DE102021118602A1

DE102021118602A1 - Hochleistungschromatografie-System mit dynamischen Verzögerungsvolumen

Info

Publication number: DE102021118602A1
Application number: DE102021118602.1A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Shoykhet; Sascha Lege
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2021-07-19
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2021-10-07

Abstract

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Hochleistungschromatografie-System (10), aufweisend eine Pumpe (20) zum Bewegen einer mobilen Phase, eine stationäre Phase (30) zum Trennung von Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit, und eine Datenverarbeitungseinheit (70) zur Steuerung des Hochleistungschromatografie-Systems. Das Hochleistungschromatografie-System (10) weist ein Verzögerungsvolumen auf, das ein Volumen zwischen einem Mischpunkt der mobilen Phase und einem Referenzpunkt in einem Flusspfad der mobilen Phase, vorzugsweise der stationären Phase, darstellt. Die Datenverarbeitungseinheit (70) ist dazu eingerichtet das Verzögerungsvolumen dynamisch zu variieren.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Hochleistungschromatografie.
In der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (High Performance Liquid Chromatographie - HPLC) muss eine Flüssigkeit bei typischerweise sehr eng kontrollierten Flussraten (z.B. im Bereich von Nanoliter bis Milliliter pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20-100 MPa, 200-1000 bar und darüber hinaus bis derzeit etwa 200 MPa, 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar wird, gefördert werden. Zur Flüssigkeitstrennung in einem HPLC-System wird eine mobile Phase, die - in Betrieb - eine Probenflüssigkeit mit zu trennenden Komponenten aufweist, durch eine stationäre Phase (wie einer chromatografischen Säule) getrieben, um auf diese Weise unterschiedliche Komponenten der Probe zu trennen. Die Zusammensetzung der mobilen Phase kann dabei über der Zeit konstant sein (Isokratischer Modus) oder variieren (z.B. im so genannten Gradienten-Modus).
Ein HPLC-System lässt sich unter anderem kennzeichnen durch sein sogenanntes Verzögerungsvolumen. Im Englischen wird das Verzögerungsvolumen oft als delay volume, dwell volume, gradient delay volume, transition volume, etc. bezeichnet. Alternativ kann von delay time, dwell time, gradient delay, gradient time, etc., gesprochen werden, wobei in diesem Fall die zeitliche Auswirkung der Flusspfadvolumina unter gegebenen Flussbedingungen impliziert wird. Als Verzögerungsvolumen wird dabei typischerweise das Volumen zwischen einem Mischpunkt der mobilen Phase und einem anderen Punkt im fluidischen Pfad bezeichnet, an dem die Zusammensetzung der mobilen Phase von Bedeutung ist, wie z.B. der stationären Phase, einer Detektorzelle oder einer konstruktiv bedingter Schnittstelle eines Moduls des Chromatographiesystems bezeichnet. Bildlich gesprochen könne man das Verzögerungsvolumen als das Volumen beschreiben, das die (fertig gemischte) mobile Phase vor dem Erreichen der stationären Phase zu durchlaufen hat.
Jedes HPLC-System hat also - baulich bedingt - ein spezifisches Verzögerungsvolumen. Bestimmte Typen oder Serien von HPLC-Systemen weisen typischerweise ein mittleres oder durchschnittliches Verzögerungsvolumen auf, sodass z.B. ein bestimmtes Modell eines HPLC-Systems - im Mittel - durch ein bestimmtes (mittleres) Verzögerungsvolumen charakterisiert werden kann.
Eine chromatografische Methode stellt einen festgelegten Ablauf zur chromatografischen Trennung einer bestimmten Probenflüssigkeit dar und beschreibt beispielsweise den Verlauf eines Gradienten, also eine vorgegebene zeitliche Variation einer Lösungsmittelzusammensetzung. Chromatografische Methoden werden typischerweise für ein bestimmtes HPLC-System entwickelt und können meist nicht problemlos auf ein anderes HPLC-System übertragen werden.
Aus der WO2010025777A1 ist bekannt, dass Methoden auf andere HPLC-Systeme übertragen werden können, indem die Systemeigenschaften der jeweiligen HPLC-Systeme berücksichtigt werden. So kann unter Kenntnis der Systemeigenschaften des HPLC-Systems, für das eine bestimmte chromatografische Methode entwickelt wurde, eine idealisierte chromatografische Methode ermittelt werden, wobei diese idealisierte chromatografische Methode im Wesentlichen die chromatografische Methode ohne Einfluss der Systemeigenschaften darstellt. Über die Ermittlung idealisierter chromatografischer Methoden lässt sich dann ein Methodentransfer zwischen unterschiedlichen HPLC-Systemen durchführen. Ebenso lassen sich so auch individuelle Varianzen unterschiedlicher Geräte eines selben HPLC-Typs, beispielsweise aufgrund von Toleranzen oder sonstigen individuellen Abweichungen wie nach einem Austausch/Ersatz eines Systembauteils, wie z.B. einer Kapillare, ausgleichen. Ein wichtiger Parameter für den Methodentransfer ist hier unter anderem auch das Verzögerungsvolumen.
