DE102015102752A1

DE102015102752A1 - Verfahren zum sammeln von fraktionen für ein flüssigkeitschromatographiesystem

Info

Publication number: DE102015102752A1
Application number: DE102015102752.6A
Authority: DE
Inventors: Joshua A. Burnett; James Usowicz; Marc Lemelin; Lucas O. Tiziani; John Lamoureux; Aaron Lebeau
Original assignee: Waters Technologies Corp
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2015-02-26
Publication date: 2015-10-01
Also published as: GB201502125D0; US20150246296A1; US11185794B2; GB2527167B; GB2527167A

Abstract

Beschrieben werden ein Fraktionssammler und ein Verfahren zum Sammeln von Fraktionen für ein Flüssigkeitschromatographiesystem. Das Verfahren umfasst das Umlenken eines Flüssigkeitschromatographiesystemflusses von einem Abfallkanal in ein Sammelrohr bei einem Beginn eines Fraktionssammelfensters und das Sammeln des Systemflusses, der von dem Sammelrohr während des Fraktionssammelfensters abgegeben wird. Am Ende des Fensters wird der Systemfluss zu dem Abfallkanal umgelenkt und ein Fluss eines Waschlösungsmittels wird dem Sammelrohr zugeführt, um in dem Sammelrohr am Ende des Fensters verbleibende Flüssigkeit von dem Sammelrohr abzugeben. Das Verfahren kann die Menge der gesammelten Fraktionen erhöhen und es kann Kreuzkontamination einer nachfolgend gesammelten Fraktion verringern oder eliminieren. Das Verfahren ist zweckdienlich für Anwendungen im analytischen Maßstab, wo die gesammelten Fraktionen Volumina aufweisen können, die durch eine begrenzte Anzahl von Tröpfchen definiert werden, die von dem Sammelrohr abgegeben werden.

Description

VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/946,202 mit dem Anmeldetag vom 28. Februar 2014 und dem Titel "FRACTION COLLECTOR FOR A LIQUID CHROMATOGRAPHY SYSTEM" in Anspruch sowie die der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/086,318 mit dem Anmeldetag vom 2. Dezember 2014 und dem Titel "METHOD OF FRACTION COLLECTION FOR LIQUID CHROMATOGRAPHY SYSTEM", auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Fraktionssammler für ein Flüssigkeitschromatographiesystem. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, das die Kreuz-Fraktionskontamination während des Sammelns von Fraktionen verringern kann.
HINTERGRUND
Ein Fraktionssammler bezieht sich typischerweise auf eine Vorrichtung, die in dem Auslassflussstrom eines Flüssigkeitschromatographiesystems positioniert ist und verwendet wird, um die Teile des Systemflusses in getrennten Sammelbehältern, wie Probenröhrchen oder Glasfläschchen, zu sammeln. Jeder gesammelte Anteil wird als eine Fraktionen bezeichnet. Jede Fraktionen wird erlangt durch das Sammeln des gesamten Flüssigkeitschromatographiesystemflusses ab einem bestimmten Zeitpunkt und während eines Zeitfensters von festgelegter Dauer. Alternativ kann mit dem Sammeln jeder Fraktion mit dem Beginn der Detektion einer entsprechenden Zusammensetzung in dem Flüssigkeitschromatographiesystemfluss begonnen werden.
Im Allgemeinen beginnt das Sammeln jeder Fraktion zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt, und die Zeitdauern der gesammelten Fraktionen sind typischerweise unterschiedlich.
Eine herkömmliche Hardware-Konfiguration für einen Fraktionssammler umfasst ein Umlenkventil, das den Fluss des Flüssigkeitschromatographiesystems von einem Abfallkanal zu einem Sammelrohr oder von dem Sammelrohr zu dem Abfallkanal umlenkt. Wie hierin verwendet, umfasst ein Sammelrohr den Fluidkanal, durch den eine Flüssigkeit von dem Umlenkventil in einen Sammelbehälter fließt. Der Fluidkanal umfasst im Allgemeinen ein flexibles Rohr oder eine flexible Leitung, das/die sich von dem Umlenkventil erstreckt und an dem anderen Ende in einer Nadelspitze oder in einer Dosiernadel endet, wo die Flüssigkeit in den Sammelbehälter abgegeben wird.
Typischerweise stehen mehrere Sammelbehälter zur Verfügung und dem Sammeln einer bestimmten Fraktionen geht eine automatisierte Bewegung des Sammelrohrs voraus, so dass die Dosierspitze an der Öffnung eines entsprechenden Sammelbehälters angeordnet ist. Um mit dem Sammeln einer Fraktion zu beginnen, wird das Umlenkventil aktiviert, so dass der Systemfluss eines Flüssigkeitschromatographiesystems durch das Sammelrohr zu dem geeigneten Sammelbehälter umgelenkt wird, anstatt durch den Abfallkanal zu passieren.
