck einstellt, b) hierbei eine Position (S) einer Dosiervorrichtung (5) mit einem ersten Volumen ermittelt wird, c) nach einem Trennen der Probenschleife von dem Analysepfad die Probenschleife durch Einnahme einer Position (U) der Dosiervorrichtung (5) auf Umgebungsdruck mit einem zweiten vergrößerten Volumen entspannt wird, wobei eine sich bei Umgebungsdruck einstellende Entlastung detektiert wird, die Position (U) der Dosiervorrichtung (5) bestimmt und die Positionsveränderung (|U zu S| = |S zu U|) der Dosiervorrichtung (5) ermittelt wird, d) ein gewünschtes Volumen einer Probe in die Probenschleife aufgenommen wird, e) die Probenschleife mittels der Dosiervorrichtung (5) auf Systemdruck komprimiert wird, wobei hierzu die ermittelte Positionsveränderung (|U zu S| = |S zu U|) der Dosiervorrichtung (5) verwendet wird und f) die unter Systemdruck stehende Probenschleife mit dem Analysepfad verbunden und die Probe injiziert wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen Chromatographielauf in der Flüssigkeitschromatographie, insbesondere Hochleistungsflüssigkeitschromatographie. In der Flüssigkeitschromatographie wird in der Regel eine Charge von mehreren Proben nacheinander mittels eines Probengebers in einem Analysepfad analysiert.
• Der Probengeber umfasst hierbei u.a. beispielsweise eine Dosiervorrichtung (Metering Device) für die Entnahme (Aufziehen) und Injektion einer Probe, eine Hochdruckpumpe und eine Trennsäule, welche über ein Umschaltventil miteinander in unterschiedliche Verbindung zueinander geschaltet werden können.
• Die Nutzung einer Dosiervorrichtung in einem Probengeber ist beispielsweise in der US 4939943 beschrieben. Aus der DE 102008006266 B4 oder JP 4955342 B2 ist es bekannt, die Dosiervorrichtung neben dem Aufziehen von Proben auch noch zur Vor- und Dekomprimierung von Proben zu verwenden. Dies ist wichtig, damit bei der Integration des Probenpfads (Pfad, der während einer Probenaufnahme unter Umgebungsdruck steht) in den Analysepfad (Pfad von Hochdruckpumpe zur Trennsäule, der unter Systemdruck steht) keine Druck- und Flussschwankungen auftreten. Wird die Probe dagegen nicht vorkomprimiert, erfolgt nach dem Umschalten des Schaltventils ein unkontrolliertes (stoßartiges) Komprimieren der noch auf Atmosphärendruck liegenden Probe auf einen (hohen) Systemdruck, auf dem sich alle angeschlossenen Flüssigkeiten befinden. Durch den daraus resultierenden Druckstoß wird die Lebenszeit der Säule minimiert, ein Flussfehler erzeugt und der Probenplug vermischt sich stärker mit dem Lösemittel. Bei einer unkontrollierten (stoßartigen) Dekompression würde andererseits der Lösemittelinhalt der Probenschleife nach dem Freischalten vom Analysepfad mit Hochdruck in den Waste schießen, was eine Gefahr für den Benutzer bedeuten kann, aber auch, dass nach dem starken Druckabfall im Lösemittel gebundene Gase freigesetzt werden und Probleme im Fluidkreislauf verursachen. Weiterhin würde die Lebensdauer des Schaltventils(-materials) durch die abrasive Wirkung einer hohen Strömungsgeschwindigkeit verkürzt.
• Damit kurz vor dem Zuschalten der Probenschleife in den Analysepfad immer gleiche oder annähernd gleiche Drücke in den beiden Pfaden herrschen, ist bei den oben genannten Schriften eine Druckregelung mittels eines zusätzlichen, in die Probenschleife integrierten Drucksensors offenbart. Dieser Drucksensor wird über eine übergeordnete Steuerung mit dem Systemdrucksensor (im Analysepfad) abgeglichen. Mit diesem Drucksensor soll auch ein Abgleich auf Atmosphärendruck in der Probenschleife beim Dekomprimieren durchgeführt werden.
• Bei diesen bekannten Probengebern wird für die Vor- und Dekompressionsregelung eine direkte oder indirekte Druckmessung in der Probenschleife benötigt. Dazu wird ein zusätzlicher Drucksensor in der Probenschleife oder möglicherweise ein Kraftsensor am Kolben oder Antrieb benötigt. Beide Sensoren müssen aber einen großen Messbereich aufweisen, welcher mindestens vom Atmosphärendruck bis zum Systemdruck (Hochdruck größer 500bar oder gar größer als 1500bar) reicht. Die Integration eines solchen hochwertigen Sensors ist daher nachteiligerweise mit erhöhten Kosten verbunden.
• Weiterhin nehmen bei diesen bekannten Probengebern die für den Druckausgleich zwischen Probenschleife und Analysepfad erforderlichen Regelungen zusätzliche Rechenkapazität und Programmieraufwand in Anspruch. Weitere bekannte Pumpensteuerungen sind in der DE 102011052848 A1 und DE 69835675 T2 beschrieben.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, anstatt einer bekannten teuren Druckausgleichsregelung auf kostgünstige Art und Weise einen für die Probenvorkompression und -dekompression notwendigen Druckausgleich zu ermöglichen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
• Nach der Erfindung wird eine Position, insbesondere Kolbenposition (einer Kolbenpumpe), der Dosiervorrichtung bei Systemdruck und Umgebungsdruck (Druck, unter dem die Probe steht, beispielsweise Atmosphärendruck) bestimmt. Über die Differenz der (Kolben-)Positionen kann der benötigte Weg bestimmt werden, um eine Probe auf Systemdruck zu komprimieren oder von Systemdruck auf Umgebungsdruck zu dekomprimieren.