In der US10955391 B2 wird beschrieben, dass für einen Methodentransfer über ein Ventil unterschiedliche Verzögerungsvolumen ausgewählt werden können, um so das gesamte Verzögerungsvolumen eines HPLC-Systems zu verändern.
DE102014103766A1 beschreibt, dass für einen Methodentransfer das Volumen einer Dosierpumpe, die für eine Aufnahme der Probenflüssigkeit vorgesehen ist, als ein zusätzliches Volumen genutzt werden kann, um ein gewünschtes gesamtes Verzögerungsvolumen eines HPLC-Systems fest einzustellen.
Seit vielen Jahren bietet die Anmelderin eine sogenannte Automatic Delay Volume Reduction (ADVR) Funktion an, um ein gewünschtes Verzögerungsvolumen auszuwählen oder einzustellen, z.B. um automatisch ein Verzögerungsvolumen zu reduzieren oder für einen Methodentransfer zu nutzen, wie dies beispielsweise in dem Dokument „Ultra-fast liquid chromatography using the Agilent 1100 Series HPLC system and 1.8-µm ZORBAX SB C18 Rapid Resolution HT columns“, Publikationsnummer 5989-1603EN, publiziert am 1. September 2004 beschrieben ist.
Aus der WO2014000778A1 derselben Anmelderin ist bekannt, dass wahlweise unterschiedliche Verzögerungsvolumen durch Kombination unterschiedlicher „Delay Loops“ ausgewählt werden können, beispielsweise mittels des in den 5 dargestellten Ventils.
Ferner ist bekannt, dass Chromatographiesysteme mit mikrofluidischen Geräten geeignet ausgestaltet werden können, um nicht nur ein gewünschtes statisches Verzögerungsvolumen, sondern um darüber hinausgehend auch eine gewünschte dynamische Charakteristik des Verzögerungsvolumens aufzuweisen. Mit einem solchen mikrofluidischen Gerät, das geeignet in den Flusspfad eingefügt wird, z.B. wahlweise zuschaltbar, lässt sich dann ein gewünschtes HPLC-Zielgerät hinsichtlich seiner statischen als auch dynamischen Charakteristik deutlich präziser emulieren. Beispielsweise erlaubt die sogenannte Metal-Microfluidics (MMF) Technologie der Anmelderin solche mikrofluidischen Elemente gezielt hinsichtlich ihrer statischen und dynamischen Charakteristik des Verzögerungsvolumens zu gestalten oder einzustellen.
Die Broschüre „Agilent 1290 Infinity Quaternary Pump User Manual“, G4204-90000, Edition 05/2012, beschäftigt sich insbesondere ab den Seiten 82 intensiv mit dem Verzögerungsvolumen (Delay Volume) und insbesondere dessen Optimierung.
In dem Dokument „Dwell Volume and Extra-Column Volume: What Are They and How Do They Impact Method Transfer“, von Paula Hong und Patricia R. McConville, https://www.waters.com/webassets/cms/libra ry /docs/720005723en. pdf, werden unterschiedliche Aspekte zu Methodentransfer und Verzögerungsvolumen (Dwell Volume) dargestellt, insbesondere auch der Aspekt, wie ein Verzögerungsvolumen gemessen werden kann.
OFFENBARUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochleistungschromatografie-System zu verbessern, insbesondere hinsichtlich dessen Verzögerungsvolumen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Hochleistungschromatografie-System, aufweisend eine Pumpe zum Bewegen einer mobilen Phase, eine stationäre Phase zum Trennen von Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit, und eine Datenverarbeitungseinheit zur Steuerung des Hochleistungschromatografie-Systems. Das Hochleistungschromatografie-System weist ein Verzögerungsvolumen auf. Die Datenverarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, das Verzögerungsvolumen dynamisch zu variieren.
Ein dynamisches Variieren des Verzögerungsvolumens erlaubt ein flexibles Anpassen des Verzögerungsvolumens an eine jeweilige Situation, Betriebsbedingungen etc., im Gegensatz zu den im Stand der Technik bekannten statischen Anpassungen des Verzögerungsvolumens. Mit einem dynamischen Variieren des Verzögerungsvolumens lässt sich beispielsweise unmittelbar auf eine Änderung der oder in den Betriebsbedingungen eingehen und dem vorzugsweise entgegenzuwirken. Ändert sich beispielsweise der Druck in dem Hochleistungschromatografie-System, schlägt sich dies wiederum vielfach auf den aktuellen Wert des Verzögerungsvolumens nieder, z.B. durch eine gewisse Elastizität in dem System, eine geänderte Viskosität der mobilen Phase, etc. Durch ein dynamisches Variieren kann der aktuelle Wert des Verzögerungsvolumens z.B. auf einen gewünschten Zielwert des Verzögerungsvolumens angepasst oder nachgeführt werden. Neben geänderten Betriebsbedingungen erlaubt ein dynamisches Variieren auch ein Einstellen des aktuellen Wertes des Verzögerungsvolumens in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen, im Gegensatz zu dem statischen Einstellen, bei dem das Verzögerungsvolumen z.B. vor einem tatsächlichen Betrieb eingestellt werden muss. Ein dynamisches Einstellen erlaubt es, dass beispielsweise erst bei einem Betrieb des Hochleistungschromatografie-Systems der aktuelle Wert des Verzögerungsvolumens auf einen bestimmten Wert hin dynamisch eingestellt oder angepasst wird, z.B. durch eine geeignete Änderung des Betriebsmodus. Beispielsweise kann durch geeignete Anpassung eines Betriebs der Pumpe das Verzögerungsvolumen variiert werden, vorzugsweise in dem ein Umkehrpunkt eines reziprozierenden Elementes der Pumpe geeignet dynamisch variiert wird, um damit ein Verzögerungsvolumen dieser Pumpe zu variieren.
