DE102023128759A1 - Measuring device for an analysis device - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Messvorrichtung (100) für ein Analysegerät (10) beschrieben, die Messvorrichtung (100) aufweisend:i) eine erste Fluidleitung (110), eingerichtet zum Strömen eines Fluids (115) in einem Haupt-Strom;ii) eine zweite Fluidleitung (120), eingerichtet zum Strömen des Fluids (115), wobei die zweite Fluidleitung (120) zu zumindest einem Abschnitt der ersten Fluidleitung (110) parallel geschaltet ist; undiii) eine Sensorvorrichtung (130), welche mit der zweiten Fluidleitung (120) gekoppelt ist, um eine Messgröße bezüglich des Fluids in der zweiten Fluidleitung (120) zu bestimmen.A measuring device (100) for an analysis device (10) is described, the measuring device (100) having:i) a first fluid line (110) set up for flowing a fluid (115) in a main stream; ii) a second fluid line (120), adapted to flow the fluid (115), the second fluid line (120) being connected in parallel to at least a portion of the first fluid line (110); andiii) a sensor device (130) which is coupled to the second fluid line (120) to determine a measured variable relating to the fluid in the second fluid line (120).
Description
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für ein Analysegerät, welche eine erste Fluidleitung und eine zweite Fluidleitung aufweist, wobei die zweite Fluidleitung zumindest entlang eines Abschnitts der ersten Fluidleitung zu dieser parallel geschaltet ist. Die zweite Fluidleitung ist hierbei mit einer Sensorvorrichtung zum Bestimmen einer Messgröße ausgestattet. Die Erfindung betrifft ferner das Analysegerät und ein Verfahren zum Bestimmen einer Messgröße.The present invention relates to a measuring device for an analysis device, which has a first fluid line and a second fluid line, the second fluid line being connected in parallel to the first fluid line at least along a section thereof. The second fluid line is equipped with a sensor device for determining a measured variable. The invention further relates to the analysis device and a method for determining a measurement variable.
Analysegeräte wie Probentrenngeräte sind für die Analyse einer Probe, insbesondere fluidischen Probe, vorgesehen, z. B. zur Durchführung einer chromatographischen Trennung der Probe.Analysis devices such as sample separation devices are intended for the analysis of a sample, in particular a fluid sample, e.g. B. to carry out a chromatographic separation of the sample.
In einem HPLC (high performance liquid chromatography, Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie) Analysegerät wird beispielsweise 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
In der chromatografischen Pumpe einer HPLC (wie oben beschrieben) kann ein Lösungsmittel (oder Lösungsmittelgemisch) als mobile Phase gewöhnlich von Normaldruck auf Systemdruck komprimiert werden, d.h. auf Drücke im Bereich 200-2000 bar. Diese Kompression führt auch zu einer starken Erwärmung des Lösungsmittels, die wiederum einer Messung (z.B. Druckmessung) bezüglich des Lösungsmittels entgegenwirkt bzw. diese beeinflussen kann. Anders gesagt, bei einer Messung bezüglich der mobilen Phase (direkt) im Bereich der Pumpe können die thermischen Effekte während der Kompression der mobilen Phase die Messung erheblich beeinflussen.In the chromatographic pump of an HPLC (as described above), a solvent (or solvent mixture) as a mobile phase can usually be compressed from normal pressure to system pressure, i.e. to pressures in the range 200-2000 bar. This compression also leads to strong heating of the solvent, which in turn counteracts or can influence a measurement (e.g. pressure measurement) regarding the solvent. In other words, when measuring the mobile phase (directly) in the area of the pump, the thermal effects during compression of the mobile phase can significantly influence the measurement.
Beispielsweise ein Drucksensor, der direkt am Pumpenkopf angebracht ist, leidet unter induzierten Zug- und Scherspannungen während der Anwendung sowie unter dem Wärmeeintrag des Lösungsmittels, der durch Druckänderungen im Lösungsmittel entsteht. Wenn der Drucksensor z.B. im Primärzylinder einer Pumpe eingesetzt wird, ist er dem vollen Druckzyklus bis z.B. 2000 bar ausgesetzt. Daher können herkömmliche Drucksensoren aufgrund von Ermüdung in einem sehr frühen Stadium ausfallen oder den Druck während und nach der Kompression oder Dekompression falsch messen.For example, a pressure sensor that is attached directly to the pump head suffers from induced tensile and shear stresses during use as well as from the heat input of the solvent caused by pressure changes in the solvent. If the pressure sensor is used, for example, in the primary cylinder of a pump, it is exposed to the full pressure cycle up to, for example, 2000 bar. Therefore, traditional pressure sensors can fail at a very early stage due to fatigue or incorrectly measure pressure during and after compression or decompression.
OFFENBARUNGEPIPHANY
Es kann ein Bedarf bestehen, eine Messgröße (z.B. einen Druck) im Kontext eines Analysegeräts effizient und zuverlässig zu bestimmen.There may be a need to efficiently and reliably determine a measurement variable (e.g. a pressure) in the context of an analytical device.
Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.The task is solved using the independent claims. Further embodiments are shown in the dependent claims.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Messvorrichtung (bzw. ein Messaufbau) für ein Analysegerät (z.B. eine HPLC) beschrieben, die Messvorrichtung aufweisend:
- i) eine erste Fluidleitung (z.B. ein erster Kanal), eingerichtet zum Strömen eines Fluids in einem Haupt-Strom;
- ii) eine zweite Fluidleitung, eingerichtet zum Strömen (eines Teils des Fluids des Haupt-Stroms), wobei die zweite Fluidleitung (in zumindest einem Abschnitt) zu zumindest einem Abschnitt der ersten Fluidleitung parallel geschaltet ist (insbesondere als Bypass-Strom); und
- iii) eine Sensorvorrichtung (z.B. ein Drucksensor), welche mit der zweiten Fluidleitung gekoppelt ist, um eine Messgröße (z.B. einen Fluiddruck) bezüglich des Fluids in der zweiten Fluidleitung zu bestimmen („messtechnisch gekoppelt“).
- i) a first fluid line (eg a first channel) arranged to flow a fluid in a main stream;
- ii) a second fluid line, set up to flow (part of the fluid of the main stream), the second fluid line (in at least one section) being connected in parallel to at least a section of the first fluid line (in particular as a bypass flow); and
- iii) a sensor device (e.g. a pressure sensor) which is coupled to the second fluid line in order to determine a measured variable (e.g. a fluid pressure) with respect to the fluid in the second fluid line (“measurably coupled”).
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verwenden beschrieben einer Bypass-Fluidleitung, um den Einfluss von Wärmeentwicklung auf eine Fluid-Druckmessung in einem Analysegerät zu reduzieren (mittels einer Wärmeentkopplung im Bypass-Pfad).According to a further exemplary embodiment of the present invention, using a bypass fluid line to reduce the influence of heat generation on a fluid pressure measurement in an analysis device is described (by means of heat decoupling in the bypass path).
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Analysegerät beschrieben zum Analysieren einer, insbesondere in eine mobile Phase zu injizierenden, fluidischen Probe, wobei das Analysegerät mindestens eine Messvorrichtung wie oben beschrieben aufweist.According to a further exemplary embodiment of the present invention, an analysis device is described for analyzing a fluidic sample, in particular to be injected into a mobile phase, the analysis device having at least one measuring device as described above.
Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren beschrieben zum Bestimmen einer Messgröße, insbesondere in einem Analysegerät, das Verfahren aufweisend:
- i) Strömen eines Fluids in einem Haupt-Strom; und (insbesondere zeitgleich)
- ii) Strömen des Fluids in einem Bypass-Strom, welcher zu zumindest einem Abschnitt des Haupt-Stroms parallel geschaltet ist; und
- iii) Bestimmen der Messgröße mittels einer Sensorvorrichtung, welche mit dem Bypass-Strom gekoppelt ist.
- i) flowing a fluid in a main stream; and (especially at the same time)
- ii) flowing the fluid in a bypass stream connected in parallel with at least a portion of the main stream; and
- iii) Determining the measured variable using a sensor device that is coupled to the bypass current.
Im Rahmen dieses Dokuments wird unter dem Begriff „fluidische Probe“ insbesondere ein Medium, weiter insbesondere eine Flüssigkeit, verstanden, das bzw. die die eigentlich zu analysierende Materie enthält (zum Beispiel eine biologische Probe), wie zum Beispiel eine Proteinlösung, eine pharmazeutische Probe, etc.In the context of this document, the term “fluidic sample” is understood to mean in particular a medium, more particularly a liquid, which contains the matter actually to be analyzed (for example a biological sample), such as a protein solution, a pharmaceutical sample , Etc.
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 zwischen einem Fluidantrieb und einer Probentrenneinrichtung dient. Mobile Phase kann aber auch in einer Fluidfördereinrichtung zum Beeinflussen der fluidischen Probe eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die mobile Phase ein (zum Beispiel organisches und/oder anorganisches) Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelzusammensetzung sein (zum Beispiel Wasser und Ethanol).In the context of the present application, the term “mobile phase” is understood to mean in particular a fluid, more particularly a liquid, which serves as a carrier medium for transporting the fluidic sample between a fluid drive and a sample separation device. However, mobile phase can also be used in a fluid delivery device to influence the fluidic sample. For example, the mobile phase may be a solvent (e.g., organic and/or inorganic) or a solvent composition (e.g., water and ethanol).
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Analysegerät“ insbesondere ein Gerät bezeichnen, das in der Lage und konfiguriert ist, eine fluidische Probe zu untersuchen, insbesondere zu trennen, weiter insbesondere in verschiedene Fraktionen zu trennen. Beispielsweise kann eine solche Probentrennung mittels Chromatographie oder Elektrophorese erfolgen. Bevorzugt kann das Analysegerät ein Flüssigkeitschromatografie-Probentrenngerät sein.In the context of the present application, the term “analytical device” can in particular refer to a device that is able and configured to examine a fluidic sample, in particular to separate it, and in particular to separate it into different fractions. For example, such sample separation can be carried out using chromatography or electrophoresis. The analysis device can preferably be a liquid chromatography sample separation device.
Im Kontext dieses Dokuments kann sich der Begriff „Fluidleitung“ insbesondere auf ein Volumen (bzw. einen Hohlraum) beziehen, welcher geeignet ist von einem Fluid (z.B. einer mobilen Phase) durchströmt zu werden, so dass das Fluid in eine Richtung geleitet werden kann. Eine Fluidleitung kann in einem bevorzugten Beispiel als Kanal ausgebildet sein. Weitere Ausführungen können eine Kapillare oder ein Conduit umfassen. In einem spezifischen Beispiel ist zumindest ein Teil der Fluidleitung als Teil einer Pumpe (insbesondere Pumpvolumen) ausgebildet. Mittels eines Kolbens kann das Fluid in der Fluidleitung dann komprimiert werden und in eine bestimmte Richtung geleitet/gedrückt werden. Ferner kann eine Fluidleitung mit einer Sensorvorrichtung messtechnisch gekoppelt sein, so dass die Sensorvorrichtung eine Messgröße bezüglich des Fluids in der Fluidleitung bestimmen kann.In the context of this document, the term “fluid line” can refer in particular to a volume (or a cavity) through which a fluid (e.g. a mobile phase) can flow, so that the fluid can be directed in one direction. In a preferred example, a fluid line can be designed as a channel. Further designs can include a capillary or a conduit. In a specific example, at least part of the fluid line is designed as part of a pump (in particular pump volume). Using a piston, the fluid in the fluid line can then be compressed and directed/pressed in a specific direction. Furthermore, a fluid line can be coupled to a sensor device in terms of measurement technology, so that the sensor device can determine a measured variable relating to the fluid in the fluid line.
Im Kontext dieses Dokuments kann sich der Begriff „Haupt-Strom“ insbesondere auf einen Fluid-Strom (bzw. Fluid-Pfad) beziehen, welcher (im Wesentlichen) der Prozessrichtung stromabwärts eines Analysegeräts folgt. Wie z.B. in
Im Kontext dieses Dokuments kann sich der Begriff „Bypass-Strom“ insbesondere auf einen Fluid-Strom beziehen, welcher zumindest teilweise parallel zu dem Haupt-Strom verläuft, in anderen Worten parallel geschaltet ist. Dabei bezieht sich der Begriff „parallel“ insbesondere auf eine Flussführung in zwei oder mehr Teilstrecken mit einem gemeinsamen (ggf. imaginären) Anfangspunkt und einem gemeinsamen (ggf. auch imaginären) Endpunkt, und (in einem Beispiel) nicht auf eine geometrische oder räumliche Ausrichtung der Kanäle. In einem Beispiel kann ein Teil des Fluids des Haupt-Stroms (in einer ersten Fluidleitung) abgezweigt werden und dann über den Bypass-Strom (in einer zweiten Fluidleitung) parallel zum Haupt-Strom fließen. Der Bypass-Strom kann z.B. den abgetrennten Teil des Fluids zu einer Sensorvorrichtung strömen, um eine Messgröße zu bestimmen. Danach kann der abgetrennte Teil des Fluids wieder mit dem Fluid des Haupt-Stroms vereinigt werden (bzw. vermischt werden). Der Bypass-Strom kann somit eine Entkopplung vom Haupt-Strom erreichen, z.B. bezüglich Temperatur- und/oder Druck-Verhältnissen. Der Begriff „parallel“ ist hierbei insbesondere nicht geometrisch auszulegen, sondern kann bedeuten, dass ein Teil des Fluidstroms aus dem Haupt-Strom abgezweigt und später wieder zurückgeführt wird.In the context of this document, the term “bypass flow” can refer in particular to a fluid flow that runs at least partially parallel to the main flow, in other words, is connected in parallel. The term “parallel” refers in particular to a flow in two or more sections with a common (possibly imaginary) starting point and a common (possibly imaginary) end point, and (in one example) not to a geometric or spatial orientation of the channels. In one example, a portion of the fluid of the main stream may be diverted (in a first fluid line) and then flow parallel to the main stream via the bypass stream (in a second fluid line). The bypass flow can, for example, flow the separated part of the fluid to a sensor device in order to determine a measured variable. The separated part of the fluid can then be combined (or mixed) again with the fluid of the main stream. The bypass flow can thus achieve a decoupling from the main flow, e.g. with regard to temperature and/or pressure conditions. In particular, the term “parallel” is not to be interpreted geometrically, but can mean that part of the fluid flow is diverted from the main flow and later returned again.