Es ist im Allgemeinen erwünscht, dass jede gesammelte Fraktionen nur die Zusammensetzungen in dem Systemfluss während des entsprechenden Zeitfensters enthält, wenn die Fraktionen gesammelt wird, und zwar mit minimaler Verunreinigung von Zusammensetzungen zuvor gesammelter Fraktionen. Wenn jedoch das Umlenkventil aktiviert wird, um den Systemfluss mit dem Beginn des Zeitfensters zu einem bestimmten Sammelbehälter zu lenken, und später am Ende des Zeitfensters deaktiviert wird, kann "Kreuz-Fraktionskontamination" auftreten. Genauer gesagt, hält das Sammelrohr die am Ende des vorherigen/bisherigen Sammelfensters vorhandene Flüssigkeit zurück. Jedes Mal, wenn das Umlenkventil den Auslasssystemfluss zurück in den Abfallkanal umleitet, stoppt der Fluss durch das Sammelrohr und die zu diesem Zeitpunkt in dem Sammelrohr vorhandene Flüssigkeit verbleibt darin bis zum Beginn des nächsten Sammelfensters. Somit repräsentiert die Flüssigkeit in dem Sammelrohr eine verringerte Probenrückgewinnung. Wenn das Umlenkventil für das nächste Sammeln von Fraktionen aktiviert wird, wird zudem die gesammelte Flüssigkeit sofort mit der zurückgehaltenen Flüssigkeit in dem Sammelrohr von den bisherigen gesammelten Fraktionen verunreinigt.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt umfasst ein Fraktionssammler für ein Flüssigkeitschromatographiesystem ein Ventil, ein Waschlösungsmittel und ein Sammelrohr. Das Ventil hat einen ersten Anschluss zum Empfangen eines Flüssigkeitschromatographiesystemflusses, einen zweiten Anschluss f in fluidischer Kommunikation mit einem Abfallkanal, einen dritten Anschluss und einen vierten Anschluss. Das Ventil ist in einer ersten Stellung tätig, in welchem der erste Anschluss in fluidischer Kommunikation mit dem dritten Anschluss ist, und der zweite Anschluss in fluidischer Kommunikation mit dem vierten Anschluss ist. Das Ventil ist in einer zweiten Stellung tätig, in welchem der erste Anschluss in fluidischer Kommunikation mit dem zweiten Anschluss ist, und der dritte Anschluss in fluidischer Kommunikation mit dem vierten Anschluss ist. Das Ventil hat einen Steueranschluss, um ein Ventilsteuersignal zum Steuern des Ventils zu empfangen, um entweder in der ersten Stellung oder in der zweiten Stellung zu sein.
In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zum Sammeln von Fraktionen für ein Flüssigkeitschromatographiesystem das Umlenken eines Flüssigkeitschromatographiesystemflusses von einem Abfallkanal zu einem Sammelrohr ab einem Beginn eines Fraktionssammelfensters. Der Flüssigkeitschromatographiesystemfluss, der von dem Sammelrohr während des Fraktionssammelfensters abgegeben wird, wird in einem Sammelbehälter gesammelt. Der Flüssigkeitschromatographiesystemfluss wird ab einem Ende des Fraktionssammelfensters zu dem Abfallkanal umgelenkt. Ein Fluss eines Waschlösungsmittels zu dem Sammelrohr ist bereitgestellt, um zumindest einen Anteil einer in dem Sammelrohr verbleibenden Flüssigkeit am Ende des Fraktionsfensters von dem Sammelrohr abzugeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weiteren Vorteile dieser Erfindung können im Lichte der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich sein, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente und Merkmale in den verschiedenen Figuren bezeichnen. Aus Gründen der Klarheit ist nicht jedes Element in jeder Figur angegeben.
Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, vielmehr liegt die Betonung auf einer Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung.
1 ist ein Blockdiagramm eines Flüssigkeitschromatographiesystems, das verwendet werden kann, um die Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
2 ist ein funktionelles Blockdiagramm eines Abschnitts eines herkömmlichen Fraktionssammlers für ein Flüssigkeitschromatographiesystem.
3 ist ein Chromatogramm, das vier Fraktionen zeigt.
4 ist eine graphische Darstellung der Konzentration einer Fraktion in einem Flüssigkeitschromatographiesystemfluss als eine Funktion der Zeit.
5A und 5B sind funktionelle Diagramme eines 4-Wege-Fraktionsventils, das verwendet werden kann, um verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens für das Sammeln von Fraktionen durchzuführen.
6A und 6B sind Blockdiagramme eines Abschnitts eines Fraktionssammelsystems, das das 4-Wege-Fraktionsventil gemäß 5A beziehungsweise 5B umfasst.
7 ist eine Flussdiagrammdarstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Sammeln von Fraktionen für ein Flüssigkeitschromatographiesystem, das unter Verwendung der gezeigten Fraktionsventil-Konfigurationen gemäß den 6A und 6B durchgeführt werden kann.
8A und 8B sind Blockdiagramme eines Abschnitts eines Fraktionssammelsystems, das das 4-Wege-Fraktionsventil gemäß 5A beziehungsweise der 5B umfasst.
9 ist ein Chromatogramm, das fünf Fraktionen zeigt, einschließlich zweier Fraktionen ohne Grundlinientrennung.
10 ist eine Flussdiagrammdarstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Sammeln von Fraktionen für ein Flüssigkeitschromatographiesystem, das unter Verwendung der gezeigten Fraktionen-Ventil-Konfigurationen gemäß den 8A und 8B durchgeführt werden kann.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Bezugnahme in der Beschreibung auf "eine Ausführungsform" bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder ein bestimmtes Charakteristikum, das/die/das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, mindestens in einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist. Bezugnahmen auf eine bestimmte Ausführungsform in der Beschreibung beziehen sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform.
