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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Injektor, ein Probentrenngerät und ein Verfahren zum Injizieren einer fluidischen Probe in eine mobile Phase in einem auf einem Systemdruck befindlichen Trennpfad zwischen einem Fluidantrieb und einer Probentrenneinrichtung.
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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 eine sogenannte stationäre Phase (zum Beispiel in einer chromatografischen Säule), bewegt, um einzelne Fraktionen einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. Nach Durchlaufen der stationären Phase werden die getrennten Fraktionen der fluidischen Probe in einem Detektor detektiert. Ein solches HPLC-System ist bekannt zum Beispiel aus der
EP 0,309,596 B1 derselben Anmelderin, Agilent Technologies, Inc.
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Allerdings hat sich herausgestellt, dass es zu unerwünschten Artefakten führen kann, wenn eine auf Atmosphärendruck befindliche fluidische Probe schlagartig auf einen Hochdruck in einem Trennpfad zwischen einem Fluidantrieb und einer Probentrenneinrichtung gebracht wird. Daher kann die fluidische Probe vor dem Injizieren in den Trennpfad vorkomprimiert werden. Dies ist herkömmlich allerdings mit einem hohen Aufwand verbunden.
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OFFENBARUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, mit geringem Aufwand eine hohe Probenintegrität in einem Probentrenngerät sicherzustellen. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Injektor zum Injizieren einer fluidischen Probe in eine mobile Phase in einem auf einem Systemdruck befindlichen Trennpfad zwischen einem Fluidantrieb und einer Probentrenneinrichtung geschaffen, wobei der Injektor ein Probenaufnahmevolumen zum Aufnehmen eines Volumens der fluidischen Probe und eine Vorkompressionseinrichtung zum Vorkomprimieren, ohne Erfassen des Probendrucks, der in dem Probenaufnahmevolumen befindlichen fluidischen Probe auf einen erhöhten Probendruck vor dem Injizieren der fluidischen Probe in den Trennpfad aufweist.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Probentrenngerät zum Trennen einer fluidischen Probe bereitgestellt, wobei das Probentrenngerät einen Fluidantrieb zum Antreiben einer mobilen Phase und der in die mobile Phase zu injizierenden fluidischen Probe, eine Probentrenneinrichtung zum Trennen der in die mobile Phase injizierten fluidischen Probe, und einen Injektor mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Injizieren der fluidischen Probe in die mobile Phase in einen auf einem Systemdruck befindlichen Trennpfad zwischen dem Fluidantrieb und der Probentrenneinrichtung aufweist.
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Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Injizieren einer fluidischen Probe in eine mobile Phase in einem auf einem Systemdruck befindlichen Trennpfad zwischen einem Fluidantrieb und einer Probentrenneinrichtung eines Probentrenngeräts bereitgestellt, wobei das Verfahren ein Aufnehmen eines Volumens der fluidischen Probe in einem Probenaufnahmevolumen außerhalb des Trennpfads, und ein Vorkomprimieren - ohne Erfassen des Probendrucks in dem Probenaufnahmevolumen - der in dem Probenaufnahmevolumen befindlichen fluidischen Probe auf einen erhöhten Probendruck vor dem Injizieren der fluidischen Probe in den Trennpfad aufweist.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Probentrenngerät“ insbesondere ein Gerät bezeichnen, das in der Lage und konfiguriert ist, eine fluidische Probe in verschiedene Fraktionen zu trennen. Beispielsweise kann die Probentrennung mittels Chromatographie oder Elektrophorese erfolgen. Zum Beispiel kann das Probentrenngerät ein Flüssigkeitschromatografie-Probentrenngerät sein.
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „fluidische Probe“ insbesondere ein Medium verstanden, das die eigentlich zu analysierende Materie enthält (zum Beispiel eine biologische Probe, wie zum Beispiel eine Proteinlösung, eine pharmazeutische Probe, etc.).
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Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „mobile Phase“ insbesondere ein Fluid (weiter insbesondere eine Flüssigkeit) verstanden, das als Trägermedium zum Transportieren der fluidischen Probe von einem Fluidantrieb zu einer Probentrenneinrichtung dient. Zum Beispiel kann die mobile Phase ein (zum Beispiel organisches und/oder anorganisches) Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelzusammensetzung sein (zum Beispiel Wasser und Ethanol).
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine Probenvorverdichtung in einem Probentrenngerät ohne Probendrucküberwachung in einem Injektor bewerkstelligt werden. Dadurch ist ein eigener Drucksensor zur Probendrucküberwachung und -steuerung für die Probenvorkompression entbehrlich, was zu einem einfachen Aufbau und zu einer kompakten Konfiguration des Injektors bzw. des Probentrenngeräts führt. Gleichzeitig ist es dadurch ermöglicht, die fluidische Probe vor dem Injizieren in einen Trennpfad auf einen Druck zu komprimieren, welcher dem Systemdruck zumindest angenähert sein kann. Dadurch können unerwünschte Druckstöße beim Injizieren verhindert werden, wodurch eine richtige Zusammensetzung des Fluids somit eine hohe Probenintegrität gewährleistet ist.
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Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Injektors, des Probentrenngeräts und des Verfahrens beschrieben.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann in dem Injektor kein Sensor zum Erfassen des Probendrucks zum Steuern des Vorkomprimierens vorgesehen sein. Dies führt zu einem kompakten Aufbau.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorkompressionseinrichtung ausgebildet sein, ein festes Steuersignal, insbesondere einen festen Steuerstrom, an eine Druckquelle zum Bereitstellen von Druck zum Vorkomprimieren, insbesondere an einen Antriebsmotor, anzulegen, das den erhöhten Probendruck vorgibt. Der Wert des Steuersignals kann daher unabhängig von aktuellen Sensorwerten, sondern fest eingestellt werden. Eines Sensors im Probenaufnahmevolumen bedarf es gemäß dieser Ausgestaltung nicht.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorkompressionseinrichtung ausgebildet sein, eine Charakteristik eines (nachfolgend durchzuführenden) Vorkomprimierens basierend auf zumindest einem vorbekannten, erfassten und/oder ermittelten Parameter zu ermitteln. Dieser mindestens eine Parameter kann der Systemdruck, zumindest ein Teil eines Fluidleitungsvolumens des Injektors, eine Größe des Probenaufnahmevolumens und eine Kompressibilität und/oder ein Volumen von Fluid in dem Injektor aufweisen. Sind Informationen (beispielsweise Volumen, Kompressibilität, etc.) betreffend die mobile Phase (d.h. das Lösungsmittel oder die Lösungsmittelzusammensetzung zum Transportieren der fluidischen Probe) und/oder betreffend die fluidische Probe bekannt, kann hieraus ermittelt werden, wie ein Vorkomprimieren eingestellt werden sollte. Anschaulich kann bei Kenntnis der genauen Verhältnisse (insbesondere Volumen der Probenschleife, Kompressibilität der mobilen Phase, etc.) das Vorkomprimieren auch ohne Drucksensor im Injektor zumindest annähernd richtig eingestellt werden. Die oben angesprochenen Parameterwerte können vorab bestimmt und daher bekannt sein. Es ist aber auch möglich, diese Werte messtechnisch zu erfassen und als Grundlage für das Vorkomprimieren zu verwenden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorkompressionseinrichtung ausgebildet sein, ein übermäßiges Vorkomprimieren durch Vornahme des Vorkomprimierens basierend auf einer Worst-Case-Annahme zu verhindern. Unter Berücksichtigung eines Worst-Case-Szenarios kann ein Vorkomprimieren insbesondere so eingestellt werden, dass selbst unter ungünstigsten Umständen niemals eine Überkompression erfolgt. Hierfür kann beispielsweise für alle Systemkomponenten ein entsprechender kritischer Wert angenommen werden. Beispielsweise kann von den dünnsten möglichen Kapillaren ausgegangen werden. Alternativ oder ergänzend kann von einem steifsten Gemisch als mobile Phase ausgegangen werden. Das Vorkomprimieren kann dann so eingestellt werden, dass selbst bei Vorliegen empfindlichster Systemkomponenten eine eingestellte Kompression nicht zu einer Überkompression führt. Für eine solche Einstellung können insbesondere Volumenwerte bzw. Werte einer Kompressibilität verwendet werden. Bei Vorliegen mehrerer Freiheitsgrade kann die Worst-Case-Annahme für nur einen Freiheitsgrad, nur einen Teil der Freiheitsgrade oder für alle Freiheitsgrade getroffen werden, um das Vorkomprimieren gezielt und sicher einzustellen.
