DE102018114150A1 - Multi-dimensionally operable sample separator with common fluid drive - Google Patents
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Abstract
Probentrenngerät (10), das zum mindestens zweidimensionalen Trennen einer fluidischen Probe betreibbar ist, wobei das Probentrenngerät (10) einen Fluidantrieb (20), der zum Antreiben der fluidischen Probe in einer ersten Trenndimension und zum Antreiben der getrennten fluidischen Probe in einer zweiten Trenndimension eingerichtet ist, eine erste Probentrenneinrichtung (30) zum Trennen der fluidischen Probe in der ersten Trenndimension, eine Einrichtung (32; 30, 70) zum Trennen der in der ersten Trenndimension getrennten fluidischen Probe in der zweiten Trenndimension und einen Detektor (50) zum Detektieren der getrennten Probe aufweist.A sample separation device (10) operable to separate at least two-dimensionally a fluidic sample, said sample separation device (10) establishing a fluid drive (20) for driving the fluidic sample in a first separation dimension and for driving the separated fluidic sample in a second separation dimension a first sample separator (30) for separating the fluid sample in the first separation dimension, means (32; 30, 70) for separating the fluid sample separated in the first separation dimension in the second separation dimension, and a detector (50) for detecting the having separate sample.
Description
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Probentrenngerät und ein Verfahren zum Trennen einer fluidischen Probe.The present invention relates to a sample separation apparatus and a method for separating a fluidic sample.
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 bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar sein kann, durch ein Adsorptionsmedium, eine sogenannte stationäre Phase (zum Beispiel in einer chromatografischen Säule), bewegt, um einzelne Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. Ein solches HPLC-System ist bekannt zum Beispiel aus der
Bei einer eindimensionalen Chromatographie kann es vorkommen, dass von den zu trennenden Substanzen zwei oder mehrere verschiedene gleich oder annähernd gleich schnell vorankommen und somit an derselben oder an annähernd derselben Stelle in einem Chromatogramm zu finden sind. Zu ihrer weiteren Auftrennung kann zweidimensionale Chromatographie eingesetzt werden, bei der in einem zweiten Arbeitsgang eventuell andere Trennbedingungen wie eine andere stationäre Phase und/oder eine andere mobile Phase, oder auch nur ein anderer Zustand (zum Beispiel eine andere Temperatur der Trennsäule), zur erneuten Chromatographie von Fraktionen aus der ersten Trennung verwendet werden, so dass sich die nach dem ersten Arbeitsgang schwer unterscheidbaren Substanzen nun ebenfalls voneinander trennen lassen. Eine für eine zweidimensionale Trennung gewünschte Orthogonalität kann durch zwei Probentrenneinrichtungen oder durch die Verwendung unterschiedlicher mobiler Phasen bewerkstelligt werden. In letzterem Fall kann ein Spülen zwischen den beiden Trennungen durchgeführt werden.In the case of one-dimensional chromatography, it is possible for two or more different substances to be separated from the substances to be separated, moving at the same or approximately the same rate, and thus being found at the same or at approximately the same point in a chromatogram. For their further separation, two-dimensional chromatography can be used, in which in a second operation, other separation conditions such as another stationary phase and / or another mobile phase, or even just another state (for example, another temperature of the separation column), for renewed Chromatography of fractions from the first separation can be used, so that the difficult to distinguish after the first operation substances can now also be separated from each other. Orthogonality desired for two-dimensional separation can be accomplished by two sample separators or by using different mobile phases. In the latter case, a rinse between the two separations can be performed.
In der zweidimensionalen Flüssigkeitschromatographie kann ein Lauf in einer zweiten Dimension (entsprechend einer zweiten Trennstufe) gestartet werden, nachdem eine Fraktion in einem Probenabschnitt der zu trennenden fluidischen Probe in der ersten Dimension (entsprechend einer ersten Trennstufe) detektiert oder im Ansatz erkannt worden ist. Falls eine andere Fraktion in einem anderen Probenabschnitt der zu trennenden fluidischen Probe in der ersten Trennstufe detektiert wird, während eine vorangehende Fraktion in der zweiten Trennstufe noch analysiert wird, kann diese weitere Fraktion zwischengespeichert werden. Ein herkömmlicher Ansatz besteht im Zwischenspeichern des Volumens der Fraktion (d.h. des zugehörigen Probentrennabschnitts) in einem von mehreren Flüssigkeitsbehältern wie zum Beispiel Kapillaren zwischen Fluidanschlüssen eines fluidischen Ventils, wobei das zum Beispiel einer weiteren Fraktion zugehörige Probenvolumen mittels Schaltens des Flusspfads in eine andere Ventilposition in eine solche Kapillare zur Zwischenspeicherung geführt wird. Typischerweise werden zwei mit dem fluidischen Ventil verbundene Kapillaren zur Zwischenspeicherung verwendet, um ein Zwischenspeichern ununterbrochen, d.h. ohne Verlust der kontinuierlich geförderten Probenflüssigkeit, zu ermöglichen. Sobald die Analyse in der zweiten Dimension erfolgt ist, wird die Kapillare mit dem nächsten zwischengespeicherten Probenabschnitt (zum Beispiel mit einer nächsten Fraktion) in den Flusspfad der zweiten Dimension eingebracht, und eine neue Trennung in der zweiten Dimension gestartet.In two-dimensional liquid chromatography, a run in a second dimension (corresponding to a second separation step) can be started after a fraction in a sample section of the fluidic sample to be separated has been detected in the first dimension (corresponding to a first separation step) or recognized in the approach. If another fraction in another sample section of the fluidic sample to be separated is detected in the first separation stage, while a preceding fraction in the second separation stage is still being analyzed, this further fraction can be temporarily stored. A conventional approach is to buffer the volume of the fraction (ie the associated sample separation portion) in one of several liquid containers, such as capillaries between fluid ports of a fluidic valve, where the sample volume associated with, for example, another fraction, by switching the flow path to another valve position such capillary is led to the intermediate storage. Typically, two capillaries associated with the fluidic valve are used for caching to maintain caching uninterrupted, i. without loss of continuously pumped sample liquid to allow. Once the analysis has been made in the second dimension, the capillary with the next cached sample portion (eg, with a next fraction) is introduced into the second dimension flow path and a new separation in the second dimension is started.