Im Kontext dieses Dokuments kann sich der Begriff „Sensorvorrichtung“ insbesondere auf eine Vorrichtung beziehen, welche geeignet ist, eine Messgröße zu bestimmen, insbesondere in Hinblick auf ein Fluid in einer (zweiten) Fluidleitung. Der Begriff „Sensorvorrichtung“ kann insbesondere den eigentlichen Sensor umfassen (z.B. einen Dehnungsmesstreifen) als auch zusätzliche Elemente, welche mit dem eigentlichen Sensor assoziiert sind, z.B. eine Membran, an welcher ein Dehnungsmessstreifen angeordnet ist.In the context of this document, the term “sensor device” can refer in particular to a device which is suitable for determining a measured variable, in particular with regard to a fluid in a (second) fluid line. The term “sensor device” can in particular include the actual sensor (e.g. a strain gauge) as well as additional elements that are associated with the actual sensor, e.g. a membrane on which a strain gauge is arranged.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung auf der Idee basieren, dass eine Messgröße (z.B. ein Druck) bezüglich eines Fluids im Kontext eines Analysegeräts effizient und zuverlässig bestimmt werden kann, wenn eine Sensorvorrichtung zum Bestimmen der Messgröße an einer zweiten Fluidleitung angeordnet wird, welche einen Teil des Fluids aus einem Haupt-Strom abzweigt, der durch eine erste Fluidleitung fließt.According to an exemplary embodiment, the invention can be based on the idea that a measured variable (e.g. a pressure) relating to a fluid can be determined efficiently and reliably in the context of an analysis device if a sensor device for determining the measured variable is arranged on a second fluid line, which has a Part of the fluid branches off from a main stream which flows through a first fluid line.
Im Unterschied zu konventionellen Lösungen wird die Messung nicht direkt am Haupt-Strom durchgeführt, sondern in einem parallel geschalteten zweiten Fluidstrom (insbesondere Bypass-Strom). Durch die parallele zweite Fluidleitung kann sich eine deutlich verbesserte Entkopplung, insbesondere thermische Entkopplung, ergeben, so dass z.B. die thermischen Effekte bei der Flüssigkeitskompression in der Hochdruckpumpe eine Messung so gering wie nur möglich beeinflussen.In contrast to conventional solutions, the measurement is not carried out directly on the main stream, but in a second fluid stream connected in parallel (especially bypass stream). The parallel second fluid line can result in a significantly improved decoupling, in particular thermal decoupling, so that, for example, the thermal effects during liquid compression in the high-pressure pump influence a measurement as little as possible.
In einem Ausführungsbeispiel beträgt das/die in dem Bypass enthaltene Volumen/Masse nur einen Bruchteil des Hauptkanals. Bei Kompression entsteht daher auch nur eine relativ geringe Wärmemenge im Bypass Kanal im Vergleich zum Hauptkanal. Diese geringe Wärmemenge kann über das umliegende Material relativ einfach/schnell abgeführt werden und zur thermischen Stabilität der Messeinrichtung beitragen bzw. diese nicht negativ beeinflussen.In one embodiment, the volume/mass contained in the bypass is only a fraction of the main channel. During compression, only a relatively small amount of heat is generated in the bypass channel compared to the main channel. This small amount of heat can be dissipated relatively easily/quickly via the surrounding material and can contribute to the thermal stability of the measuring device or not have a negative influence on it.
Mit der beschriebenen Lösung kann eine kostengünstige und/oder leicht austauschbare Sensorvorrichtung (z.B. Drucksensor) an einem Fluidpfad angebracht werden, welche z.B. häufigen Druckänderungen mit hoher Größe und einer minimalen Anzahl von fluidischen Kontakten ausgesetzt ist. Es wird somit eine einfache und kostengünstige Lösung der Integration einer Sensorvorrichtung (z.B. DMS/Piezo/Optik) (z.B. bei einem Pumpenkopf) beschrieben unter Eliminierung der Auswirkungen von unerwünschten Faktoren wie Wärmeübertragung (Lösungsmittelkonvektion) auf den Messbereich. Daher wird z.B. der Druck während und nach Druckänderungen trotz Wärmeentwicklung durch das Fluid korrekt gemessen.With the solution described, a cost-effective and/or easily replaceable sensor device (e.g. pressure sensor) can be attached to a fluid path, which is, for example, exposed to frequent pressure changes with a high magnitude and a minimal number of fluidic contacts. A simple and cost-effective solution for integrating a sensor device (e.g. strain gauge/piezo/optics) (e.g. in a pump head) is described while eliminating the effects of undesirable factors such as heat transfer (solvent convection) on the measuring range. Therefore, for example, the pressure during and after pressure changes is measured correctly despite heat development by the fluid.
Damit kann eine einfache, kostengünstige und leicht austauschbare Sensorvorrichtung in ein Funktionselement mit komplexer Geometrie und/oder herausfordernden Bedingungen, beispielsweise einen Pumpenkopf, integriert werden.This allows a simple, cost-effective and easily replaceable sensor device to be integrated into a functional element with complex geometry and/or challenging conditions, for example a pump head.
EXEMPLARISCHE AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEXEMPLARY EMBODIMENTS
Gemäß einem Ausführungsbeispiel führt die zweite Fluidleitung in dem (zumindest einen) Abschnitt der ersten Fluidleitung einen Teil des Fluids als einen Bypass-Strom durch die zweite Fluidleitung. Dies kann den Vorteil haben, dass der Haupt-Strom nicht unterbrochen, umgeleitet oder verringert werden muss, so dass das Analysegerät während der Messung im Normalbetrieb verbleiben kann. Damit kann die Messung ohne Zeitverluste parallel zum Betrieb (z.B. einer chromatografischen Analyse) durchgeführt werden. Bildlich dargestellt wird nur ein Teil des Fluids des Haupt-Stroms für die Messung (unter verbesserten Messbedingungen im Vergleich zum Haupt-Strom) abgezweigt und danach wieder mit dem Haupt-Strom vereinigt. Das Prinzip eines Bypass-Pfads wird somit verwendet, um bessere Messbedingungen bereitzustellen ohne den Haupt-Strom einzuschränken.According to one embodiment, the second fluid line in the (at least one) section of the first fluid line carries a portion of the fluid as a bypass flow through the second fluid line. This can have the advantage that the main power does not have to be interrupted, diverted or reduced, so that the analyzer can remain in normal operation during the measurement. This means that the measurement can be carried out parallel to the operation (e.g. a chromatographic analysis) without any loss of time. Shown in the picture, only part of the fluid from the main stream is diverted for measurement (under improved measuring conditions compared to the main stream) and then reunited with the main stream. The principle of a bypass path is therefore used to provide better measurement conditions without restricting the main current.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Messgröße zumindest eine der folgenden auf: einen Druck, eine elektrisch und/oder thermische Leitfähigkeit, eine Temperatur, eine Flussgeschwindigkeit, eine Viskosität, eine Dichte. Diese Messgrößen können wichtige Parameter im Betrieb eines Analysegeräts darstellen. Insbesondere der Druck kann von zentraler Bedeutung bei der HochdruckFlüssigkeitschromatographie sein. Entsprechend kann es besonders vorteilhaft sein, diese Messgrößen möglichst präzise und zuverlässig zu bestimmen. Die Sensorvorrichtung an der zweiten Fluidleitung kann dies insbesondere dadurch ermöglichen, dass unerwünschte Störfaktoren wie Wärmeentwicklung im Haupt-Strom umgangen werden können (durch die Entkopplung über den Bypass-Pfad).According to an exemplary embodiment, the measured variable has at least one of the following: a pressure, an electrical and/or thermal conductivity, a temperature, a flow velocity, a viscosity, a density. These measured variables can represent important parameters in the operation of an analysis device. Pressure in particular can be of central importance in high-pressure liquid chromatography. Accordingly, it can be particularly advantageous to determine these measured variables as precisely and reliably as possible. The sensor device on the second fluid line can make this possible in particular by allowing undesirable disruptive factors such as heat development in the main flow to be avoided (through decoupling via the bypass path).