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Insbesondere kann die Vorkompressionseinrichtung ausgebildet sein, ein übermäßiges Vorkomprimieren durch Vornahme des Vorkomprimierens basierend auf einem minimalen Fluidleitungsvolumen des Injektors und/oder einer minimalen Kompressibilität von Fluid in dem Injektor zu verhindern. Weiter insbesondere kann das Fluidleitungsvolumen des Injektors vorbekannt und/oder die Kompressibilität von Fluid in dem Injektor von einer Druckquelle zum Bereitstellen von Druck zum Vorkomprimieren bereitstellbar sein. Auf Basis derartiger Worst-Case-Annahmen kann ein Vorkomprimieren auf einen unerwünscht hohen Druck vermieden werden und daher die Lebensdauer des Probentrenngeräts und seiner Komponenten erhöht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Injektor eine Datenbank zum sukzessiven Speichern von Information hinsichtlich vergangener Vorkomprimiervorgänge, und eine Lerneinrichtung zum adaptiven Lernen in Hinblick auf zukünftige Vorkomprimiervorgänge basierend auf in der Datenbank gespeicherter Information aufweisen. Die Datenbank kann zum Beispiel auf einem elektronischen Massenspeicher gespeichert sein. Die Lerneinrichtung kann zum Beispiel Elemente künstlicher Intelligenz, insbesondere von maschinellem Lernen bzw. neuronalen Netzwerken, enthalten. Durch Speichern historischer Informationen zu vergangenen Vorkompressionen kann für die Zukunft unabhängig von sensorischen Werten ein Vorkomprimieren antizipiert und dessen Richtigkeit und Fehlerrobustheit stetig verbessert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorkompressionseinrichtung ausgebildet sein, das Vorkomprimieren gemäß einer Sequenz durchzuführen, die ein erstes Vorkomprimieren der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen, nachfolgend ein Warten ohne Weiterkomprimieren und danach ein zweites Vorkomprimieren der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen aufweist. Während der Wartezeit kann es zu einem Temperaturausgleich bzw. zu einem Druckausgleich im System kommen. Das doppelte Vorkomprimieren vor und nach dieser Ausgleichszeit kann die Zuverlässigkeit erhöhen, das Vorkomprimieren in vorteilhafter Weise zu bewerkstelligen und kann thermische Artefakte unterdrücken.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Vorkompressionseinrichtung ausgebildet sein, das Vorkomprimieren gemäß einer Sequenz durchzuführen, die ein Überkomprimieren der fluidischen Probe im Vergleich zu einem angestrebten Solldruck und nachfolgend ein Warten ohne Weiterkomprimieren zum Abbauen eines Drucks der fluidischen Probe in Richtung des Solldrucks aufweisen. Während der Wartezeit kann es zu einem Temperaturausgleich bzw. zu einem Druckausgleich und auch zu einem Druckabbau im System kommen. Erst nach dem Warten kann dann ein Injizieren in den Probentrennpfad erfolgen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren vor dem Vorkomprimieren ein Aufnehmen eines zusätzlichen Volumens von (vorzugsweise flüssiger) mobiler Phase vor und/oder hinter der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen aufweisen. Beim Komprimieren (insbesondere gegen eine Pumpe oder dergleichen) kann durch Vorschalten und/oder Nachschalten eines Lösungsmitteltropfens sichergestellt werden, dass zum Beispiel bei der Injektion die fluidische Probe nicht an eine unerwünschte Stelle gedrückt wird. Anschaulich kann ein Sicherheitspuffer an mobiler Phase bereitgestellt werden, sodass die fluidische Probe bei der Injektion in korrekter Weise in den Trennpfad gelangt. Hierfür kann beispielsweise eine Spülpumpe vor dem Vorkomprimieren einen Mobilphasenpfropfen liefern, der die fluidische Probe zum Beispiel teilweise leicht bis hinter das Probenaufnahmevolumen (beispielsweise eine Probenschleife) drückt. Anschaulich kann ein elastisches Volumen bereitgestellt werden, um nicht direkt gegen eine Blockade zu komprimieren. Dadurch kann ein Probenverlust verhindert werden. Vorteilhaft kann das genannte Zusatzvolumen zum Beispiel mittels einer Spülpumpe bereitgestellt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren vor dem Vorkomprimieren ein Bereitstellen einer übermäßigen Menge der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen aufweisen, sodass beim Vorkomprimieren ein Verbleiben einer vorgebbaren Mindestmenge der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen immer gewährleistet ist. Auf diese Weise kann die Gefahr verringert werden, dass eine zu geringe Menge von Probe in den Probentrennpfad injiziert wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Durchführen des Vorkomprimierens mittels einer separaten Druckquelle zum Bereitstellen von Druck zum Vorkomprimieren aufweisen. Dann kann die separate Druckquelle ganz individuell auf die Funktion des Vorkomprimierens hin eingestellt werden.
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Alternativ kann das Verfahren ein Durchführen des Vorkomprimierens mittels einer Dosiereinrichtung zum Dosieren der fluidischen Probe aufweisen. Eine solche Dosiereinrichtung kann zum Ansaugen einer Probenmenge aus einem Probereservoir in das Probenaufnahmevolumen verwendet werden. Mit Vorteil kann eine solche Dosiereinrichtung zum Vorkomprimieren mitverwendet werden, wodurch ein kompakter Injektor und folglich ein kompaktes Probentrenngerät erhalten wird.