Im Sinne eines kurzen Überblicks betrifft die Erfindung einen Fraktionssammler und ein Verfahren zum Sammeln von Fraktionen für ein Flüssigkeitschromatographiesystem. Das Verfahren umfasst das Umlenken eines Flüssigkeitschromatographiesystemflusses von einem Abfallkanal zu einem Sammelrohr ab einem Beginn eines Fraktionssammelfensters und das Sammeln des Flüssigkeitschromatographiesystemflusses, der von dem Sammelrohr während des Fraktionssammelfensters in einen Sammelbehälter abgegeben wird. Am Ende des Fraktionssammelfensters wird der Flüssigkeitschromatographiesystemfluss in den Abfallkanal umgelenkt und ein Fluss eines Waschlösungsmittels zu dem Sammelrohr wird bereitgestellt, um zumindest einen Teil der in dem Sammelrohr verbleibenden Flüssigkeit am Ende des Fraktionssammelfensters abzugeben. Die Abgabe der in dem Sammelrohr verbleibenden Flüssigkeit kann am Ende des Fraktionsfensters vorgenommen werden, um die Menge der gesammelten Fraktionen zu erhöhen und um eine Kreuzkontamination von anschließend gesammelten Fraktionen zu verringern oder zu eliminieren. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff "Flüssigkeitschromatographiesystemfluss" einen Fluss einer mobilen Phase durch ein Flüssigkeitschromatographiesystem. Der Flüssigkeitschromatographiesystemfluss kann unterschiedliche Zusammensetzungen enthalten. Der Flüssigkeitschromatographiesystemfluss an dem Auslass einer Chromatographiesäule umfasst beispielsweise die mobile Phase und unterschiedliche Zusammensetzungen, die bei unterschiedlichen Retentionszeiten eluiert werden. Vorteilhafterweise sind das Verfahren und der Fraktionssammler besonders dienlich für Anwendungen im analytischen Maßstab, wobei die gesammelten Fraktionen Volumina aufweisen können, die eine begrenzte Anzahl von Tropfen umfassen, die von dem Sammelrohr abgegeben wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher unter Bezugnahme auf deren Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen und Beispielen beschrieben wird, ist es nicht beabsichtigt, dass sie auf solche Ausführungsformen beschränkt werden soll. Im Gegenteil umfasst die vorliegende Erfindung verschiedene Alternativen, Modifizierungen und Äquivalente, wie von dem Fachmann erkannt werden wird. Durchschnittsfachleute mit Zugang zu dieser Erfindung werden zusätzliche Implementierungen, Modifizierungen und Ausführungsformen sowie andere Einsatzgebiete, die in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen, als hierin beschrieben erkennen.
1 zeigt ein Blockdiagramm eines Flüssigkeitschromatographiesystems 10, das verwendet werden kann, um Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Das System 10 umfasst einen Systemprozessor 12 (beispielsweise einen Mikroprozessor und eine Steuerung) in Kommunikation mit einer Benutzerschnittstelleneinrichtung 14, und zwar zum Empfangen von Eingabeparametern und zum Anzeigen von Systeminformation für den Benutzer. Der Systemprozessor 12 kommuniziert mit einem Lösungsmittelmanager 16, der ein oder mehrere Lösungsmittel für eine mobile Phase bereitstellt. Ein Pumpensystem 18 umfasst einen oder mehrere Pumpenköpfe, die in einer Vielzahl von Möglichkeiten konfiguriert sein können, um ein oder mehrere Lösungsmittel für die mobile Phase bereitzustellen. Die mobile Phase kann eine Gradientenmobilphase sein, so dass sich die jeweiligen Anteile von zwei oder mehreren Lösungsmitteln in der mobilen Phase im Laufe der Zeit verändern. Eine Probe aus einem Probenreservoir oder aus einem Probenbehälter 20 wird durch ein Einspritzventil 24 in die mobile Phase stromaufwärts von einer chromatographischen Säule 22 injiziert. Die chromatographische Säule 22 ist an einen Detektor 26 gekoppelt, der ein Signal an den Systemprozessor 12 liefert, der auf verschiedene Komponenten anspricht, die in dem Eluent aus der Säule 22 detektiert werden.
Nachdem der Systemfluss den Detektor 26 durchlaufen hat, endet er an einer Abfallöffnung. Wenn jedoch eine Fraktionen gesammelt wird, wird der Systemfluss in einen Sammelbehälter 28 umgelenkt. Wie in dem Blockdiagramm von 2 gezeigt, wird die Umlenkung des Systemflusses durch Betätigung eines Umlenkventils 30 bewirkt, so dass der Systemfluss an einer Einlassöffnung 32 anstatt zu einer Abfallöffnung 36 zu einer Sammelöffnung 34 umgelenkt wird. Der Systemfluss fließt von der Sammelöffnung 34 durch ein Sammelrohr 38, das typischerweise für eine Bewegung gesteuert wird, so dass verschiedene Fraktionen, die während einer einzelnen Trennung gesammelt werden, zu unterschiedlichen Sammelbehältern 28 umgelenkt werden können. Wie hierin verwendet, ist ein Sammelrohr ein Fluidkanal, durch den Flüssigkeit von dem Umlenkventil 30 in den Sammelbehälter 28 fließt. Typischerweise hat das Ende des Sammelrohrs 38, das am weitesten von dem Umlenkventil 30 angeordnet ist, die Form einer Nadelspitze, die nahe oder an einer Öffnung einer der mehrfachen Sammelbehälter 28 angeordnet werden kann, und zwar vor dem Beginn des Sammelfensters für die entsprechende Fraktion. Der Begriff "Dosiernadel" wird oft gebraucht, um auf die Nadelspitze Bezug zu nehmen und er wird manchmal verwendet, um sich sowohl auf die Nadelspitze als auch auf den Rest des Sammelrohrs 38 zu beziehen.
Im Sinne eines Beispiels ist 3 ein Chromatogramm, das die Konzentrationen von den Fraktionen 40, 42, 44 und 46 für vier verschiedene Zusammensetzungen in dem Systemfluss als eine Funktion der Zeit während einer einzelnen Trennung zeigt. Jede Fraktion wird in einem separaten Sammelbehälter 28 gesammelt, indem die Dosiernadel vor dem Beginn des Sammelns der Fraktionen zu dem entsprechenden Sammelbehälter 28 bewegt wird.