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Sensorvorrichtung zumindest einen der folgenden Sensoren auf: Druck-Sensor, Fluss-Sensor, Fluidvolumen-Sensor, optischer Sensor, Temperatur-Sensor, Leitfähigkeit-Sensor. Damit können zuverlässige, erprobte und etablierte Messinstrumente direkt implementiert werden. Dem Fachmann können eine Vielzahl solcher Sensoren bekannt sein, welche dann jeweils für die erwünschte Anwendung passend ausgewählt werden können.According to one embodiment, the sensor device has at least one of the following sensors: pressure sensor, flow sensor, fluid volume sensor, optical sensor, temperature sensor, conductivity sensor. This means that reliable, tried and tested measuring instruments can be implemented directly. A person skilled in the art may be aware of a large number of such sensors, which can then be selected to suit the desired application.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Drucksensor zumindest einen der folgenden auf: Dehnungsmessstreifen, piezoresistiver Sensor, kapazitiver Sensor, induktiver Sensor, piezoelektrischer Sensor, optischer Sensor. Dehnungsmessstreifen (DMS) sind für die Druckmessung etablierte Werkzeuge, die flexibel einsetzbar sind. In einem bevorzugten Beispiel können ein oder mehr (insbesondere eine Mehrzahl) Dehnungsmessstreifen an einer Membran angebracht werden (siehe
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Sensorvorrichtung eine Membran auf, wobei die Membran zumindest teilweise in Kontakt, insbesondere physikalischem Kontakt, mit der zweiten Fluidleitung ist. Zusätzlich oder alternativ zu der Membran kann eine Platte (z.B. Stahlplatte) vorgesehen sein, an welcher z.B. die DMS angeordnet sind. Diese Platte kann an die zweite Fluidleitung angrenzen oder in diese integriert sein.According to one embodiment, the sensor device has a membrane, wherein the membrane is at least partially in contact, in particular physical contact, with the second fluid line. In addition or as an alternative to the membrane, a plate (e.g. steel plate) can be provided, on which, for example, the strain gauges are arranged. This plate can adjoin the second fluid line or be integrated into it.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel münden zwei Bypass Fluidleitungen (siehe z.B. Bezugszeichen 121 und 122) in eine Kammer (siehe 123). Diese Kammer kann z.B. eine kreisrunde Vertiefung bzw. ein sehr flacher Zylinder sein. Die Membran kann in diesem Beispiel vorne auf dem Pumpenkopf sitzen, ihn am Rand abdichten, und damit ein Ende dieses Zylinders bilden. Der Zylinder selbst kann dann in das Material gefräst sein und die zwei Fluidleitungen dann oben und unten in diesen Zylinder münden und die Kammer durchspülen. Der Kontakt von der Membran zur Messkammer kann somit z.B. eine runde Fläche sein.According to one exemplary embodiment, two bypass fluid lines (see, for example,
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Membran mit einem Sensor, insbesondere einem Dehnungsmesstreifen, der Sensorvorrichtung gekoppelt. Dadurch können Druckeigenschaften des Fluids direkt auf die Membran und damit zu den DMS geleitet werden. Die Membran kann hier eine große Oberfläche bereitstellen, so dass eine Mehrzahl von DMS vorgesehen werden können und die Druckeigenschaften optimal erfasst werden können.According to one embodiment, the membrane is coupled to a sensor, in particular a strain gauge, of the sensor device. This allows the pressure properties of the fluid to be directed directly to the membrane and thus to the strain gauges. The membrane can provide a large surface area here, so that a plurality of strain gauges can be provided and the pressure properties can be optimally recorded.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Fluidleitung mit einer Pumpe assoziiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Fluidleitung mit einem Pumpen von mobiler Phase, insbesondere einer Hochdruckpumpe, assoziiert. Eine Pumpe (insbesondere Hochdruckpumpe) kann eine besondere Herausforderung für eine Druckmessung sein. Zugleich kann es für einen zuverlässigen Betrieb einer (Hochdruck-) Pumpe aber auch besonders wichtig sein, eine präzise Druckmessung durchzuführen. In einem Beispiel kann die erste Fluidleitung zumindest teilweise innerhalb der Pumpe integriert sein und/oder direkt an diese verbunden sein (z.B. Einlass/Auslass-Kanal des Pumpenvolumens/Pumpzylinders).According to one embodiment, the first fluid line is associated with a pump. According to one embodiment, the first fluid line is associated with a pumping of mobile phase, in particular a high-pressure pump. A pump (especially a high-pressure pump) can be particularly challenging for pressure measurement. At the same time, it can also be particularly important to carry out precise pressure measurement for the reliable operation of a (high-pressure) pump. In one example, the first fluid line can be at least partially integrated within the pump and/or connected directly to it (e.g. inlet/outlet channel of the pump volume/pump cylinder).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Fluidleitung mit einer Probenbehandlung (Sampler), insbesondere einer Dosierpumpe, assoziiert. Eine fluidische Probe kann mittels einer Pumpe z.B. von einer Probennadel angesaugt werden. Hierfür kann eine besonders genaue Pumpe (z.B. die Dosierpumpe) notwendig sein. Die erste Fluidleitung kann als Teil einer solchen Pumpe ausgebildet sein oder direkt an diese gekoppelt sein (z.B. Einlass/Auslass-Kanal des Pumpenvolumens/Pumpzylinders). Somit kann fluidische Probe von der Probennadel mittels der ersten Fluidleitung im Haupt-Strom weitertransportiert werden, z.B. zu dem Fluidantrieb (Hochdruckpumpe). Die zweite Fluidleitung (Bypass) kann dann Fluid aus dem Haupt-Strom (insbesondere fluidische Probe) von nachteiligen Messbedingungen im Haupt-Strom entkoppeln.According to an exemplary embodiment, the first fluid line is associated with a sample treatment (sampler), in particular a dosing pump. A fluidic sample can be sucked into a sample needle using a pump, for example. A particularly precise pump (e.g. the dosing pump) may be necessary for this. The first fluid line can be designed as part of such a pump or can be coupled directly to it (e.g. inlet/outlet channel of the pump volume/pump cylinder). Fluidic sample can thus be transported further from the sample needle by means of the first fluid line in the main flow, for example to the fluid drive (high-pressure pump). The second fluid line (bypass) can then decouple fluid from the main stream (in particular fluidic sample) from disadvantageous measurement conditions in the main stream.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Fluidleitung mit einer Vorkompression, insbesondere einer Kompressionspumpe, assoziiert. In diesem Beispiel kann eine Vorverdichtung der Probe und/oder des Lösungsmittels (der mobilen Phase) durchgeführt werden. Diese Komprimierung kann insbesondere in Prozessrichtung der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sein. So kann z.B. die (Vor-) Kompressionspumpe stromaufwärts des Fluidantriebs vorgesehen sein. Auch hier kann die zweite Fluidleitung (Bypass) dann Fluid aus dem Haupt-Strom (insbesondere fluidische Probe) von nachteiligen Messbedingungen im Haupt-Strom entkoppeln.According to one embodiment, the first fluid line is associated with a precompression, in particular a compression pump. In this example, pre-compaction of the sample and/or the solvent (the mobile phase) can be carried out. This compression can be carried out upstream of the high-pressure pump, particularly in the process direction. For example, the (pre-)compression pump can be provided upstream of the fluid drive. Here too, the second fluid line (bypass) can then decouple fluid from the main stream (in particular fluidic sample) from disadvantageous measurement conditions in the main stream.