Zweidimensionale Probentrenngeräte weisen oft eine hohe Komplexität auf.Two-dimensional sample separation devices often have a high complexity.
OFFENBARUNGEPIPHANY
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein mehrdimensional betreibbares Probentrenngerät kompakt auszubilden. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.It is an object of the invention to make a multi-dimensionally operable sample separation device compact. The object is achieved by means of the independent claims. Further embodiments are shown in the dependent claims.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Probentrenngerät geschaffen, das zum mindestens zweidimensionalen Trennen einer fluidischen Probe betreibbar ist, wobei das Probentrenngerät einen Fluidantrieb, der zum Antreiben der fluidischen Probe in einer ersten Trenndimension und zum Antreiben der getrennten fluidischen Probe in einer zweiten Trenndimension eingerichtet ist, eine erste Probentrenneinrichtung zum Trennen der fluidischen Probe in der ersten Trenndimension, eine Einrichtung zum Trennen der in der ersten Trenndimension getrennten fluidischen Probe in der zweiten Trenndimension und einen Detektor zum Detektieren der getrennten Probe aufweist.In accordance with an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a sample separation apparatus operable to separate at least two-dimensionally a fluidic sample, the sample separation apparatus comprising a fluid drive capable of driving the fluidic sample in a first separation dimension and driving the separated fluidic sample in a second separation dimension a first sample separator for separating the fluidic sample in the first separation dimension, means for separating the separated in the first separation dimension fluidic sample in the second separation dimension and a detector for detecting the separated sample.
Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Trennen einer fluidischen Probe mittels eines Probentrenngeräts (insbesondere mit den oben beschriebenen Merkmalen) bereitgestellt, das zum Trennen der fluidischen Probe in einer ersten Trenndimension und zum Trennen der getrennten fluidischen Probe in einer zweiten Trenndimension betrieben wird, wobei das Verfahren ein Betreiben eines gemeinsamen Fluidantriebs zum Antreiben der in einer mobilen Phase befindlichen fluidischen Probe in der ersten Trenndimension und in der zweiten Trenndimension, ein Trennen der fluidischen Probe mittels einer ersten Probentrenneinrichtung in der ersten Trenndimension, ein Trennen der in der ersten Trenndimension getrennten fluidischen Probe (insbesondere mittels einer zweiten Probentrenneinrichtung) in der zweiten Trenndimension, und ein Detektieren der getrennten fluidischen Probe mittels eines Detektors aufweist.According to another exemplary embodiment of the present invention, a method for separating a fluidic sample by means of a sample separation device (in particular having the features described above) is provided for separating the fluidic sample in a first separation dimension and for separating the separated fluidic sample in a second separation dimension wherein the method comprises operating a common fluid drive to drive the mobile phase fluid sample into separating the fluidic sample by means of a first sample separator in the first separation dimension, separating the fluidic sample separated in the first separation dimension (in particular by means of a second sample separator) in the second separation dimension, and detecting the separated one fluidic sample by means of a detector.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird unter dem Begriff „fluidische Probe“ insbesondere eine flüssige und/oder gasförmige Probe, optional mit Festkörperbestandteilen, verstanden.In the context of this description, the term "fluidic sample" is understood in particular to mean a liquid and / or gaseous sample, optionally with solid constituents.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Probentrenngerät geschaffen, das ein zweidimensionales Trennen einer fluidischen Probe in Fraktionen und dann in Unterfraktionen unter Verwendung eines gemeinsamen Fluidantriebs zum Antreiben einer mobilen Phase und der darin befindlichen fluidischen Probe aufweist. Durch eine geschickte Schaltung fluidischer Ventile oder anderer Schaltelemente (zum Beispiel fluidische Restriktionen) kann die fluidische Probe zuerst in einer ersten Probentrenneinrichtung entsprechend einer ersten Trenndimension und nachfolgend in einer zweiten Einrichtung (zum Beispiel einer anderen zweiten Probentrenneinrichtung) entsprechend einer zweiten Trenndimension getrennt werden, wobei für beide Trenndimensionen derselbe Fluidantrieb zum Antreiben der fluidischen Probe und der mobilen Phase eingesetzt werden kann. Diese gemeinsame Verwendung nur eines Fluidantriebs für die Förderung mobiler Phasen und der fluidischen Probe in beiden (oder allen) Trenndimensionen führt zu einem kompakten Probentrenngerät mit zwei- oder mehrdimensionaler Trennfunktionalität. Herkömmliche zweidimensionale Probentrenngeräte implementieren üblicherweise einen separaten Fluidantrieb pro Trenndimension, d.h. insgesamt mehrere Fluidantriebe.According to an exemplary embodiment of the invention, there is provided a sample separation apparatus comprising two-dimensionally separating a fluidic sample into fractions and then into sub-fractions using a common fluid drive to drive a mobile phase and the fluidic sample therein. By skillful switching fluidic valves or other switching elements (for example, fluidic restrictions), the fluidic sample first in a first sample separator according to a first separation dimension and subsequently in a second device (for example, another second sample separator) are separated according to a second separation dimension, For both separation dimensions, the same fluid drive can be used to drive the fluidic sample and the mobile phase. This sharing of only one fluid drive for the promotion of mobile phases and the fluidic sample in both (or all) separation dimensions results in a compact sample separation device with two- or multi-dimensional separation functionality. Conventional two-dimensional sample separation devices typically implement a separate fluid drive per separation dimension, i. a total of several fluid drives.
Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Probentrenngeräts und des Verfahrens beschrieben.In addition, additional embodiments of the sample separation device and the method will be described.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Einrichtung eine zweite Probentrenneinrichtung (insbesondere eine zweite chromatographische Trennsäule, die von der ersten chromatographischen Trennsäule unterschiedlich sein kann, insbesondere eine andere stationäre Phase aufweisen kann) zum Trennen der getrennten fluidischen Probe in der zweiten Trenndimension aufweisen. In entsprechender Weise kann das Trennen der getrennten fluidischen Probe in der zweiten Trenndimension mittels einer zweiten Probentrenneinrichtung erfolgen. Der Ausfluss der getrennten fluidischen Probe aus der ersten Trenndimension kann dann in die zweite chromatographische Trennsäule oder dergleichen hineinfließen. Alternativ oder ergänzend kann das Probentrenngerät eine Steuereinrichtung aufweisen, die zum Trennen der getrennten fluidischen Probe in der ersten Probentrenneinrichtung mit einer anderen mobilen Phase und/oder bei einer anderen Temperatur als bei dem Trennen der fluidischen Probe in der ersten Trenndimension betrieben wird. Korrespondierend kann das Trennen in der zweiten Trenndimension mittels einer anderen mobilen Phase oder bei einer anderen Temperatur als bei dem Trennen der fluidischen Probe in der ersten Trenndimension erfolgen. Bei der zuletzt beschriebenen Ausgestaltung kann zum Beispiel die erste Probentrenneinrichtung (d.h. insbesondere eine erste chromatographische Trennsäule) auch zum Trennen der bereits getrennten fluidischen Probe ein zweites Mal verwendet werden, indem der Ausfluss aus der ersten Probentrenneinrichtung in einen Einlass der ersten Probentrenneinrichtung zurückgeleitet wird. Dann kann zum Beispiel unter Verwendung einer anderen mobilen Phase im Vergleich zu der ersten Trenndimension in der zweiten Trenndimension durch die unterschiedliche Lösungsmittelzusammensetzung der mobilen Phase eine fortgesetzte Trennung der bereits vorgetrennten fluidischen Probe erfolgen.According to one embodiment, the device may comprise a second sample separation device (in particular a second chromatographic separation column, which may be different from the first chromatographic separation column, in particular another stationary phase) for separating the separated fluidic sample in the second separation dimension. In a corresponding manner, the separation of the separated fluidic sample in the second separation dimension can be effected by means of a second sample separation device. The effluent of the separated fluidic sample from the first separation dimension may then flow into the second chromatographic separation column or the like. Alternatively or additionally, the sample separation device may comprise a control device which is operated to separate the separated fluidic sample in the first sample separation device with a different mobile phase and / or at a different temperature than in the separation of the fluidic sample in the first separation dimension. Correspondingly, the separation in the second separation dimension can take place by means of another mobile phase or at a different temperature than during the separation of the fluidic sample in the first separation dimension. For example, in the last described embodiment, the first sample separator (i.e., in particular a first chromatographic separation column) may also be used a second time to separate the already separated fluid sample by returning the effluent from the first sample separator to an inlet of the first sample separator. Then, for example, using a different mobile phase compared to the first separation dimension in the second separation dimension by the different solvent composition of the mobile phase, a continued separation of the already pre-separated fluidic sample can be carried out.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät nur genau den einen Fluidantrieb aufweisen, insbesondere ausgebildet als einzige Hochdruckpumpe des Probentrenngeräts. Eine solche Hochdruckpumpe kann mobile Phase und fluidische Probe zum Beispiel mit einem Druck von mindestens 600 bar, insbesondere mindestens 1200 bar, weiter insbesondere mindestens 1800 bar, fördern. Ein solcher Fluidantrieb kann zum Beispiel aus einer oder mehreren Kolbenzylinderpaaren ausgebildet sein, die zum Beispiel fluidisch parallel und/oder fluidisch seriell geschaltet sein können und zum Fördern von Fluid mit möglichst konstanter Flussrate koordiniert angetrieben werden können.According to one embodiment, the sample separation device can only have exactly the one fluid drive, in particular designed as the only high-pressure pump of the sample separation device. Such a high-pressure pump can promote mobile phase and fluidic sample, for example, with a pressure of at least 600 bar, in particular at least 1200 bar, more particularly at least 1800 bar. Such a fluid drive can be formed, for example, from one or more piston-cylinder pairs, which can be connected in fluidic parallel and / or fluidic series, for example, and can be driven coordinated to convey fluid at the most constant flow rate possible.