• Auf diese Weise entfällt die Integration eines sonst notwendigen, zusätzlichen, hochwertigen Drucksensors in der Probenschleife oder in dem gesamten Probenpfad (oder eines zusätzlichen, hochwertigen Kraftsensors am Kolben oder Antrieb), dessen Messbereich mindestens von Atmosphärendruck bis Systemdruck reicht. Statt des vollen Druckmessbereichs benötigt das erfindungsgemäße Probeninjektionsverfahren bzw. Steuerungsverfahren vorteilhafterweise nur einen bestimmten Messpunkt.
• Erfindungsgemäß erfolgt die Ermittlung der Position, insbesondere Kolbenposition, der Dosiervorrichtung vor einer Probenentnahme. In bevorzugter Ausgestaltung kann dies auch vor jeglicher Probenentnahme einer Charge von Proben, beispielsweise in einer Equilibrierphase der Anlage, erfolgen. Hierdurch können vorteilhafterweise eine bereits bestimmte Position sowie eine ermittelte Positionsänderung für mehrere Proben nacheinander verwendet werden, so dass eine erneute Ermittlung, insbesondere der Positionsänderung, entfällt.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Verbinden und Trennen der Probenschleife (bzw. des gesamten Probenpfads) mit und von dem Analysepfad mittels unterschiedlicher Schaltpositionen eines Umschaltventils, wie beispielsweise in der DE 102008006266 B4 vorgeschlagen.
• In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wir nach dem Entspannen auf Umgebungsdruck und vor der Aufnahme der jeweiligen Probe ein dem aufzunehmenden Probevolumen entsprechendes Volumen an Lösemittel abgegeben (beispielsweise über einen Waste-Port des Umschaltventils), so dass nach Aufnahme der Probe die Dosiervorrichtung wieder auf der Position vor dieser Abgabe steht. Hierdurch wird vorteilhafterweise bei identischen Ausgangsstellungen bzw. -positionen der Dosiervorrichtung, insbesondere Kolbenpositionen, der Probenpfad komprimiert und dekomprimiert. Auf diese Weise können Druckabweichungen, die bei gleichem Kolbenweg infolge unterschiedlicher Probenpfadvolumina (aufgrund geänderter Positionen) entstehen, vermieden werden. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, die ermittelte Positionsänderung, insbesondere Kolbenweg, auch von einer beliebigen Position aus vorzunehmen. Gerade bei kleinen Probenmengen im nl-Bereich und geringer Kompressibilität ist der Fehler eines resultierenden Drucks, insbesondere Unterschied zum tatsächlichen Systemdruck, vernachlässigbar klein. Zudem ist es in beliebiger Ausgestaltung der Erfindung denkbar, etwaige resultierende (Druck-)Abweichungen mittels eines Korrekturfaktors gering zu halten.
• In der Probenschleife (auch bereits in der Equilibrierphase) sowie in dem gesamten Probenpfad ist üblicherweise Lösemittel enthalten, so dass bei der Probeninjektion zusammen mit einem Probenplug allenfalls Lösemittel mitinjiziert wird. Hierdurch kann vorteilhafterweise ein Eindringen von Luft in den Analysepfad verhindert werden. Wird ein Lösemittel mit einer ähnlichen oder identischen Kompressibilität wie die der zu entnehmenden Probe verwendet, können zudem Fehler bei der der Druckermittlung (Systemdruck und Umgebungsdruck) verringert oder gar vermieden werden.
• Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung eines vorstehend erläuterten Verfahrens ist die Dosiervorrichtung als eine Kolbenpumpe ausgebildet. An dem Kolben oder Kolbenantrieb ist hierbei eine Einrichtung angeordnet, welche eine sich bei Umgebungsdruck einstellende Entlastung detektiert.
• In einer Ausgestaltung der Erfindung ist diese Einrichtung als Niederdruckschalter oder -sensor ausgebildet, welcher bei hohen Drücken keine Genauigkeit innerhalb einer vordefinierten Toleranz aufweist. Im Unterschied zu hochwertigen Sensoren über einen Messbereich von Atmosphärendruck bis Systemdruck ist ein derartiger Niederdruckschalter oder -sensor kostengünstig und leicht zu integrieren.
• In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist diese Einrichtung als mechanischer, optischer oder elektrischer Sensor/Detektor (beispielsweise als Eingriffselement und entsprechende Aufnahme) ausgebildet, welcher das Ablösen eines am Kolbenfuß lose angreifenden Kolbenantriebs detektiert. Da ein derartiges Ablösen beim Zurückziehen des Kolbens erfolgt, wenn nahezu (bei vernachlässigbaren Reibungskräften) kein Druckunterschied (vor und hinter dem Kolben) besteht, kann hierdurch auf einfache sowie kostengünstige Art und Weise das Einstellen bzw. Erreichen des Umgebungsdrucks detektiert werden. Hierbei kann eine Halteeinrichtung vorgesehen sein, die nur ein Ablösen innerhalb eines vordefinierten Spiels zulässt, so dass bei einem weiteren Zurückziehen des Kolbenantriebs der Kolben über die Halteeinrichtung (beispielsweise rückwärtiger Anschlag der Halterung) mechanisch in Verbindung steht, um beispielsweise eine Probe aufzunehmen. Zusätzlich oder stattdessen kann zwischen Kolben und Antrieb, insbesondere zwischen Kolbenfuß und Antriebsverbindung (beispielsweise Antriebsflansch), eine (beispielsweise magnetische) Koppeleinrichtung vorgesehen sein, die für ein Aufziehen der Probe (Probenentnahme) die Verbindung zwischen Kolben und Antrieb herstellt.