Ein dynamisches Variieren des Verzögerungsvolumens kann auch eine Übertragung von Methoden zwischen unterschiedlichen Typen oder Geräten verbessern, insbesondere auch mit Hinblick auf eine Vergleichbarkeit unterschiedlicher Gerätemodelle und -exemplare.
Der Begriff „dynamisch“ kann hier in Abgrenzung zu „statisch“ verstanden werden. Bei einem statischen Betrieb wird das Verzögerungsvolumen insbesondere durch bauliche Maßnahmen festgelegt, z.B. indem ein bestimmtes Volumen (z.B. ein bestimmtes Flusselement) hinzugeführt oder entfernt wird. Während eines Betriebes kann sich der aktuelle Wert des Verzögerungsvolumens durch die jeweiligen Betriebsbedingungen zwar ändern, dies erfolgt allerdings passiv, d. h. es besteht keine Möglichkeit aktiv auf den Wert des Verzögerungsvolumens einzuwirken. Im Gegensatz dazu erlaubt ein dynamisches Variieren aktiv auf den aktuellen Wert des Verzögerungsvolumens einzuwirken, z.B. durch Variation von Betriebsparametern vorzugsweise in Abhängigkeit der aktuellen Betriebsbedingungen.
Das dynamische Variieren des Verzögerungsvolumens kann dabei alternativ oder auch in Kombination mit einem statischen Festlegen des Verzögerungsvolumens erfolgen. Beispielsweise kann vor einem Betrieb das Hochleistungschromatografie-System auf einen bestimmten Wert des Verzögerungsvolumens eingestellt werden, z.B. indem ein geeignetes Flusselementes mit einem definierten Volumen eingefügt wird, eine im Flusspfad sich befindende Dosierpumpe auf ein bestimmtes Volumen aufgezogen wird, oder jede andere im Stand der Technik bekannte Maßnahme für eine statische Einstellung des Zeugungsvolumens. Bei einem Betrieb des Hochleistungschromatografie-Systems kann dessen Verzögerungsvolumen dann weiter erfindungsgemäß dynamisch variiert und z.B. auf einen gewünschten Zielwert hin angepasst werden, beispielsweise indem das Volumen, auf das die im Flusspfad sich befindende Dosierpumpe aufgezogen wird, während des Betriebes und z.B. in Abhängigkeit eines Betriebsparameters wie dem Druck der mobilen Phase variiert wird.
Das Verzögerungsvolumen kann definiert werden als ein Volumen zwischen einem Mischpunkt der mobilen Phase und einem Referenzpunkt in einem Flusspfad der mobilen Phase, vorzugsweise der stationären Phase (z.B. einem Einlass zu einer chromatografischen Säule).
Unter dem Begriff Mischpunkt kann ein Punkt oder Teilbereich im fluidischen Pfad verstanden werden, von welchem abwärts die Anteile eines Eluenten (insbesondere die Anteile mit unterschiedlicher Zusammensetzung oder einem Unterschied in einer anderen Eigenschaft), die in der durch die Methode (bzw. Gradientenprogramm) vorgegebener Proportion zusammengeführt werden, nicht mehr unabhängig voneinander entlang des fluidischen Pfades transportiert werden können. Der Einlass zu einer chromatografischen Säule (auch Säuleneinlass genannt) kann als der Eingangsanschluss der chromatografischen Trennvorrichtung verstanden werden. Neben dem Verzögerungsvolumen des gesamten Systems, also z.B. des gesamten Hochleistungschromatografie-Systems, hat auch jedes Teilsystem (oder Untersystem des Gesamtsystems) ein Verzögerungsvolumen, und die jeweiligen Verzögerungsvolumen der Teilsysteme wirken zusammen zu dem Verzögerungsvolumen des Gesamtsystems. Bei einem Teilsystem kann als Anfang (des Verzögerungsvolumens) der Einlass und als Ende der Auslass des jeweiligen Fluidpfadabschnitts definiert werden, sofern der Mischpunkt bzw. respektive der Säuleneinlass nicht Teil dieses Fluidpfadabschnitts ist. Die Relation zwischen dem Volumen und Zeit kann durch eine Transportzeit dieses Volumens bei jeweiliger Flussrate definiert werden, beispielsweise Volumen im Verhältnis zu Fluss.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet das Verzögerungsvolumen dynamisch zu variieren, indem die Datenverarbeitungseinheit einen Wert des Verzögerungsvolumen über der Zeit ändert bzw. eine solche Änderung einleitet (z.B. durch entsprechende Ansteuerung eines Bauteils). Dies erlaubt den Wert des Verzögerungsvolumen zeitlich anzupassen und zu variieren, z.B. um einen bestimmten zeitlichen Verlauf des Verzögerungsvolumens zu emulieren oder aber auch zu kompensieren (z.B. wenn der Wert eines Verzögerungsvolumens in einem bestimmten Betriebszustand sich verändern würde, kann durch die dynamische Variation dieser Veränderung entgegengewirkt werden, sodass der Wert des Verzögerungsvolumens über die Zeit im Wesentlichen konstant gehalten werden kann).