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zumindest ein erster Hauptabschnitt der ersten Fluidleitung zumindest teilweise als Teil der Pumpe ausgestaltet, insbesondere als Pumpenraum, Pumpenkopf, oder Pumpzylinder. Durch einen Einlass kann das Fluid (insbesondere die mobile Phase) in das Pumpenvolumen (z.B. einer ersten Pumpvorrichtung von zwei in Reihe oder parallel geschalteten Pumpvorrichtungen) eingeführt werden und diesen zu einem Auslass durchströmen. Ein Pumpelement wie ein Kolben kann dann in das Pumpenvolumen gedrückt werden, um den Druck zu erzeugen und das Fluid (unter Hochdruck) weiterzuströmen.According to one exemplary embodiment, at least a first main section of the first fluid line is at least partially designed as part of the pump, in particular as a pump chamber, pump head, or pump cylinder. The fluid (in particular the mobile phase) can be introduced into the pump volume (e.g. a first pump device of two pump devices connected in series or parallel) through an inlet and flow through this to an outlet. A pumping element such as a piston can then be pushed into the pump volume to create the pressure and continue to flow the fluid (under high pressure).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Pumpendruck (insbesondere Hochdruck) für eine (für eine präzise Messung) unerwünschte Wärmeentwicklung sorgen. Der Bypass-Strom kann eine (zumindest teilweise) thermische Entkopplung bezüglich der Wärme- bzw. Kälteentwicklung des Fluids bereitstellen aufgrund der Kompression bzw. Dekompression des Fluids in der ersten Fluidleitung, insbesondere mittels der Pumpe.According to one exemplary embodiment, a pump pressure (in particular high pressure) can cause undesirable heat development (for precise measurement). The bypass flow can provide (at least partial) thermal decoupling with respect to the heat or cold development of the fluid due to the compression or decompression of the fluid in the first fluid line, in particular by means of the pump.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt der Bypass-Strom eine thermische Entkopplung/Minimierung bezüglich der Wärmeentwicklung bereit. Wie ebenfalls oben beschrieben, kann die zweite Fluidleitung bzw. der Bypass-Strom durch die Parallel-Schaltung eine vorteilhafte Entkopplung bereitstellen, um damit die Messbedingungen zu verbessern.According to one embodiment, the bypass flow provides thermal decoupling/minimization of heat generation. As also described above, the second fluid line or the bypass flow can provide an advantageous decoupling through the parallel connection in order to improve the measurement conditions.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Messvorrichtung konfiguriert um das Fluid, insbesondere mittels der Pumpe, auf Hochdruck zu bringen, insbesondere auf einen Druck im Bereich 200 bis 2000 bar.According to one exemplary embodiment, the measuring device is configured to bring the fluid to high pressure, in particular by means of the pump, in particular to a pressure in the range of 200 to 2000 bar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Fluidleitung auf: einen ersten Bypass-Abschnitt, der das Fluid aus dem Haupt-Strom zu der Sensorvorrichtung strömt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Fluidleitung auf: einen zweiten Bypass-Abschnitt, der das Fluid von der Sensorvorrichtung zurück zum Hauptstrom strömt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Fluidleitung ferner auf: einen Mess-Abschnitt (Messkammer), der das Fluid zumindest teilweise entlang der Sensorvorrichtung, insbesondere an oder in einer Membran der Sensorvorrichtung, strömt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die zweite Fluidleitung ferner auf: einen Mess-Abschnitt, in dem das Fluid auf die Sensorvorrichtung einwirken kann, insbesondere an oder in einer Membran der Sensorvorrichtung vorbeigeführt wird. Mittels dieses Aufbaus kann ein besonders effizienter Bypass-Strom bereitgestellt werden, welcher auf die nötigsten Funktionsteile beschränkt ist. Jedoch kann der Bypass-Strom auch weitere Abschnitte enthalten bzw. in anderer Weise geleitet werden.According to one embodiment, the second fluid line has: a first bypass section that flows the fluid from the main stream to the sensor device. According to one embodiment, the second fluid line has: a second bypass section that flows the fluid from the sensor device back to the main flow. According to an exemplary embodiment, the second fluid line further has: a measuring section (measuring chamber) which flows the fluid at least partially along the sensor device, in particular on or in a membrane of the sensor device. According to an exemplary embodiment, the second fluid line further has: a measuring section in which the fluid can act on the sensor device, in particular is guided past or in a membrane of the sensor device. Using this structure, a particularly efficient bypass current can be provided, which is limited to the most necessary functional parts. However, the bypass current can also contain additional sections or be routed in a different way.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste Bypass-Abschnitt (Eingangsleitung) am unteren/oberen Ende des Mess-Abschnitts (bzw. Messraums angebracht) und der zweite Bypass-Abschnitt (Ausgangsleitung) ist am unteren/oberen Ende des Mess-Abschnitts angebracht. Dadurch kann potentielles Aufschwimmen von Lösemittel in dem Mess-Abschnitt unterbunden werden und/oder eine effiziente Durchspülung ermöglicht werden.According to one embodiment, the first bypass section (input line) is attached to the lower/upper end of the measuring section (or measuring space) and the second bypass section (output line) is attached to the lower/upper end of the measuring section. This can prevent potential floating of solvent in the measuring section and/or enable efficient flushing.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser der ersten Fluidleitung (zumindest abschnittsweise) unterschiedlich (insbesondere größer) als der Durchmesser der zweiten Fluidleitung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des ersten Bypass-Abschnitts (zumindest teilweise) gleich oder unterschiedlich (größer oder kleiner) zu dem Durchmesser des zweiten Bypass-Abschnitts. In einem spezifischen Beispiel haben zumindest zwei Leitungen/Bohrungen unterschiedliche Durchmesser, um eine Vorzugsrichtung des Fluss zu ermöglichen und/oder bzw. den fluiden Widerstand der Leitung zu kontrollieren. Dies kann z.B. ein Splitting bzw. eine Aufteilung der Flussraten für den Haupt-Strom und den Bypass-Strom einstellen. In dieser Weise kann z.B. die Rate geregelt werden, mit der das Volumen in der Messkammer ausgetauscht wird, z.B. ein Austausch pro Zyklus oder nur ein Austausch pro mehrerer Zyklen (z.B. fünf).According to one embodiment, the diameter of the first fluid line (at least in sections) is different (in particular larger) than the diameter of the second fluid line. According to one embodiment, the diameter of the first bypass section is (at least partially) the same or different (larger or smaller) to the diameter of the second bypass section. In a specific example, at least two lines/bores have different diameters to enable a preferred direction of flow and/or to control the fluid resistance of the line. This can, for example, set a splitting or division of the flow rates for the main stream and the bypass stream. In this way, for example, the rate at which the volume in the measuring chamber is exchanged can be controlled, e.g. one exchange per cycle or only one exchange per several cycles (e.g. five).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die erste Fluidleitung auf: einen zweiten Haupt-Abschnitt, welcher das Fluid von dem ersten Haupt-Abschnitt, insbesondere dem Pumpenraum, zu einem weiteren Prozess, insbesondere einem Analyseprozess, strömt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Haupt-Abschnitt mit dem zweiten Bypass-Abschnitt fluidisch gekoppelt. Damit kann das abgezweigte Fluid nach der Messung wieder in den Haupt-Strom geleitet werden, wobei der messtechnisch problematische Bereich (hier die Pumpe) umgangen wird.According to an exemplary embodiment, the first fluid line has: a second main section, which flows the fluid from the first main section, in particular the pump chamber, to a further process, in particular an analysis process. According to one embodiment, the second main section is fluidly coupled to the second bypass section. This means that the diverted fluid can be fed back into the main stream after the measurement, thereby avoiding the area that is problematic in terms of measurement (here the pump).