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist diese Einrichtung als Kraftschalter oder -sensor zwischen Kolbenfuß und Kolbenantrieb ausgebildet, welcher detektiert, wenn (infolge eines mangelnden Druckunterschiedes – wie vorstehend erläutert) keine Krafteinwirkung auftritt oder eine geringe Kraft (Reibungskräfte mit berechnet) unterschritten wird.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• In der Zeichnung zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Probengebers einer HPLC-Anlage mit einer Dosiervorrichtung und einem Umschaltventil in einer ersten Schaltposition;
• 2 eine schematische Darstellung eines Probengebers nach 1 mit dem Umschaltventil in einer zweiten Schaltposition;
• 3 eine schematische Darstellung eines Probengebers nach 1 und 2 mit einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen als Kolbenpumpe ausgebildeten Dosiervorrichtung und
• 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen als Kolbenpumpe ausgebildeten Dosiervorrichtung mit einer magnetischen Koppeleinrichtung.
• Der in 1 und 2 dargestellte Probengeber entspricht dem in der DE 10 2008 006 266 B4 sowie dem in der DE 20 2014 101 262.1 vorgestellten Probengeber, so dass betreffend allgemeine Funktionsdetails ausdrücklich auf die DE 10 2008 006 266 B4 und DE 20 2014 101 262.1 verwiesen und sich auf deren Inhalt in vollen Umfang bezogen wird. Das erfindungsgemäße Probeninjektionsverfahren wird im Folgenden anhand des in dieser Voranmeldung (derselben Anmelderin) vorgestellten Probengebers, insbesondere der Probenfördereinrichtung bzw. Dosiervorrichtung 5, detailliert erläutert.
• Der in 1 schematisch dargestellte Probengeber 10 bzw. die HPLC-Anlage weist eine erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 5 und ein Umschaltventil 7 auf, dessen (Hochdruck-)Port 2 mit einer Trennsäule 9 und dessen (Hochdruck-)Port 1 mit einer HPLC-Pumpe 11 verbunden ist. Die Dosiervorrichtung 5 ist als Kolbenpumpe mit einem Kolben 13 und einem Antrieb 15 (beispielsweise Servomotor mit Spindel) ausgebildet. Durch das in dem Kolben 13 sowie in der sich daran anschließenden Zuleitung 17 und der Nadel 19 enthaltene (mit Lösemittel gefüllte) Volumen wird eine sogenannte Probenschleife gebildet.
• Die Probenschleife (Nadel 19, Zuleitung 17) mit der Dosiervorrichtung 5 (Metering Device) – und damit der gesamte Probenpfad von Port 3 bis Port 6 – ist in der dargestellten ersten Schaltposition des Umschaltventils 7 (Port 6 über Nut B mit Port 1 und Port 3 über Nut A mit Port 2) aktiv von der Pumpe 11 in Richtung der Säule 9 durchspült. Der Kolben 13 der Dosiervorrichtung 5 steht auf seiner Initialposition S (Inject-Position).
• In der in 2 dargestellten zweiten Schaltposition schaltet das Schaltventil 7 die Probenschleife aus dem analytischen Pfad von der Pumpe 11 zur Säule 9 (Port 1 über Nut A mit Port 2 verbunden). Durch das Umschalten werden die Enden (Port 3 und Port 6) der Probenschleife druckdicht abgeschlossen und die Probenschleife bleibt auf Systemdruck. Hier wird die Kolbenposition S bei Systemdruck (beispielsweise durch Detektieren der Spindelstellung des Antriebs 15 durch die Steuereinheit 60) bestimmt und gespeichert.
• Im Folgenden wird der in der Probenschleife herrschende Druck von Systemdruck auf Umgebungsdruck entspannt. Hierzu wird der Kolben 13 mittels des Antriebs 15 zurückgefahren und das Volumen im Kolben von einem Wert V_S (bei Systemdruck) auf einen Wert V_U vergrößert und die Position der Pumpe bzw. ihres Kolbens 13 und/oder ihres Antriebs 15 (beispielsweise Spindelstellung) bestimmt.
• Die Bestimmung der Kolbenposition bei Umgebungsdruck, insbesondere Atmosphärendruck, kann dabei auf unterschiedlichste Arten erfolgen.
• Beispielsweise kann ein Druckschalter oder -sensor in der Probenschleife integriert sein, welcher bei Erreichen des Umgebungsdrucks (oder kurz darüber) schaltet oder einen bestimmten Messwert an die Regelung meldet. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kolbenposition direkt (beispielsweise über eine Skala am Kolbenfuß 14 oder im Bereich des Kolbenfußes 14) oder indirekt (beispielsweise über eine Skala an oder im Bereich der Spindel oder des Antriebs 15) bestimmt.
• In einer anderen Ausführungsform kann ein Kraftschalter oder -sensor zwischen Kolbenfuß und Antrieb 15 ausgebildet sein, welcher schaltet oder einen bestimmten Messwert an die Regelung meldet, wenn keine Krafteinwirkung auf den Kolben 13 mehr gemessen wird (oder fast keine). Die Haftreibungsverluste durch die Kolbendichtungen werden hier nicht betrachtet, da diese vernachlässigbar klein sind oder mittels eines Korrekturfaktors (Offset) berücksichtigt werden. Somit wird angenommen, dass bei keiner Krafteinwirkung auf den Kolben sich dieser im Gleichgewicht befindet und somit der Umgebungsdruck auch innerhalb der Probenschleife herrscht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kolbenposition U (beispielsweise, wie vorstehend beschrieben, über eine entsprechende Einrichtung, insbesondere Skala) bestimmt.
