DE102015112235A1 - Correcting an operating point shift of a sample separator caused by an axial temperature distribution - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (100) zum Einstellen eines Arbeitspunkts einer Probentrenneinrichtung (30) zum Trennen einer fluidischen Probe, wobei die Vorrichtung (100) eine Steuereinrichtung (70) aufweist, die eingerichtet ist, basierend auf Information hinsichtlich einer momentanen axialen Temperaturverteilung entlang der Probentrenneinrichtung (30), insbesondere basierend auf Information hinsichtlich einer Temperaturdifferenz zwischen unterschiedlichen Positionen entlang der Probentrenneinrichtung (30), eine Temperierung der Probentrenneinrichtung (30) und/oder eine Temperierung von zum Durchfließen der Probentrenneinrichtung (30) zuzuführender mobiler Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe anzupassen, um eine durch die axiale Temperaturverteilung bedingte Arbeitspunktverschiebung, insbesondere Arbeitspunktdrift, der Probentrenneinrichtung (30) zumindest teilweise auszugleichen.Apparatus (100) for adjusting an operating point of a sample separation device (30) for separating a fluidic sample, the device (100) having a control device (70) arranged, based on information regarding an instantaneous axial temperature distribution along the sample separation device (30). in particular based on information regarding a temperature difference between different positions along the sample separation device (30), a temperature control of the sample separation device (30) and / or a temperature control of the sample separation device (30) to be supplied to the mobile phase to be adapted with optionally contained components of the fluidic sample in order to at least partially compensate for an operating point shift caused by the axial temperature distribution, in particular operating point drift, of the sample separation device (30).
Description
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen eines Arbeitspunkts einer Probentrenneinrichtung zum Trennen einer fluidischen Probe, sowie ein Probentrenngerät. The present invention relates to an apparatus and a method for setting a working point of a sample separator for separating a fluidic sample, as well as a sample separator.
In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bar bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spür- und messbar ist, durch eine stationäre Phase (zum Beispiel eingeschlossen in eine Chromatographietrennsäule) bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. In einer Flusszelle eines Flüssigchromatographiegeräts erfolgt dann die Detektion der getrennten Fraktionen der Probe. Hierfür wird die fluidische Probe von einer Kapillare stromabwärts der Trennsäule in einen Detektor, speziell zum Beispiel in eine Flusszelle eines Detektors geführt. Während die fluidische Probe die Flusszelle passiert, kann eine Detektion, etwa mittels einer Fluoreszenzmessung, der Probe durchgeführt werden, womit die einzelnen Fraktionen der Probe identifiziert bzw. quantifiziert werden können. In an HPLC, a liquid (mobile phase) is typically run at a very accurately controlled flow rate (for example in the range of microliters to milliliters per minute) and at a high pressure (typically 20 bar to 1000 bar and beyond, currently up to 2000 bar ), in which the compressibility of the liquid is detectable and measurable, is moved through a stationary phase (for example, enclosed in a chromatographic separation column) to separate individual components of a sample liquid introduced into the mobile phase. In a flow cell of a liquid chromatography device, the detection of the separated fractions of the sample then takes place. For this purpose, the fluidic sample is guided from a capillary downstream of the separation column into a detector, especially, for example, into a flow cell of a detector. As the fluidic sample passes the flow cell, detection may be performed on the sample, such as by fluorescence measurement, whereby the individual fractions of the sample can be identified or quantified.
Ein solches HPLC-System ist zum Beispiel aus der
Während die mobile Phase eine Probentrenneinrichtung, zum Beispiel eine chromatographische Trennsäule, durchläuft, kommt es dort mitunter zu einem signifikanten Druckabfall, zum Beispiel von 1000 bar auf Atmosphärendruck, besonders wenn feinporige bzw. feinkörnige Packmaterialien für die Probentrenneinrichtung verwendet werden. Aufgrund dieses Druckabfalls auftretende Phänomene können einen Einfluss auf die Probentrennung haben. While the mobile phase passes through a sample separator, for example a chromatographic separation column, there sometimes occurs a significant pressure drop, for example from 1000 bar to atmospheric pressure, especially when fine-grained packing materials are used for the sample separator. Phenomena that occur due to this pressure drop can have an effect on sample separation.
OFFENBARUNGEPIPHANY
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine reproduzierbare Probentrennung zu ermöglichen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen genannt. It is an object of the invention to enable a reproducible sample separation. The object is achieved by means of the independent claims. Further embodiments are mentioned in the dependent claims.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Einstellen eines Arbeitspunkts (insbesondere eines thermischen Arbeitspunkts) einer Probentrenneinrichtung zum Trennen einer fluidischen Probe (d.h. einer Probe, die flüssig und/oder gasförmig ist, optional aufweisend Festkörperpartikel) geschaffen, wobei die Vorrichtung eine Steuereinrichtung (zum Beispiel einen Prozessor oder ein Teil eines Prozessors) aufweist, die eingerichtet ist, basierend auf vorbekannter (insbesondere messtechnisch erfasster und/oder empirisch ermittelter und/oder theoretisch abgeleiteter) Information hinsichtlich einer axialen Temperaturverteilung entlang der Probentrenneinrichtung (insbesondere basierend auf Information hinsichtlich einer Temperaturdifferenz zwischen zumindest zwei unterschiedlichen Positionen entlang der Probentrenneinrichtung) eine Temperierung der Probentrenneinrichtung und/oder eine Temperierung von zum Durchfließen der Probentrenneinrichtung zuzuführender mobiler Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe (insbesondere eine fluidische mobile Phase beinhaltend fluidische Probe) anzupassen, um eine durch die axiale Temperaturverteilung bedingte Arbeitspunktverschiebung (insbesondere Arbeitspunktdrift) der Probentrenneinrichtung zumindest teilweise auszugleichen. According to an exemplary embodiment of the present invention, an apparatus for adjusting an operating point (in particular a thermal operating point) of a sample separator is provided for separating a fluidic sample (ie, a sample that is liquid and / or gaseous, optionally comprising solid particles) Control device (for example, a processor or a part of a processor), which is established based on previously known (in particular metrologically detected and / or empirically determined and / or theoretically derived) information regarding an axial temperature distribution along the sample separation device (in particular based on information a temperature difference between at least two different positions along the sample separation device) a temperature control of the sample separation device and / or a temperature control for the flow through the sample separation Direction to be supplied mobile phase with optionally contained therein components of the fluidic sample (in particular a fluidic mobile phase containing fluidic sample) to adapt to at least partially compensate for a caused by the axial temperature distribution operating point shift (in particular operating point drift) of the sample separation device.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrenngerät (zum Beispiel ein Flüssigchromatographiegerät) zum Trennen einer in einer mobilen Phase (insbesondere ein Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelzusammensetzung) befindlichen fluidischen Probe geschaffen, wobei das Probentrenngerät eine Fluidpumpe (insbesondere eine Hochdruckpumpe) zum Antreiben von zumindest einer der mobilen Phase und der fluidischen Probe durch das Probentrenngerät, eine Probentrenneinrichtung (insbesondere eine chromatografische Trennsäule) stromabwärts der Fluidpumpe zum Trennen der in der mobilen Phase befindlichen Probe, und eine Vorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Steuern einer Temperaturverteilung entlang der Probentrenneinrichtung zum Einstellen eines Arbeitspunkts der Probentrenneinrichtung. According to another exemplary embodiment, a sample separation device (for example, a liquid chromatography device) is provided for separating a fluid sample in a mobile phase (in particular a solvent or a solvent composition), the sample separation device comprising a fluid pump (in particular a high-pressure pump) for driving at least one of the mobile phase and the fluidic sample through the sample separator, a sample separator (in particular a chromatographic separation column) downstream of the fluid pump for separating the sample in the mobile phase, and a device with the above-described features for controlling a temperature distribution along the sample separator for setting a working point the sample separator.
Gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Einstellen eines Arbeitspunkts (insbesondere eines Temperaturarbeitspunkts oder eines Arbeitspunkts betreffend ein Temperaturregime oder ein thermisches Regime) einer Probentrenneinrichtung zum Trennen einer fluidischen Probe geschaffen, wobei bei dem Verfahren eine Temperierung der Probentrenneinrichtung und/oder eine Temperierung von zum Durchfließen der Probentrenneinrichtung zuzuführender mobiler Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe basierend auf vorbekannter Information hinsichtlich einer axialen Temperaturverteilung entlang der Probentrenneinrichtung (insbesondere basierend auf Information hinsichtlich einer Temperaturdifferenz zwischen zumindest zwei unterschiedlichen Positionen entlang der Probentrenneinrichtung) derart angepasst wird, dass eine durch die axiale Temperaturverteilung bedingte Arbeitspunktverschiebung (insbesondere Arbeitspunktdrift) der Probentrenneinrichtung zumindest teilweise ausgeglichen wird.According to yet another exemplary embodiment, a method of adjusting a working point (in particular, a temperature operating point or a temperature regime or thermal regime operating point) of a sample separator for separating a fluidic sample is provided, wherein the method comprises controlling the temperature of the sample separator and / or tempering of mobile phase to be supplied for flowing through the sample separator with optionally contained components of the fluidic sample based on known information regarding an axial temperature distribution along the sample separator (in particular based on information regarding a temperature difference between at least two different positions along the sample separation device) is adapted such that an operating point shift (in particular working point drift) of the sample separation device caused by the axial temperature distribution is at least partially compensated.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Arbeitspunkt einer Probentrenneinrichtung“ insbesondere ein Parameter (zum Beispiel ein Temperaturwert an einer bestimmten Position der Probentrenneinrichtung oder ein Parametersatz (zum Beispiel eine Mehrzahl von Temperaturwerten an unterschiedlichen Positionen oder ein Temperaturverlauf entlang der Axialerstreckung der Probentrenneinrichtung) oder der Wert einer mathematischen Funktion eines Parameters oder eines Parametersatzes (zum Beispiel ein gewichteter Mittelwert der Temperaturwerte an unterschiedlichen Positionen entlang der Axialerstreckung der Probentrenneinrichtung) verstanden, der die Betriebsweise der Probentrenneinrichtung, insbesondere in Bezug auf ein zu detektierendes Ereignis, einen zu detektierenden Peak oder eine zu detektierende Fraktion der fluidischen Probe definiert, determiniert oder beeinflusst. In the context of the present application, the term "operating point of a sample separator" is used in particular to specify a parameter (for example a temperature value at a specific position of the sample separator or a parameter set (for example a plurality of temperature values at different positions or a temperature profile along the axial extent of the sample separator). or the value of a mathematical function of a parameter or of a parameter set (for example a weighted average of the temperature values at different positions along the axial extent of the sample separator), the operation of the sample separator, in particular with respect to an event to be detected, a peak to be detected or defines, determines or influences a fraction of the fluidic sample to be detected.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Arbeitspunktverschiebung“ (insbesondere „Arbeitspunktdrift“) insbesondere eine zeitliche (weiter insbesondere eine über aufeinanderfolgende Trennzyklen auftretende) Veränderung des Arbeitspunkts der Probentrenneinrichtung verstanden. Eine entsprechende Arbeitspunktverschiebung hat eine unerwünschte Auswirkung auf die Reproduzierbarkeit bzw. Vergleichbarkeit unterschiedlicher Trennprozeduren an derselben Probe. In the context of the present application, the term "working point shift" (in particular "working-point drift") is understood to mean, in particular, a change in the operating point of the sample separation device over time (in particular occurring over successive separation cycles). A corresponding shift in operating point has an undesirable effect on the reproducibility or comparability of different separation procedures on the same sample.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „zumindest teilweises Ausgleichen der Arbeitspunktverschiebung, insbesondere Arbeitspunktdrift“ insbesondere verstanden, dass eine erkannte Veränderung oder Verschiebung des Arbeitspunkts (insbesondere zwischen aufeinanderfolgenden Ausführungen eines Trennprozesses bzw eines Trennzyklus, und weiter insbesondere bezogen auf ein und dieselbe Fraktion der fluidischen Probe) ganz oder teilweise reduziert, eliminiert oder korrigiert wird. Insbesondere kann ein Ist-Arbeitspunkt gezielt in Richtung eines Soll-Arbeitspunkts hin korrigiert werden. In the context of the present application, the term "at least partial compensation of the operating point shift, in particular operating point drift" means in particular that a recognized change or shift of the operating point (in particular between successive executions of a separation process or a separation cycle, and further particularly with respect to one and the same fraction the fluidic sample) is wholly or partially reduced, eliminated or corrected. In particular, an actual operating point can be corrected specifically in the direction of a desired operating point.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „axiale Temperaturverteilung“ insbesondere ein sich in Flussrichtung der mobilen Phase (insbesondere eine mobile Phase mit darin befindlicher fluidischer Probe) durch die Probentrenneinrichtung einstellendes Temperaturprofil verstanden, demzufolge sich eine Temperatur eines bestimmten Abschnitts der mobilen Phase, insbesondere mit darin befindlicher fluidischer Probe, während Durchfließens der Probentrenneinrichtung sukzessive verändert. Dieser Begriff ist von einer radialen Temperaturverteilung zu unterscheiden, welcher sich auf ein mögliches Temperaturprofil senkrecht zur Flussrichtung der fluidischen Probe durch die Probentrenneinrichtung bezieht. In the context of the present application, the term "axial temperature distribution" is understood to mean, in particular, a temperature profile adjusting in the flow direction of the mobile phase (in particular a mobile phase with a fluidic sample contained therein) by the sample separation device, according to which a temperature of a specific section of the mobile phase, in particular with a fluidic sample located therein, as it progresses through the sample separation device. This term is to be distinguished from a radial temperature distribution, which refers to a possible temperature profile perpendicular to the flow direction of the fluidic sample through the sample separator.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „mobile Phase“ insbesondere ein Flüssigkeiten und/oder Gase enthaltendes Fluid (weiter insbesondere eine Lösungsmittelzusammensetzung) verstanden, welches die Probentrenneinrichtung passiert. Mobile Phase kann ein Trägermedium zum Transportieren einer fluidischen Probe enthalten. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „fluidische Probe“ insbesondere Flüssigkeit verstanden, die zum Beispiel von außerhalb des Messsystems herangetragen werden kann und analysiert werden kann. Solch eine Flüssigkeit kann aus mehreren Komponenten gebildet sein, etwa aus einem Probenlösungsmittel (das einen Hauptanteil bilden kann) sowie Analyten oder Probenkomponenten (d.h. analytisch relevante Anteile). Zur Analyse kann ein Teil (Portion) der fluidischen Probe gezogen werden. Diese Portion kann zum Beispiel mit Hilfe eines Injektors in einen fluidischen Pfad des Systems eingebracht werden, wo sie zunächst als kompaktes Paket vorliegt und auch als solches fortbewegt wird. Wenn die fluidische Probe an der Probentrenneinrichtung angekommen ist, setzt der Trennprozess an. Als Erstes werden in der Regel die Probenkomponenten auf der stationären Phase zurückgehalten, während das Probenlösungsmittel ungebremst weiter mit (bzw. von) der mobilen Phase durch die Probentrenneinrichtung hindurch transportiert wird. In diesem Stadium ist eine fluidische Probe an der stationären Phase der Probentrenneinrichtung adsorbiert. "Mobile Phase mit den darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe" bezeichnet somit insbesondere einen flüssigen Inhalt der Probentrenneinrichtung (insbesondere einer chromatographischen Säule). In the context of the present application, the term "mobile phase" is understood in particular to mean a fluid and / or gas-containing fluid (more particularly a solvent composition) which passes through the sample separation device. Mobile phase may include a carrier medium for transporting a fluidic sample. In the context of the present application, the term "fluidic sample" is understood in particular to mean liquid which, for example, can be brought from outside the measuring system and can be analyzed. Such a liquid may be formed of a plurality of components, such as a sample solvent (which may constitute a major portion) and analytes or sample components (i.e., analyte-relevant portions). For analysis, a part (portion) of the fluidic sample can be drawn. This portion can be introduced, for example, by means of an injector in a fluidic path of the system, where it is initially present as a compact package and is also moved as such. When the fluidic sample has arrived at the sample separator, the separation process begins. First, as a rule, the sample components are retained on the stationary phase, while the sample solvent is further transported unrestrained with (or from) the mobile phase through the sample separator. At this stage, a fluidic sample is adsorbed on the stationary phase of the sample separator. "Mobile phase with the components of the fluidic sample contained therein" thus particularly denotes a liquid content of the sample separation device (in particular a chromatographic column).
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „mobiler Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe“ insbesondere eine mobile Phase verstanden, die zeitweise Komponenten der fluidischen Probe enthalten kann, und in anderen Zeiträumen von der fluidischen Probe frei sein kann. Im Rahmen einer Probentrennung kann zunächst mobile Phase durch die Probentrenneinrichtung gefördert werden, ohne dass die fluidische Probe bereits in die mobile Phase injiziert worden ist. Schon in dieser Phase ist eine Temperierung der mobilen Phase möglich. Nachfolgend kann die fluidische Probe in die mobile Phase injiziert werden, sodass die mobile Phase dann zeitweise fluidische Probe mit sich führt. Auch in dieser Phase ist eine Temperierung der mobilen Phase samt fluidischer Probe möglich. Nachdem die fluidische Probe an der Probentrenneinrichtung adsorbiert ist, kann mobile Phase (insbesondere mit zeitlich veränderlicher Lösungsmittelzusammensetzung, zum Beispiel entsprechend einem Gradientenprofil) durch die Probentrenneinrichtung gefördert werden, um die fluidische Probe fraktionsweise von der Probentrenneinrichtung abzulösen. Auch in dieser Phase ist eine Temperierung des Fluids möglich.In the context of the present application, the term "mobile phase with any components of the fluidic sample contained therein" is understood in particular to mean a mobile phase which may temporarily contain components of the fluidic sample and may be free from the fluidic sample in other periods. As part of a sample separation mobile phase can be promoted by the sample separation device, without the fluidic sample has already been injected into the mobile phase. Already in this phase a temperature control of the mobile phase is possible. Subsequently, the fluidic sample can be injected into the mobile phase so that the mobile phase then temporarily carries fluid sample with it. Also in this phase, a temperature control of the mobile phase including fluidic sample is possible. after the fluid sample is adsorbed on the sample separator, mobile phase (in particular with a time-varying solvent composition, for example, according to a gradient profile) can be conveyed through the sample separator to remove the fluidic sample fractionally from the sample separator. Also in this phase, a temperature of the fluid is possible.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Informationen betreffend einer Temperaturverteilung entlang der Probentrenneinrichtung (insbesondere Informationen hinsichtlich eines Temperaturgradienten in axialer Flussrichtung der mobilen Phase und der darin enthaltenen fluidischen Probe durch die Probentrenneinrichtung) konsultiert, um einen Einfluss eines solchen Temperaturprofils entlang der Probentrenneinrichtung auf die Reproduzierbarkeit eines Trennprozesses berücksichtigen zu können. Ein sich ausbildendes Temperaturprofil kann einen unerwünschten Einfluss auf die Ergebnisse einer Trennung haben. Die Reproduzierbarkeit wird durch zeitliche Entwicklung bzw Veränderungen des Temperaturprofils beeinflusst. Indem eine Steuerprozedur, die mittels einer Steuervorrichtung durchgeführt werden kann, Arbeitspunktverschiebungen der Probentrenneinrichtung aufgrund der Entstehung, Entwicklung oder Veränderung derartiger Temperaturgradienten erkennt und zumindest teilweise aktiv ausgleicht, ohne aber zwingend eine vollständige Unterdrückung des Temperaturgradienten selbst zu bezwecken, können durch eine Arbeitspunktverschiebung bedingte Reproduzierbarkeitsverluste ganz oder teilweise ausgeglichen werden und die damit einhergehenden unerwünschten Einflüsse auf das Trennergebnis unterdrückt oder ausgeschlossen werden. Die Arbeitspunktkorrektur der Probentrenneinrichtung kann insbesondere auf eine bestimmte Fraktion der fluidischen Probe von Interesse hin zugeschnitten sein und kann speziell deren (in der Regel temperaturabhängiges) Retentionsverhalten in unterschiedlichen aufeinanderfolgenden Trennsequenzen vereinheitlichen oder reproduzierbarer gestalten. According to an exemplary embodiment of the invention, information regarding a temperature distribution along the sample separator (in particular information regarding a temperature gradient in the axial flow direction of the mobile phase and the fluid sample contained therein by the sample separator) is consulted to determine the influence of such a temperature profile along the sample separator on the reproducibility to consider a separation process. A developing temperature profile can have an undesirable effect on the results of a separation. The reproducibility is influenced by temporal development or changes in the temperature profile. By a control procedure, which can be carried out by means of a control device recognizes working point shifts of the sample separator due to the formation, development or change of such temperature gradients and at least partially actively compensates, but without necessarily a complete suppression of the temperature gradient itself to target, caused by an operating point shift reproducibility losses quite or partially compensated for and the associated undesirable influences on the separation result are suppressed or excluded. The working point correction of the sample separation device can be tailored in particular to a specific fraction of the fluidic sample of interest and can specifically unify their (usually temperature-dependent) retention behavior in different successive separation sequences or make it more reproducible.