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät nur genau den einen Detektor aufweisen, insbesondere ausgebildet als einziger Fluoreszenzdetektor des Probentrenngeräts oder als Detektor eines anderen Typs. Indem nur ein einziger Detektor verwendet wird, kann die Kompaktheit des Probentrenngeräts weiter verringert werden. Der Detektor kann zum Beispiel einen Ausfluss aus der zweiten Trenndimension detektieren. Es ist aber auch alternativ oder ergänzend möglich, den Detektor so zu schalten, dass er nach dem Ausfluss der fluidischen Probe aus der ersten Trenndimension das Ergebnis dieser ersten Trennung detektiert. Ein Fluoreszenzdetektor kann Fluoreszenzlicht von getrennten Fraktionen der fluidischen Probe detektieren, mit denen diese intrinsisch versehen oder speziell gelabelt sind.According to one embodiment, the sample separation device can only have exactly one detector, in particular designed as a single fluorescence detector of the sample separation device or as a detector of another type. By using only a single detector, the compactness of the sample separator can be further reduced. For example, the detector may detect outflow from the second separation dimension. However, it is also alternatively or additionally possible to switch the detector such that it detects the result of this first separation after the outflow of the fluidic sample from the first separation dimension. A fluorescence detector can detect fluorescent light from separate fractions of the fluidic sample with which they are intrinsically provided or specially labeled.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Detektor als destruktiver Detektor ausgebildet sein. Häufig werden Detektoren in destruktive und nichtdestruktive Geräte eingeteilt. Bei ersteren wird der Analyt zur Detektion (zum Beispiel in einer chemischen Reaktion) verbraucht. In diesem Zusammenhang kann unter einem destruktiven Detektor also insbesondere ein Detektor verstanden werden, der die getrennte und zu detektierende fluidische Probe beim Detektionsvorgang zerstört. Ein Beispiel hierfür ist ein Massenspektrometer.According to one embodiment, the detector may be designed as a destructive detector. Frequently, detectors are divided into destructive and non-destructive devices. In the former, the analyte is consumed for detection (for example, in a chemical reaction). In this context, a destructive detector can therefore be understood as meaning in particular a detector which destroys the separate and to be detected fluidic sample during the detection process. An example of this is a mass spectrometer.
Es können auch mehrere Detektoren eingesetzt werden.It is also possible to use several detectors.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät als modulare Anordnung aus einer Mehrzahl von Modulen ausgebildet sein, die als ein Stapel, insbesondere als genau ein Stapel, anordbar sind. Indem ein Benutzer die einzelnen Module des Probentrenngeräts (zum Beispiel Fluidantrieb, jeweilige Probentrenneinrichtung, Detektor, Injektor, Fraktionierer, Schalteinheit, etc.) frei zusammenstellen und kombinieren kann, ist die Flexibilität beim Betrieb des Probentrenngeräts hoch. Aufgrund der hohen Kompaktheit des dreidimensional betreibbaren Probentrenngeräts ist es möglich, die erforderlichen Module auf einem einzigen Stapel anzuordnen. Dies ermöglicht eine platzsparende Anordnung des Probentrenngeräts in einem Labor.According to one embodiment, the sample separation device may be formed as a modular arrangement of a plurality of modules, which can be arranged as a stack, in particular as exactly one stack. By allowing a user to freely assemble and combine the individual modules of the sample separation device (eg, fluid drive, respective sample separator, detector, injector, fractionator, switching unit, etc.), the flexibility in operating the sample separation device is high. Due to the high compactness of the three-dimensionally operable sample separation device, it is possible to arrange the required modules on a single stack. This allows a space-saving arrangement of the sample separation in a laboratory.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät ausgebildet sein, dass nach Trennen eines ersten Abschnitts der fluidischen Probe in der ersten Trenndimension dieser in einem ersten Probenaufnahmevolumen zwischengespeichert wird, nach nachfolgendem Trennen eines zweiten Abschnitts der fluidischen Probe in der ersten Trenndimension dieser in einem zweiten Probenaufnahmevolumen zwischengespeichert wird, und danach der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt nacheinander aus dem jeweiligen ersten bzw. zweiten Probenaufnahmevolumen dem Trennen in der zweiten Trenndimension unterzogen werden. Dies ist zum Beispiel in
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät ausgebildet sein, das Trennen in der ersten Trenndimension und das Trennen in der zweiten Trenndimension abwechselnd, insbesondere nur abwechselnd, auszuführen. Es ist also möglich, das Probentrenngerät so zu betreiben, dass alternierend eine erstdimensionale oder eine zweitdimensionale Trennung durchgeführt wird. Ein alternierender statt paralleler Betrieb ermöglicht einen kompakten Aufbau des Probentrenngeräts.According to one embodiment, the sample separation device may be configured to perform the separation in the first separation dimension and the separation in the second separation dimension alternately, in particular only alternately. It is thus possible to operate the sample separation device in such a way that a first-dimensional or a second-dimensional separation is performed alternately. An alternating instead of parallel operation enables a compact construction of the sample separation device.