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Gemäß einer weiteren Alternative kann das Verfahren ein Durchführen des Vorkomprimierens mittels einer Spülpumpe zum Spülen von Fluidleitungen zumindest eines Teils des Injektors aufweisen. In einem Betriebsmodus kann die Spielpumpe dann spülen, in einem anderen Betriebsmodus vorkomprimieren. Auch das macht das Vorsehen einer separaten Druckquelle entbehrlich.
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Gemäß noch einer anderen Alternative kann das Verfahren ein Durchführen des Vorkomprimierens mittels eines Fluidantriebs zum Antreiben einer mobilen Phase und der in die mobile Phase zu injizierenden fluidischen Probe in dem Trennpfad zwischen dem Fluidantrieb und der Probentrenneinrichtung aufweisen. Ein solcher Fluidantrieb (zum Beispiel eine Chromatografie-Hochdruckpumpe) kann zum Fördern mobiler Phase und der fluidischen Probe in einem Trennpfad verwendet werden. Mit Vorteil kann ein solcher Fluidantrieb zum Vorkomprimieren mitverwendet werden, wodurch ein kompakter Injektor und folglich ein kompaktes Probentrenngerät erhalten wird. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann es vorteilhaft sein, die Ankupplung des Fluidantriebs an das Probenaufnahmevolumen langsam bzw. verzögert einzustellen. Beispielsweise kann ein fluidisches Schaltventil des Injektors hierfür mit einer ausreichend langen und vorzugsweise rampenförmigen Nut versehen werden. Es ist auch möglich, eine Ventilzwischenposition vorzusehen, über die ein ansonsten isoliertes Probenaufnahmevolumen mittels einer fluidischen Restriktion angeschlossen werden kann. Es kann ein gewisser Druckausgleich abgewartet werden, bevor der Fluidantrieb mit dem Probenaufnahmevolumen fluidisch gekoppelt wird.
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Gemäß einer weiteren Alternative ist es möglich, mehrere Druckquellen zum Vorkomprimieren kombinatorisch einzusetzen. Beispielsweise ist es möglich, mit einer Spülpumpe den Druck im Probenaufnahmevolumen in einer ersten Stufe zu erhöhen (zum Beispiel auf 200 bar) und nachfolgend mit einer Dosiereinrichtung den Druck im Probenaufnahmevolumen in einer zweiten Stufe weiter zu erhöhen (zum Beispiel auf den Systemdruck im Trennpfad von beispielsweise 1000 bar). Somit ist es möglich, das Vorkomprimieren schon beim Betrieb der Spülpumpe zu beginnen und nachfolgend das Probenaufnahmevolumen mit der Dosiereinrichtung weiter in Richtung Systemdruck zu erhöhen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Vorkomprimieren in einer aktuellen Injektionsphase unter Berücksichtigung eines Ergebnisses eines Vorkomprimierens in einer vorangehenden Injektionsphase aufweisen. Insbesondere kann dies unter Vornahme einer Korrektur des Vorkomprimierens in der aktuellen Injektionsphase erfolgen, wobei die Korrektur basierend auf einer Charakteristik der vorangehenden Injektionsphase ermittelt werden kann. Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel kann das Vorkomprimieren zum Beispiel iterativ erfolgen. Beispielsweise kann ein Ergebnis des letzten vorangehenden Vorkomprimierens analysiert werden, um zu ermitteln, ob für das nachfolgende nächste Vorkomprimieren eine Korrektur durchgeführt werden soll oder nicht. Beispielsweise kann eine Injektion durchgeführt werden und hierbei eine Information gespeichert werden, wie das Vorkomprimieren in dieser Injektion stattgefunden hat, beispielsweise ob es Fluktuationen oder Stöße im Druckverlauf und/oder in der Flussrate gegeben hat. Auf dieser Basis kann eine Korrektur ermittelt werden, die für die nächste Injektion genutzt werden kann bzw. zur Anwendung gebracht werden kann. Gemäß einem solchen Ausführungsbeispiel kann also aus vergangenen Messungen bzw. Vorkompressionen gelernt werden und daher für die Zukunft Schlussfolgerungen für die Einstellung nachfolgender Vorkompressionsvorgänge gezogen werden. Zum Beispiel kann in dem Trennpfad der Systemdruck während einer Injektion gemessen werden. Wurden bei der vorangehenden Injektion Druckstöße gemessen, so kann das Vorkomprimieren vor der nachfolgenden Injektion so modifiziert werden, dass solche Druckstöße abgeschwächt oder sogar eliminiert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Einstellen des Vorkomprimierens basierend auf einem Motorstrom eines Antriebsmotors einer Druckquelle zum Bereitstellen von Druck zum Vorkomprimieren aufweisen. Beispielsweise kann der Motorstrom einer solchen Druckquelle (beispielsweise eine Dosiereinrichtung zum Dosieren der in das Probenaufnahmevolumen eingesaugten Menge fluidischer Probe) überwacht werden und aus der Zeitabhängigkeit der Größe des Motorstroms Informationen über das Vorkomprimieren abgeleitet werden. Der erfasste Wert des Motorstroms kann somit verwendet werden, um das Vorkomprimieren künftig in modifizierter Weise einzustellen. Dadurch kann ein richtiges oder fast richtiges Vorkomprimieren erreicht werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Einstellen des Vorkomprimierens unter Berücksichtigung thermischer Effekte beim Vorkomprimieren aufweisen. Dies kann insbesondere mittels Einfügens einer Wartephase zum Herbeiführen eines zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs zwischen zumindest einem Teil des Vorkomprimierens und dem Injizieren durchgeführt werden. Anschaulich kann ein temperaturabhängiges Vor- und/oder Nachkomprimieren durchgeführt werden. Insbesondere können adiabatische oder sonstige thermische Abklingvorgänge in den Prozess des eingestellten Vorkomprimierens einbezogen werden. Beispiele für die zumindest teilweise Kompensation thermischer Ausdehnungseffekte mit Auswirkungen auf die Richtigkeit eines Vorkomprimierens sind die oben beschriebenen Sequenzen „Vorkomprimieren-Warten-nochmaliges Vorkomprimieren“ bzw. „übermäßiges Vorkomprimieren-Warten“ vor dem Injizieren der fluidischen Probe aus dem Probenaufnahmevolumen des Injektors in den Trennpfad.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Einstellen des Vorkomprimierens basierend auf einer Prognose eines Ablaufs eines Vorkomprimiervorgangs aufweisen. Wenn ein Anfangszustand bekannt ist oder zumindest Informationen über den Anfangszustand vorliegen, kann auf dieser Basis ein Endpunkt prognostiziert werden. Zum Beispiel kann das Vorkomprimieren mit einer solchen Druckzugabe durchgeführt werden, damit das Ergebnis des Vorkomprimierens einer gewünschten Zielvorgabe entspricht oder dieser zumindest nahekommt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, auch ohne Drucksensor im Injektor eine indirekte Ermittlung (zum Beispiel Messung und/oder Berechnung) von Druckinformation vorzunehmen, um auf dieser Basis eine zukünftige Steuerung eines Vorkomprimierens - und daher eines Vorkomprimierens in richtiger oder zumindest annähernd richtiger Weise - durchführen zu können.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Detektieren von Luft in einer Fluidleitung des Injektors aufweisen. In einem Betriebsmodus kann die Druckquelle Fluidleitungen im Injektor auf Druck bringen. Dadurch kann überprüft werden, ob eine solche Fluidleitung eine Undichtigkeit aufweist. In diesem Fall tritt komprimiertes Fluid aus der Fluidleitung aus, andernfalls nicht. Dadurch können die Leckage-Eigenschaften des Detektors bewertet werden. Somit kann das Verfahren ein Durchführen eines Lecktests im Injektor aufweisen.