Insbesondere basieren exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung auf der Erkenntnis, dass durch einen signifikanten Druckabfall entlang der Probentrenneinrichtung im Falle einer HPLC-Anwendung (stromaufwärts der Probentrenneinrichtung kann ein Hochdruck von zumindest einigen 100 bar herrschen, wohingegen stromabwärts der Probentrenneinrichtung ein Niedrigdruck in der Größenordnung des Atmosphärendrucks herrschen kann) bei dem Passieren der fluidischen mobilen Phase (die mit einer fluidischen Probe versetzt sein kann) durch das Probentrennmedium der Probentrenneinrichtung Reibungswärme entstehen kann, die zu einer höheren Temperatur der mobilen Phase (insbesondere der mobilen Phase mit darin befindlicher fluidischer Probe) am Probentrenneinrichtungsausgang im Vergleich zu einer nominalen (insbesondere niedrigeren) Temperatur der mobilen Phase (insbesondere mit darin befindlicher fluidischer Probe) am Probentrenneinrichtungseingang führen kann. Die Berücksichtigung solcher Effekte erlaubt ein spezifisches aktives Gegensteuern, um durch einen aktiven Eingriff in das zeitabhängige Temperaturmanagement der in die Probentrenneinrichtung einströmenden und diese durchströmende Probe eine stabilere oder vollständig stabile Arbeitspunktcharakteristik sicherzustellen und somit negative Einflüsse auf die Reproduzierbarkeit zu vermeiden. In particular, exemplary embodiments of the invention are based on the finding that by a significant pressure drop along the sample separator in the case of HPLC application (upstream of the sample separator, a high pressure of at least several 100 bar prevail, whereas downstream of the sample separator a low pressure of the order of atmospheric pressure prevails can) upon passing the fluidic mobile phase (which may be fluidic sample) through the sample separation medium of the sample separator frictional heat may arise, resulting in a higher temperature of the mobile phase (in particular the mobile phase with fluidic sample therein) at the sample separator output in Compared to a nominal (in particular lower) temperature of the mobile phase (especially with fluidic sample therein) can lead to the sample separator input. The consideration of such effects allows a specific active countersteering in order to ensure a more stable or completely stable operating point characteristic by an active intervention in the time-dependent temperature management of the sample flowing into and flowing through the sample separator and thus to avoid negative influences on the reproducibility.
Im Weiteren werden Ausgestaltungen der Vorrichtung, des Verfahrens und des Probentrenngeräts beschrieben. In the following, embodiments of the device, the method and the sample separation device will be described.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung eine Temperaturerfasseinrichtung aufweisen, die zum Erfassen von für zumindest eine Temperatur an der Probentrenneinrichtung indikativer Daten und zum Bereitstellen der Daten als die vorbekannte Information an die Steuereinrichtung eingerichtet ist. Zum Beispiel kann es ausreichend sein, nur eine Ausgangstemperatur am Ausgang der Probentrenneinrichtung zu erfassen in der Annahme, die Eingangstemperatur am Eingang der Probentrenneinrichtung sei von einer Vorheizeinrichtung (zum Beispiel einer Säulentemperiereinheit) bekannt. Gemäß der beschriebenen Ausgestaltung wird mittels der Temperaturerfasseinrichtung eine Temperatur oder ein Temperaturprofil entlang der Axialerstreckung der Probentrenneinrichtung, die insbesondere einer Flussrichtung der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe während des Trennvorgangs (oder einer dazu entgegengesetzten Richtung) entspricht, mittels mindestens eines Temperatursensors messtechnisch erfasst bzw. detektiert. Dadurch kann die für eine Temperaturverteilung und -verlauf indikative Information experimentell zeit- und/oder ortsaufgelöst bestimmt und als Grundlage für die Steuerung oder Regelung verwendet werden. According to one embodiment, the device may comprise a temperature detection device, which is set up to detect indicative data for at least one temperature on the sample separation device and to provide the data as the previously known information to the control device. For example, it may be sufficient to detect only one exit temperature at the exit of the sample separator assuming that the inlet temperature at the inlet of the sample separator is known by a preheater (eg, a column temper unit). According to the embodiment described, a temperature or a temperature profile along the axial extent of the sample separation device, which corresponds in particular to a flow direction of the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample during the separation process (or a direction opposite thereto), by means of at least one temperature sensor metrologically detected or detected. As a result, the information indicative of a temperature distribution and course can be determined experimentally in terms of time and / or location and used as a basis for the control or regulation.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Temperaturerfasseinrichtung zum Erfassen von für mehrere Temperaturen an unterschiedlichen Positionen, insbesondere an unterschiedlichen Positionen entlang der Flussrichtung der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe durch die Probentrenneinrichtung, der Probentrenneinrichtung indikativer Daten als die vorbekannte Information eingerichtet sein. Wenn mehrere Temperaturwerte ortsabhängig entlang der Probentrenneinrichtung, insbesondere zeitaufgelöst, ermittelt werden, kann die Entwicklung in räumlicher und/oder zeitlicher Hinsicht der Temperaturverteilung überwacht werden und durch ein Nachführen oder Anpassen der Zufuhr oder Abfuhr thermischer Energie beantwortet werden. Insbesondere kann die Erfassung der mehreren Temperaturwerte an den Abschnitten des fluidischen Pfades erfolgen, die an die Probentrenneinrichtung anliegen. Eine Temperaturerfassung an der Zu- und Ableitung ist eine besonders vorteilhafte Wahl.According to one exemplary embodiment, the temperature detection device can be designed to detect indicative data for several temperatures at different positions, in particular at different positions along the flow direction of the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample through the sample separation device, as the previously known information. If a plurality of temperature values are determined as a function of location along the sample separation device, in particular time-resolved, the development can be monitored spatially and / or temporally with respect to the temperature distribution and by tracking or adjusting the supply or removal thermal energy to be answered. In particular, the detection of the plurality of temperature values can take place at the sections of the fluidic path which abut the sample separation device. A temperature detection at the inlet and outlet is a particularly advantageous choice.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die unterschiedlichen Positionen einen Einlass und einen Auslass der Probentrenneinrichtung enthalten. Unter einem Einlass der Probentrenneinrichtung wird insbesondere ein fluidischer Anschluss derselben verstanden, durch den mobile Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe von einer Position stromaufwärts der Probentrenneinrichtung (zum Beispiel von einem Injektor herkommend) in die Probentrenneinrichtung einfließt. Unter einem Auslass der Probentrenneinrichtung kann hingegen insbesondere ein fluidischer Anschluss der Probentrenneinrichtung verstanden werden, an dem die in Fraktionen getrennte fluidische Probe aus der Probentrenneinrichtung ausfließt, und zum Beispiel in einen Detektor zum Erfassen der einzelnen Fraktionen stromabwärts der Probentrenneinrichtung zufließt. Häufig, insbesondere bei Flüssigchromatographieanwendungen, entsteht ein monotoner (im mathematischen Sinne) Temperaturgradient entlang der Flussrichtung der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe in der Probentrenneinrichtung (insbesondere unter dem Einfluss von hydraulischer Reibungswärme), so dass Einlass und Auslass häufig die Extremwerte eines Temperaturbereichs entlang der Probentrenneinrichtung repräsentieren. Oft verstärkt sich ein solcher Temperaturgradient nur anfangs, bis er sich vollständig ausgebildet hat. Danach kann er im Wesentlichen konstant sein, und ändert sich dann nicht mehr. Anders ausgedrückt kann die Temperatur am Einlass der Probentrenneinrichtung einen Minimalwert und die Temperatur am Auslass der Probentrenneinrichtung einen Maximalwert entlang der Erstreckung der Probentrenneinrichtung aufweisen. Ein Beispiel der Steuerlogik könnte darin bestehen,, die Werte an Einlass und Auslass zu ermitteln und das thermische Management der in die Probentrenneinrichtung nachfließenden mobilen Phase nebst fluidischer Probe auf Basis dieser Messwerte so anzupassen, dass mit dem (zeitlich ansteigenden) Temperaturunterschied zwischen Einlass und Auslass einhergehende Arbeitspunktverschiebungen verringert oder eliminiert werden. Zum Beispiel kann durch Wichtung der ermittelten Temperaturwerte am Einlass und am Auslass Steuerinformation hinsichtlich einer Zwischenposition zwischen Einlass und Auslass erhalten bzw. abgeleitet werden. According to an embodiment, the different positions may include an inlet and an outlet of the sample separator. An inlet of the sample separation device is understood to mean, in particular, a fluidic connection thereof through which the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample flows into the sample separation device from a position upstream of the sample separation device (coming from an injector, for example). By contrast, an outlet of the sample separation device may, in particular, be understood as meaning a fluidic connection of the sample separation device at which the fluidic sample separated into fractions flows out of the sample separation device and, for example, flows into a detector for detecting the individual fractions downstream of the sample separation device. Often, especially in liquid chromatography applications, a monotonic (in the mathematical sense) temperature gradient along the flow direction of the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample in the sample separator (especially under the influence of hydraulic frictional heat), so that inlet and outlet often the extreme values a temperature range along the sample separator represent. Often, such a temperature gradient only increases initially until it has fully developed. After that, he can be essentially constant, and then does not change anymore. In other words, the temperature at the inlet of the sample separator may have a minimum value and the temperature at the outlet of the sample separator may have a maximum value along the extent of the sample separator. An example of the control logic could be to determine the inlet and outlet values and to adjust the thermal management of the mobile phase flowing into the sample separator, along with fluidic sample, based on these measurements so that the (time-increasing) temperature difference between inlet and outlet associated working point shifts are reduced or eliminated. For example, by weighting the determined temperature values at the inlet and at the outlet, control information regarding an intermediate position between inlet and outlet can be obtained.