4 zeigt die Konzentration einer Fraktion in dem Systemfluss als Funktion der Zeit für einen Zeitbereich, der größer ist als die Sammelzeit für die Fraktionen. Die gezeichnete Linie 50 zeigt die jeweilige Konzentration der Zusammensetzung. Der Beginn des Sammelns von Fraktionen wird zu dem Zeitpunkt T1 gezeigt, wenn das Umlenkventil aktiviert ist, um den Systemfluss in die Sammelöffnung zu führen. Der Systemfluss passiert dann durch das Sammelrohr und tritt aus der Nadelspitze in den Sammelbehälter bis zum Ende des Sammelfensters zu dem Zeitpunkt T4. Die Zeit zwischen T1 und T4 wird typischerweise als das Sammelfenster bezeichnet. Die Sammelfenster für verschiedene Fraktionen können zeitbasierte Fenster sein, die aufgrund früherer Kenntnisse definiert sind, und zwar aufgrund der Kenntnis, wann verschiedene Komponenten aus der Chromatographiesäule unter den gleichen oder ähnlichen Systemparametern eluieren. Alternativ kann jedes Sammelfenster ein datengesteuertes (data-driven) Fenster sein, das heißt, dass der Startzeitpunkt T1 und der Endzeitpunkt T4 von einem Signal bestimmt werden, das durch einen Detektor erzeugt wird. Beispielsweise kann der Startzeitpunkt T1 eines bestimmten Fensters durch den Wert des Signals bestimmt werden, der einen Schwellenwert eines entsprechenden vorbestimmten Konzentrationsniveaus überschreitet, oder dadurch, wann die Steigung des Signals einen Schwellenwert erreicht. Auf entsprechende Weise kann das Sammeln einer Fraktion zu dem Endzeitpunkt T4 des Fensters beendet werden, wenn sich der Wert des Signals oder der absolute Wert der Signalsteigung verringert, um kleiner oder gleich einem Schwellwert zu sein.
Es ist erwünscht, dass jede gesammelte Fraktionen nur die gewünschte Zusammensetzung von dem jeweiligen Sammelzeitfenster mit minimaler Verunreinigung von einer früheren gesammelten Fraktionen enthält. Allerdings kann ein herkömmliches System, in dem das Umlenkventil zum Beginn des Fensters T1 aktiviert wird und das am Ende des Fensters T4 ausgeschaltet wird, leicht "Kreuz-Fraktionskontamination" bewirken. Wenn das Umlenkventil schließt und den Systemfluss zurück in den Abfall umlenkt, stoppt der Fluss durch das Sammelrohr und Flüssigkeit verbleibt bis zum Beginn des nächsten Sammelfensters in dem Sammelrohr und in dem Umlenkventil. Somit wird bei der Öffnung des Umlenkventils zu dem Beginn des nächsten Sammelfensters die gesammelte Fraktionen sofort mit Flüssigkeit von der vorhergehenden Fraktionen verunreinigt. Die Menge der Flüssigkeit, die in dem Sammelrohr und in dem Ventil zurückgehalten wird, variiert je nach den besonderen Spezifikationen des Fraktionssammlers. Beispielhaft kann das Volumen der Flüssigkeit, die in dem Sammelrohr zurückgehalten wird, in der Größenordnung von einigen zehn Mikrolitern sein, und das Volumen der Flüssigkeit, die in dem Umlenkventil zurückgehalten wird, kann über mehrere Mikroliter hinausgehen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 4 ist die Gesamtmasse der Zusammensetzung, die gesammelt werden soll, proportional zu der Fläche unter der gezeigten Konzentrationskurve 50. Jedoch ist die Fläche 52, die der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 entspricht, proportional zu der Masse der Zusammensetzung, die in dem Sammelrohr 38 verbleibt. Die Fläche 54, die der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten T3 und T4 entspricht, zeigt eine kleinere Masse der Zusammensetzung, die noch nicht in das Sammelrohr geflossen ist und im Inneren des Umlenkventils verbleibt. Im Allgemeinen wird die Flüssigkeit in dem Umlenkventil am Ende des Sammelns von Fraktionen und vor dem Beginn des nächsten Sammelns von Fraktionen in den Abfall ausgespült und resultiert in einem kleinen Probenverlust. Jedoch kann das größere Volumen, das in dem Sammelrohr zurückgehalten wird, zu einer Kreuzkontamination eines nachfolgenden Sammelns von Fraktionen führen.
Um das Problem der in dem Sammelrohr verbleibenden Flüssigkeit anzusprechen, kann ein Benutzer das Sammelfenster zu einem Endzeitpunkt verlängern, der im Wesentlichen später als der ursprüngliche Endzeitpunkt T4 ist. Während diese Technik zum Verlängern der Dauer des Sammelfensters dazu führen kann, dass mehr Masse der gewünschten Zusammensetzung gesammelt wird, kann es eine wesentliche Verdünnung der Zusammensetzung geben. Außerdem ist eine ausreichende Grundlinientrennung der Fraktionen erforderlich, um eine Überschneidung mit dem Sammelfenster für Fraktionen zu vermeiden, die zeitnah auftreten.