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Das Probentrenngerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Life Science-Gerät, ein Flüssigkeitschromatographiegerät, ein Gaschromatographiegerät, eine HPLC (High Performance Liquid Chromatography), eine UHPLC-Anlage oder ein SFC- (superkritische Flüssigkeitschromatographie) Gerät sein. Allerdings sind viele andere Anwendungen möglich.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Probentrenneinrichtung als chromatographische Trenneinrichtung, insbesondere als Chromatographietrennsäule, ausgebildet sein. Bei einer chromatographischen Trennung kann die Chromatographietrennsäule mit einem Adsorptionsmedium, versehen sein. An diesem kann die fluidische Probe aufgehalten werden und erst nachfolgend bei Anwesenheit einer spezifischen Lösungsmittelzusammensetzung fraktionsweise wieder abgelöst werden, womit die Trennung der Probe in ihre Fraktionen bewerkstelligt wird.
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Ein Pumpsystem zum Fördern von Fluid kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, das Fluid bzw. 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.
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Das Probentrenngerät kann einen Probeninjektor zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine mit einem Sitz koppelbare Injektionsnadel in einem entsprechenden Flüssigkeitspfad aufweisen, wobei die Nadel aus diesem Sitz herausgefahren werden kann, um Probe aufzunehmen, wobei nach dem Wiedereinführen der Nadel in den Sitz die Probe sich in einem Fluidpfad befindet, der, zum Beispiel durch das Schalten eines Ventils, in den Trennpfad des Systems hineingeschaltet werden kann, was zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad führt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Probeninjektor bzw. Sampler mit einer Nadel verwendet werden, die ohne Sitz betrieben wird.
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Das Probentrenngerät kann einen Fraktionssammler zum Sammeln der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionssammler kann die verschiedenen Komponenten der aufgetrennten Probe zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Abflussbehälter zugeführt werden.
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Vorzugsweise kann das Probentrenngerät 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.
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Figurenliste
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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 zeigt ein HPLC-System mit einem Injektor gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 2 zeigt einen Injektor eines Probentrenngeräts, in dem ein Vorkomprimieren einer fluidischen Probe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
- 3 zeigt einen Injektor eines Probentrenngeräts, in dem ein Vorkomprimieren einer fluidischen Probe gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
- 4 zeigt ein Diagramm mit einer Kalibrations-Kennlinie betreffend ein Vorkomprimieren einer fluidischen Probe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.
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Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sollen einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst werden, basierend auf denen exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung abgeleitet worden sind.
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Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Probenvorverdichtung in einem Flüssigkeitschromatografie-Probentrenngerät ohne Probendrucküberwachung ermöglicht.
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Es kann zum Beispiel konstruktiv unerwünscht sein, einen speziellen Drucksensor zur Probendrucküberwachung und/oder -steuerung für die Probenvorkompression zu implementieren.
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Andererseits ist es wünschenswert, die Probe vor dem Einbringen der Probe in einen Trennpfad auf einen Druck zu komprimieren, der mindestens in der Nähe des Systemdrucks (d.h. eines Betriebsdrucks des Systems im Trennpfad) liegt. Mit Vorteil soll dies vor Verbindung der Probe mit einem Hauptströmungsweg bzw. einem Trennpfad des Flüssigkeitschromatographie-Probentrenngeräts erfolgen.
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Gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen werden unterschiedliche Optionen für die Probenvorkomprimierung bereitgestellt:
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Gemäß einer Ausführungsform wird eine indirekte Druckmessung oder indirekte Druckregelung durchgeführt, bei welcher ein elektrischer Strom eines Motors, insbesondere eines oder mehrerer Servomotoren, eines Injektors auf einen Wert eingestellt wird, der einem erforderlichen oder gewünschten Druck entspricht.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine blinde Vorkompression basierend auf dem Systemdruck, den Kapillarvolumina und einer geschätzten Lösungsmittelkompressibilität durchgeführt. Überkompression kann zuverlässig vermieden werden, indem das steifste System angenommen wird (d.h. es wird nur das kleinste Volumen in den Kapillaren auf Basis bekannter Toleranzen berücksichtigt). Zudem kann die niedrigste Komprimierbarkeit von Flüssigkeitschromatografie-Lösungsmitteln als Parameter für eine Berechnung der Vorkompressionswerte angesetzt werden.
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Das gleiche Prinzip wie im vorstehenden Absatz kann mit der Maßgabe durchgeführt werden, dass die Kapillarvolumina aus einem Kalibrierungsverfahren bekannt sind und die Lösungsmittelkompressibilität von der Pumpe erhalten wird.
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Um einen potenziellen Probenverlust zu reduzieren, zum Beispiel durch das Herausschieben der Probe aus der Sitzkapillare während der Probenvorkompression, kann ein zusätzliches Fluidvolumen nach der Probe hinzugefügt werden. Eine Quelle für das zusätzliche Volumen kann zum Beispiel eine Spülpumpe sein. Demzufolge kann auch mit der Spülpumpe vorkomprimiert werden. Andernfalls kann die Vorkompression so durchgeführt werden, dass selbst unter ungünstigsten Bedingungen die Probe immer in der Sitzkapillare bleibt.
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Es ist auch möglich, eine über die Zeit hinweg stetig anwachsende Tabelle oder Datenbank zu erstellen, in der Information über den Erfolg von Vorkompressions-Ereignissen gespeichert werden kann (zum Beispiel durch die Auswertung eines von dem Fluidantrieb (insbesondere einer Hochdruckpumpe) gemessenen Drucksignals nach der Probeninjektion). Zusätzliche Informationen, wie die Lösungsmittelkompressibilität, können gespeichert werden, um ein adaptives Lernen zu ermöglichen, auf dessen Basis die Vorkompression zukünftiger Proben verbessert werden kann. Es ist insbesondere möglich, einen Druckabfall an dem Fluidantrieb nach einem Injektionsvorgang zu messen und diesen Druckabfall dann zu interpretieren, insbesondere in Hinblick auf den Erfolg einer Vorkompression.