• In der in 3 dargestellten Ausführungsform wird dagegen der Kontakt zwischen Kolbenfuß 14 und einer lose hiermit verbundenen Antriebsverbindung 16 (insbesondere Spindel) z.B. über eine optische, kapazitive, induktive oder Leitfähigkeitsmessung detektiert. Fährt der Kolben 13 beim Dekomprimieren zurück, dann verliert der Kolbenfuß 13 den Kontakt zur Antriebsverbindung 16, wenn sich der Kolben 13 im Gleichgewicht befindet (wie vorstehend anhand einer anderen Ausführungsform erläutert). Beim Lösen kann der maximal auftretende Abstand zwischen Kolbenfuß und Antriebsverbindung durch eine entsprechende mechanische Einrichtung (beispielsweise Halterung mit Spiel, insbesondere in Form eines in eine Aufnahme 20 eingreifenden oder hiervon gelösten Eingriffselements 18) begrenzt sein. Dieser Messwert wird mit der Steuerung bzw. Steuereinheit 60 ausgetauscht. Zu diesem Zeitpunkt wird auch die Kolbenposition U (von der Steuereinheit 60) bestimmt und gespeichert. (Kolbenfuß 14 und Antriebsverbindung 16 sind beim Zurückfahren – beispielsweise durch ein gelöstes Gewinde – wie in 3 dargestellt, nicht fest verbunden).
• Das in 3 dargestellte Spiel zwischen Kolbenfuß 14 und Antriebsverbindung 16 führt dazu, dass ein am Kolbenfuß 14 befindliches Eingriffselement 18 sich aus einer an der Antriebsverbindung ortsfest angeordneten Aufnahme 20 löst und sich nicht mehr im Eingriff, wie bei einem Anliegen von Kolbenfuß 14 an der Antriebsverbindung 18 (in 3 gestrichelt dargestellter Zustand), befindet. Eingriffselement 18 und Aufnahme 20 können hierbei beispielsweise als Elemente eines elektrischen Schalters ausgebildet sein, so dass ein Ablösen des Kolbenfußes 14 vom Antrieb 15 bzw. der Antriebsverbindung 16 durch Unterbrechung dieser elektrischen Verbindung detektiert wird. Selbstverständlich ist es auch denkbar, vorgenannte o.ä. Elemente als Elemente eines mechanischen Sensors, insbesondere Schalters (beispielsweise betätigt das Eingriffselement 18 einen Druckkontakt beim Lösen oder Verbinden) oder optischen Sensors (beispielsweise unterbricht das Eingriffselement 18 eine Lichtschranke beim Lösen oder Verbinden) auszubilden.
• Im Folgenden kann nach Bestimmung der Positionen U und S der De- bzw. Vorkompressionsweg aus der Differenz zwischen den Kolbenpositionen S und U bei Systemdruck und Umgebungsdruck in der Steuer- und/oder Regeleinheit 60 berechnet werden. Hier wird davon ausgegangen, dass der Kolben 13 und der Kolbenraum gleichmäßig zylindrisch verlaufen. Falls dies nicht der Fall sein sollte, müssen die Querschnitte an den verschiedenen Kolbenpositionen in die Berechnung mit einbezogen werden, und die Berechnung muss auf das nötige Dekompressionsvolumen V_U bzw. Vorkompressionsvolumen V_S erfolgen.
• In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird nach der Dekompression eine Menge an Lösemittel, die der aufzunehmenden Probenmenge entspricht, ausgestoßen. Hierzu wird durch ein Schalten des Umschaltventils 7 der Port 3 über die Nut C mit dem Wasteport 4 und Waste verbunden. Hierdurch wird die Position U nach der Probenentnahme bzw. -aufnahme sowie Position S nach der Vorkompression identisch ohne Versatz eingenommen. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, die Probe ohne vorherigen Ausstoß an entsprechender Lösemittelmenge aufzunehmen. In diesem Fall entsteht ein geringer Versatz der ursprünglichen Positionen U und S um den Weg zur Aufnahme der Probe, wobei auch in diesem Fall der Vorkompressionsweg dem vorher ermittelten Dekompressionsweg entspricht bzw. der Versatz bei der (Betrags-)Differenzenbildung |S – U| unberücksichtigt bleibt bzw. herausfällt. Solange nicht das maximale Volumen der Dosiervorrichtung 5 erreicht wird und ein ausreichendes Volumen zur Aufnahme einer (weiteren) Probe verbleibt, kann das erfindungsgemäße Verfahren daher auch ohne vorherigen Ausstoß an Lösemittel durchgeführt werden. Ein etwaig auftretender Fehler durch ein größer werdendes Volumen (Lösemittel und Probe) in der Probenschleife und dessen Verhalten bei der Vorkompression um den vorher ermittelten Kompressionsweg ist entweder vernachlässigbar gering (insbesondere bei im Vergleich zur Lösemittelmenge in der Probenschleife kleiner Probenmenge) oder kann über vordefinierte Korrekturbeträge oder -faktoren des Kompressionsweges ausgeglichen werden.
• Nach der Dekompression (und etwaigem Ausstoß an Lösemittel) wird die Nadel 16 vom Nadelsitz 45 zur Aufnahme der Probe in ein Probengefäß 43 bewegt. Die Dosiervorrichtung 5 zieht nun die Probe über die Rückwärtsbewegung des Kolbens 13 in die Probenschleife auf (Kolbenfuß 13 und Antrieb 15 sind jetzt fest verbunden, beispielsweise über eine entsprechende Drehung einer Antriebsspindel oder über einen rückwärtigen Anschlag einer ein Spiel aufweisenden Halteeinrichtung).