5A und 5B sind funktionelle Diagramme eines 4-Wege-Fraktionsventils 60, das in einem Fraktionssammler enthalten sein kann, um verschiedene Ausführungsformen eines Verfahrens zum Sammeln von Fraktionen durchzuführen. In der 5A wird das Fraktionsventil 60 in einer ersten Stellung gezeigt, in dem der Anschluss 1 in fluidischer Kommunikation mit dem Anschluss 3 ist und der Anschluss 2 in fluidischer Kommunikation mit dem Anschluss 4 ist. 5B zeigt das Fraktionsventil 60 in einer zweiten Stellung, in dem der Anschluss 1 in fluidischer Kommunikation mit dem Anschluss 2 ist und der Anschluss 3 in fluidischer Kommunikation mit dem Anschluss 4 ist. Das Fraktionsventil 60 hat einen Anschluss (nicht gezeigt), um ein Ventilsteuersignal zum Steuern des Ventils 60 zu empfangen, um das Ventil so zu steuern, dass es in einem der beiden Stellungen ist. Beispielsweise kann das Ventilsteuersignal von einem Prozessor in Reaktion auf das Systemtiming oder ein Detektorsignal erzeugt werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Umlenkventilen ermöglicht das Fraktionsventil 60, dass das Sammelrohr ohne die Verwendung zusätzlicher Ventile oder Verteiler gespült werden kann. Die inneren Fluidwege weisen vorzugsweise kleinere Volumenkapazitäten auf als die Fluidwege in herkömmlichen Ventilen, und somit ist das Volumen der in den Fluidwegen am Ende eines Sammelfensters vorhandenen Flüssigkeit wesentlich geringer. Außerdem hat das Fraktionsventil 60 bevorzugt eine kürzere Schaltzeit. Als ein numerisches Beispiel kann der Innendurchmesser der Fluidwege ungefähr 0,25 mm (0,010 in.), das zurückgehaltene Volumen weniger als einen Mikroliter und die Schaltzeit weniger als 100 Millisekunden betragen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fraktionsventil 60 ein Rotor-Scher-Dichtungsventil (rotary shear seal valve).
6A ist ein Blockdiagramm eines Teils eines Fraktionssammelsystems, das das 4-Wege-Fraktionsventil 60 enthält, das in der ersten Stellung konfiguriert ist (siehe 5A), und zwar derart, dass der von dem Fraktionsventil 60 austretende Flüssigkeitschromatographiesystemfluss durch ein Sammelrohr 38 umgeleitet und in einen Sammelbehälter 28 abgegeben wird. Gleichzeitig ist eine Waschlösungsmittelquelle 62, wie eine Waschspritze mit einem Abfallkanal gekoppelt. Ein an einem Steueranschluss der Waschlösungsmittelquelle 62 empfangenes Waschsteuersignal steuert die Flussrate des Waschlösungsmittels. Beispielsweise kann das Waschsteuersignal durch einen Prozessor in Reaktion auf Systemtiming oder ein Detektorsignal generiert werden. Die Waschlösungsmittelquelle 62 muss nicht aktiv sein und somit muss das Waschlösungsmittel nicht notwendigerweise zu dem Abfall abgegeben werden. Diese veranschaulichte Konfiguration wird durch das gesamte Sammelfenster für jede Fraktionen beibehalten.
Wie oben beschrieben, kann am Ende des Sammelfensters das Sammelrohr 38 eine Zusammensetzung enthalten, die eine nachfolgende Fraktionssammlung kreuzkontaminieren kann. Um Kreuzkontamination zu verringern und die Menge der gesammelten Fraktionen zu vergrößern, wird das Fraktionsventil 60 in eine zweite Stellung umgeschaltet (siehe 5B), und zwar wie in der 6B gezeigt, wird der aus dem Fraktionsventil 60 austretende Flüssigkeitschromatographiesystemfluss zu einem Abfallkanal-Auslass geleitet und das Sammelrohr 38 wird mit der Waschlösungsmittelquelle 62 gekoppelt. Diese Konfiguration wird verwendet, um den Inhalt des Sammelrohrs 38 in dem aktuellen Sammelbehälter 28 zu spülen. In einer Ausführungsform ist das verwendete Waschlösungsmittel zum Spülen des Sammelrohrs 38 ein hochflüchtiges Lösungsmittel (highly evaporative solvent), so dass der Großteil oder die gesamte Menge des in dem Sammelrohr zurückgehaltenen Waschlösungsmittels vor dem Beginn des folgenden Sammelns von Fraktionen verdampft. In einer anderen Ausführungsform ist das Waschlösungsmittel dieselbe Flüssigkeit wie die mobile Phase.
Das Volumen des Waschlösungsmittels, das verwendet wird, um den Inhalt des Sammelrohrs 38 in den Sammelbehälter 28 zu verbringen, ist vorzugsweise ein Volumen, das vorbestimmt ist, um gleich oder geringfügig größer als die Volumenkapazität des Sammelrohrs 38 zu sein. In alternativen Ausführungsformen wird das Volumen des Waschlösungsmittels, das verwendet wird, um das Sammelrohr 38 auszuspülen, vorbestimmt, um im Wesentlichen größer als die Volumenkapazität zu sein. Zum Beispiel wird die Flüssigkeit in der Nähe der Längsachse des Sammelrohrs 38 allgemein leichter entfernt als die Flüssigkeit in der Nähe der Innenwand. Somit kann das Volumen des Waschlösungsmittels, das durch die Waschlösungsmittelquelle 62 abgegeben wird, im Wesentlichen größer sein als die Volumenkapazität des Sammelrohrs 38, um sicherzustellen, dass fast der ganze Inhalt, der in dem Sammelrohr 38 nach dem letzten Sammeln von Fraktionen verbleibt, in den Sammelbehälter 28 verbracht wird. Obwohl dieser alternative Prozess auf ein vergrößertes Sammeln von gewünschten Zusammensetzungen hinausläuft, wird eine vergrößerte Sammelzeit verwendet, und das Ergebnis kann eine vergrößerte Verdünnung der gesammelten Fraktionen sein.