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Um thermische Effekte, zum Beispiel Temperaturanstieg durch Probenkompression, zu berücksichtigen, können folgende Strategien angewendet werden:
- - Durchführen einer Sequenz „Komprimieren-Warten-Komprimieren“ (insbesondere im Rahmen einer zyklischen Kompression)
- - Aus vergangenen Probeninjektionszyklen gewonnene Probeninjektionsdaten können als Basis für ein adaptives Lernen verwendet werden, das die Verlangsamung einer Dosiervorrichtung regelt, sobald die Probe in den Hauptpfad geschaltet wird. Alternativ kann die Dosiervorrichtung einfach komplett gestoppt werden.
- - Durchführen einer Sequenz „Überkomprimieren-Warten“: Bei bekannten Eigenschaften kann die Probe auf einen Druck überkomprimiert werden, von dem bekannt ist, dass er während des thermischen Ausgleichs während der Wartezeit auf den erforderlichen Druck abfällt.
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Die beschriebenen Maßnahmen sind nicht nur vorteilhaft im Zusammenhang mit motorgetriebener (insbesondere servogetriebener) Kompression, sondern gemäß anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung auch für Feed- oder Dual Needle-Anwendungen.
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Im Weiteren werden diagnostische Anwendungen von exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben:
- - Durch Luft im Probenpfad kann zum Beispiel ein leeres Probenfläschchen (Vial) identifiziert werden. Dies kann es ermöglichen, eine Analyse zu verhindern oder zumindest die Ergebnisse zu kennzeichnen und den Benutzer zu warnen. Auch die Position einer Dosiereinrichtung kann hierfür verwendet werden. Diesbezüglich kann von der Erwartung ausgegangen werden, dass, wenn sich während Trennläufen nichts ändert, eine Zielposition gleich sein sollte.
- - Eine Kompression durch den Injektor oder Sampler kann helfen, System-Lecktests zu beschleunigen und kann sogar helfen, potenzielle Leckagen zu lokalisieren. Beispielsweise kann die Pumpe eine Dichtheitsprüfung bis zum Injektor oder Sampler durchführen, der als Block fungiert. Gleichzeitig kann der Injektor oder Sampler die Dichtheitsprüfung durchführen, indem er den Rest des Systems komprimiert (d.h. vom Sampler zu einem Block vor dem Detektor).
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1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines HPLC-Systems als Beispiel für ein Flüssigchromatografie-Probentrenngerät 10 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es zum Beispiel zur Flüssigkeitschromatographie verwendet werden kann. Eine Fluidfördereinrichtung bzw. ein Fluidantrieb 20, der mit Lösungsmitteln aus einer Zuführeinrichtung 25 versorgt wird, treibt eine mobile Phase durch eine Probentrenneinrichtung 30 (wie zum Beispiel eine chromatographische Säule), die eine stationäre Phase beinhaltet. Die Zuführeinrichtung 25 umfasst eine erste Fluidkomponentenquelle 113 zum Bereitstellen eines ersten Fluids bzw. einer ersten Lösungsmittelkomponente A (zum Beispiel Wasser) und eine zweite Fluidkomponentenquelle 115 zum Bereitstellen eines anderen zweiten Fluids bzw. einer zweiten Lösungsmittelkomponente B (zum Beispiel ein organisches Lösungsmittel). Ein optionaler Entgaser 27 kann die mittels der ersten Fluidkomponentenquelle 113 und mittels der zweiten Fluidkomponentenquelle 115 bereitgestellten Lösungsmittel entgasen, bevor diese dem Fluidantrieb 20 zugeführt werden. Eine Probenaufgabeeinheit, die auch als Injektor 40 bezeichnet werden kann, ist zwischen dem Fluidantrieb 20 und der Probentrenneinrichtung 30 angeordnet, um eine Probenflüssigkeit bzw. eine fluidische Probe in einen fluidischen Trennpfad 104 einzubringen. Hierfür kann ein Injektorventil 90 des Injektors 40 entsprechend geschaltet werden. Die stationäre Phase der Probentrenneinrichtung 30 ist dazu vorgesehen, Komponenten der Probe zu separieren. Ein Detektor 50, der eine Flusszelle aufweisen kann, detektiert separierte Komponenten der Probe, und ein Fraktionierungsgerät 60 kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probe in dafür vorgesehene Behälter auszugeben. Nicht mehr benötigte Flüssigkeiten können in einen Abflussbehälter bzw. in ein Waste (nicht gezeigt) ausgegeben werden.
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Während ein Flüssigkeitspfad zwischen dem Fluidantrieb 20 und der Probentrenneinrichtung 30 typischerweise unter Hochdruck steht, wird die Probenflüssigkeit unter Normaldruck zunächst in einen vom Flüssigkeitspfad getrennten Bereich, eine so genannte Probenschleife 100, der Probenaufgabeeinheit bzw. des Injektors 40 eingegeben, die dann wiederum die Probenflüssigkeit in den unter Hochdruck stehenden Trennpfad 104 einbringt. Unter einer Probenschleife 100 (auch als Sample Loop bezeichnet) kann ein Probenaufnahmevolumen bzw. ein Abschnitt einer Fluidleitung verstanden werden, der zum Aufnehmen bzw. Zwischenspeichern einer vorgegebenen Menge von fluidischer Probe ausgebildet ist. Noch vor dem Zuschalten der zunächst unter Normaldruck stehenden Probenflüssigkeit in der Probenschleife 100 in den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitspfad wird der Inhalt der Probenschleife 100 mittels einer unten näher beschriebenen Vorkompressionseinrichtung 102 auf den Systemdruck des als HPLC ausgebildeten Probentrenngeräts 10 gebracht. Eine Steuereinrichtung 70 steuert die einzelnen Komponenten 20, 25, 30, 40, 50, 60 des Probentrenngeräts 10.
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1 zeigt auch eine Flüssigchromatografie-Fluidversorgungsvorrichtung 150 zum Bereitstellen einer Mischung aus mehreren unterschiedlichen Fluiden als Lösungsmittelzusammensetzung bzw. mobile Phase für das Flüssigchromatografie-Probentrenngerät 10. Die Fluidversorgungsvorrichtung 150 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Zuführleitungen 171, 173 auf, von denen jede fluidisch mit einer jeweiligen der zwei als Fluidkomponentenquellen 113, 115 bezeichneten Lösungsmittelbehältern zum Bereitstellen eines jeweiligen der Fluide bzw. Lösungsmittelkomponenten A und B fluidisch gekoppelt ist. Zum Beispiel ist Lösungsmittelkomponente A Wasser und Lösungsmittelkomponente B ein organisches Lösungsmittel (wie zum Beispiel Ethanol, Methanol oder Acetonitril). Das jeweilige Fluid bzw. die jeweilige Lösungsmittelkomponente A bzw. B wird durch die jeweilige Zuführleitung 171 bzw. 173, durch den Entgaser 27 zu einem Proportionierventil 87 als Proportioniereinrichtung gefördert, an dem die Fluide bzw. Lösungsmittelkomponenten A bzw. B aus den Zuführleitungen 171, 173 miteinander vereinigt werden. An dem Proportionierventil 87 fließen die Fluidpakete aus den Zuführleitungen 171, 173 also unter Bildung einer homogenen Lösungsmittelzusammensetzung zusammen. Letztere wird dann dem Fluidantrieb 20 zugeführt.