In einem Ausführungsbeispiel ist die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet das Verzögerungsvolumen in Abhängigkeit eines Betriebsparameters zu variieren. Dies erlaubt dynamisch auf Änderungen des Verzögerungsvolumens resultierend aus Änderungen des Betriebsparameters einzugehen und diese beispielsweise zu kompensieren.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Betriebsparameter einer aus der Gruppe: Druck, Flussrate, Temperatur, eine mathematische Funktionen dieser Parameter, und eine Retentionszeit vorzugsweise eines Referenzstoffs.
Neben der Berücksichtigung von Betriebsparametern können auch Chromatogramme bzw. die Unterschiede zwischen mindestens zwei Chromatogrammen zum Einstellen des Verzögerungsvolumens herangezogen werden. Nimmt man z.B. ein Chromatogramm A, das auf System A erzeugt wurde, so kann es gewünscht sein auf System B ein möglichst ähnliches Chromatogramm zu erhalten. Aufgrund der Unterschiede zwischen den Systemen (z.B. Totvolumen) ist dies typischerweise aber nicht ohne eine irgendwie geartete Änderung möglich (wie in der zuvor erwähnten WO2010025777A1 bereits beschrieben). In einem Ausführungsbeispiel wird ein Verzögerungsvolumen oder ein zeitlicher Verlauf eines solchen Verzögerungsvolumens so ermittelt, dass die Unterschiede zwischen den Chromatogrammen möglichst gering sind.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Betriebsparameter in dem Hochleistungschromatografie-System gemessen oder anderweitig ermittelt, z.B. empirisch oder aus historischen Daten wie z.B. vorangegangenen Messungen.
In einem Ausführungsbeispiel wird der Betriebsparameter für das Hochleistungschromatografie-System berechnet oder anderweitig ermittelt, vorzugsweise aus einem vorangegangenen Betrieb des Hochleistungschromatografie-Systems.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Datenverarbeitungseinheit eingerichtet das Verzögerungsvolumen dynamisch zu variieren, indem die Datenverarbeitungseinheit während eines Betriebes des Hochleistungschromatografie-Systems einen Wert des Verzögerungsvolumen durch Steuerung eines Betriebsmodus des Hochleistungschromatografie-System einstellt. Dies erlaubt eine Variation oder Anpassung eines Wertes des Verzögerungsvolumens dynamisch während des Betriebes, beispielsweise im Gegensatz zu einer statischen Vorgabe oder Voreinstellung des Verzögerungsvolumens vor dem Betrieb (z.B. in dem ein geeignetes Flusselementes mit einem definierten Verzögerungsvolumen eingefügt wird). Hierzu können Freiheitsgrade innerhalb des Hochleistungschromatografie-Systems genutzt werden um den Wert des Verzögerungsvolumens zu variieren. Beispielsweise kann während des Betriebes ein im Flusspfad befindliches Volumen eines Elementes dynamisch variiert werden, z.B. ein Volumen einer Dosierpumpe in einem Probeninjektor, d. h. während des Betriebs des Hochleistungschromatografie-Systems kann das im Flusspfad befindliche Volumen dieser Dosierpumpe gezielt auf ein bestimmtes Volumen eingestellt werden um hierdurch das Verzögerungsvolumen zu variieren.
In einem Ausführungsbeispiel stellt der Betriebsmodus eine mechanische Konfiguration dar. Die Datenverarbeitungseinheit kann das Verzögerungsvolumen durch Einstellen der mechanischen Konfiguration variieren und einstellen. Eine solche mechanische Konfiguration kann z.B. eine Konfiguration oder Betriebsweise eines bestimmten Elementes im Flusspfad sein, wie z.B. eine Pumpe. Für eine Pumpe gibt es typischerweise einen gewissen Freiheitsgrad in der Art und Weise, wie die Pumpe betrieben wird, also z.B. wie Umkehrpunkt festgelegt und betrieben werden. Insofern dies zu einer Änderung des Verzögerungsvolumens führt, kann dies für die dynamische Variation des Verzögerungsvolumens genutzt werden.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Pumpe zum Bewegen der mobilen Phase einen in einem Zylinderraum reziprozierenden Kolben auf, der zwischen einem oberen Umkehrpunkt und einem unteren Umkehrpunkt hin- und her bewegt werden kann. Die Datenverarbeitungseinheit variiert und stellt das Verzögerungsvolumen durch Einstellen des oberen Umkehrpunkts und/oder des unteren Umkehrpunkts ein. Die mechanische Konfiguration kann den oberen Umkehrpunkt und/oder den unteren Umkehrpunkt zu einem gegebenen Zeitpunkt umfassen.