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät ein erstes Fluidventil mit Fluidanschlüssen aufweisen, von denen einer an den Fluidantrieb, ein anderer an die erste Probentrenneinrichtung, ein weiterer an die zweite Probentrenneinrichtung und noch ein anderer an den Detektor angeschlossen sind. Das erste Fluidventil kann zum Beispiel ein Rotorventil sein. Ein solches Rotorventil kann einen Stator und einen Rotor aufweisen, die relativ zueinander rotierbar sind. An dem Stator kann die Mehrzahl von Fluidanschlüssen (Ports) vorgesehen sein, an denen über eine Kapillarleitung oder dergleichen ein jeweiliges fluidisches Modul bzw. fluidisches Bauelement angeschlossen werden kann. An dem Rotor und/oder an dem Stator können zudem Fluidleitungen (zum Beispiel Nuten) gebildet sein, die durch Rotieren zwischen Rotor und Stator die einzelnen Fluidanschlüsse miteinander fluidisch koppeln können oder voneinander fluidisch entkoppeln können. Die unterschiedlichen Fluidanschlüsse können die erste Probentrenneinrichtung, die zweite Probentrenneinrichtung und den Detektor fluidisch miteinander koppeln oder fluidisch voneinander entkoppeln, um die beschriebenen unterschiedlichen Betriebsmodi durchführen zu können.According to one embodiment, the sample separation device may comprise a first fluid valve with fluid connections, one of which is connected to the fluid drive, another to the first sample separation device, another to the second sample separation device and yet another to the detector. The first fluid valve may be, for example, a rotor valve. Such a rotor valve may comprise a stator and a rotor, which are rotatable relative to each other. The plurality of fluid connections (ports) can be provided on the stator, to which a respective fluidic module or fluidic component can be connected via a capillary line or the like. In addition, fluid lines (for example grooves) can be formed on the rotor and / or on the stator, which can fluidically couple the individual fluid connections to one another or can fluidically decouple from one another by rotating between the rotor and the stator. The different fluid ports may fluidly couple or fluidly decouple the first sample separator, the second sample separator and the detector to perform the described different modes of operation.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät einen Probeninjektor aufweisen, der an noch einen anderen der Fluidanschlüsse des ersten Fluidventils angeschlossen ist. Über den Probeninjektor kann eine fluidische Probe in das Probentrenngerät injiziert werden, insbesondere in einen Trennpfad zwischen dem Fluidantrieb und der jeweiligen Probentrenneinrichtung für die erste Trenndimension bzw. für die zweite Trenndimension. Der Injektor kann an einen weiteren Fluidanschluss des ersten Fluidventils angeschlossen sein. Dadurch kann das erste Fluidventil in kompakter Weise eine große Anzahl von fluidischen Bauelementen bedienen und miteinander in Wirkverbindung bringen.According to one embodiment, the sample separator may include a sample injector connected to still another of the fluid ports of the first fluid valve. A fluidic sample can be injected into the sample separation device via the sample injector, in particular into a separation path between the fluid drive and the respective sample separation device for the first separation dimension or for the second separation dimension. The injector may be connected to a further fluid port of the first fluid valve. As a result, the first fluid valve can operate a large number of fluidic components in a compact manner and bring them into operative connection with one another.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät ein zweites Fluidventil aufweisen, das an einen oder an mehrere der Fluidanschlüsse des ersten Fluidventils angeschlossen ist. Das zweite Fluidventil kann insbesondere zwischen zwei Fluidanschlüssen des ersten Fluidventils angeschlossen sein.In one embodiment, the sample separation device may include a second fluid valve connected to one or more of the fluid ports of the first fluid valve. The second fluid valve may in particular be connected between two fluid ports of the first fluid valve.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Probentrenngerät mindestens ein Zwischenspeichervolumen aufweisen, das zum temporären Zwischenspeichern einer Fluidportion, insbesondere von fluidischer Probe, ausgebildet ist. Insbesondere kann das mindestens eine Zwischenspeichervolumen zwischen Fluidanschlüssen mindestens eines Zwischenspeicherventils, insbesondere von zwei Zwischenspeicherventilen, angeschlossen sein, wobei das mindestens eine Zwischenspeicherventil an das zweite Fluidventil angeschlossen sein kann. Die Zwischenspeichervolumina können zum Beispiel Probenschleifen sein, die zwischen Fluidanschlüssen des oder des jeweiligen Zwischenspeicherventils gebildet sind. In den Figuren ist eine anschaulich als Parkdeck zu bezeichnende Anordnung vieler Zwischenspeichervolumina, jeweils zwischen Fluidanschlüssen eines von zwei Zwischenspeicherventilen dargestellt (siehe zum Beispiel