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Temperatursensoren am Einlass und am Auslass an einer die mobile Phase, insbesondere mobile Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe, führenden Kapillare (zum Beispiel eine Stahlkapillare) und/oder am Einlass und am Auslass an einer die fluidische Probe trennenden Säule (die das eigentliche Trennmedium enthalten kann) angebracht sein. Temperatursensoren zum Erfassen der Temperaturwerte an Einlass und Auslass können vorzugsweise an eine Kapillare angekoppelt werden, durch die die mobile Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe in die Probentrenneinrichtung eingeführt bzw. mittels welcher die mobile Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe aus der Probentrenneinrichtung abgeführt wird. Dadurch ist eine hohe Genauigkeit der erfassten Temperaturwerte in Bezug auf die mobile Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe gegeben, während gleichzeitig Störungen während des Probentrennens infolge der Temperaturmessung vermieden sind. Es ist praktischer, die Temperatur an den Anschüssen zu messen, die zum Gerät gehören oder im Gerät bleiben, als an der Säule, die häufiger getauscht oder gewechselt wird. Eine andere, sich als präzise erweisende Messmethode besteht darin, an der Trennsäule selbst und somit möglichst nah am Probentrennmedium der Probentrenneinrichtung Temperaturmessungen durchzuführen. Vorzugsweise können die Temperatursensoren an den beschriebenen Positionen (und/oder an anderen Positionen) der Probentrenneinrichtung so angebracht sein, dass die thermische Kopplung mit der Umgebung möglichst gering und mit der Probentrennvorrichtung bzw. speziell mit der mobilen Phase möglichst eng ist. Dadurch kann eine hohe Präzision erreicht werden. Dies kann zum Beispiel durch drahtlos kommunizierende Temperatursensoren oder über drahtgebundene Temperatursensoren (die dann von der Umgebung bestmöglich thermisch isoliert werden sollten) bewerkstelligt werden. According to one embodiment, temperature sensors at the inlet and outlet at a the mobile phase, in particular mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample, leading capillary (for example, a steel capillary) and / or at the inlet and at the outlet on a fluidic sample separating Pillar (which may contain the actual separation medium) may be appropriate. Temperature sensors for detecting the temperature values at the inlet and outlet can preferably be coupled to a capillary through which the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample is introduced into the sample separator or by means of which the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample the sample separator is removed. As a result, a high accuracy of the detected temperature values in relation to the mobile phase with optionally contained therein components of the fluidic sample is given, while avoiding disturbances during the sample separation due to the temperature measurement. It is more convenient to measure the temperature at the terminals that belong to the device or stay in the device, than at the column, which is replaced or changed more frequently. Another measuring method which proves to be precise is to carry out temperature measurements on the separation column itself and thus as close as possible to the sample separation medium of the sample separation device. Preferably, the temperature sensors may be mounted at the described positions (and / or at other positions) of the sample separation device so that the thermal coupling with the environment is as small as possible and as narrow as possible with the sample separation device or especially with the mobile phase. As a result, high precision can be achieved. This can be accomplished, for example, by wirelessly communicating temperature sensors or by wired temperature sensors (which should then be thermally isolated as best as possible from the environment).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, zur Arbeitspunktkorrektur eine Temperierung einer Vorheizeinrichtung (Pre-Heater) zum Vorheizen der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe stromaufwärts der Probentrenneinrichtung anzupassen. Damit kann für nachfolgende Trennzyklen und zugehörige Abschnitte fluidischer Probe stromaufwärts der Probentrenneinrichtung eine Temperaturkorrektur gegenüber vorangehenden Trennsequenzen und zugehöriger anderer Abschnitte fluidischer Probe erfolgen, die einer in der Probentrenneinrichtung erkannten Arbeitspunktsverschiebung entgegenwirkt. Bei einer chromatographischen Trennsäule (als Beispiel für eine Probentrenneinrichtung) beispielsweise erfolgt eine Lagerung der Trennsäule in einem Ofen (auch als Säulenofen bezeichnet), wobei stromaufwärts der Probentrenneinrichtung die mobile Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe eine Vorheizeinrichtung (mit einstellbarer Heiz- bzw. Kühlleistung) durchläuft, in welcher die mobile Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe auf eine gewünschte (nominale) Solltemperatur vortemperiert (insbesondere vorgeheizt) wird. Wenn die Steuereinrichtung also auf die Heizcharakteristika der Vorheizeinrichtung zeitaufgelöst Einfluss nimmt (und dadurch stärker oder schwächer heizt oder zeitweise sogar gekühlt), ist es möglich, entsprechende thermische Arbeitspunktverschiebungen an der stromabwärts angeordneten Probentrenneinrichtung abzuschwächen oder ganz oder teilweise auszugleichen bzw. im Vorhinein drohenden Arbeitspunktverschiebungen entgegenzusteuern.According to one exemplary embodiment, the control device can be set up to adjust a temperature control of a preheater for preheating the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample upstream of the sample separator. Thus, for subsequent separation cycles and associated sections of fluidic sample upstream of the sample separation device, a temperature correction can be made with respect to preceding separation sequences and associated other sections of fluidic sample, which counteracts a work-point displacement detected in the sample separation device. In a chromatographic separation column (as an example of a sample separation device), for example, a storage of the separation column in an oven (also referred to as column oven), wherein the upstream of the sample separation device, the mobile phase with optionally contained therein components of the fluidic Sample passes through a preheater (with adjustable heating or cooling capacity), in which the mobile phase with optionally contained therein components of the fluidic sample to a desired (nominal) set temperature preheated (in particular preheated) is. If the control device thus influences the heating characteristics of the preheater in a time-resolved manner (and thereby even more or less heated or even cooled), it is possible to attenuate or completely or partially compensate for corresponding thermal operating point offsets on the downstream sample separating device or counteract threatening operating point offsets in advance ,
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, zur Arbeitspunktkorrektur eine Temperierung eines Ofens über einen räumlichen Bereich hinweg ortsabhängig anzupassen, in dem die Probentrenneinrichtung angeordnet ist. Zum Beispiel kann der Ofen dabei in verschiedene räumliche Abschnitte oder Sektionen in Flussrichtung der Probe unterteilt werden, in denen unterschiedliche Ofentemperaturen eingestellt werden können. Es ist auch möglich, ein sich kontinuierlich räumlich aber auch zeitlich veränderndes Temperaturprofil entlang des Ofens einzustellen, um zum Beispiel eine Vorheizeinrichtung und/oder unterschiedliche Abschnitte der Probentrenneinrichtung auf eine jeweilige unterschiedliche Ausgangstemperatur zu bringen. Alternativ oder ergänzend zur vorangehend beschriebenen Steuerung einer Vorheizeinrichtung kann die Steuereinrichtung also auch die Temperierung der Probentrenneinrichtung und somit der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe mittels des Ofens zur Unterdrückung einer Arbeitspunktverschiebung einstellen, wodurch der fluidischen Probe axial ortsaufgelöst korrektive thermische Energie zugeführt oder entzogen werden kann. Dadurch kann ohne nennenswerten zusätzlichen apparativen Aufwand eine unerwünschte Verschiebung des thermischen Arbeitspunktes verursacht durch ein axiales Temperaturprofil entlang der Probentrenneinrichtung zumindest abgeschwächt, vorzugsweise eliminiert werden, ohne unerwünscht ein ausgeprägtes radiales Temperaturprofil zu generieren. According to one exemplary embodiment, the control device can be set up to adjust a temperature control of a furnace over a spatial region in a location-dependent manner for operating point correction, in which the sample separation device is arranged. For example, the furnace can be subdivided into different spatial sections or sections in the flow direction of the sample, in which different furnace temperatures can be set. It is also possible to set a continuously spatially but also temporally changing temperature profile along the furnace in order to bring, for example, a preheating device and / or different sections of the sample separation device to a respective different starting temperature. As an alternative or in addition to the previously described control of a preheating device, the control device can thus adjust the temperature of the sample separation device and thus the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample by means of the furnace to suppress a working point shift, whereby the fluidic sample axially corrected spatially resolved corrective thermal energy or can be withdrawn. As a result, an undesirable shift in the thermal operating point caused by an axial temperature profile along the sample separation device can at least be mitigated, preferably eliminated, without undesirably generating additional equipment, without undesirably generating a pronounced radial temperature profile.