In einem Ausführungsbeispiel weist die Pumpe einen maximalen oberen Umkehrpunkt und einen minimalen unteren Umkehrpunkt auf, wobei in dem maximalen oberen Umkehrpunkt der Kolben in dem Zylinderraum ein minimales von einem Fluid durchströmbares Volumen abgrenzt, und in dem minimalen unteren Umkehrpunkt der Kolben in dem Zylinderraum ein maximales von einem Fluid durchströmbares Volumen abgrenzt. Die Datenverarbeitungseinheit stellt zur Einstellung des Verzögerungsvolumens den oberen Umkehrpunkt zwischen dem maximalen oberen Umkehrpunkt und den minimalen unteren Umkehrpunkt ein.
In einem Ausführungsbeispiel fügt die Datenverarbeitungseinheit zur Einstellung des Verzögerungsvolumens ein zusätzliches Volumen hinzu, indem der obere Umkehrpunkt so eingestellt wird, dass das zusätzliche Volumen einem Volumen in der Pumpe zwischen dem eingestellten oberen Umkehrpunkt und dem maximalen oberen Umkehrpunkt entspricht.
In einem Ausführungsbeispiel ist die mobile Phase aus unterschiedlichen Lösungsmitteln gemischt, die an einem Mischpunkt zusammengeführt werden, und die Pumpe ist zwischen dem Mischpunkt und der stationären Phase angeordnet.
Eine andere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Verzögerungsvolumens eines Hochleistungschromatografie-Systems, wobei das Verzögerungsvolumen ein Volumen zwischen einem Mischpunkt einer mobilen Phase und einer stationären Phase in dem Hochleistungschromatografie-System darstellt. Das Verfahren umfasst ein dynamisches Variieren des V erzögeru ngsvolumens.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Verzögerungsvolumen dynamisch variiert, indem ein Wert des Verzögerungsvolumen über der Zeit geändert wird.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Verzögerungsvolumen in Abhängigkeit eines Betriebsparameters variiert.
In einem Ausführungsbeispiel wird das Verzögerungsvolumen dynamisch variiert, indem während eines Betriebes des Hochleistungschromatografie-Systems ein Wert des Verzögerungsvolumen durch Steuerung eines Betriebsmodus des Hochleistungschromatografie-System eingestellt wird.
In einem Ausführungsbeispiel stellt der Betriebsmodus eine mechanische Konfiguration dar, und das Verzögerungsvolumen wird durch Einstellen der mechanischen Konfiguration variiert und eingestellt.
Das oder eines der vorab erläuterten Verfahren kann durch eine Software ganz oder teilweise gesteuert, unterstützt oder ausgeführt werden, wenn diese auf einem Datenverarbeitungssystem, wie einem Computer oder einer Workstation, abläuft. Die Software kann dabei oder dazu auf einem Datenträger gespeichert werden kann.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auf Basis vieler der bekannten HPLC Systeme ausgeführt werden, wie z.B. den Agilent Infinity Serien 1290, 1260, 1220 und 1200 der Anmelderin Agilent Technologies, Inc., siehe www.aqilent.com.
Ein Hochleistungschromatografie-System gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Pumpe zum Bewegen einer mobilen Phase, eine stationäre Phase zum Trennung von Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit und ein Ventil, wie oben angeführt, das sich in einem Flusspfad der mobilen Phase befindet, auf. Das Hochleistungschromatografie-System kann ferner einen Probeninjektor zum Einbringen der Probenflüssigkeit in die mobile Phase, einen Detektor zum Detektieren separierter Komponenten der Probenflüssigkeit und/oder einen Fraktionierungsgerät zur Ausgabe getrennter Komponenten der Probenflüssigkeit aufweisen.
Als mobile Phase (oder Eluent) kann ein reines Lösungsmittel oder eine Mischung verschiedener Lösungsmittel verwendet werden. Die mobile Phase kann so gewählt werden, um die Retention von interessierenden Komponenten und/oder die Menge der mobilen Phase zum Betreiben der Chromatografie zu minimieren. Die mobile Phase kann auch so gewählt werden, dass bestimmte Komponenten effektiv getrennt werden. Sie kann ein organisches Lösungsmittel, wie z.B. Methanol oder Acetonitril, aufweisen, das oft mit Wasser verdünnt wird. Für einen Gradientenbetrieb werden oft Wasser und ein organisches Lösungsmittel (oder bzw. andere in der HPLC üblichen Lösungsmittel) in ihrem Mischverhältnis über der Zeit variiert.
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden weiter unter Heranziehung der Zeichnungen erläutert, wobei sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Merkmale beziehen.

1 zeigt ein Flüssigkeitsseparationssystem 10 entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie es z.B. in der HPLC verwendet wird.
2 stellt schematisch die Pumpe 20 dar.