• Nun wird die Probenschleife nach einem Schließen – beispielsweise Einsetzen der Nadel 19 in den Nadelsitz 45 – auf Systemdruck vorkomprimiert, indem der Kolben (in 3 nach links) um einen Kompressionsweg vorwärts bewegt wird. Das Umschaltventil 7 schließt hierbei wiederum die Ports 3 und 6 (in der in 2 und 3 dargestellten zweiten Schaltposition) druckdicht ab. Der vorher ermittelte Dekompressionsweg S zu U entspricht dabei dem Kompressionsweg U zu S bzw. dem Betrag der Differenz S – U. Die einzige Ungenauigkeit (bei vorherigem Ausstoß an entsprechender Lösemittelmenge) besteht darin, dass beim Dekomprimieren in der Probenschleife nur Lösemittel vorhanden war und beim Komprimieren ein Teil des Lösemittels durch die Probe ersetzt worden ist. Je unterschiedlicher die Kompressibilität von Lösemittel zu Probe ist, desto größer ist der Kompressionsfehler. Dieser ist aber vernachlässigbar klein, da das Probenvolumen im Gegensatz zum Probenschleifenvolumen sehr gering ist und das Lösemittel meist ähnliche chemische und physikalische Eigenschaften wie die Probe aufweist.
• Als letzter Schritt wird nun die auf Systemdruck (oder annähernd auf Systemdruck) gebrachte Probenschleife über das Schaltventil 7 durch Schalten in die in 1 dargestellte erste Schaltposition (Port 6 über Nut B mit Port 1 und Port 3 über Nut A mit Port 2 verbunden) wieder in den Analysepfad (von Pumpe 11 bis Säule 9) geschalten.
• Bei der vorstehend erläuterten Möglichkeit einer Halterung mit Spiel kann statt oder zusätzlich zu einer generell losen Verbindung auch eine An- und Abkopplung des Kolbenfußes 14 mit dem Antrieb 15 (bzw. mit der Antriebsverbindung 16) beispielsweise, wie in 4 dargestellt, magnetisch erfolgen.
• Wird bei Position S des Kolbens 13 statt einer „0“-Position bzw. minimales Volumen der Dosiervorrichtung 5 eine andere Kolbenstellung mit einem Volumen größer „0“ eingenommen, kann hierdurch ein Gradientenverzögerungsvolumen ΔGDV (Abweichung des GDV durch entsprechende Kolbenstellung) in den Probengeber 10 eingebracht werden.
• Die in 4 dargestellte Dosiervorrichtung 5 bzw. der Probenaufnehmer umfasst eine Rahmenstruktur W, die sich im Wesentlichen längs einer Achse Z erstreckt. An einem (in 4 rechten) Ende ist die Rahmenstruktur W mit einem Aufsatz versehen, der in seinem Inneren einen Zylinder R umfasst, der rotationssymmetrisch zur Z-Achse ausgebildet ist. Ein Kolben P ist im Zylinder R in Z-Richtung hin und her bewegbar. Der Kolben P ist über eine Kolbenplatte K mit einem Verbindungsteil V in Z-Richtung beaufschlagbar. Dazu ist das Verbindungsstück V in Z-Richtung verschieblich an der Rahmenstruktur W gelagert. Solange im Probenpfad, insbesondere im Zylinder R, ein höherer Druck als der Umgebungsdruck herrscht, wird das Verbindungsteil V infolge des Druckunterschiedes mit der daraus resultierenden Kraft beaufschlagt, die das Verbindungsteil V, die damit verbundene Kolbenplatte K und damit den Kolben P in eine zurückgezogene Position drängt (in 4 nach links).
• An der Rahmenstruktur W ist ein Motor M_K angeordnet, der zu einem Kompressionsantrieb D_K gehört. Der Motor greift mit seinem Ritzel über einen Zahnriemen an einer Zahnriemenscheibe N_K an, die ortsfest, aber um die Achse Z drehbar, an der Rahmenstruktur W angeordnet ist. Die Zahnriemenscheibe N_K umfasst eine Spindelmutter, die zentrisch eine drehfeste Spindel SK führt. Durch Rotation der Zahnriemenscheibe N_K wird die Spindel SK zu einer axialen Bewegung in Z-Richtung relativ zur Zahnriemenscheibe N_K veranlasst. Sie bewegt sich dabei gegen das Verbindungsstück V oder von diesem weg, so dass der Kompressionsantrieb DK wahlweise auf den Kolben P einwirken oder von diesem abgekoppelt werden kann.
• Die Rahmenstruktur W trägt einen weiteren Motor M_M, der Teil eines Dosiervorrichtungsantriebs bzw. Metering-Antriebs D_M ist. Ein auf der Welle des Motors M_M über ein Ritzel angetriebener Zahnriemen treibt eine Zahnriemenscheibe N_M an, die zugleich als Spindelmutter ausgebildet ist. Die Zahnriemenscheibe N_M schraubt sich auf einer orts- und drehfest konzentrisch zur Z-Achse an der Rahmenstruktur W angeordneten Spindel S_M entlang, wenn sie durch den Motor M_M in Drehbewegung versetzt wird. Bei einer Vorschubbewegung der Zahnriemenscheibe N_M in Z-Richtung wandert der Zahnriemen auf dem Ritzel des Motors M_M entsprechend mit.
• An ihrer dem Kolben P zugewandten Stirnseite ragt ein Stift T aus der Zahnriemenscheibe N_M in Richtung auf den Kolben P konzentrisch zur Z-Achse durch die Spindel S_K des Kompressionsantriebs D_K hindurch. Mit seinem vorderen (in 4 rechten) Ende vermag der Stift T, der einem axialen Vorschub der sich drehenden Zahnriemenscheibe N_M folgt, das Verbindungsstück V und damit den Kolben P zu beaufschlagen. Die Spitze G des Stiftes T ist magnetisch ausgebildet (beispielsweise unmittelbar als Permanentmagnet oder mittelbar magnetisiert), so dass im gekoppelten Zustand eine magnetische Kopplung zwischen Stift T und (ferromagnetischem) Verbindungsteil V besteht. Eine Drehung der Zahnriemenscheibe N_M in entgegengesetzter Richtung führt daher dazu, dass der Stift T das Verbindungsteil V und damit den Kolben P zurück (in 4 nach links) bewegt. Hierdurch kann eine Probe aufgezogen werden oder der Stift T vom Verbindungsteil V (im Falle einer entgegen wirkenden Kraft oder eines Anschlags durch den Kompressionsantrieb D_K) entkoppelt werden, so dass der Metering-Antrieb D_M den Kolben P dann nicht mehr beaufschlagt.