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die erste Fluidleitung und/oder die zweite Fluidleitung zumindest teilweise als eines der folgenden ausgebildet: Kanal, Kapillare, Conduit, Pumpenraum, Membran (wobei Fluid durch diese zumindest teilweise fließt. Damit können im Bereich der Analysegeräte etablierte Leitungen direkt implementiert werden bzw. bestehende Leitungen umgeleitet/umfunktioniert werden. Die Durchmesser der ersten/zweiten Fluidleitung (Kanäle) können voneinander abweichen; damit kann z.B. eine Vorzugsrichtung des Fluss erzeugt werden, um das Messvolumen mit neuem Eluenten zu durchspülen.According to one exemplary embodiment, the first fluid line and/or the second fluid line is at least partially designed as one of the following: channel, capillary, conduit, pump chamber, membrane (with fluid flowing through them at least partially. This means that lines established in the area of analysis devices can be implemented directly or existing lines can be redirected/repurposed. The diameters of the first/second fluid lines (channels) can differ from one another; this can be used, for example, to create a preferred direction of flow in order to flush the measuring volume with new eluent.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Durchflussvermögen und/oder ein Volumen des Bypass-Stroms geringer als in dem Haupt-Strom. Um den Haupt-Strom nicht zu beinträchtigen (so dass der Betrieb des Analysegerät bestenfalls nicht gestört wird) wird nur ein Teil des Volumens des Fluids im Haupt-Strom abgezweigt, so dass letztlich (deutlich) mehr Fluid im Haupt-Strom verbleibt als abgezweigt wird. Beispielsweise kann das Volumen an Fluid im Haupt-Strom um zumindest 25%, insbesondere zumindest 50%, weiter insbesondere zumindest 100%, größer sein als im Bypass-Strom.According to one embodiment, a flow capacity and/or a volume of the bypass stream is lower than in the main stream. In order not to impair the main stream (so that the operation of the analysis device is not disturbed at best), only a part of the volume of the fluid in the main stream is diverted, so that ultimately (significantly) more fluid remains in the main stream than is diverted off . For example, the volume of fluid in the main stream can be at least 25%, in particular at least 50%, more particularly at least 100%, larger than in the bypass stream.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Flusswiderstand des Bypass-Stroms größer als ein Durchflussvermögen des Haupt-Stroms. Dies kann ermöglichen, dass ein geringeres Volumen durch den Bypass-Strom fließt. Strömt z.B. frisches (kälter/wärmer als der Messapparat) Lösungsmittel am Sensor vorbei, könnte das die Temperatur der Messkammer/Membran verändern und die Messung stören. Zu starkes Durchspülen wäre daher im Bypass eher zu vermeiden.According to one embodiment, a flow resistance of the bypass stream is greater than a flow capacity of the main stream. This may allow a smaller volume to flow through the bypass stream. For example, if fresh solvent (colder/warmer than the measuring device) flows past the sensor, this could change the temperature of the measuring chamber/membrane and disrupt the measurement. Excessive flushing should therefore be avoided in the bypass.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: Komprimieren des Fluids des Haupt-Stroms und/oder des Bypass-Stroms, insbesondere mittels einer Pumpe, und hierbei Erzeugen von Wärmeentwicklung. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren auf: Minimieren der Wärmeentwicklung im Bypass-Strom, wodurch eine thermische Entkopplung bereitgestellt wird. Bevorzugt wird die Wärmemenge, also die erzeugte Wärme, in dem Bypass-Kanal minimal gehalten in dem das Volumen minimal gehalten wird. Wenig Volumen erzeugt generell wenig Wärme und kann schnell durch das angrenzende Material abgeführt werden, wodurch die Messungen verbessert werden können.According to an exemplary embodiment, the method further comprises: compressing the fluid of the main stream and/or the bypass stream, in particular by means of a pump, and thereby generating heat generation. According to one embodiment, the method includes: minimizing heat generation in the bypass flow, thereby providing thermal decoupling. The amount of heat generated is preferred Heat kept to a minimum in the bypass channel in which the volume is kept to a minimum. Small volume generally produces little heat and can be quickly dissipated through the adjacent material, which can improve measurements.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Verfahren auf: Abtrennen (Abzweigen) eines Teils des Fluids aus dem Haupt-Strom in den Bypass-Strom, Passieren der Sensorvorrichtung des Fluids im Bypass-Strom (so dass die Messgröße bestimmt werden kann), und (danach) Vereinigen (Vermischen) des Fluids im Bypass-Strom mit dem Fluid im Haupt-Strom.According to an exemplary embodiment, the method comprises: separating (diverting) part of the fluid from the main stream into the bypass stream, passing the sensor device of the fluid in the bypass stream (so that the measured variable can be determined), and (thereafter) Combining (mixing) the fluid in the bypass stream with the fluid in the main stream.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Analysegerät ausgebildet als Probentrenngerät. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Analysegerät einen Fluidantrieb zum Antreiben einer mobilen Phase und einer in die mobile Phase injizierten fluidischen Probe auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Analysegerät eine Probentrenneinrichtung zum Trennen der in die mobile Phase injizierten fluidischen Probe auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Analysegerät zum Analysieren von mindestens einem physikalischen, chemischen und/oder biologischen Parameter der fluidischen Probe konfiguriert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Analysegerät als Probentrenngerät zum Trennen der fluidischen Probe konfiguriert.According to one embodiment, the analysis device is designed as a sample separation device. According to one embodiment, the analysis device has a fluid drive for driving a mobile phase and a fluidic sample injected into the mobile phase. According to one embodiment, the analysis device has a sample separation device for separating the fluidic sample injected into the mobile phase. According to one embodiment, the analysis device is configured to analyze at least one physical, chemical and/or biological parameter of the fluidic sample. According to one embodiment, the analysis device is configured as a sample separation device for separating the fluidic sample.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter dem Begriff „Probentrenneinrichtung“ insbesondere eine Einrichtung zum Analysieren einer fluidischen Probe, insbesondere in unterschiedliche Fraktionen, verstanden werden. Zu diesem Zweck können Bestandteile der fluidischen Probe an der Probentrenneinrichtung zunächst adsorbiert und dann separat (insbesondere fraktionsweise) desorbiert werden. Beispielsweise kann eine solche Probentrenneinrichtung als chromatographische Trennsäule ausgebildet sein.In the context of the present application, the term “sample separation device” can be understood in particular to mean a device for analyzing a fluidic sample, in particular into different fractions. For this purpose, components of the fluidic sample can first be adsorbed on the sample separation device and then desorbed separately (in particular fractionally). For example, such a sample separation device can be designed as a chromatographic separation column.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Analysegerät ein Chromatografiegerät, insbesondere ein Flüssigkeitschromatografiegerät, ein Gaschromatografiegerät, ein SFC- (superkritische Flüssigkeitschromatographie) Gerät oder ein HPLC- (Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie) Gerät.According to one embodiment, the analysis device is a chromatography device, in particular a liquid chromatography device, a gas chromatography device, an SFC (supercritical liquid chromatography) device or an HPLC (high-performance liquid chromatography) device.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Analysegerät als mikrofluidisches Gerät konfiguriert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Analysegerät als nanofluidisches Gerät konfiguriert.According to one embodiment, the analysis device is configured as a microfluidic device. According to one embodiment, the analysis device is configured as a nanofluidic device.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Probentrenneinrichtung als chromatographische Trenneinrichtung, insbesondere als Chromatographietrennsäule, ausgebildet.According to one exemplary embodiment, the sample separation device is designed as a chromatographic separation device, in particular as a chromatography separation column.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Fluidantrieb zum Antreiben der mobilen Phase und der fluidischen Probe unter Hochdruck konfiguriert.According to one embodiment, the fluid drive is configured to drive the mobile phase and the fluidic sample under high pressure.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Fluidantrieb zum Antreiben der mobilen Phase und der fluidischen Probe mit einem Druck von mindestens 500 bar, insbesondere von mindestens 1000 bar, weiter insbesondere von mindestens 1200 bar, weiter insbesondere mindestens 1500 bar, weiter insbesondere mindestens 2000 bar, konfiguriert.According to one embodiment, the fluid drive is configured for driving the mobile phase and the fluidic sample with a pressure of at least 500 bar, in particular at least 1000 bar, more in particular at least 1200 bar, more in particular at least 1500 bar, more in particular at least 2000 bar.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Analysegerät einen Detektor zum Detektieren der analysierten, insbesondere getrennten, fluidischen Probe auf.According to one exemplary embodiment, the analysis device has a detector for detecting the analyzed, in particular separated, fluidic sample.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das Analysegerät einen Fraktionierer zum Fraktionieren von getrennten Fraktionen der fluidischen Probe auf.According to one embodiment, the analysis device has a fractionator for fractionating separate fractions of the fluidic sample.