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Der Injektor 40 dient zum Injizieren der fluidischen Probe in die mobile Phase in dem auf einem Systemdruck (zum Beispiel 1000 bar) befindlichen Trennpfad 104 zwischen dem Fluidantrieb 20 und der Probentrenneinrichtung 30. Hierbei weist der Injektor 40 das beispielsweise als Probenschleife ausgebildete Probenaufnahmevolumen 100 zum Aufnehmen eines bestimmten Volumens der fluidischen Probe auf. Die fluidische Probe kann beispielsweise mittels einer Dosiereinrichtung 116 (zum Beispiel eine Spritzenpumpe) aus einem in 1 nicht dargestellten Probenbehälter (englisch „Vial“) in das Probenaufnahmevolumen 100 eingesaugt werden. Ein solcher Probenbehälter kann an eine dargestellte Fluidleitung 111 angrenzen. Mittels eines Schaltventils 119 kann der Probenbehälter zu- oder abgeschaltet werden. Unmittelbar nach dem Einbringen in das Probenaufnahmevolumen 100 kann die fluidische Probe beispielsweise auf Atmosphärendruck (zum Beispiel ungefähr 1 bar) befindlich sein. Würde die fluidische Probe aus dem Probenaufnahmevolumen 100 durch Umschalten des Injektorventils 90 schlagartig auf den hohen Druck im Trennpfad 104 (beispielsweise 1000 bar) gebracht werden, würde dies im Probentrenngerät 10 zu signifikanten Druckstößen sowie Fluktuationen führen. Diese können einerseits die Integrität der fluidischen Probe und somit die Trenngenauigkeit beeinträchtigen und können andererseits die Komponenten des Probentrenngeräts 10 (insbesondere die Probentrenneinrichtung 30) beschädigen oder deren Lebensdauer reduzieren.
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Um dies zu verhindern, ist die bereits oben angesprochene Vorkompressionseinrichtung 102 zum Vorkomprimieren der in dem Probenaufnahmevolumen 100 befindlichen fluidischen Probe auf einen erhöhten Probendruck (zum Beispiel bis auf den Systemdruck im Trennpfad 104) vor dem Injizieren der fluidischen Probe in den Trennpfad 104 vorgesehen. Mit Vorteil kann diese Vorkompression ohne Erfassen des Probendrucks im Injektor 40 gesteuert werden. Mit Vorteil ist in dem Injektor 40 also kein Sensor (insbesondere kein Drucksensor und/oder kein Flusssensor) zum Erfassen des Probendrucks (oder eines hierfür indikativen anderen Parameters, beispielsweise eine Flussrate) im Probenaufnahmevolumen 100 zum Steuern des Vorkomprimierens vorgesehen, sodass der Injektor 40 besonders kompakt ausgebildet werden kann.
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Vorteilhaft kann die Vorkompressionseinrichtung 102 zum Beispiel ausgebildet sein, einen festen elektrischen Steuerstrom - der unabhängig von einem sensorisch ermittelten Druckwert im Injektor 40 eingestellt werden kann - an einen Antriebsmotor 108 (insbesondere einen Elektromotor) der Dosiereinrichtung 116 anzulegen. Dieser Steuerstrom kann den mit der Vorkompression angestrebten erhöhten Probendruck vorgeben. Anschaulich dient der Antriebsmotor 108 als Stromquelle für die Dosiereinrichtung 116 als Druckquelle 106 zum Vorkomprimieren der Probe im Probenaufnahmevolumen 100. Die Dosiereinrichtung 116 kann eine Spritzen- bzw. Kolbenpumpe sein, die durch elektrischen Strom des Antriebsmotors 108 mechanisch angetrieben wird und deren Kolben einen zum Vorkomprimieren der in dem Probenaufnahmevolumen 100 aufgenommenen fluidischen Probe verwendeten Druck erzeugt. Die Druckerhöhung der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen 100 in dem Injektor 40 kann also durch eine Druckquelle 106 - insbesondere eine durch einen Antriebsmotor 108 angetriebene Dosiereinrichtung 116 - zum Bereitstellen von Druck zum Vorkomprimieren bewerkstelligt werden.
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Insbesondere kann die Vorkompressionseinrichtung 102 ausgebildet sein, das Vorkomprimieren basierend auf dem (zum Beispiel vorbekannten oder sensorisch erfassten) Systemdruck, einem (insbesondere vorbekannten) Fluidleitungsvolumen des Injektors 40 und/oder einer (zum Beispiel vorbekannten oder sensorisch erfassten) Kompressibilität von Fluid in dem Injektor 40 vornehmen.
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Alternativ oder ergänzend kann die Vorkompressionseinrichtung 102 ausgebildet sein, ein übermäßiges Vorkomprimieren durch Begrenzen des Vorkomprimierens unter der Annahme eines minimalen Fluidleitungsvolumens des Injektors 40 bzw. einer minimalen Kompressibilität von Fluid in dem Injektor 40 zu verhindern. Mit anderen Worten kann die Vorkompression im Rahmen einer Worst-Case-Annahme gesteuert werden, sodass selbst unter ungünstigsten Voraussetzungen (beispielsweise empfindlichste denkbare Systemkomponenten) eine Überkompression immer noch ausgeschlossen ist.
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Ferner ist eine Datenbank 110 zum sukzessiven Speichern von Information hinsichtlich vergangener Vorkomprimiervorgänge vorgesehen, auf welche die Steuereinrichtung 70 einen Schreib- und/oder Lesezugriff haben kann. Die Datenbank 110 kann beispielsweise als elektronischer Massenspeicher ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung 70 kann zum Beispiel ein Prozessor sein, zum Beispiel eine CPU („central processing unit“). Darüber hinaus ist eine Lerneinrichtung 112 zum adaptiven Lernen in Hinblick auf zukünftige Vorkomprimiervorgänge basierend auf in der Datenbank 110 gespeicherter Information implementiert. Die beispielsweise softwarebasierte Lerneinrichtung 112 kann zum Beispiel ein neuronales Netz aufweisen.