• Elemente, die zur Kraftübertragung von einem der beiden Motoren M_K, M_M in Richtung auf den Kolben P dienen, können auch als Kopplungselemente C_K bzw. C_M bezeichnet werden, je nachdem ob sie dem Metering-Antrieb (D_M) oder dem Kompressionsantrieb (D_K) dienen.
• An seinem rückwärtigen (in 4 linken) Ende kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Stift T mit einem im Inneren der Zahnriemenscheibe N_M angeordneten Magneten E verbunden sein. Der Magnet E haftet an einer dem Kolben P abgewandten Innenfläche der Zahnriemenscheibe N_M und lässt sich bei Überwindung seiner magnetischen Haltekraft von dieser Fläche abheben und um ein vorgebbares Maß in axialer Richtung Z weiter nach links verschieben. Die Zahnriemenscheibe N_M folgt dieser Bewegung dann nicht mehr. Der Magnet E bildet einen Teil einer (optionalen) Überlastsicherung F, mit der zu hohe Kräfte auf die Komponenten des Metering-Antriebs vermieden werden. Für den Fall, dass der Kolben P mit einer Kraft oberhalb eines festgelegten Grenzwertes über das Verbindungsteil V auf den Stift T und über die magnetische Verbindung auch auf die Zahnriemenscheibe N_M einwirken würde, ist der Magnet E in seiner Haltekraft so dimensioniert, dass er sich von der Innenseite der Zahnriemenscheibe N_M löst und damit die axiale Schubbeaufschlagung vom Kolben auf den Metering-Antrieb D_K abkoppelt.
• Die Bereitstellung eines Probenvolumens mit der Dosiervorrichtung 5 mit einer magnetischen Koppeleinrichtung (magnetische Spitze G des Stiftes T in einem Sackloch des Verbindungsteils V) geschieht folgendermaßen:
  In der Initialisierungsphase wird die Initialposition S wie vorstehend erläutert, beispielsweise in Form einer entsprechenden Stellung des Kompressionsantriebs D_K (und/oder Stellung des Motors M_K und/oder Stellung der Spindel S_K und/oder Stellung des Verbindungsteils V und/oder Stellung des Kolbens P), mittels der Steuereinheit 60 ermittelt und gespeichert.
• Das im Zylinder R eingesperrte Volumen an Lösemittel wird nach einem entsprechenden Umschalten des Schaltventils 7 wieder auf Umgebungsdruck abgebaut (Dekompression), indem der Kompressionsantrieb D_K die Spindel S_K in rückwärts bewegende (in 4 nach links) Richtung antreibt. Das Verbindungsteil V wird dieser Bewegung, die von dem im Zylinder R noch herrschenden Überdruck angetrieben wird, folgen. Da der Stift T dabei nicht mit dem Verbindungsteil V gekoppelt ist, nimmt alleine der Kompressionsantrieb D_K die auf das Verbindungsteil V wirkenden Kräfte auf und der Metering-Antrieb D_M wird nicht belastet. Hierzu kann die Steuereinheit 60 die Zahnriemenscheibe N_M des Metering-Antriebs D_M auf der Spindel S_M vorzugsweise so weit nach links verschrauben, dass der Kontakt zwischen dem Stift T und dem Verbindungsteil V sicher ausgeschlossen wird, bis sich im Zylinder R der für den Metering-Antrieb D_M unschädliche Umgebungsdruck eingestellt hat und sich in dieser Ausführungsform der als Spindel S_K ausgebildete Kolbenfuß von dem Verbindungsteil V zu lösen beginnt.
• Dieses Lösen wird ab einem vordefinierten Maß (Spiel), beispielsweise 1 mm oder geringer, detektiert (beispielsweise über ein Eingriffselement 18 und eine Aufnahme 20 und Detektion wie vorstehend beschrieben) und der Kompressionsantrieb D_K gestoppt. Die Spindel S_K wird nachfolgend vorzugsweise um das vordefinierte Maß wieder nach rechts (in 4) über den Kompressionsantrieb D_K vorwärts bewegt, so dass die Spindel S_K wieder am Verbindungsteil V formschlüssig anliegt.
• Diese Stellung entspricht der Position U und wird von der Steuereinheit in Form einer entsprechenden Stellung des Kompressionsantriebs D_K und/oder Stellung des Motors M_K und/oder Stellung der Spindel S_K ermittelt und gespeichert.
• Zum Ankoppeln des Stiftes T, C_M wird dieser aus einer (der Steuereinheit bekannten zurückgefahrenen Position) bis zu dieser Position U vorwärts (in 4 nach rechts) bewegt, in welcher er in das Sackloch des Verbindungsteils V eingreift, so dass Stift T, C_M und Verbindungsteil V magnetisch gekoppelt sind. Die Spindel S_K bleibt vorzugsweise in ihrer Position (ebenfalls Position U). Im Folgenden wird durch eine über die Steuereinheit 60 gesteuerte Vorwärtsbewegung des Stiftes T, C_M und/oder der Spindel S_K (und damit des Kolbens P) eine Menge an Lösemittel, die der aufzunehmenden Probenmenge entspricht, ausgestoßen (bis zu einer vorgeschobenen Lage des Kolbens P). Hierzu wird durch ein Schalten des Umschaltventils 7 der Port 3 über die Nut C mit dem Wasteport 4 und Waste verbunden. Hierdurch wird nach der Probenentnahme bzw. -aufnahme die Position U sowie nach der Vorkompression die Position S identisch ohne jeglichen Versatz eingenommen.
• Im Folgenden wird die Nadel 19 in einen Probenbehälter 43 eingesetzt, insbesondere dessen Membran durchstochen und eine Probe gezogen.