Im Einzelnen zeigt 1 eine allgemeine Darstellung eines Hochleistungschromatografie-Systems wie z.B. eines Flüssigkeitsseparationssystems 10. Eine Pumpe 20 erhält eine mobile Phase von einer Lösungsmittelversorgung 25, typischerweise über einen Entgaser 27, der die mobile Phase entgast und auf diese Weise die Menge gelöster Gase in der mobilen Phase reduziert. Die Pumpe 20 treibt die mobile Phase durch ein Separationsgerät 30 (wie eine chromatographische Säule), das eine stationäre Phase aufweist. Ein Probengerät (oder Probeninjektor) 40 kann zwischen der Pumpe 20 und dem Separationsgerät 30 vorgesehen werden, um ein Probenfluid in die mobile Phase zu bringen. Die stationäre Phase des Separationsgerätes 30 ist dazu angepasst, um Komponenten des Probenfluids zu trennen. Ein Detektor 50 detektiert separierte Komponenten des Probenfluids, und ein Fraktionierungsgerät 60 kann zur Ausgabe der getrennten Komponenten vorgesehen werden.
Die mobile Phase kann aus nur einem Lösungsmittel bestehen oder aus einer Mischung unterschiedlicher Lösungsmittel. Das Mischen erfolgt bei Niederdruck und vor der Pumpe 20, so dass die Pumpe 20 bereits das gemischte Lösungsmittel als mobile Phase befördert. Die Zusammensetzung (Mischung) der mobilen Phase kann über der Zeit konstant gehalten (isokratischer Modus) oder in einem sogenannten Gradienten-Modus über der Zeit variiert werden.
Eine Datenverarbeitungseinheit 70, die ein konventioneller PC oder eine Workstation sein kann, kann - wie durch die gestrichelten Pfeile angedeutet - an eines oder mehrere der Geräte in dem Flüssigkeitsseparationssystem 10 gekoppelt werden, um Informationen zu erhalten und/oder den Betrieb des Systems oder einzelner Komponenten darin zu steuern.
Das Flüssigkeitsseparationssystem 10 weist ein Verzögerungsvolumen auf, also einem Volumen zwischen einem Mischpunkt der mobilen Phase und der stationären Phase des Separationsgerätes 30. Das Verzögerungsvolumen resultiert aus den fluidischen Eigenschaften der jeweiligen Elemente in dem fluidischen Pfad zwischen dem Mischpunkt der mobilen Phase und dem Separationsgerät 30. Unterschiedliche Flüssigkeitsseparationssysteme 10, also z.B. unterschiedliche Modelle eines oder mehrerer Hersteller, weisen typischerweise auch unterschiedliche Verzögerungsvolumen auf. Allerdings schwanken die Verzögerungsvolumen auch von Gerät zu Gerät eines Flüssigkeitsseparationssystems 10 bereits z.B. aufgrund von Toleranzen einzelner Elemente. Ein bestimmter Typ eines Flüssigkeitsseparationssystems 10 kann z.B. ein mittleres Verzögerungsvolumen allgemein charakterisiert werden, wobei das mittlere Verzögerungsvolumen z.B. ein typisches Verzögerungsvolumen dieses Typs darstellt oder durch Mittelung unterschiedlicher Geräte oder anderweitig ermittelt werden kann.
Das Verzögerungsvolumen bzw. das mittlere Verzögerungsvolumen charakterisiert das Flüssigkeitsseparationssystem 10 und stellt beispielsweise hinsichtlich einer Übertragung von chromatografischen Methoden eine wichtige Kenngröße dar, wie dies eingangs bereits dargestellt wurde.
2 stellt schematisch die Pumpe 20 dar. Der Einfachheit halber ist die Pumpe 20 hier als eine einfache Kolbenhubpumpe dargestellt, d. h. ein Kolben 200 reziproziert in einem Zylinderraum 210 eines Zylinders 220, was durch Pfeile 230 und 235 angedeutet ist. Durch einen Einlass 240 kann die mobile Phase, als zu verdrängende Flüssigkeit, durch eine Bewegung des Kolbens 200 in Pfeilrichtung 230 in den Zylinderraum 210 eingesaugt werden. In dem Zylinderraum 210 wird die angesaugte mobile Phase durch Bewegung des Kolbens 200 in Pfeilrichtung 235 komprimiert und über einen Auslass 250 ausgestoßen.
Die Pumpe 20 hat einen maximalen oberen Umkehrpunkt (auch maximaler oberer Totpunkt genannt) OT-Max, bis zudem der Kolben 200 sich in Pfeilrichtung 235 in dem Zylinderraum 210 maximal bewegen kann, bevor er sich wieder in der Umkehrrichtung 230 bewegen muss. Baulich bedingt fällt der maximale obere Umkehrpunkt OT-Max typischerweise nicht in eine obere Fläche 260 in dem Zylinderraum 210. In der schematischen Darstellung hier ist der maximale obere Umkehrpunkt OT-Max bewusst übertrieben gegenüber der oberen Fläche 260 zurückgesetzt dargestellt.