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann bei der zweidimensionalen Probentrennung in einem ersten Fluidventilschaltzustand die fluidische Probe durch ein erstes des mindestens einen Zwischenspeichervolumens führbar sein, und in einem anderen Fluidventilschaltzustand durch ein zweites des mindestens einen Zwischenspeichervolumens führbar sein. Im zweidimensionalen Probentrennbetrieb können die Zwischenspeichervolumina also zum Zwischenspeichern von Fluidportionen verwendet werden, die in der ersten Trenndimension getrennt wurden.In one embodiment, in the two-dimensional sample separation in a first fluid valve switching state, the fluidic sample may be feasible through a first of the at least one latch volume and in another fluid valve switching state be feasible through a second of the at least one latch volume. In the two-dimensional sample separation operation, the buffer volumes can thus be used for temporarily storing fluid portions which have been separated in the first separation dimension.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren nach dem Trennen in der zweiten Trenndimension ein Rückführen der in der zweiten Trenndimension getrennten fluidischen Probe (insbesondere ein Rückführen eines Ausflusses des Detektors) zu der ersten Probentrenneinrichtung zur Trennung der bereits zweimal getrennten Probe in einer dritten Trenndimension aufweisen. Wenn nach dem Trennen in der zweiten Trenndimension der Ausfluss der zweiten Trenndimension zu der ersten Probentrenneinrichtung rückgeführt wird, ist auch eine dreidimensionale Probentrennung möglich. Das Probentrenngerät gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist also sehr flexibel für alle ein- bzw. mehrdimensionalen Trennvorgänge einsetzbar und dennoch kompakt.According to one embodiment, after separation in the second separation dimension, the method may comprise returning the fluidic sample separated in the second separation dimension (in particular, returning an outflow of the detector) to the first sample separation device for separating the already twice separated sample in a third separation dimension. If, after separation in the second separation dimension, the outflow of the second separation dimension is returned to the first sample separation device, three-dimensional sample separation is also possible. The sample separation device according to an exemplary embodiment is thus very flexible for all single- or multi-dimensional separation processes can be used and yet compact.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren nach dem Trennen in der dritten Trenndimension ein Zuführen der bereits dreimal getrennten Probe zu der zweiten Probentrenneinrichtung zur Trennung der bereits dreimal getrennten Probe in einer vierten Trenndimension aufweisen. Es ist also auch eine Trennung in einer vierten Trenndimension möglich, wenn die aus der dritten Trenndimension ausfließende Probe in die zweite Probentrenneinrichtung rückgeführt wird. Dort wird die Trennung der vierten Trenndimension durchgeführt und ist bereits die Trennung in der zweiten Trenndimension durchgeführt worden.According to one embodiment, after separation in the third separation dimension, the method may comprise feeding the already three times separated sample to the second sample separation device to separate the already three times separated sample in a fourth separation dimension. Thus, a separation in a fourth separation dimension is also possible if the sample flowing out of the third separation dimension is returned to the second sample separation device. There, the separation of the fourth separation dimension is performed and has already been carried out the separation in the second separation dimension.
Das Probentrenngerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Flüssigchromatografiegerät bzw. eine HPLC- bzw. UHPLC-Anlage sein. Allerdings sind andere Anwendungen möglich.The sample separation device can be a microfluidic measuring device, a liquid chromatography device or an HPLC or UHPLC system. However, other applications are possible.
Das Probentrenngerät kann für alle Trennstufen gemeinsam nur eine Pumpe zum Bewegen der jeweiligen 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 befördern.The sample separation device may have in common for all separation stages only one pump for moving the respective mobile phase. Such a pump may, for example, be adapted to convey the mobile phase through the system at a high pressure, for example from a few hundred bars up to 1000 bars or more.
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 Fluidprobe kann aber auch verworfen werden.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 fluid sample can also be discarded.
Vorzugsweise kann das Probentrenngerät in einer oder jeder der Trennstufen oder für alle Trennstufen gemeinsam einen Detektor zur Detektion der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Detektor kann ein Signal erzeugen, welches beobachtet und/oder aufgezeichnet werden kann, und welches für die Anwesenheit und Menge der Probenkomponenten in dem durch das System fließenden Fluid indikativ ist.Preferably, the sample separation device in one or each of the separation stages or for all separation stages together have a detector for the detection of the separated components. Such a detector may generate a signal which can be observed and / or recorded and which is indicative of the presence and amount of sample components in the fluid flowing through the system.
Figurenlistelist of 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.