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, zur Arbeitspunktkorrektur eine Temperierung einer Direktheizung (d.h. die Einstellung einer erhöhten Temperatur an der Direktheizung durch entsprechende Ansteuerung der Direktheizung, zum Beispiel durch entsprechende Versorgung der Direktheizung mit elektrischer Energie) zumindest eines Abschnitts der Probentrenneinrichtung anzupassen. Zum Beispiel kann ein Eingangsbereich der Probentrenneinrichtung mittels einer solchen Direktheizung gezielt und ortsaufgelöst geheizt oder gekühlt werden, wohingegen ein Ausgangsbereich der Probentrenneinrichtung thermisch floaten kann (sodass sich die Temperatur dort frei einstellen kann), d.h. von einem gezielten Energieeintrag mittels der Direktheizung frei sein kann. In diesem Zusammenhang wird unter einer Direktheizung der Probentrenneinrichtung eine solche Heizeinrichtung verstanden, die unmittelbar, spezifisch oder ausschließlich auf die Probentrenneinrichtung einwirkt, um dort (insbesondere axial ortsabhängig) Energie zuzuführen oder abzuführen. Eine solche Direktheizung der Probentrenneinrichtung kann zum Beispiel durch eine vollständige oder teilweise Ummantelung einer Außenwandung der Probentrenneinrichtung mit einer Heizeinrichtung (zum Beispiel einer Heizwendel) erfolgen. Alternativ kann eine Direktheizung der Probentrenneinrichtung auch mittels einer Bestrahlung von ausgewählten Bereichen der Probentrenneinrichtung mit elektromagnetischer Strahlung (zum Beispiel Wärmestrahlung) realisiert werden, vorzugsweise in räumlich aufgelöster Weise. Dies hat den Vorteil, dass der axial durch die Probentrenneinrichtung fließenden mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe besonders spezifisch und präzise Temperaturprofile entlang der Probentrenneinrichtung aufgeprägt werden können, um einer Arbeitspunktverschiebung entgegenzuwirken oder initial das erwartete Profil einzuprägen, damit anschließend die Trennvorrichtung in ihrem natürlichen Regime betrieben werden kann, ohne dass eine Arbeitspunktverschiebung eintritt. Das Ausführungsbeispiel betreffend die Direktheizung der Probentrenneinrichtung kann alternativ oder ergänzend zur Anpassung mittels Beeinflussung von Ofen und/oder Vorheizeinrichtung erfolgen. According to an embodiment, the control means may be arranged to adjust a temperature control of direct heating (i.e., setting an elevated temperature on the direct heater by correspondingly driving the direct heater, for example by correspondingly supplying the direct heater with electrical energy) to at least a portion of the sample separator for operating point correction. For example, an input area of the sample separator can be heated or cooled in a targeted and spatially resolved manner by means of such direct heating, whereas an outlet area of the sample separator can thermally float (so that the temperature can freely set there), ie. can be free of a targeted energy input by means of direct heating. In this context, a direct heating of the sample separation device is understood as meaning a heating device which acts directly, specifically or exclusively on the sample separation device in order to supply or dissipate energy there (in particular axially depending on location). Such a direct heating of the sample separation device can be effected, for example, by a complete or partial coating of an outer wall of the sample separation device with a heating device (for example a heating coil). Alternatively, direct heating of the sample separation device can also be realized by means of irradiation of selected regions of the sample separation device with electromagnetic radiation (for example thermal radiation), preferably in a spatially resolved manner. This has the advantage that the mobile phase flowing axially through the sample separation device with components of the fluidic sample possibly contained therein can be impressed with particularly specific and precise temperature profiles along the sample separation device in order to counteract an operating point shift or to initially impress the expected profile, so that subsequently the separation device in FIG their natural regime can be operated without a shift in operating point occurs. The exemplary embodiment relating to the direct heating of the sample separating device can be carried out alternatively or in addition to the adaptation by influencing the furnace and / or preheating device.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, als die Information zumindest eine zu verwenden, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus empirischem Wissen hinsichtlich des Verhaltens des Probentrenngeräts und einem theoretischen Modell hinsichtlich des Verhaltens des Probentrenngeräts. Alternativ oder ergänzend zum Ermitteln der Information in messtechnischer Weise durch Erfassen von Temperaturwerten an einer oder mehreren bestimmten Positionen der Probentrenneinrichtung ist es also möglich, vorbekanntes experimentelles Wissen oder eine theoretische Modellvorstellung über die Verhaltensweise der Probentrenneinrichtung einzusetzen, um unter Einsatz empirisch ermittelter Messdaten oder einer theoretischen Modellierung der thermischen Verhältnisse innerhalb der Probentrenneinrichtung das Entstehen von Temperaturprofilen bzw. Arbeitspunktverschiebungen beim Betrieb des Probentrenngeräts vorauszusagen oder zu antizipieren und diese angenommene Temperaturprofilinformation als Basis für die Steuerung einzusetzen. Eine dynamische Erfassung von Temperaturinformation während des Betriebs der Probentrenneinrichtung und des Probentrenngeräts kann dann entbehrlich sein.According to an embodiment, the controller may be configured to use as the information at least one selected from a group consisting of empirical knowledge regarding the behavior of the sample separator and a theoretical model regarding the behavior of the sample separator. As an alternative or in addition to ascertaining the information in a metrological manner by detecting temperature values at one or more specific positions of the sample separation device, it is thus possible to use previously known experimental knowledge or a theoretical model of the behavior of the sample separation device to determine empirically determined measurement data or a theoretical model Modeling of the thermal conditions within the sample separator to predict or anticipate the emergence of temperature profiles or operating point shifts in the operation of the sample separation device and to use this assumed temperature profile information as the basis for the control. Dynamic acquisition of temperature information during the Operation of the sample separator and the sample separator may then be dispensable.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, die durch die axiale Temperaturverteilung bedingte Arbeitspunktverschiebung, insbesondere Arbeitspunktdrift, derart mittels Anpassens einer Temperierung der fluidischen Probe zumindest teilweise auszugleichen, dass zumindest für eine vorgegebene Fraktion der fluidischen Probe unterschiedliche Auswirkungen der axialen Temperaturverteilung auf ein Trennergebnis in aufeinanderfolgenden Trennzyklen zumindest teilweise ausgeglichen werden. Wenn nacheinander unterschiedliche fluidische Portionen einer fluidischen Probe in der Probentrenneinrichtung in ihre Fraktionen getrennt werden, kann es bei einer Veränderung des Arbeitspunks der Probentrenneinrichtung dazu kommen, dass die einzelnen Trennergebnisse nicht zuverlässig reproduzierbar und daher nicht mehr direkt vergleichbar sind (zum Beispiel wenn die temperaturbedingten Selektivitätsänderungen eintreten). Vielmehr können diese Trennergebnisse dann zum Beispiel für eine bestimmte Fraktion der fluidischen Probe, die für einen Benutzer gegenwärtig von besonderem Interesse ist, aufgrund der Arbeitspunktverschiebung voneinander abweichen. Die Anpassung des Arbeitspunkts kann zur Vermeidung der beschriebenen Phänomene selektiv derart erfolgen, das speziell für diese Fraktion auftretende Reproduzierbarkeitsprobleme reduziert oder eliminiert werden. Insbesondere kann das Erhalten reproduzierbarer Trennergebnisse für eine bestimmte Fraktion der fluidischen Probe dadurch begünstigt werden, dass eine spezielle Temperatur (d.h. eine Soll-Temperatur, die für diese bestimmte Fraktion zu reproduzierbaren Trennergebnissen führt) an einer ganz speziellen axialen Position entlang der Probentrenneinrichtung (zum Beispiel genau in der Mitte zwischen Einlass und Auslass, oder an einer Position, die X Prozent (zum Beispiel 60 Prozent) vom Einlass und 100-X Prozent (zum Beispiel 40 Prozent) vom Auslass entfernt ist) aufrechterhalten wird. Um eine Reproduzierbarkeit speziell für eine Fraktion von Interesse zu erreichen, kann die Ausgleichswirkung der Steuereinrichtung auf diese Fraktion fokussieren. Gemäß der beschriebenen Ausgestaltung können axiale Temperaturprofile, die ein sukzessives Aufheizen der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe während Durchlaufens der Probentrenneinrichtung abbilden, an einer bestimmten Position oder in einem bestimmten räumlichen Bereich der Probentrenneinrichtung kompensiert werden. According to one embodiment, the control device may be configured to at least partially compensate for the operating point shift caused by the axial temperature distribution, in particular working point drift, by adjusting a temperature control of the fluidic sample such that different effects of the axial temperature distribution on a separation result in at least for a given fraction of the fluidic sample successive separation cycles are at least partially compensated. If successive different fluidic portions of a fluidic sample in the sample separator are separated into their fractions, it may happen that the individual separation results are not reliably reproducible and therefore no longer directly comparable (for example, if the temperature-induced selectivity changes enter). Rather, these separation results may then diverge, for example, for a particular fraction of the fluidic sample currently of particular interest to a user due to the shift in the operating point. The adjustment of the operating point can be done selectively to avoid the phenomena described so as to reduce or eliminate the reproducibility problems specific to that fraction. In particular, obtaining reproducible separation results for a particular fraction of the fluidic sample may be facilitated by having a specific temperature (ie, a target temperature that results in reproducible separation results for that particular fraction) at a very particular axial position along the sample separator (e.g. just midway between inlet and outlet, or at a position that is X percent (for example 60 percent) away from the inlet and 100 X percent (eg 40 percent) away from the outlet). To achieve reproducibility specifically for a fraction of interest, the balancing action of the controller may focus on that fraction. According to the described embodiment, axial temperature profiles which reproduce a successive heating of the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample during passage through the sample separator can be compensated for at a specific position or in a certain spatial area of the sample separator.
Vorteilhaft kann gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel von einem unerwünschten, zu einer radialen Temperaturverteilung führenden, vollständigen Ausgleich des Temperaturprofils entlang der gesamten Probentrenneinrichtung abgesehen werden. Dies könnte die Trennleistung reduzieren. Advantageously, according to an exemplary embodiment of an undesirable, leading to a radial temperature distribution, complete compensation of the temperature profile along the entire sample separation device will be omitted. This could reduce the separation efficiency.