Das illustrierte Fraktionsventil 60 wird als ein einzelnes 4-Wege-, Zwei-Positionen-Ventil konfiguriert, das zum Beispiel mit einem Schrittmotor oder DC-Servomotor aktiviert werden kann. In einem anderen Beispiel wird ein Zwei-Positionen-vorgespanntes Drehsolenoid verwendet. Das vorgespannte Solenoid hat den Vorteil, in einer bekannten Stellung zu sein, falls der Strom zum Solenoid beendet wird. Es wird erkannt werden, dass andere Typen von Ventilen und Anschlusskonfigurationen auch verwendet werden können. Zum Beispiel können Ventile, die andere Betätigungsmechanismen und andere Anzahlen von Anschlüssen haben, konfiguriert werden, um das Sammelrohr 38 für ein verbessertes Sammeln von Fraktionen und verringerte Kreuzkontamination in den Sammelbehälter 28 auszuspülen. Alternativ können zwei oder mehr Ventile konfiguriert werden, um als ein einzelnes Ventilsystem zu agieren, um dieselbe Funktionalität des illustrierten Fraktionsventils 60 zu erhalten.
7 ist eine Flussdiagrammdarstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens 100 zum Sammeln von Fraktionen für ein Flüssigkeitschromatographiesystem. Zunächst verläuft der Systemfluss vom Flüssigkeitschromatographiesystem zu einem Abfallkanal. Anschließend wird der Fraktionssammler betätigt, um den Systemfluss in das Sammelrohr zu dem Beginn eines Sammelfensters umzulenken (102). Der Systemfluss passiert das Sammelrohr und wird in den entsprechenden Sammelbehälter abgegeben, bis der Systemfluss (104) zurück zu dem Abfallkanal gelenkt wird. Das Sammelrohr ist mit einer Spritze (106) oder einer anderen Art einer Waschlösungsmittelquelle gekoppelt, die dann aktiviert wird, um Waschlösungsmittel durch das Sammelrohr zu spülen (108) und dadurch Flüssigkeit, die in dem Sammelrohr am Ende des Sammelfensters verbleibt, in den Sammelbehälter zu verbringen. Das Volumen des verwendeten Waschlösungsmittels während des Ausspülens kann größer sein als das Volumen der Flüssigkeit, die in dem Sammelrohr war, um sicherzustellen, dass im Wesentlichen das ganze vorherige Volumen in den Sammelbehälter abgegeben wird, während der Anteil des Lösungsmittels, der zur Verdünnung der gesammelten Fraktionen beitragen würde, beschränkt wird. Die Waschlösungsmittelquelle wird dann deaktiviert (110), um das Spülen zu beenden. Wenn eine andere Fraktion gesammelt werden soll (112), wird das Sammelrohr von der Waschlösungsmittelquelle entkoppelt, bevor die Schritte 102 bis 110 wiederholt werden (114).
Vorteilhafterweise ermöglicht das Verfahren 100 mehr als einer Zusammensetzung, in einem Sammelbehälter akkumuliert zu werden, obwohl die gesammelte Zusammensetzung verdünnt werden kann, insbesondere wenn das Volumen des verwendeten Waschlösungsmittels im Wesentlichen größer ist als die Volumenkapazität des Sammelrohrs. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Sammelrohr mit einem sauberen Lösungsmittel gefüllt werden kann, um Verunreinigung der unmittelbar folgenden Fraktionssammlung zu verhindern. In einer Ausführungsform ist das Lösungsmittel die gleiche Flüssigkeit wie die mobile Phase.
8A ist ein Blockdiagramm, das einen Teil eines Fraktionssammelsystems veranschaulicht, das verwendet werden kann, um alternative Ausführungsformen eines Verfahrens zum Sammeln von Fraktionen in einem Flüssigkeitschromatographiesystem durchzuführen. Das Fraktionssammelsystem umfasst ein 4-Wege-Fraktionsventil 60, ein Sammelrohr 38, einen Sammelbehälter 28, und eine Waschlösungsmittelquelle 62, wie vorstehend beschrieben. Die illustrierte Konfiguration mit dem Ventil 60 in der ersten Stellung wird durch das gesamte Sammelfensters für jede Fraktion beibehalten.
Am Ende des Sammelfensters wird das Sammelrohr 38 neu positioniert, so dass jegliche Flüssigkeit, die nach dem Ende des Sammelfensters abgegeben wird, in einen Abfallkanal fließt und das Ventil 60 wird geändert, um in der zweiten Stellung gemäß 8B zu sein. Das Fraktionsventil 60 lenkt den Flüssigkeitschromatographiesystemfluss in einen Abfallkanal und koppelt das Sammelrohr 38 fluidisch mit der Waschlösungsmittelquelle 62. Waschlösungsmittel von Waschlösungsmittelquelle 62 wird verwendet, um das Sammelrohr 38 zu spülen, so dass der zurückgehaltene Inhalt in den Abfall fließt.
Vorteilhafterweise kann die Flussrate des Waschlösungsmittels im Wesentlichen größer sein als die Flussrate des Flüssigkeitschromatographiesystemflusses, so dass das Sammelrohr 38 schnell gespült werden kann und für ein nachfolgendes Sammeln von Fraktionen zur Verfügung steht. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft für das Sammeln von Fraktionen, in denen Fraktionen zeitnah auftreten können oder keine Basislinientrennung haben, wie die Fraktionen 64 und 66 gemäß 9. In diesem Fall kann ein Benutzer einen "Herzschnitt" (heart-cut) von der Mitte eines jeden der zwei Peaks 64 und 66 sammeln, um die höchste Reinheit der Fraktionen zu erhalten. Ein rasches Spülen des Sammelrohrs 38 zwischen den beiden Sammlungen von Fraktionen hilft sicherzustellen, dass die gesammelte Zusammensetzung für den zweiten Peak 66 nicht durch die gesammelte Zusammensetzung für den ersten Peak 64 kreuzkontaminiert ist.