• Über eine mit dem Zylinder R verbundene und in 4 nicht näher bezeichnete Leitung (Saugleitung) wird durch Zurückziehen des Kolbens P aus seiner vorgeschobenen Lage ein definiertes Volumen eines mit einem Probenvolumen fluidisch gekoppelten Lösungsmittels in den Zylinder R eingesaugt. Dazu wird der hochgenaue Metering-Antrieb D_M von der Steuereinheit 60 so angesteuert, dass sich die als Spindelmutter fungierende Zahnriemenscheibe N_M in 4 nach links bewegt. Dadurch kann sich auch der Stift T nach links bewegen. Falls der (De-)Kompressionsantrieb D_K im vorherigen Schritt zum Ausstoßen von Lösemittel vorwärts bewegt wurde, so muss dieser entweder vor oder mit der Rückwärtsbewegung des Metering-Antriebs D_M auf die Position U verfahren werden. Das mit dem Stift magnetisch gekoppelte Verbindungsteil V folgt dieser Bewegung und zieht dabei über die hiermit verbundene Kolbenplatte K den Kolben P ebenfalls mit nach links. Durch das sich daraufhin im Zylinder R vergrößernde Volumen wird eine entsprechende Menge des typischerweise unter Umgebungsdruck bereitgestellten Lösungsmittels in den Zylinder R eingesaugt. Mit dem aus der Leitung in den Zylinder eingesaugten Lösungsmittel wird zugleich eine entsprechende Menge einer Probe aus einem bereitgestellten Probengefäß, mit dem das andere Ende der Leitung verbunden ist, in die Leitung bzw. Probenschleife eingesaugt. In der Probenschleife, die wenigstens das in den Zylinder eingesaugte Volumen und das Volumen der Saugleitung umfasst, ist dadurch Lösungsmittel mit einem genau bestimmten Probenvolumen vorhanden.
• Ist diese vordefinierte Menge an Probe entnommen bzw. gezogen worden, wird der Dosiervorrichtungsantrieb D_M von der Steuereinheit 60 daher wieder in der Position U gestoppt. Die beiden Antriebe D_M und D_K befinden sich zu diesem Zeitpunkt in der (identischen) Position U.
• Im Folgenden wird die Probe bzw. die Probenschleife in der entsprechenden Stellung des Schaltventils 7 und nach einem druckdichten Ankoppeln der Saugleitung an einen (noch geschlossenen) Injektionsport (bzw. nach einem Einsetzen der Nadel 19 in den Injektionsport 45) auf Systemdruck vorkomprimiert, indem der Kompressionsantrieb D_K und damit der Kolben P von der Steuereinheit 60 vorwärts (in 4 nach rechts) auf die gespeicherte Position S (bzw. der Kompressionsantrieb D_K und/oder der Motor M_K und/oder die Spindel S_K und/oder das Verbindungsteil V und/oder der Kolbens P auf die entsprechende Stellung S) bewegt wird.
• Durch die Vorschubbewegung des Verbindungsteils V bei der Vorkompression gelangt der Stift T außer Eingriff mit dem Verbindungsteil V (magnetische Spitze G wird aus dem Sackloch des Verbindungsteils V herausgezogen) und der Metering-Antrieb D_M ist vom Kolben P (durch Lösen der magnetischen Koppeleinrichtung) entkoppelt. Nach Erreichen des gewünschten Solldrucks im Zylinder R bzw. in der Probenschleife kann die gemeinsam mit dem Lösungsmittel komprimierte Probe unter Öffnen des Ports (Schalten des Umschaltventils 7) einer daran angeschlossenen Chromatographiesäule zugeführt werden, wie eingangs beschrieben.
• In umgekehrter Weise lässt sich das im Zylinder R eingesperrte Volumen (nach Abschluss der Chromatographie und einem entsprechenden Schalten der Probenschleife aus dem Analysepfad) wieder auf Umgebungsdruck abbauen (Dekompression), indem der Kompressionsantrieb D_K die Spindel S_K in entgegengesetzter Richtung antreibt. Das Verbindungsteil V wird dieser Bewegung, die von dem im Zylinder R noch herrschenden Überdruck angetrieben wird, folgen. Solange der Stift T dabei nicht mit dem Verbindungsteil V gekoppelt wird, nimmt alleine der Kompressionsantrieb D_K die auf das Verbindungsteil V wirkenden Kräfte auf und der Metering-Antrieb D_M wird nicht belastet. Der Kontakt zwischen dem Stift T und dem Verbindungsteil V wird dabei sicher ausgeschlossen, bis sich im Zylinder R der für den Metering-Antrieb D_M unschädliche Umgebungsdruck eingestellt hat und die Position U erreicht wird.
• In bevorzugter Ausführungsform wird der Kompressionsantrieb D_K von der Steuereinheit 60 an der gespeicherten Position U gestoppt und nach Umschalten des Schaltventils 7 die entsprechenden Menge an Lösemittel und etwaiger Restprobe in den Wasteport ausgestoßen. Dies erfolgt, wie vorstehend beschrieben, über eine Vorwärtsbewegung des Metering-Antriebs D_M und/oder des Kompressionsantriebs D_K. Ein erneutes Detektieren eines Ablösens des Kolbenfußes vom Verbindungsteil V ist infolge der bereits ermittelten und gespeicherten Position U hierbei nicht erforderlich. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, die Position U jedes Mal oder nach einer vordefinierten Anzahl von Einzelproben, wie vorstehend für die Initialisierungsphase erläutert, erneut zu ermitteln.
• Im Folgenden wird, wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise jeweils nach einem Ausstoßen des entsprechenden Volumens in den Wasteport, eine neue Probe (beispielsweise einer Charge von Proben) aufgenommen, vorkomprimiert und in den Analysepfad injiziert.
• Bezugszeichenliste
• Fig. 4