Insbesondere kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, als das Trennergebnis einen für eine Retention der vorgegebenen Fraktion der fluidischen Probe indikativen Retentionsparameter, insbesondere eine Retentionszeit oder ein Retentionsvolumen, zumindest teilweise auszugleichen bzw. zeitlich konstant zu halten. Anders ausgedrückt kann die Ausgleichswirkung der Steuereinrichtung so eingestellt werden, dass bei einer Chromatographie-Trennung die Retentionszeit (d.h. die Zeit, die eine bestimmte Fraktion benötigt, um bis zu einem Detektor zu gelangen) oder das Retentionsvolumen (d.h. ein Lösungsmittelvolumen, das die Probentrenneinrichtung zu durchfließen, bis eine bestimmte Fraktion von der Probentrenneinrichtung gelöst wird und dann zu einem Detektor fließt) für eine bestimmte Fraktion bei unterschiedlichen Trennsequenzen immer gleich ist. Ein Peak von Interesse tritt dann in einem Chromatogramm immer an derselben Position auf, ungeachtet von einem bestehenden oder sogar zeitlich veränderlichen Temperaturprofil entlang der Probentrenneinrichtung. In particular, the control device can be set up as the separation result to at least partially compensate for a time retention of a retention parameter indicative of a retention of the predetermined fraction of the fluidic sample, in particular a retention time or a retention volume. In other words, the balancing action of the controller may be adjusted such that in a chromatographic separation, the retention time (ie, the time required for a particular fraction to reach a detector) or the retention volume (ie, a volume of solvent that the sample separator uses) flow through until a particular fraction is released from the sample separator and then flows to a detector) for a given fraction is always the same for different separation sequences. A peak of interest then always appears in a chromatogram at the same position regardless of an existing or even time-varying temperature profile along the sample separator.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, die unterschiedlichen Auswirkungen der axialen Temperaturverteilung auf das Trennergebnis für die ausgewählte Fraktion der fluidischen Probe in den aufeinanderfolgenden Trennsequenzen zumindest teilweise auszugleichen. Eine solche axiale Temperaturverteilung kann auf Reibungswärme, insbesondere auf von einem Lösungsmittel der fluidischen Probe abhängiger Reibungswärme, infolge eines Druckabfalls der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe beim Durchfließen der Probentrenneinrichtung beruhen. Während des Durchlaufens der Probentrenneinrichtung ist die mobile Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe bei chromatographischen Trennsystemen einem Druckabfall ausgesetzt, wobei stromaufwärts der Probentrenneinrichtung ein Hochdruck durch eine Fluidpumpe erzeugt wird und stromabwärts der Probentrenneinrichtung ein Anschluss an Normal- oder Umgebungsdruck erfolgt. Dieser Druckabfall geht einher mit dem Entstehen von Reibungswärme, die zu einer kontinuierlichen Aufheizung der mobilen Phase, beinhaltend die fluidische Probe, einerseits während des Durchlaufens der Probentrenneinrichtung und andererseits während des Durchführens unterschiedlicher aufeinanderfolgender Trennsequenzen mit fluidischer Probe an derselben Probentrenneinrichtung führen kann. Durch Kompensation eines solchen Effekts (speziell bezogen auf eine bestimmte Fraktion der fluidischen Probe bzw. einen bestimmten Peak in einem Chromatogramm) kann die Genauigkeit der Probentrennung erhöht werden. According to one embodiment, the control device may be configured to at least partially offset the different effects of the axial temperature distribution on the separation result for the selected fraction of the fluidic sample in the successive separation sequences. Such an axial temperature distribution can be based on frictional heat, in particular on frictional heat dependent on a solvent of the fluidic sample, as a result of a drop in pressure of the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample as it flows through the sample separator. During the passage of the sample separation device, the mobile phase is optionally exposed to pressure drop components of the fluidic sample in chromatographic separation systems, wherein upstream of the sample separator a high pressure is generated by a fluid pump and downstream of the sample separator is connected to normal or ambient pressure. This pressure drop is accompanied by the generation of frictional heat, which can lead to continuous heating of the mobile phase, including the fluidic sample, on the one hand during the passage of the sample separation device and on the other hand during the performance of different sequential fluidic separation sequences on the same sample separation device. By compensating for such an effect (especially with respect to a specific fraction of the fluidic sample or a specific peak in a chromatogram), the accuracy of the sample separation can be increased.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorrichtung eine Wärmerückführeinrichtung aufweisen, die zum zumindest teilweisen Rückführen von beim Durchfließen der Probentrenneinrichtung freiwerdender Wärme (insbesondere Reibungswärme) an eine Position stromaufwärts des Freiwerdens der Wärme eingerichtet ist. Eine solche Wärmerückführeinrichtung kann den Effekt des Freiwerdens von Reibungswärme vorteilhaft verwerten, um (zumindest teilweise) eine Heizleistung zum Heizen der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe aufzubringen. Dies reduziert den Energieverbrauch beim Betrieb der Probentrenneinrichtung. Wie oben beschrieben, führt das Durchlaufen einer Probentrenneinrichtung durch eine mobile Phase zum Ausbilden von Reibungswärme, die mit dem durch die mobile Phase zurückgelegten Weg kontinuierlich zunimmt. In one embodiment, the apparatus may include a heat recovery device configured to at least partially recycle heat (particularly frictional heat) released as it flows through the sample separator to a position upstream of the release of the heat. Such a heat recovery device can advantageously utilize the effect of the release of frictional heat in order (at least partially) to apply a heating power for heating the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample. This reduces the energy consumption during operation of the sample separator. As described above, passing a sample separator through a mobile phase results in the generation of frictional heat, which increases continuously with the distance traveled by the mobile phase.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Position stromaufwärts des Freiwerdens der Wärme (insbesondere Reibungswärme) einer Vorheizeinrichtung zum Vorheizen der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe stromaufwärts der Probentrenneinrichtung zugeordnet sein. Es ist daher vorteilhaft möglich, die frei werdende Reibungswärme zumindest teilweise an eine Vorheizeinrichtung stromaufwärts der Probentrenneinrichtung zu überführen, so dass deren Energieverbrauch reduziert werden kann. Ferner ist es möglich, zumindest einen Teil der frei werdenden Reibungswärme an einen Ofen zum Heizen der Probentrenneinrichtung (und auch der Vorheizeinrichtung) zuzuführen. According to one embodiment, the position upstream of the release of the heat (in particular frictional heat) may be associated with a preheater for preheating the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample upstream of the sample separator. It is therefore advantageously possible to transfer the released heat of friction at least partially to a preheater upstream of the sample separator, so that their energy consumption can be reduced. Further, it is possible to supply at least a part of the released frictional heat to a furnace for heating the sample separator (and also the preheater).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die durch die axiale Temperaturverteilung bedingte Arbeitspunktverschiebung, insbesondere Arbeitspunktdrift, eine Veränderung eines vorgegebenen Arbeitspunkts der Probentrenneinrichtung infolge einer Veränderung der axialen Temperaturverteilung in aufeinanderfolgenden Trennsequenzen sein, wobei in den aufeinanderfolgenden Trennsequenzen aufeinanderfolgende Abschnitte der fluidischen Probe mittels der Probentrenneinrichtung getrennt werden. Wenn unterschiedliche Quantitäten oder Portionen einer fluidischen Probe einzeln und nacheinander Trennsequenzen an derselben Probentrenneinrichtung (insbesondere an derselben Chromatographie-Trennsäule) unterworfen werden, kann es durch die oben beschriebene Reibungswärme und/oder andere thermische Effekte (zum Beispiel im Zusammenhang mit einer adiabatischen Entspannung) dazu kommen, dass sich ein Temperaturprofil und/oder eine Durchschnittstemperatur der Probentrenneinrichtung verändert. Dies kann als Arbeitspunktverschiebung bezeichnet werden, welche die Reproduzierbarkeit der Trennergebnisse unerwünscht beeinflussen kann. Indem, insbesondere bezogen auf eine oder mehrere Fraktionen der fluidischen Probe von Interesse, diese Arbeitspunktverschiebung zielgerichtet korrigiert bzw. kompensiert wird, insbesondere bezogen auf die eine oder mehreren Fraktionen von Interesse, kann eine verbesserte Vergleichbarkeit unterschiedlicher Teilmessungen erreicht werden. Dabei kann vorteilhaft davon abgesehen werden, die gesamte Probentrenneinrichtung auf eine einheitliche Temperatur zu bringen, was zu unerwünschten radialen Temperaturgradienten und einer damit einhergehenden Verschlechterung der Trennleistung führen könnte. According to one embodiment, the working point displacement caused by the axial temperature distribution, in particular operating point drift, may be a change in a predetermined operating point of the sample separator due to a change in the axial temperature distribution in successive separation sequences, wherein successive sections of the fluidic sample are separated in the successive separation sequences by means of the sample separator. If different quantities or portions of a fluidic sample are individually and sequentially subjected to separation sequences on the same sample separation device (in particular on the same chromatography separation column), it may be due to the frictional heat described above and / or other thermal effects (for example in connection with adiabatic relaxation) come that changes a temperature profile and / or an average temperature of the sample separator. This can be referred to as an operating point shift, which can undesirably affect the reproducibility of the separation results. By, in particular with respect to one or more fractions of the fluidic sample of interest, this operating point shift is targeted corrected or compensated, in particular based on the one or more fractions of interest, an improved comparability of different partial measurements can be achieved. It may be advantageous to refrain from bringing the entire sample separator to a uniform temperature, which could lead to undesirable radial temperature gradients and a concomitant deterioration of the separation performance.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, zum zumindest teilweisen Ausgleichen der Arbeitspunktverschiebung, insbesondere Arbeitspunktdrift, eine Abweichung eines durch die Information hinsichtlich einer gegenwärtigen axialen Temperaturverteilung definierten Ist-Arbeitspunkts von einem vorgegebenen Soll-Arbeitspunkt zumindest teilweise auszugleichen. Der Ist-Arbeitspunkt kann durch eine Temperaturmessung der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe im Bereich der Probentrenneinrichtung ermittelt werden (zum Beispiel am Eingang und am Ausgang der Probentrenneinrichtung). Der Soll-Arbeitspunkt entspricht einem gewünschten Zustand bzw. gewünschten thermischen Verhältnissen, der oder die zum Erzielen von Reproduzierbarkeit wünschenswert ist oder sind. Die Veränderung der thermischen Eigenschaften der mobilen Phase mit gegebenenfalls darin enthaltenen Komponenten der fluidischen Probe kann derart erfolgen, dass der vom Soll-Arbeitspunkt abweichende Ist-Arbeitspunkt dem Soll-Arbeitspunkt wieder angenähert wird oder diesen sogar erreicht. According to one exemplary embodiment, the control device may be set up to at least partially compensate for a deviation of an actual operating point defined by the information regarding a current axial temperature distribution from a predetermined desired operating point for at least partially compensating the operating point shift, in particular operating point drift. The actual operating point can be determined by measuring the temperature of the mobile phase with optionally contained components of the fluidic sample in the region of the sample separator (for example at the inlet and at the outlet of the sample separator). The desired operating point corresponds to a desired state or desired thermal conditions, which is or are desirable for achieving reproducibility. The change in the thermal properties of the mobile phase with optionally contained therein components of the fluidic sample can be such that the deviating from the desired operating point actual operating point is approaching the desired operating point or even reached this.