Vorzugsweise ist das Volumen des Waschlösungsmittels, das verwendet wird, um das Sammelrohr 38 zu spülen im Wesentlichen größer ist als die Volumenkapazität des Sammelrohrs 38, um sicherzustellen, dass ein ausreichendes Spülen stattgefunden hat. Zum Beispiel kann das Volumen des Waschlösungsmittels, das zum Spülen verwendet wird, ein Mehrfaches der Volumenkapazität des Sammelrohrs 38 sein, und zwar für ein verbessertes Entfernen von Flüssigkeit in der Nähe der Innenwand des Sammelrohrs 38, die nicht mit der gleichen Rate fließt wie die Flüssigkeit, die von der Innenwand entfernt ist.
10 ist eine Flussdiagrammdarstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens 200 zum Sammeln von Fraktionen für ein Flüssigkeitschromatographiesystem, das mit den Ventilkonfigurationen gemäß 8A und 8B durchgeführt werden kann. Zunächst verläuft der Systemfluss des Flüssigkeitschromatographiesystems zu dem Abfall. Anschließend wird der Fraktionssammler aktiviert, um den Systemfluss in das Sammelrohr zu dem Beginn eines Sammelfensters umzulenken (202). Der Systemfluss passiert das Sammelrohr und wird in den entsprechenden Sammelbehälter abgegeben, bis der Systemfluss zurück in den Abfall umgelenkt wird (204). Nach dem Ende des Sammelfensters wird das Sammelrohr mit der Waschlösungsmittelquelle gekoppelt (206), und zwar vor Betätigung der Waschlösungsmittelquelle, um einen Fluss von Waschlösungsmittel zum Spülen (208) des Sammelbehälters bereitzustellen. Die Flüssigkeit, die von dem Sammelrohr während des Spülens abgegeben wird, wird durch einen Abfallkanal geführt. Das Volumen des Waschlösungsmittels, das während des Spülens verwendet wird, kann im Wesentlichen größer sein als das Volumen der Flüssigkeit, die vorher in dem Sammelrohr war, um sicherzustellen, dass die meiste oder die ganze Flüssigkeit von dem ersten Sammelfenster von dem Sammelrohr entfernt wird. Beispielsweise kann das Volumen des Waschlösungsmittels, das verwendet wird, um das Sammelrohr zu spülen, zumindest das Doppelte des Volumens der Flüssigkeit, die am Ende des Sammelfensters verblieben ist, betragen, und in einigen Ausführungsformen kann es im Wesentlichen höher sein. Vorzugsweise ist die Flussrate des Waschlösungsmittels, die verwendet wird, um das Sammelrohr zu spülen, größer als die Systemflussrate, so dass das Sammelrohr für das nächste Sammeln von Fraktionen schnell verfügbar gemacht werden kann.
Die Waschlösungsmittelquelle wird dann deaktiviert (210), um das Spülen zu beenden. Wenn eine oder mehrere Fraktionen noch zu Sammeln übrig bleiben (212), wird das Sammelrohr von der Lösungsmittelquelle entkoppelt (214). Die Schritte 202 bis 210 werden dann wiederholt, um die nächste Fraktionen zu sammeln und das Sammelrohr zu spülen.
Vorteilhafterweise kann das Sammelrohr schnell mit sauberem Waschlösungsmittel gespült werden, um eine Verunreinigung der unmittelbar folgenden Fraktionssammlung zu verhindern. Die Rate, mit der das Waschlösungsmittel dem Sammelrohr zugeführt wird, muss nicht konstant sein. Zum Beispiel ist eine hohe Spülflussrate nach Abschluss eines Sammelns von Fraktionen erwünscht, wenn das folgende Sammeln von Fraktionen kurz danach erfolgt oder wenn die beiden Fraktionen zeitlich überlappen. Die hohe Spülflussrate ist im Wesentlichen größer als die Systemflussrate. Im Gegensatz dazu wird eine geringere Flussrate optional nach einem Sammeln von Fraktionen verwendet, wenn genügend Zeit vor dem Beginn des nächsten Sammelns von Fraktionen verfügbar ist.
Bei verschiedenen Ausführungsformen eines Verfahrens zum Sammeln von Fraktionen in einem Flüssigkeitschromatographiesystem wird eine Waschspritze oder eine Druckpumpe (positive displacement pump) als Waschlösungsmittelquelle verwendet, um ein Lösungsmittel zum Ausspülen oder zum Spülen eins Sammelrohrs zu liefern, um in dem Rohr von dem Sammeln von Fraktionen verbliebene Restflüssigkeit zu entfernen. In alternativen Ausführungsformen kann die Waschlösungsmittelquelle eine Pumpe aufweisen, um ein Waschlösungsmittel von einem Behälter oder Reservoir zu ziehen und um das Lösungsmittel in das Sammelrohr zu fördern. Die Pumpe kann auch eine Solenoid-angetriebene Membranpumpe, eine DC-Motor-angetriebene Membranpumpe, eine peristaltische Dosierpumpe oder im Allgemeinen eine beliebige Pumpe sein, die Flüssigkeit mit einer genau kontrollierten Flussrate liefern kann, und die schnell aktiviert und deaktiviert werden kann.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurde, wird es von Fachleuten verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen wiedergegeben sind.