-
1 bis 4 zeigen unterschiedliche Betriebsmodi eines Probentrenngeräts gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
5 zeigt einen einzigen Stapel aus Modulen, die ein Probentrenngerät gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung bilden. -
6 bis 9 zeigen unterschiedliche Betriebsmodi eines Probentrenngeräts gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
10 bis 13 zeigen unterschiedliche Betriebsmodi eines Probentrenngeräts gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das dem Prinzip gemäß1 bis 4 entspricht. -
14 bis17 zeigen unterschiedliche Betriebsmodi eines Probentrenngeräts gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ähnlich dem Prinzip gemäß6 bis 9 ist. -
18 und19 zeigen unterschiedliche Betriebsmodi eines Probentrenngeräts gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit besonders geringem Aufwand ausgebildet werden kann. -
20 zeigt ein Probentrenngerät gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung als Alternative zu jenem gemäß18 und19 . -
21 zeigt ein Probentrenngerät gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit geringem Aufwand ausgebildet werden kann. -
22 und23 zeigen unterschiedliche Betriebsmodi eines Probentrenngeräts gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
24 und25 zeigen unterschiedliche Betriebsmodi eines Probentrenngeräts gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer gemeinsamen Probentrenneinrichtung für beide Trenndimensionen. -
26 bis 32 zeigen unterschiedliche Betriebsmodi von Probentrenngeräten gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung, die auch ein Fluidventil in Pump-Purge-Position zeigen.
-
1 to4 show different modes of operation of a sample separator according to an exemplary embodiment of the invention. -
5 shows a single stack of modules forming a sample separation apparatus according to an exemplary embodiment of the invention. -
6 to9 show different operating modes of a sample separation device according to another exemplary embodiment of the invention. -
10 to13 show different operating modes of a sample separation device according to another exemplary embodiment of the invention, which according to theprinciple 1 to4 equivalent. -
14 to17 show different operating modes of a sample separator according to another exemplary embodiment of the invention, which is similar to the principle according to FIG6 to9 is. -
18 and19 show different modes of operation of a sample separation device according to another exemplary embodiment of the invention, which can be formed with very little effort. -
20 shows a sample separation device according to another exemplary embodiment of the invention as an alternative to that according to FIG18 and19 , -
21 shows a sample separation device according to another exemplary embodiment of the invention, which can be formed with little effort. -
22 and23 show different operating modes of a sample separation device according to another exemplary embodiment of the invention. -
24 and25 show different modes of operation of a sample separation apparatus according to yet another exemplary embodiment of the invention with a common sample separation device for both separation dimensions. -
26 to32 show different operating modes of sample separation devices according to exemplary embodiments of the invention, which also show a fluid valve in pump purge position.
Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.The illustration in the drawing is schematic.
Bevor die Figuren eingehend beschrieben werden, werden einige allgemeinere Überlegungen der vorliegenden Erfinder zu exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung dargestellt.Before the figures are described in detail, some more general considerations of the present inventors of exemplary embodiments of the invention are presented.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Probentrenngerät geschaffen, das zum Beispiel als einziger Stapel aus Modulen ausgebildet sein kann und eine mehrdimensionale Probentrennung mit einem gemeinsamen Fluidantrieb ermöglicht.According to an exemplary embodiment of the invention, a sample separation device is provided which, for example, can be designed as a single stack of modules and permits a multi-dimensional sample separation with a common fluid drive.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist es also möglich, eine einzige Pumpe und einen Detektor (ggf. einen einzigen Detektor) zu verwenden und dennoch zweidimensionale Flüssigchromatographie (2D-LC) durchzuführen. Der Detektor kann hierbei zum Beispiel ein destruktiver Detektor für die Detektion nach der ersten Trenndimension und ohne Verwendung eines Splitters sein. Indem ein einziger Stapel anstelle von zwei Stapeln für die Ausgestaltung des zweidimensional betreibbaren Probentrenngeräts möglich ist, ist eine kompakte Konfiguration geschaffen. Die flexible Betriebsweise des Probentrenngeräts in kompakter Weise mit nur einem Fluidantrieb (und ggf. nur einem Detektor) kann durch die Kombination von zum Beispiel vier Fluidventilen (nämlich den oben beschriebenen ersten und zweiten Fluidventilen sowie vorzugsweise zwei weiteren Zwischenspeicherventilen) erreicht werden. Der Detektor kann alternierend für beide Trenndimensionen verwendet werden und kann ein destruktiver Detektor sein. Ein solches Probentrenngerät kann auch für einen Heart-Cutting-Betriebszustand vorteilhaft eingesetzt werden. Es ist möglich, einen separaten Detektor mit einem Splitter zuzuschalten.Thus, according to an exemplary embodiment, it is possible to use a single pump and a detector (possibly a single detector) while still performing two-dimensional liquid chromatography (2D-LC). For example, the detector may be a destructive detector for detection after the first separation dimension and without using a splitter. By allowing a single stack instead of two stacks for the design of the two-dimensionally operable sample separator, a compact configuration is provided. The flexible operation of the sample separation device in a compact manner with only one fluid drive (and possibly only one detector) can be achieved by the combination of, for example, four fluid valves (namely, the first and second fluid valves described above, and preferably two further intermediate storage valves). The detector may be used alternately for both separation dimensions and may be a destructive detector. Such a sample separation device can also be advantageously used for a heart-cutting operating state. It is possible to connect a separate detector with a splitter.