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Arbeitspunkt zu der axialen Temperaturverteilung entlang der Probentrenneinrichtung (oder eines Teils davon) korrespondieren, insbesondere durch eine Relation zwischen Temperaturen an einem Einlass und an einem Auslass der Probentrenneinrichtung bestimmt sein. Zum Beispiel kann der Arbeitspunkt durch einen arithmetischen Mittelwert von Temperaturen an einem Einlass und an einem Auslass der Probentrenneinrichtung bestimmt sein. Insbesondere kann ein zeitlicher Verlauf der gemessenen Temperaturen und/oder das Wissen über die Vorgeschichte (Flusswert-Historie, Lösungsmittelzusammensetzung-Historie, Druckwert-Historie, etc.) mit herangezogen werden, um die Prognose und somit eine gewünschte oder notwendige Korrektur zu erstellen oder zu verbessern. Obwohl ein Konstanthalten des arithmetischen Mittelwerts der beiden Temperaturen an Einlass und Auslass mit geringem Aufwand zu guten Ergebnissen führt, sind andere Relationen zwischen den Temperaturen an Einlass und Auslass möglich. Beispiele hierfür sind eine Wichtung der beiden Temperaturen (zum Beispiel Berücksichtigung der Temperatur am Einlass mit einem Wichtungskoeffizienten von 2/3, wohingegen die Temperatur am Auslass nur mit einem Wichtungskoeffizienten von 1/3 berücksichtigt wird) oder eine Exponentialfunktion oder eine Polynomfunktion, in welche die beiden Temperaturen eingehen.According to one embodiment, the operating point may correspond to the axial temperature distribution along the sample separator (or a part thereof), in particular determined by a relation between temperatures at an inlet and at an outlet of the sample separator. For example, the operating point may be determined by an arithmetic mean of temperatures at an inlet and at an outlet of the sample separator. In particular, a temporal course of the measured temperatures and / or the knowledge about the previous history (flow value history, solvent composition history, pressure value history, etc.) can be used to create the forecast and thus a desired or necessary correction or improve. Although keeping the arithmetic mean of the two inlet and outlet temperatures constant with little effort gives good results, other relationships between inlet and outlet temperatures are possible. Examples include a weighting of the two temperatures (for example, taking into account the temperature at the inlet with a Weighting coefficients of 2/3, whereas the temperature at the outlet is taken into account only with a weighting coefficient of 1/3) or an exponential function or a polynomial function, in which the two temperatures enter.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, die Arbeitspunktverschiebung, insbesondere Arbeitspunktdrift, der Probentrenneinrichtung dadurch zumindest teilweise auszugleichen, dass für aufeinanderfolgende Trennzyklen zum Trennen der fluidischen Probe eine Temperatur an zumindest einer vorgegebenen Position entlang der Probentrenneinrichtung konstant gehalten wird. Dagegen kann die Steuereinrichtung eine Variation von Temperaturen an von der vorgegebenen Position unterschiedlichen anderen axialen Positionen entlang der Probentrenneinrichtung und somit im Allgemeinen eine Veränderung eines Temperaturprofils entlang der Probentrenneinrichtung durchaus zulassen. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn bereits das Konstanthalten einer Temperatur an einer bestimmten Position der Probentrenneinrichtung (zum Beispiel aufgrund vorbekannten Expertenwissens bzw. durchgeführter Messungen) zu einer Reproduzierbarkeit der Trennung (insbesondere bezogen auf eine spezielle Fraktion der fluidischen Probe) führt. According to one exemplary embodiment, the control device can be set up to at least partially compensate the working point drift, in particular working point drift, by keeping a temperature at least one predetermined position along the sample separation device constant for successive separation cycles for separating the fluidic sample. In contrast, the control device may well allow a variation of temperatures at different axial positions along the sample separation device from the predetermined position and thus generally a change in a temperature profile along the sample separation device. This can be advantageous, in particular, if the keeping constant of a temperature at a specific position of the sample separation device (for example due to previously known expert knowledge or carried out measurements) leads to a reproducibility of the separation (in particular based on a specific fraction of the fluidic sample).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung eingerichtet sein, die zu erwartende Verschiebung des Arbeitpunktes der Probentrenneinrichtung basierend auf mindestens einer Eigenschaft der in einer mobilen Phase befindlichen fluidischen Probe (insbesondere einer Flussrate der Flüssigkeit aus der mobilen Phase und der darin befindlichen fluidischen Probe) und/oder einer Lösungsmittelzusammensetzung der mobilen Phase (die zum Beispiel aus einem organischen Lösungsmittel und Wasser mit während eines Gradientenlaufs veränderlichen Einzelbeiträgen zusammengesetzt sein kann) vorauszusagen (zum Beispiel zu modellieren, zu berechnen, etc.) und aufgrund dieser Daten dieser Verschiebung entgegenzusteuern. Der Effekt der oben beschriebenen Reibungswärme ist zum Beispiel für ein organisches Lösungsmittel anders ausgeprägt als für Wasser. Die Berücksichtigung der Lösungsmittelzusammensetzung erlaubt daher eine besonders hohe Präzision bei der mittels der Steuereinrichtung durchgeführten Korrektur. Auch die Flussrate hat einen Einfluss auf die thermischen Effekte, welche zu einer Arbeitspunktverschiebung führen können, sodass eine Berücksichtigung des gegenwärtigen Werts der Flussrate für die Korrektur ebenfalls eine weitere Verbesserung der Reproduzierbarkeit mit sich bringt. According to one embodiment, the control device can be set up, the expected shift of the working point of the sample separation device based on at least one property of the mobile phase in a fluidic sample (in particular a flow rate of the liquid from the mobile phase and the fluidic sample therein) and / or a mobile phase solvent composition (which may be composed, for example, of an organic solvent and water with variable contributions during a gradient run) to predict (for example, model, calculate, etc.) and, based on this data, counteract this shift. The effect of the frictional heat described above is different for example for an organic solvent than for water. The consideration of the solvent composition therefore allows a particularly high degree of precision in the correction carried out by means of the control device. Also, the flow rate has an influence on the thermal effects, which can lead to an operating point shift, so that taking into account the current value of the flow rate for the correction also brings about a further improvement of the reproducibility.
Das Probentrenngerät kann eine Pumpe zum Bewegen einer mobilen Phase aufweisen. Eine solche Pumpe kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr, durch das System hindurch zu pumpen. Alternativ oder ergänzend kann das Probentrenngerät einen Probeninjektor zur Injektion der Probe in eine mobile Phase aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine Nadel in einem Sitz eines entsprechenden Flüssigkeitspfades aufweisen, die aus diesem Sitz herausfahren kann, um Probe aufzunehmen, und die nach dem Wiedereinführen in den Sitz die Probe in das System injiziert. Alternativ oder ergänzend kann das Probentrenngerät einen Probenfraktionierer zum Fraktionieren der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionierer kann die verschiedenen Komponenten zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Waste-Container zugeführt werden. The sample separator may include a pump for moving a mobile phase. Such a pump may, for example, be adapted to pump the mobile phase through the system at a high pressure, for example from a few hundred bars up to 1000 bars or more. Alternatively or additionally, the sample separation device may have a Probeninjektor for injection of the sample into a mobile phase. Such a sample injector may include a needle in a seat of a corresponding fluid pathway that may extend out of that seat to receive sample and which, upon reintroduction into the seat, injects the sample into the system. Alternatively or additionally, the sample separation apparatus may include a sample fractionator for fractionating the separated components. Such a fractionator may carry the various components, for example, into different liquid containers. The analyzed sample can also be fed to a waste container.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen. Other objects and many of the attendant advantages of embodiments of the present invention will be readily appreciated and become better understood by reference to the following more particular description of embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. Features that are substantially or functionally the same or similar are given the same reference numerals.
Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.The illustration in the drawing is schematic.
Während ein Flüssigkeitspfad zwischen der Pumpe
Ferner ist gemäß
Das Probentrenngerät
Somit ist die Steuereinrichtung
Wie in
Gemäß
Bevor Bezug nehmend auf die weiteren Figuren weitere exemplarische Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben werden, sollen noch einige allgemeine Überlegungen beschrieben werden, auf deren Basis exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung entwickelt worden sind. Before further exemplary embodiments are described in detail with reference to the further figures, a few general considerations will be described on the basis of which exemplary embodiments of the invention have been developed.
Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass ein einziger Sensor genau an der Stelle der Säule angebracht ist, wo der Arbeitspunkt gehalten werden soll (zum Beispiel die Mitte). Die Steuereinrichtung
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Temperatur einer Probentrenneinrichtung basierend auf einer Temperaturdetektion am Eingang und am Ausgang der Probentrenneinrichtung gesteuert werden. Insbesondere ist daher die Steuerung einer Säulentemperatur basierend auf einer Mehrpunkttemperaturmessung möglich. According to an exemplary embodiment of the invention, the temperature of a sample separator may be controlled based on temperature detection at the input and output of the sample separator. In particular, therefore, the control of a column temperature based on a multi-point temperature measurement is possible.
Hierbei kann insbesondere einem Temperaturgradienten über die Probentrenneinrichtung hinweg Rechnung getragen werden, der durch Reibungswärme generiert wird, die üblicherweise die Auslasstemperatur einer Trennsäule während des druckbeaufschlagten Betriebs des Probentrenngeräts anhebt. Ein solcher Effekt kann eine Größenordnung von zum Beispiel 20°C Temperaturerhöhung pro 1000 bar Druckabfall haben.In particular, a temperature gradient across the sample separation device can be taken into account, which is generated by frictional heat, which usually raises the outlet temperature of a separation column during the pressurized operation of the sample separation device. Such an effect may have a magnitude of, for example, 20 ° C increase in temperature per 1000 bar pressure drop.
In moderner UHPLC ist eine häufige Bedingung, dass die Flussrate bis zum Limit angehoben wird. Dies kann zu einer Temperaturerhöhung entlang einer HPLC-Säule führen, die auf einen Druckabfall entlang der Säule zurückzuführen ist und mit dem Auftreten von Reibungswärme erklärt werden kann.In modern UHPLC, a common condition is that the flow rate is raised to the limit. This can lead to a temperature increase along an HPLC column, which is due to a pressure drop along the column and with the occurrence of frictional heat can be explained.
Diese Temperaturerhöhung ist ein „Pro-Länge“-Aspekt, der Hand in Hand mit dem Druckabfall entlang einer Probentrenneinrichtung erfolgt. Dadurch bildet sich eine graduelle Temperaturerhöhung entlang des Säulenbetts während des Betriebs aus. Das bloße Aufprägen eines isothermen Regimes auf die Säule zum Ausgleich des beschriebenen Effekts kann dabei sogar kontraproduktiv sein, da in solch einem Fall ein axialer Gradient in einen radialen Gradienten überführt werden kann, was im Hinblick auf die erreichbare HPLC-Leistungsfähigkeit zu noch schlechteren Ergebnissen führen kann. Insbesondere könnte dies zu einer starken Dispersion eines Peaks führen, insbesondere dann, wenn Säulen mit einem relativ großen Innendurchmesser eingesetzt werden. Kurz zusammengefasst kann, während ein wesentlicher axialer Gradient die Retentionszeit und die Selektivität beeinflussen kann, schon ein kleiner radialer Gradient die Effizienz durch eine wesentliche Dispersion verschlechtern. This increase in temperature is a "per-length" aspect that occurs hand in hand with the pressure drop along a sample separator. As a result, a gradual increase in temperature along the column bed during operation forms. The mere imposition of an isothermal regime on the column to compensate for the described effect may even be counterproductive since, in such a case, an axial gradient can be converted into a radial gradient, which leads to even poorer results with regard to the achievable HPLC performance can. In particular, this could lead to a strong dispersion of a peak, especially when columns with a relatively large inside diameter are used. In short, while a substantial axial gradient may affect retention time and selectivity, even a small radial gradient may degrade efficiency by substantial dispersion.
Es ist allgemein anzumerken, dass ein Temperieren ein Heizen oder ein Kühlen sein kann, da nach Bedarf oder gewählter Zieltemperatur nicht nur ein Heizen, sondern auch Kühlen vorteilhaft sein kann. Auch kann unter gewissen Bedingungen (zum Beispiel speziellen Medien) eine Reibungswärme tatsächlich ein Kühlen vorteilhaft sein lassen. It is generally noted that tempering may be heating or cooling since not only heating but also cooling may be beneficial as needed or chosen target temperature. Also, under certain conditions (for example, special media), frictional heat may actually make cooling advantageous.