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Zum Unterdrücken von thermischen Artefakten kann die Vorkompressionseinrichtung 102 ausgebildet sein, das Vorkomprimieren in einer Sequenz durchzuführen, die ein erstes Vorkomprimieren der fluidischen Probe, nachfolgend ein Warten und danach ein zweites Vorkomprimieren der fluidischen Probe aufweist. Entsprechend kann die Steuereinrichtung 70 programmiert sein. Alternativ kann zum Unterdrücken von thermischen Artefakten die Vorkompressionseinrichtung 102 ausgebildet und die Steuereinrichtung 70 programmiert sein, das Vorkomprimieren in einer Sequenz durchzuführen, die zunächst ein Überkomprimieren der fluidischen Probe im Vergleich zu einem angestrebten Solldruck und nachfolgend ein Warten zum Abbauen eines Drucks der fluidischen Probe hin zu dem Solldruck aufweist. Erst nach dieser Wartephase erfolgt dann eine Injektion der fluidischen Probe aus dem Probenaufnahmevolumen 100 in den Trennpfad 104.
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Beim Betrieb des Injektors 40 ist es möglich, vor dem Vorkomprimieren ein zusätzliches Volumen (insbesondere einen Flüssigkeitspfropfen) von mobiler Phase vor und/oder hinter der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen 100 aufzunehmen. Dieses zusätzliche Volumen kann zum Beispiel mittels einer Spülpumpe 114 bereitgestellt werden, die an das Injektionsventil 90 angeschlossen sein kann und in einem anderen Spülmodus zum Spülen der Fluidleitungen des Injektors 40 dienen kann, zum Beispiel um eine Verschleppung von fluidischer Probe in aufeinanderfolgenden Trennläufen zu verhindern. Synergistisch kann die Spülpumpe 114 also auch zum Bereitstellen des zusätzlichen Volumens vor bzw. hinter der Probe eingesetzt werden. Auch möglich, die Spülpumpe 114 für einen Teil des Vorkomprimierens oder sogar für das gesamte Vorkomprimieren einzusetzen. Insbesondere kann eine Vorkompression derart erfolgen, dass die fluidische Probe in dem Probenaufnahmevolumen 100 zunächst mittels der Spülpumpe 114 auf einen ersten Vordruck (beispielsweise bis auf 200 bar) vorkomprimiert wird und nachfolgend eine zusätzliche Vorkompression ausgehend von dem ersten Vordruck bis zu einem höheren zweiten Vordruck (beispielsweise ein Systemdruck von 1000 bar) mittels der Dosiereinrichtung 116 durchgeführt wird, bevor die Injektion erfolgt.
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Insbesondere ist es auch möglich und vorteilhaft, die Dosiereinrichtung 116 auf eine ausreichend weite Position (insbesondere eines Kolbens der Dosiereinrichtung 116) gestellt haben, um eine ausreichende Vorkompression mittels der Dosiereinrichtung 116 bewerkstelligen zu können. Herkömmlich kann ein Kolben einer Dosiereinrichtung, bevor die fluidische Probe in das Probenaufnahmevolumen 100 aufgenommen wird, ganz vorn positioniert sein. Dann wäre im Anschluss ein Komprimieren nur auf das Volumen der Probe möglich, und das kann zu wenig sein. Somit kann gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung vorteilhaft ein Kolben der Dosiereinrichtung 116 in eine Position gebracht werden, die ein nachfolgendes Vorkomprimieren mittels der Dosiereinrichtung 116 gestattet.
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Ein Betriebsverfahren des Probentrenngeräts 10 kann vor dem Vorkomprimieren ein Bereitstellen einer solchen Menge der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen 100 aufweisen, dass beim Vorkomprimieren ein Verbleiben einer vorgebbaren Mindestmenge der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen 100 immer gewährleistet ist. Es kann also ein leichtes Übermaß von fluidischer Probe in dem Injektor 40 eingestellt werden.
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Der Vorkomprimier-Druck kann, wie bereits beschrieben, von der Dosiereinrichtung 116 zum Dosieren der fluidischen Probe und/oder von der Spülpumpe 114 bereitgestellt werden. Es ist auch möglich, den Vorkomprimier-Druck mittels des Fluidantriebs 20 bereitzustellen. Dann kann das Probentrenngerät 10 besonders kompakt ausgebildet werden. Alternativ ist es möglich, eine zu den Elementen 116, 114 und 20 separate Druckquelle 106 bereitzustellen, was ein optimiertes Vorkomprimieren ermöglicht.
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Zum Vorkomprimieren ohne Drucksensor im Injektor 40 sind die oben beschriebenen und/oder andere Strategien möglich. Beispielsweise kann in einem iterativen Ansatz basierend auf dem Ergebnis des Vorkomprimierens in einer vorangehenden Injektionsphase ein Vorkomprimieren in einer nachfolgenden Injektionsphase modifiziert werden. Ein Vorkomprimieren kann auch auf Basis vorbekannten Systemeigenschaften erfolgen. Es ist auch möglich, einen Motorstrom des Antriebsmotors 108 zu setzen und auf Basis der Motorstrom-Werte das Vorkomprimieren einzustellen. Auch ist es möglich, eine Prognose für den Vorgang des Vorkomprimierens zu erstellen und auf Basis dieser Prognose ein zukünftiges Vorkomprimieren durchzuführen.
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Insbesondere ist auch ein Detektieren von Luft in einer Fluidleitung des Injektors 40 mittels der Vorkompressionseinrichtung 102 möglich. Während des Betriebs des Injektors 40 ist mittels der Vorkompressionseinrichtung 102 auch ein Durchführen eines Lecktests im Injektor 40 möglich.
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2 zeigt einen Injektor 40 eines Probentrenngeräts 10, in dem ein Vorkomprimieren einer fluidischen Probe gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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Die Steuereinrichtung 70 steuert im Betrieb insbesondere das Injektorventil 90, eine im Weiteren näher beschriebene Nadel 232 und eine Dosiereinrichtung 116 an.
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2 zeigt, wie die Nadel 232 mittels eines nicht dargestellten Roboters und gesteuert durch die Steuereinrichtung 70 in einen Behälter 212 mit fluidischer Probe 214 eingetaucht wird. Die Nadel 232 ist über eine Fluidleitung 111 und über ein aktives oder passives Fluidventil 236 mit dem Injektorventil 90 gekoppelt. Wie mit zwei Doppelpfeilen in 2 angedeutet ist, kann die Nadel 232 bewegt werden. In der in 2 dargestellten Position der Nadel 232 in dem Behälter 212 mit fluidischer Probe 214 kann bei einer entsprechenden Schaltstellung des Injektorventils 90 fluidische Probe 214 aus dem Behälter 212 durch Zurückfahren eines Kolbens 222 der Dosiereinrichtung 116 aus dem Behälter 212 durch die Fluidleitung 111 und das Injektorventil 90 bis in das als Probenschleife ausgebildete Probenaufnahmevolumen 100 gezogen werden. Die Nadel 232 kann von der Fluidleitung 111 auch abgekoppelt werden.
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Um ein Lösungsmittel in die Fluidleitung 111 einzukoppeln, kann die Nadel 232 in einen Behälter 228 mit Lösungsmittel 210 getaucht werden und durch Zurückfahren des Kolbens 222 der Dosiereinrichtung 116 Lösungsmittel in die Fluidleitung 111 eingezogen werden. Weitere Lösungsmittelbehälter können vorgesehen sein (nicht gezeigt).