Entsprechend weist die Pumpe 20 auch einen minimalen unteren Umkehrpunkt (auch maximaler unterer Totpunkt genannt) UT-Min auf, bis zudem der Kolben 200 sich in Pfeilrichtung 230 in den Zylinderraum 210 maximal bewegen kann, bevor er sich wieder in der Umkehrrichtung 235 bewegen muss.
Die Pumpe 20 ist so eingerichtet, dass zumindest ein oberer Umkehrpunkt OT des Kolbens 200 eingestellt werden kann in einem Bereich zwischen dem maximalen oberen Umkehrpunkt OT-Max und dem minimalen unteren Umkehrpunkt UT-Min, wobei natürlich der Extremwert des minimalen unteren Umkehrpunktes UT-Min sinnlos ist, da der Kolben 200 ansonsten keine Bewegung ausführen würde.
Die Pumpe 20 kann ebenso eingerichtet sein, dass auch ein unterer Umkehrpunkt UT des Kolbens 200 eingestellt werden kann, ebenfalls in dem Bereich zwischen dem maximalen oberen Umkehrpunkt OT-Max und dem minimalen unteren Umkehrpunkt UT-Min, wobei auch hier der Extremwert des maximalen oberen Umkehrpunkt des OT-Max sinnlos ist, da der Kolben 200 keine Bewegung ausführen würde.
In dem hier dargestellten Beispiel soll der untere Umkehrpunkt UT auf den minimalen unteren Umkehrpunkt UT-Min eingestellt sein.
Da sich die Kolbenbewegung am jeweiligen Umkehrpunkt umdreht, ist sowohl am oberen Umkehrpunkt OT als auch am unteren Umkehrpunkt UT die Kolbengeschwindigkeit Null.
Wenn die Pumpe 20 so betrieben wird, dass der Kolben 20 seinen oberen Umkehrpunkt OT am maximalen oberen Umkehrpunkt OT-Max hat, weist die Pumpe 200 im Betriebszustand im Mittel das kleinste Volumen auf, das als ein Verzögerungsvolumen einen Beitrag zu dem gesamten Verzögerungsvolumen des Flüssigkeitsseparationssystems 10 leistet.
Wird die Pumpe 20 nun so betrieben, dass der Kolben 200 seinen oberen Umkehrpunkt OT zwischen dem maximalen oberen Umkehrpunkt OT-Max und dem minimalen unteren Umkehrpunkt UT-Min hat, so stellt dieses Volumen zwischen OT und OT-Max als ein zusätzliches Verzögerungsvolumen V-OT dar und vergrößert das gesamte Verzögerungsvolumen des Flüssigkeitsseparationssystems 10.
Durch geeignete Wahl des oberen Umkehrpunkts OT kann damit das zusätzliche Verzögerungsvolumen V-OT gezielt auf einen gewünschten Wert eingestellt und angepasst werden, z.B. um einen gewünschten Wert des gesamten Verzögerungsvolumens des Flüssigkeitsseparationssystems 10 einzustellen, vorzugsweise um im Rahmen eines Methodentransfers ein gewünschtes Zielgerät als Flüssigkeitsseparationssystem zu emulieren.
In vielen Ausführungsbeispielen lässt sich der obere Umkehrpunkt OT frei steuern und einstellen, z.B. Software-gestützt. Ferner erlauben viele Ausführungsbeispiele auch unmittelbar Steuerung bzw. Einstellung sogar während des Betriebes des Flüssigkeitsseparationssystems 10, sodass beispielsweise über eine Rückkopplungsschleife das Verhalten eines gewünschten Zielsystems eingestellt werden kann.
Ferner kann bei geeigneter Steuerungsmöglichkeit der obere Umkehrpunkt OT auch adaptiv und dynamisch, z.B. auch während des Betriebes des Flüssigkeitsseparationssystems eingestellt werden.
Wie gesagt ist in 2 die Pumpe 20 der Einfachheit halber als eine einfache Kolbenhubpumpe dargestellt. Um einen kontinuierlichen Fluss der komprimierten mobilen Phase am Auslass 250 zu gewährleisten, werden statt einer Pumpe typischerweise zwei Pumpen verwendet, die entweder seriell oder parallel zueinander in den Flüssigkeitspfad gekoppelt werden, wie dies im Stand der Technik hinreichend bekannt ist. Das oben Dargestellte gilt für solche Pumpen entsprechend.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2010025777 A1 [0006, 0025]
US 10955391 B2 [0007]
DE 102014103766 A1 [0008]
WO 2014000778 A1 [0010]

Claims

Ein Hochleistungschromatografie-System (10), aufweisend: eine Pumpe (20) zum Bewegen einer mobilen Phase, eine stationäre Phase (30) zum Trennen von Komponenten einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit, und eine Datenverarbeitungseinheit (70) zur Steuerung des Hochleistungschromatografie-Systems, wobei das Hochleistungschromatografie-System (10) ein Verzögerungsvolumen aufweist, das ein Volumen zwischen einem Mischpunkt der mobilen Phase und einem Referenzpunkt in einem Flusspfad der mobilen Phase darstellt, und die Datenverarbeitungseinheit (70) so eingerichtet ist das Verzögerungsvolumen dynamisch zu variieren.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinheit (70) so eingerichtet ist das Verzögerungsvolumen dynamisch zu variieren, indem die Datenverarbeitungseinheit (70) einen Wert des Verzögerungsvolumen über der Zeit ändert bzw. eine solche Änderung einleitet.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinheit (70) eingerichtet ist das Verzögerungsvolumen in Abhängigkeit eines Betriebsparameters zu variieren.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei der Betriebsparameter einer ist aus der Gruppe: Druck, Flussrate, Temperatur, eine mathematische Funktionen dieser Parameter, und eine; Retentionszeit vorzugsweise eines Referenzstoffs.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach dem vorangegangenen Anspruch, mit zumindest einem der folgenden Merkmale: der Betriebsparameter wird in dem Hochleistungschromatografie-System (10) gemessen oder anderweitig ermittelt; der Betriebsparameter wird für das Hochleistungschromatografie-System (10) berechnet oder anderweitig ermittelt, vorzugsweise aus einem vorangegangenen Betrieb des Hochleistungschromatografie-Systems (10).