Basierend auf den obigen Überlegungen kann mit exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine ursprüngliche (das heißt nicht durch reibungsbehaftete Temperaturerhöhungen beeinflusste) Selektivität zurückgewonnen werden, indem die Temperatur (zum Beispiel des Ofens) auf niedrigere Werte gesetzt wird. Als Daumenregel kann eine solche Anpassung so erfolgen, dass dadurch die halbe Temperaturerhöhung aufgrund von Reibungswärme kompensiert wird. Auf diese Weise kann die mittlere Säulentemperatur unverändert bleiben, wodurch Selektivitätsveränderungen verringert oder sogar minimiert werden können. Based on the above considerations, with exemplary embodiments of the invention, original selectivity (i.e., not affected by frictional temperature increases) can be recovered by setting the temperature (eg, of the furnace) to lower values. As a rule of thumb, such an adjustment can be made so that half the temperature increase due to frictional heat is compensated. In this way, the mean column temperature can remain unchanged, whereby selectivity changes can be reduced or even minimized.
In einer exemplarischen Implementierung ist es möglich, die Einlasstemperatur und die Auslasstemperatur zu bestimmen und für die thermische Steuerung zur Arbeitspunkteinstellung der Probentrenneinrichtung zu berücksichtigen. Hierfür kann ein erster Temperatursensor an einem Einlassende der Säule und ein anderer Temperatursensor an einem Auslassende der Säule angebracht werden. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, die Sensoren nahe dem Flüssigkeitsstrom und daher nahe der Säule anzuordnen. Auf diese Weise ist es möglich, nicht nur das Vorheizen auf eine Flussabhängigkeit und auf Umgebungsbedingungen hin anzupassen, sondern auch präzise die Auswirkungen zu detektieren, die Reibungswärme unter den gegebenen Betriebsbedingungen tatsächlich hat. In an exemplary implementation, it is possible to determine the inlet temperature and the outlet temperature and to account for the thermal control for operating point adjustment of the sample separator. For this purpose, a first temperature sensor can be attached to one inlet end of the column and another temperature sensor to an outlet end of the column. It is particularly advantageous here to arrange the sensors near the liquid flow and therefore close to the column. In this way, it is possible not only to adapt the preheating to flow dependency and environmental conditions, but also to precisely detect the effects that frictional heat actually has under the given operating conditions.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine angepasste Steuerung möglich. Die thermische Steuerung einer Vorheizeinrichtung kann zum Anpassen der Energie implementiert werden, um eine bestimmte gewichtete Mittelung von zwei gemessenen Werten zu erreichen. Die Gewichtsfaktoren können in eine chromatographische Methode eingehen. In einem spezifischen Fall kann im Falle vorliegender Reibungswärme und eines Gewichtungsfaktors von 50% von Temperaturwerten gemäß Einlass- und Auslasssensoren zur Korrektur die mittlere Säulentemperatur auf den arithmetischen Mittelwert zwischen den Temperaturen am Säuleneingang und am Säulenausgang eingestellt werden. Die mittlere Säulentemperatur folgt dann exakt dem Methodenwert. According to an exemplary embodiment, a customized control is possible. The thermal control of a preheater may be implemented to adjust the energy to achieve a particular weighted average of two measured values. The weight factors can enter into a chromatographic method. In a specific case, in the case of the present frictional heat and a weighting factor of 50% of temperature values according to inlet and outlet sensors for correction, the mean column temperature can be set to the arithmetic mean between the column inlet and column outlet temperatures. The mean column temperature then follows exactly the method value.
Allgemeiner ausgedrückt kann die Auswirkung einer Arbeitspunktverschiebung, insbesondere Arbeitspunktdrift, der Probentrenneinrichtung also dadurch korrigiert werden, dass bei Auftreten von Temperaturprofilen über die Axialerstreckung der Probentrenneinrichtung hinweg eine Anpassung der Temperierung der in die Probentrenneinrichtung nachfließenden fluidischen Probe so erfolgt, dass eine dadurch angepasste mittlere Temperatur der Probentrenneinrichtung einer Soll-Temperatur gemäß einer vorgegebenen chromatografischen Methode entspricht. Expressed more generally, the effect of an operating point shift, in particular working point drift, of the sample separation device can thus be corrected by adjusting the temperature control of the fluid sample flowing into the sample separation device so that a mean temperature adapted thereby can be adjusted when temperature profiles occur over the axial extent of the sample separation device Sample separator corresponds to a desired temperature according to a predetermined chromatographic method.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist auch eine integrierte Lösung möglich. Ein Probentrenngerät kann hierfür mit einer rekursiv operierenden Heizeinrichtung ausgestattet werden, mithin an der Probentrenneinrichtung auftretende Reibungswärme von dort abgeführt und zum Vorheizen nachfließender fluidischer Probe eingesetzt werden. Auf diese Weise kann die Reibungswärme zum Vorwärmen der einströmenden Flüssigkeit nützlich eingesetzt werden. According to an exemplary embodiment, an integrated solution is also possible. For this purpose, a sample separation device can be equipped with a recursively operating heating device, thus removing frictional heat occurring at the sample separation device from there and used for preheating subsequent fluidic sample. In this way, the frictional heat can be usefully used to preheat the inflowing liquid.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine bidirektionale externe Wärmesteuerung möglich. Zum Beispiel kann auf der Basis vorangegangener Experimente vorbekannt sein, wie der Einfluss von Reibungswärme tatsächlich ist (zum Beispiel nach einiger Zeit, in einer Serie von Gradientenläufen, etc.). Dies kann dann zum Vorwärmen der Säule auf eine solche Weise verwendet werden, dass externe Wärme beiden Enden der Säule zugeführt wird, um eine Sequenz zu beginnen. Einige voraussagende Steuermechanismen und aktive Komponenten können hierfür vorteilhaft eingesetzt werden. According to an exemplary embodiment, bidirectional external thermal control is possible. For example, on the basis of previous experiments, it may be known in advance how the influence of frictional heat is actually (for example, after some time, in a series of gradient runs, etc.). This can then be used to preheat the column in such a way that external heat is supplied to both ends of the column to begin a sequence. Some predictive control mechanisms and active components may be used to advantage.
Es ist möglich, unterschiedliche Heizmechanismen in Betracht zu ziehen, das heißt Vorheizen des Lösungsmittels und/oder Vorheizen einer thermischen Kammer und/oder eine Direktheizung der Säule durch eine Wärmehülse (die letzten beiden Varianten sind besonders vorteilhaft, um zum Vorkonditionieren einer Säule vor dem Start eingesetzt zu werden). Eine Balance zwischen den beiden Heizmechanismen (wobei beide in demselben Modul implementiert werden können) kann vorzugsweise abhängig von einer angelegten Flussrate gesteuert werden, mit einer an Wichtigkeit zunehmenden Rolle der Lösungsmittelvorheizung mit zunehmender Flussrate. Vorzugsweise kann also die Anpassung basierend auf einer Flussrate der in einer mobilen Phase befindlichen fluidischen Probe erfolgen. Auch im Verlauf des Fortschritts von einem Start hin zu einem quasi stationären Regime kann der Einfluss der Einlasslösungsmitteltemperatur auf die Regulierung erhöht werden. Dies liegt daran, dass die Einlasslösungsmitteltemperaturregulierung die bevorzugte Methode zur Temperaturregulierung ist, die keine radialen Temperaturgradienten erzeugt.It is possible to consider different heating mechanisms, that is preheating the solvent and / or preheating one thermal chamber and / or direct heating of the column by a heat sleeve (the last two variants are particularly advantageous to be used for preconditioning of a column before take-off). A balance between the two heating mechanisms (both of which can be implemented in the same module) may preferably be controlled depending on an applied flow rate, with an increasing role of solvent preheating with increasing flow rate. Preferably, therefore, the adaptation can be based on a flow rate of the fluidic sample in a mobile phase. Also in the course of progress from a start to a quasi-stationary regime, the influence of the inlet solvent temperature on the regulation can be increased. This is because the inlet solvent temperature control is the preferred method of temperature control that does not produce radial temperature gradients.
Detektionssysteme, die gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung eingesetzt werden können, weisen die Integration oder das Ansetzen von drahtgebundenen thermischen Sensoren an Kapillaranschlüsse nahe der Säule, die Integration oder das Ansetzen von drahtgebundenen thermischen Sensoren an Säulenanschlüsse und/oder die Verwendung von drahtlosen Temperaturtransducern auf. Detection systems that may be employed in accordance with exemplary embodiments of the invention include integrating or attaching wired thermal sensors to capillary terminals near the column, integrating or attaching wired thermal sensors to column terminals, and / or using wireless temperature transducers.
Gemäß
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
In der in
In
Gemäß
Auch gemäß
Entlang einer Abszisse
Diagramm
Das gezeigte Szenario bezieht sich ferner auf ein solches, in dem eine bestimmte Fraktion bzw. ein bestimmter Peak des chromatografischen Trennergebnisses dann in reproduzierbarer Weise in einem Chromatogramm zu finden ist, wenn an der Position x0 der Arbeitspunkt und daher die Temperatur stabilisiert ist. Mit der vorliegenden Erfindung ist erkannt worden, dass für reproduzierbare Trennergebnisse somit kein vollständiger Ausgleich der Temperaturprofile entlang der Probentrenneinrichtung
Eine Steuerung gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht darin, das System auf einer Schnittlinie zwischen den beiden Flächen gemäß Bezugszeichen
Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen. It should be noted that the term "comprising" does not exclude other elements and that the "on" does not exclude a plurality. Also, elements described in connection with different embodiments may be combined. It should also be noted that reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0309596 B1 [0003] EP 0309596 B1 [0003]
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---|---|---|---|---|
DE102022115423A1 (en) | 2022-06-21 | 2023-12-21 | Agilent Technologies, Inc. | Parameter card for analyzer to determine whether drift leads to undesirable behavior |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0309596B1 (en) | 1987-09-26 | 1993-03-31 | Hewlett-Packard GmbH | Pumping apparatus for delivering liquid at high pressure |
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2015
- 2015-07-27 DE DE102015112235.9A patent/DE102015112235A1/en active Pending
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DE102022115423A1 (en) | 2022-06-21 | 2023-12-21 | Agilent Technologies, Inc. | Parameter card for analyzer to determine whether drift leads to undesirable behavior |
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