Das Analysegerät 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.The analytical device can be a microfluidic measuring device, a life science device, a liquid chromatography device, a gas chromatography device, an HPLC (high performance liquid chromatography), a UHPLC system or an SFC (supercritical liquid chromatography) device. However, many other applications are possible.
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.According to one exemplary embodiment, the sample separation device can be designed as a chromatographic separation device, in particular as a chromatography separation column. In the case of a chromatographic separation, the chromatographic separation column can be provided with an adsorption medium. The fluidic sample can be stopped at this and only then be detached fractionally again in the presence of a specific solvent composition, thereby accomplishing the separation of the sample into its fractions.
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 hindurchzubefördern.A pump system for conveying fluid can, for example, be set up to convey the fluid or the mobile phase through the system at a high pressure, for example a few 100 bar up to 1000 bar and more.
Das Analysegerät kann einen Probeninjektor zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine mit einem Nadelsitz koppelbare Proben- oder Injektionsnadel in einem entsprechenden Flüssigkeitspfad aufweisen, wobei die Probennadel aus diesem Nadelsitz herausgefahren werden kann, um Probe aufzunehmen. Nach dem Wiedereinführen der Probennadel in den Nadelsitz kann sich die Probe in einem Fluidpfad befinden, der, zum Beispiel durch das Schalten eines Ventils, in den Trennpfad des Systems hineingeschaltet werden kann. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Probeninjektor bzw. Sampler mit einer Probennadel verwendet werden, die ohne Nadelsitz betrieben wird.The analysis device can have a sample injector for introducing the sample into the fluidic separation path. Such a sample injector can have a sample or injection needle that can be coupled to a needle seat in a corresponding liquid path, whereby the sample needle can be moved out of this needle seat in order to to take a sample. After reinserting the sample needle into the needle seat, the sample can be in a fluid path that can be switched into the separation path of the system, for example by switching a valve. In another embodiment of the invention, a sample injector or sampler can be used with a sample needle that is operated without a needle seat.
Das Analysegerät 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.The analyzer may have a fraction collector for collecting the separated components. Such a fraction collector can, for example, lead the various components of the separated sample into different liquid containers. The analyzed sample can also be fed to a drain container.
Vorzugsweise kann das Analysegerät einen Detektor zur Detektion der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Detektor kann ein Signal erzeugen, welches beobachtet und/oder aufgezeichnet werden kann, und welches für die Anwesenheit und Menge der Probenkomponenten in dem durch das System fließenden Fluid indikativ ist.Preferably, the analysis device can have a detector for detecting the separated components. Such a detector can produce a signal that can be observed and/or recorded and which is indicative of the presence and amount of the sample components in the fluid flowing through the system.
In einem Ausführungsbeispiel kann der Vorteil des vorgeschlagenen Sensorsystems besteht darin, dass ein Miniatur-Haftelement (DMS) an einer glatten Platte (Stahl-Membran) befestigt werden kann, was den Sensor leicht austauschbar und kostengünstig macht und seine Integration in eine komplexe Geometrie wie einen Pumpenkopf erleichtert. Ein weiterer Vorteil in einer speziellen Ausführungsform besteht darin, dass die Platte mit dem Sensor unter Verwendung einer Strömungsteiler-Konstruktion am Pumpenkopf befestigt werden kann. Der Haupt-Strom wird in den Pumpenkopf geleitet, während der Seitenstrom (Bypass) durch die Messzelle strömt. Auf diese Weise entsteht durch das Hinzufügen des Sensors kein Sackloch im Pumpenkopf. Zusätzlich wird die große Wärmemenge, die in der Verdichtungsstufe der Flüssigkeit in der Kolbenkammer entsteht, thermisch von der Messzelle getrennt und hat keinen Einfluss auf die Messung.In one embodiment, the advantage of the proposed sensor system is that a miniature adhesive element (DMS) can be attached to a smooth plate (steel membrane), making the sensor easily replaceable and inexpensive, and its integration into a complex geometry such as a Pump head easier. A further advantage in a particular embodiment is that the plate with the sensor can be attached to the pump head using a flow divider construction. The main stream is directed into the pump head, while the side stream (bypass) flows through the measuring cell. This way, adding the sensor does not create a blind hole in the pump head. In addition, the large amount of heat generated in the compression stage of the liquid in the piston chamber is thermally separated from the measuring cell and has no influence on the measurement.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Analysegerät konfiguriert als Chromatografiegerät, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Die
2A und2B zeigen eine Messvorrichtung in dem Analysegerät, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
3 zeigt eine Sensorvorrichtung mit Dehnungsmesstreifen, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
4 zeigt einen piezo-resistiven Sensor als Sensorvorrichtung, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
5 zeigt die Messvorrichtung direkt an einer Pumpvorrichtung des Analysegeräts, gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 shows an analysis device configured as a chromatography device, according to an exemplary embodiment of the invention. - The
2A and2 B show a measuring device in the analysis device, according to an exemplary embodiment of the invention. -
3 shows a sensor device with strain gauges, according to an exemplary embodiment of the invention. -
4 shows a piezo-resistive sensor as a sensor device, according to an exemplary embodiment of the invention. -
5 shows the measuring device directly on a pump device of the analysis device, according to an exemplary embodiment of the invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGURENDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.The representation in the drawing is schematic.