C_K

Kopplungselement

C_M

Kopplungselement

D_K

Kompressionsantrieb

D_M

Dosiervorrichtungsantrieb bzw. Metering-Antrieb

E

Magnet

G

magnetische Spitze des Stiftes

F

Überlastsicherung

K

Kolbenplatte

M_K

Motor

M_M

Motor

N_K

Zahnriemenscheibe

N_M

Zahnriemenscheibe

P

Kolben

R

Zylinder

S_K

Spindel

T

Stift

V

Verbindungsteil

W

Rahmenstruktur

Z

Längsachse

Claims (9)

1. Verfahren zur Probeninjektion aus einer Probenschleife in einen Analysepfad für einen Chromatographielauf in der Flüssigkeitschromatographie, insbesondere Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Probenschleife vor Entnahme einer Probe oder mehrerer Proben mit dem Analysepfad in Verbindung steht, so dass sich auch in der Probenschleife ein Systemdruck einstellt, b) hierbei eine Position (S) einer Dosiervorrichtung (5) mit einem ersten Volumen ermittelt wird, c) nach einem Trennen der Probenschleife von dem Analysepfad die Probenschleife durch Einnahme einer Position (U) der Dosiervorrichtung (5) auf Umgebungsdruck mit einem zweiten vergrößerten Volumen entspannt wird, wobei eine sich bei Umgebungsdruck einstellende Entlastung detektiert wird, die Position (U) der Dosiervorrichtung (5) bestimmt und die Positionsveränderung (|U zu S| = |S zu U|) der Dosiervorrichtung (5) ermittelt wird, d) ein gewünschtes Volumen einer Probe in die Probenschleife aufgenommen wird, e) die Probenschleife mittels der Dosiervorrichtung (5) auf Systemdruck komprimiert wird, wobei hierzu die ermittelte Positionsveränderung (|U zu S| = |S zu U|) der Dosiervorrichtung (5) verwendet wird und f) die unter Systemdruck stehende Probenschleife mit dem Analysepfad verbunden und die Probe injiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Entspannen auf Umgebungsdruck und vor der Entnahme der jeweiligen Probe ein dem aufzunehmenden Probenvolumen entsprechendes Volumen an Lösemittel abgegeben wird (Waste-Port 3, Waste-Leitung 47), so dass nach Entnahme der Probe die Dosiervorrichtung (5) wieder auf der Position (U) steht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position (S) der Dosiervorrichtung (5) in einer Equilibrierphase ermittelt wird, bevor eine Probe oder mehrere Proben nacheinander in den Analysepfad eingebracht werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennen und Verbinden der Probenschleife mit dem Analysepfad durch unterschiedliche Schaltpositionen eines Umschaltventils (7) erfolgt.
5. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung (5) als Kolbenpumpe ausgebildet ist, wobei am Kolben (13) oder Kolbenantrieb eine Einrichtung angeordnet ist, welche eine sich bei Umgebungsdruck einstellende Entlastung detektiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als Niederdruckschalter oder -sensor ausgebildet ist, welcher bei hohen Drücken keine Genauigkeit innerhalb einer vordefinierten Toleranz aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als Kraftschalter oder -sensor zwischen Kolbenfuß (14) und Kolbenantrieb (15) ausgebildet ist, welcher detektiert, wenn keine Krafteinwirkung auftritt oder eine geringe Kraft unterschritten wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als mechanischer, optischer oder elektrischer Detektor ausgebildet ist, welcher das Ablösen eines am Kolbenfuß (14) lose oder lösbar angreifenden Kolbenantriebs (15) detektiert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kolben (13) und Antrieb (15) eine Koppeleinrichtung vorgesehen ist.

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