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Ferner zeigt 2, dass an das Injektorventil 90 ein Fluidantrieb 20 und eine Probentrenneinrichtung 30 angeschlossen sind. Indem, gesteuert durch die Steuereinrichtung 70, das Injektorventil 90 in eine entsprechende Schaltposition gebracht wird, kann in dem Probenaufnahmevolumen 100 aufgenommene fluidische Probe in einen chromatographischen Trennpfad 104 zwischen den Fluidantrieb 20 und die Probentrenneinrichtung 30 zur Trennung in Fraktionen eingebracht werden. Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Inhalt der Fluidleitung 111 in die Probenschleife 100 aufgenommen und in den Trennpfad 104 injiziert werden. Dann ist sichergestellt, dass annähernd keine fluidische Probe 214 zur Injektion in den Trennpfad 104 zwischen Fluidantrieb 20 und Probentrenneinrichtung 30 verloren geht.
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2 zeigt noch einen anderen Behälter 216 mit einer anderen Flüssigkeit 218, zum Beispiel einer Spülflüssigkeit zum Spülen der Fluidleitung 111 nach Injektion von fluidischer Probe in den Trennpfad 104.
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Während einer tatsächlichen Probentrennung befindet sich das Probenaufnahmevolumen 100 in einem Hochdruckpfad zwischen dem Fluidantrieb 20 und der Probentrenneinrichtung 30, zum Beispiel bei einem Druck von mindestens 1000 bar. Hingegen kann der Druck in der Fluidleitung 111 linksseitig des Injektorventils 90 auf Niederdruck befindlich sein, zum Beispiel auf Atmosphärendruck.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann es möglich sein, die in das Probenaufnahmevolumen 100 eingebrachte fluidische Probe vor Einbringen in den Trennpfad 104 zwischen Fluidantrieb 20 und Probentrenneinrichtung 30 auf den dort herrschenden Hochdruck zumindest teilweise vorzukomprimieren. Hierzu kann in einer entsprechenden Stellung des Injektorventils 90 der Kolben 222 der Dosiereinrichtung 116 zur Vorkompression der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen 100 in Vorwärtsrichtung bewegt werden. Wiederum erfolgt auch gemäß 2 die Steuerung der Vorkompression ohne Drucksensor im Injektor 40.
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1 und
2 zeigen also exemplarisch zwei Ausgestaltungen von Probentrenngeräten
10 bzw. Injektoren
40 zur Vorkompression. Es ist zu betonen, dass gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine Vorkompression fluidischer Probe auch in anderen Geometrien möglich ist, zum Beispiel jenen gemäß
WO 2010/139359 A1 .
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3 zeigt einen Injektor 40 eines Probentrenngeräts 10, in dem ein Vorkomprimieren einer fluidischen Probe gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
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Zusätzlich zu den bereits in 2 dargestellten Komponenten sind gemäß 3 Details des Injektionsventils 90 dargestellt. Dieses enthält einen Rotor und einen Stator. Der Stator enthält eine Mehrzahl von Ports 231, die in der in 3 dargestellten Weise mit den diversen Komponenten des Probentrenngeräts 10 fluidisch gekoppelt sind. Ferner enthält der Rotor (im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei bogenförmige) Nuten 235, die je nach Relativposition zwischen Rotor und Stator unterschiedliche fluidische Kopplungen zwischen einigen der Ports 231 ermöglichen bzw. verunmöglichen.
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Außerdem ist in 3 dargestellt, wie die verfahrbare Nadel 232 in einen Sitz 233 zum Ausbilden einer fluiddichten Verbindung eingefahren ist.
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3 zeigt den Injektor 40 einer Vorkomprimier-Position.
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Die Dosiereinrichtung 116 kann als Druckquelle 106 zum Vorkomprimieren der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen 100 vor dem Injizieren der fluidischen Probe in den Trennpfad 104 zwischen dem Fluidantrieb 20 und der Probentrenneinrichtung 30 fungieren.
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Im Vorfeld kann ein Druckabgleich mit dem Fluidantrieb 20 (insbesondere zum Einstellen eines Motorstroms) durchgeführt werden. Zum Beispiel kann ein blindes Vorkomprimieren unter Annahme von Worst Case-Bedingungen durchgeführt werden. Zum Vorkomprimieren kann Information hinsichtlich Kompressibilität von dem Fluidantrieb 20 bereitgestellt werden. Es ist möglich, die fluidische Probe mittels der Spülpumpe 114 in das Probenaufnahmevolumen 100 zu drücken. Das Vorkomprimieren kann mit einem eingestellten Strom für einen Schrittmotor der Dosiereinrichtung 116 erfolgen.
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4 zeigt ein Diagramm 300 mit einer Kalibrations-Kennlinie 308 betreffend ein Vorkomprimieren einer fluidischen Probe gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel.
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Das Diagramm 300 hat eine Abszisse 302, entlang welcher der Motorstrom (in Zähleinheiten) aufgetragen ist. Entlang einer Ordinate 304 ist der Druck in bar aufgetragen. Kalibration-Punkte sind mit Bezugszeichen 306 dargestellt.
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Gemäß 4 erfolgt ein Einstellen des Vorkomprimierens basierend auf der Kalibrier-Kennlinie 308 zwischen dem Motorstrom eines Antriebsmotors der Druckquelle 106 zum Bereitstellen von Druck zum Vorkomprimieren und einem Vorkomprimierdruck. In dem Sampler oder Injektor 40 kann mithilfe des Fluidantriebs 20 (insbesondere einer Pumpe, im Speziellen eines Drucksensors der Pumpe), eine Kalibrations-Tabelle oder dergleichen angelegt werden, indem auf einer bestimmten Position der Injektor 40 und die Pumpe anschaulich kurzgeschlossen werden. Mit dem Injektor 40 kann in vorgegebenen Inkrementen Druck aufgebaut werden. Dann kann anhand des Sensors der Pumpe eine Korrelation des Druckes auf den gesetzten Strom der Druckquelle 106 hergestellt werden. Diese Daten können im Injektor 40 gespeichert werden. Bezugnehmend auf diese Kalibration-Tabelle kann eine Auswahl erfolgen oder eine (beispielsweise lineare Funktion, d.h. eine Ausgleichsgerade) erstellt werden, mithilfe derer dann anschließend vorkomprimiert werden kann.
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Es ist also möglich, die Beziehung zwischen dem Strom eines Servomotors und einer messbaren Variable (zum Beispiel dem Druck) zu bestimmen. Dies kann beispielsweise mittels eines injektorinternen Drucksensors und/oder mittels eines injektorexternen Drucksensors (zum Beispiel eines Pumpendrucksensors) erfolgen. Es ist dann infolge eines blockierten Pfads möglich, mit unterschiedlichen Strömen bis zu einem hohen Druck anzutreiben.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0309596 B1 [0002]
- WO 2010/139359 A1 [0079]