Die beschriebene Ausgestaltung erlaubt es, eine beliebig oft zu wiederholende weitere Analyse in einer jeweils neuen Trenndimension mit dem Ausfluss aus einer vorangehenden Trenndimension durchführen zu können. Dadurch ist eine unbegrenzte Anzahl von Flüssigchromatographie-Trenndimensionen implementierbar.The embodiment described makes it possible to carry out a further analysis, which can be repeated as often as desired, in a respective new separation dimension with the outflow from a preceding separation dimension. As a result, an unlimited number of liquid chromatography separation dimensions can be implemented.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann ein eindimensionales Probentrenngerät aus Pumpe, Probeninjektor, Probentrenneinrichtung und Detektor für einen sequenziellen zweidimensionalen Probentrennbetrieb konfiguriert bzw. nachgerüstet werden, zum Beispiel durch bloßes Hinzufügen von Fluidventilen und einer Anpassung einer Steuerung des Probentrenngeräts. Anschaulich kann in einer ersten Trenndimension eine Fraktionierung einer fluidischen Probe erfolgen und das Fraktionierungsergebnis einer zweiten Trenndimension zugeführt werden, um die Probe weiter zu trennen. Insbesondere erfolgt bei einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Trennung in der ersten Dimension und in der zweiten Dimension nicht gleichzeitig, sondern nacheinander. Die vorzugsweise einzige Pumpe fördert daher zu jedem Zeitpunkt anschaulich entweder in einer ersten Dimension oder in einer zweiten Dimension.According to an exemplary embodiment, a one-dimensional sample separator of pump, sample injector, sample separator, and sequential two-dimensional sample separation detector may be configured, for example merely by adding fluid valves and adjusting a control of the sample separator. Clearly, in a first separation dimension, a fractionation of a fluidic sample can take place and the fractionation result can be fed to a second separation dimension in order to further separate the sample. In particular, in an exemplary embodiment of the invention, separation in the first dimension and in the second dimension is not simultaneous, but sequentially. The preferably single pump therefore promotes clearly at any time either in a first dimension or in a second dimension.
Zum Beispiel kann gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung zunächst eine Trennung in der ersten Dimension erfolgen, bis alle Probenaufnahmevolumina eines zugehörigen Probeaufnahmeventils mit Probenabschnitten gefüllt sind. Nun kann der Betrieb angehalten bzw. unterbrochen werden, sodass kein Fluss aus der ersten Dimension heraus mehr möglich ist. Es kann nun eine Abarbeitung der bereits getrennten fluidischen Probe in der zweiten Trenndimension erfolgen, wodurch die Probenaufnahmevolumina des zugehörigen Probeaufnahmeventils entleert werden. Sobald eine entsprechende Abarbeitung vollendet ist, kann ein Ausfluss aus der ersten Probentrenndimension wieder reaktiviert werden.For example, according to one exemplary embodiment of the invention, first-dimension separation may occur until all of the sample receiving volumes of an associated sample receiving valve are filled with sample portions. Now the operation can be stopped or interrupted, so that no flow from the first dimension out is more possible. It is now possible to carry out a processing of the already separated fluidic sample in the second separation dimension, whereby the sample receiving volumes of the associated sample receiving valve are emptied. As soon as a corresponding execution is completed, an outflow from the first sample separation dimension can be reactivated.
Das in
Zu diesem Zweck weist das Probentrenngerät
Darüber hinaus weist das Probentrenngerät
Darüber hinaus ist ein Detektor
Ferner weist das Probentrenngerät
Darüber hinaus ist bei dem Probentrenngerät
Ferner kann das Probentrenngerät
Darüber hinaus sind gemäß
Nach dem Trennen in der zweiten Trenndimension kann ein Rückführen der bereits zweimal getrennten fluidischen Probe zu der ersten Probentrenneinrichtung
Bezugnehmend auf
Der Injektor
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein nicht-destruktiver eindimensionaler Detektor
Zusätzlich bzw. alternativ zu den oben beschriebenen Komponenten weist das Probentrenngerät
Der Betriebsmodus gemäß
Der Betriebsmodus gemäß
Nach Durchlaufen der Betriebsmodi gemäß
Gemäß
Gemäß
Im Unterschied zu
Der Betriebsmodus gemäß
Gemäß
Die Probentrenneinrichtung
Im Unterschied zu
Gemäß
Jedes Probeaufnahmeventil
Dritte und weitere Trenndimensionen sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, wenn dafür Parkplätze bereitgestellt werden (anschaulich erfolgt kein Umschalten des Fluidventils
Die Probentrenneinrichtung
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein zusätzliches fluidisches Steuerventil oder erstes Fluidventil
Mit Vorteil kann das in
Das Ausführungsbeispiel gemäß
Ein als 6-Positionen-7-Port Ventil ausgebildete Steuerventil oder erstes Fluidventil
Für ein als 6-Positionen-7-Port Ventil ausgebildetes Steuerventil oder erstes Fluidventil
Für ein als 8-Positionen-9-Port Ventil ausgebildetes Steuerventil oder erstes Fluidventil
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 [0002]EP 0309596 B1 [0002]
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