Claims

Fraktionssammler für ein Flüssigkeitschromatographiesystem, wobei der Fraktionssammler umfasst: ein Ventil mit einem ersten Anschluss zum Empfangen eines Flüssigkeitschromatographiesystemflusses, einem zweiten Anschluss in fluidischer Kommunikation mit einem Abfallkanal, einem dritten Anschluss und einem vierten Anschluss, wobei das Ventil eine erste Stellung hat, in der der erste Anschluss in fluidischer Kommunikation mit dem dritten Anschluss ist und der zweite Anschluss in fluidischer Kommunikation mit dem vierten Anschluss ist, und eine zweite Stellung, in der der erste Anschluss in fluidischer Kommunikation mit dem zweiten Anschluss ist und der dritte Anschluss in fluidischer Kommunikation mit dem vierten Anschluss ist, wobei das Ventil einen Steueranschluss aufweist, um ein Ventilsteuersignal zum Steuern des Ventils zu empfangen, so dass es entweder in der ersten oder der zweiten Stellung ist; eine Waschlösungsmittelquelle, die in fluidischer Kommunikation mit dem vierten Anschluss ist und konfiguriert ist, um einen Fluss eines Waschlösungsmittels bereitzustellen, wobei die Waschlösungsmittelquelle einen Steueranschluss zum Empfangen eines Waschsteuersignals aufweist, um den Fluss des Waschlösungsmittels zu steuern; und ein Sammelrohr in fluidischer Kommunikation mit dem dritten Anschluss, um den Flüssigkeitschromatographiesystemfluss zu empfangen, wenn das Ventil in der ersten Stellung ist, und um den Fluss des Waschlösungsmittels von der Waschlösungsmittelquelle zu empfangen, wenn das Ventil in der zweiten Stellung ist.
Fraktionssammler nach Anspruch 1, wobei die Waschlösungsmittelquelle ein vorbestimmtes Volumen des Waschlösungsmittels über das Ventil an dem Sammelrohr bereitstellt, wenn das Ventil in der zweiten Stellung ist.
Fraktionssammler nach Anspruch 2, wobei das vorbestimmte Volumen größer ist als eine Volumenkapazität des Sammelrohrs.
Fraktionssammler nach Anspruch 1, wobei das Sammelrohr eine Nadelspitze an einem Ende aufweist, das gegenüber dem Ventil ist.
Fraktionssammler nach Anspruch 1, wobei die Waschlösungsmittelquelle das Waschlösungsmittel mit einer Flussrate bereitstellt, die größer ist als eine Flussrate des Flüssigkeitschromatographiesystemflusses.
Fraktionssammler nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Sammelbehälter, um eine Flüssigkeit, die von dem Sammelrohr abgegeben wird, zu empfangen, wenn das Ventil in der ersten Stellung ist.
Fraktionssammler nach Anspruch 6, wobei der Sammelbehälter eine Flüssigkeit empfängt, die von dem Sammelrohr abgegeben wird, wenn das Ventil in der zweiten Stellung ist.
Fraktionssammler nach Anspruch 6, wobei der Sammelbehälter in Kommunikation mit einem Abfallkanal steht, wenn das Ventil in der zweiten Stellung ist, so dass eine Flüssigkeit, die von dem Sammelrohr während der zweiten Stellung abgegeben wird, durch den Abfallkanal fließt.
Fraktionssammler nach Anspruch 1, wobei das Sammelrohr für eine Bewegung in eine Position zur Abgabe von Flüssigkeit in einen Sammelbehälter konfiguriert ist.
Fraktionssammler nach Anspruch 1, wobei die Waschlösungsmittelquelle eine Waschspritze ist.
Fraktionssammler nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Prozessor, der in Kommunikation mit dem Steueranschluss des Ventils und dem Steueranschluss der Waschlösungsmittelquelle steht, um an diese das Ventilsteuersignal und das Waschsteuersignal zu geben.
Verfahren zum Sammeln von Fraktionen für ein Flüssigkeitschromatographiesystem, wobei das Verfahren umfasst: Umlenken eines Flüssigkeitschromatographiesystemflusses von einem Abfallkanal in ein Sammelrohr bei einem Beginn eines Fraktionssammelfensters; Sammeln des während des Fraktionssammelfensters abgegebenen Flüssigkeitschromatographiesystemflusses in einen Sammelbehälter; Umlenken des Flüssigkeitschromatographiesystemflusses in den Abfallkanal an einem Ende des Fraktionssammelfensters; und Bereitstellen eines Flusses eines Waschlösungsmittels zu dem Sammelrohr, um mindestens einen Teil einer am Ende des Fraktionsfensters in dem Sammelrohr verbleibenden Flüssigkeit von dem Sammelrohr abzugeben.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Sammeln der Flüssigkeit, die von dem Sammelrohr in einen Sammelbehälter während des Flusses des Waschlösungsmittels abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Volumen des Flusses, das dem Sammelrohr zugeführt wird, im Wesentlichen gleich ist zu einem Volumen der Flüssigkeit, die in dem Sammelrohr am Ende des Fraktionsfensters verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Führen der Flüssigkeit, die von dem Sammelrohr während des Flusses des Waschlösungsmittels abgegeben wird, durch einen Abfallkanal.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Volumen des Flusses, der dem Sammelrohr zugeführt wird, größer ist als das Volumen der Flüssigkeit, die in dem Sammelrohr am Ende des Fraktionsfensters verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Volumen des Flusses, der dem Sammelrohr zugeführt wird, mindestens zweimal größer ist als das Volumen der Flüssigkeit, die in dem Sammelrohr am Ende des Fraktionsfensters verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Flussrate des Waschlösungsmittels, die dem Sammelrohr zugeführt wird, größer ist als eine Flussrate des Flüssigkeitschromatographiesystems.