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinheit (70) so eingerichtet ist das Verzögerungsvolumen dynamisch zu variieren, indem die Datenverarbeitungseinheit (70) während eines Betriebes des Hochleistungschromatografie-Systems (10) einen Wert des Verzögerungsvolumen durch Steuerung eines Betriebsmodus des Hochleistungschromatografie-System (10) einstellt.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei der Betriebsmodus eine mechanische Konfiguration darstellt und die Datenverarbeitungseinheit (70) das Verzögerungsvolumen durch Einstellen der mechanischen Konfiguration variiert und einstellt.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei die Pumpe (20) zum Bewegen der mobilen Phase einen in einem Zylinderraum (210) reziprozierenden Kolben (200) aufweist, der zwischen einem oberen Umkehrpunkt (OT) und einem unteren Umkehrpunkt (UT) hin- und her bewegt werden kann, und die Datenverarbeitungseinheit (70) das Verzögerungsvolumen durch Einstellen des oberen Umkehrpunkts (OT) und/oder des unteren Umkehrpunkts (UT) variiert und einstellt.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei die Pumpe (20) einen maximalen oberen Umkehrpunkt (OT-Max) und einen minimalen unteren Umkehrpunkt (UT-Min) aufweist, wobei in dem maximalen oberen Umkehrpunkt (OT-Max) der Kolben (200) in dem Zylinderraum (210) ein minimales von einem Fluid durchströmbares Volumen abgrenzt, und in dem minimalen unteren Umkehrpunkt (UT-Min) der Kolben (200) in dem Zylinderraum (210) ein maximales von einem Fluid durchströmbares Volumen abgrenzt, und die Datenverarbeitungseinheit (70) zur Einstellung des Verzögerungsvolumens den oberen Umkehrpunkt (OT) zwischen dem maximalen oberen Umkehrpunkt (OT-Max) und den minimalen unteren Umkehrpunkt (UT-Min) einstellt.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei die Datenverarbeitungseinheit (70) zur Einstellung des Verzögerungsvolumens ein zusätzliches Volumen hinzufügt, indem der obere Umkehrpunkt (OT) so eingestellt wird, dass das zusätzliche Volumen einem Volumen in der Pumpe (20) zwischen dem eingestellten oberen Umkehrpunkt (OT) und dem maximalen oberen Umkehrpunkt (OT-Max) entspricht.
Das Hochleistungschromatografie-System (10) nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei die mobile Phase aus unterschiedlichen Lösungsmitteln gemischt ist, die an dem Mischpunkt zusammengeführt werden, und die Pumpe (20) zwischen dem Mischpunkt und der stationären Phase angeordnet ist.
Ein Verfahren zur Einstellung eines Verzögerungsvolumens eines Hochleistungschromatografie-Systems (10), wobei das Verzögerungsvolumen ein Volumen zwischen einem Mischpunkt einer mobilen Phase und einer stationären Phase in dem Hochleistungschromatografie-System (10) darstellt, aufweisend: ein dynamisches Variieren des Verzögerungsvolumens.
Das Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei das Verzögerungsvolumen dynamisch variiert wird, indem ein Wert des Verzögerungsvolumen über der Zeit geändert wird.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verzögerungsvolumen in Abhängigkeit eines Betriebsparameters variiert wird.
Das Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verzögerungsvolumen dynamisch variiert wird, indem während eines Betriebes des Hochleistungschromatografie-Systems (10) ein Wert des Verzögerungsvolumen durch Steuerung eines Betriebsmodus des Hochleistungschromatografie-System (10) eingestellt wird.
Das Verfahren nach dem vorangegangenen Anspruch, wobei der Betriebsmodus eine mechanische Konfiguration darstellt und das Verzögerungsvolumen durch Einstellen der mechanischen Konfiguration variiert und eingestellt wird.
Eine Software, vorzugsweise gespeichert auf einem Datenträger, zum Steuern oder Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wenn dieses auf einem Datenverarbeitungssystem wie einem Computer abläuft.