Die Lösungsmittel sind hierbei ein Verbrauchsmaterial, welches in einem oder mehr Behältern 25 gelagert ist Die Zuführeinrichtung umfasst gewöhnlich eine erste Fluidkomponentenquelle (z.B. erster Behälter) zum Bereitstellen eines ersten Fluids bzw. einer ersten Lösungsmittelkomponente A (zum Beispiel Wasser) und eine zweite Fluidkomponentenquelle (z.B. zweiter Behälter) zum Bereitstellen eines anderen zweiten Fluids bzw. einer zweiten Lösungsmittelkomponente B (zum Beispiel ein organisches Lösungsmittel).The solvents are here a consumable material which is stored in one or
Ein optionaler Entgaser 27 kann die mittels der ersten Fluidkomponentenquelle und mittels der zweiten Fluidkomponentenquelle 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 aus einem Probenbehälter zunächst in ein Probenaufnahmevolumen in einem Injektorpfad aufzunehmen, und nachfolgend durch Schalten eines Injektionsventils des Injektors 40 in einen fluidischen Trennpfad zwischen Fluidantrieb 20 und Probentrenneinrichtung 30 einzubringen. Das Aufnehmen von fluidischer Probe aus dem Probenbehälter kann insbesondere dadurch erfolgen, dass eine Probennadel aus einem Probensitz herausgefahren und in den Probenbehälter hineingefahren wird, mittels einer als Dosiereinrichtung ausgebildeten Fluidfördereinrichtung fluidische Probe aus dem Probenbehälter durch die Probennadel in das Probenaufnahmevolumen eingesaugt wird, und die Probennadel dann wieder in den Nadelsitz hineingefahren wird.An
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. Ein Fraktionierungsgerät oder Fraktionierer 60 kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probe in dafür vorgesehene Behälter auszugeben. Nicht mehr benötigte Flüssigkeiten können in einen Abflussbehälter bzw. in eine Wasteleitung ausgegeben werden.The stationary phase of the
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, nämlich die Probenschleife bzw. das Probenaufnahmevolumen, der Probenaufgabeeinheit bzw. des Injektors 40 eingegeben. Danach wird die Probenflüssigkeit in den unter Hochdruck stehenden Trennpfad eingebracht. Unter einer Probenschleife als Probenaufnahmevolumen (auch als Sample Loop bezeichnet) kann ein Abschnitt einer Fluidleitung verstanden werden, der zum Aufnehmen bzw. Zwischenspeichern einer vorgegebenen Menge von fluidischer Probe ausgebildet ist. Vorzugsweise wird noch vor dem Zuschalten der zunächst unter Normaldruck stehenden Probenflüssigkeit in dem Probenaufnahmevolumen in den unter Hochdruck stehenden Trennpfad der Inhalt des Probenaufnahmevolumens mittels einer Dosiereinrichtung in Form der Fluidfördereinrichtung auf den Systemdruck des als HPLC ausgebildeten Analysegeräts 10 gebracht. Eine Steuereinrichtung 70 steuert die einzelnen Komponenten 20, 25, 30, 40, 50, 60, etc., des Analysegeräts 10.While a liquid path between the
Schematisch ist eine Messvorrichtung 100 gezeigt, welche beispielsweise in oder an dem Fluidantrieb 20 implementiert werden kann. Detaillierte Ausführungsbeispiele sind für die
Die
Das Fluid 115 ist in diesem Beispiel eine mobile Phase, welche im Wesentlichen Lösungsmittel enthält, z.B. Wasser, Methanol, oder Acetonitril. Die mobile Phase wird mittels des Fluidantriebs 20 in Richtung der analytischen Domäne (z.B. Probentrenneinrichtung 30) gepumpt, wobei das Fluid 115 mittels der Pumpe auf Hochdruck gebracht wird. Aufgrund des hohen Drucks (z.B. 1000 bar) und der Kompression des Fluids 115 mittels der Pumpe findet eine Wärmeentwicklung des Fluids 115 statt. Diese Wärmeentwicklung kann jedoch ein Bestimmen einer Messgröße bezüglich des Fluids 115, z.B. eine Druckmessung, deutlich (negativ) beeinflussen.The fluid 115 in this example is a mobile phase which essentially contains solvents, for example water, methanol, or acetonitrile. The mobile phase is pumped towards the analytical domain (e.g. sample separation device 30) by means of the
Aus diesem Grund wird ein Bypass-Strom 120 vorgesehen, welcher eine thermische Entkopplung bezüglich der Wärmeentwicklung bereitstellt. Hierfür ist eine zweite Fluidleitung 120 vorgesehen, die eingerichtet ist zum Strömen des Fluids 115, wobei die zweite Fluidleitung 120 zu zumindest einem Abschnitt der ersten Fluidleitung 110 parallel geschaltet ist. Damit ist ein Bypass-Strom zu dem Haupt-Strom bereitgestellt, der eine Wärmeentkopplung des zu messenden Fluids 115 ermöglicht.For this reason, a
Zu diesem Zweck weist die Messvorrichtung 100 eine Sensorvorrichtung 130 auf, welche mit der zweiten Fluidleitung 120 gekoppelt ist, um eine Messgröße bezüglich des Fluids in der zweiten Fluidleitung 120 zu bestimmen. Im gezeigten Beispiel ist die Messgröße ein Fluiddruck und entsprechend ist die Sensorvorrichtung 130 als Drucksensor ausgebildet. Die Sensorvorrichtung 130 weist eine Membran 135 auf, welche quer zur Flussrichtung des Fluids 115 in der zweiten Fluidleitung 120 angeordnet ist. Die Membran 135 ist zumindest teilweise in physikalischem Kontakt, mit der zweiten Fluidleitung 120, so dass das Fluid 115 an der Membran 135 entlang strömt („Messkammer“), insbesondere wird hierbei eine große Oberfläche für die Messung bereitgestellt. Die Membran 135 ist mit dem eigentlichen Sensor 131 gekoppelt, welcher in diesem Beispiel im Zentrum der Membran 135 angeordnet ist. Der Sensor 131 ist hierbei als Dehnungsmesstreifen (DMS) ausgebildet. Eine Haltevorrichtung 170 kann die Membran 135 (bzw. Sensorvorrichtung 130) gegen die zweite Fluidleitung 120 pressen (z.B. eingeschraubt werden).For this purpose, the measuring
Die zweite Fluidleitung 120 ist aus folgenden drei Abschnitten aufgebaut: ein erster Bypass-Abschnitt 121 strömt das Fluid 115 aus dem Haupt-Strom 110 heraus (Abtrennen) und zu der Sensorvorrichtung 130 hin. Ein Mess-Abschnitt 123, strömt das Fluid 115 wie bereits beschrieben entlang der Sensorvorrichtung 130. Ein zweiter Bypass-Abschnitt 122 (Durchmischungskanal) strömt das Fluid 115 schließlich von der Sensorvorrichtung 130 zurück zum Hauptstrom 110. Der zweite Haupt-Abschnitt 112 der ersten Fluidleitung 110 ist hierbei mit dem zweiten Bypass-Abschnitt 122 der zweiten Fluidleitung 120 fluidisch gekoppelt, so dass der Teil des Fluids 115, welcher durch den Bypass-Strom geleitet wurde, nach der Messung an der Sensorvorrichtung 130 zurück in den Haupt-Strom geleitet wird.The
BezugszeichenReference symbols
- 1010
- AnalysegerätAnalyzer
- 2020
- Fluidantrieb, HochdruckpumpeFluid drive, high pressure pump
- 2525
- ZuführeinrichtungFeeding device
- 2727
- EntgaserDegasser
- 3030
- ProbentrenneinrichtungSample separation device
- 4040
- Injektorinjector
- 5050
- Detektordetector
- 6060
- Fraktioniererfractionator
- 7070
- SteuereinrichtungControl device
- 100100
- MessvorrichtungMeasuring device
- 110110
- Erste Fluidleitung, Haupt-StromFirst fluid line, main stream
- 111111
- Erster Haupt-Abschnitt, PumpenraumFirst main section, pump room
- 112112
- Zweiter Haupt-Abschnitt, WeiterleitungSecond main section, forwarding
- 120120
- Zweite Fluidleitung, Bypass-StromSecond fluid line, bypass flow
- 121121
- Erster Bypass-Abschnitt, ZuleitungFirst bypass section, supply line
- 122122
- Zweiter Bypass-Abschnitt, AbleitungSecond bypass section, derivation
- 123123
- Mess-AbschnittMeasuring section
- 130130
- SensorvorrichtungSensor device
- 131131
- Sensor, DehnungsmessstreifenSensor, strain gauge
- 132132
- SensorgehäuseSensor housing
- 133133
- Aktive SchichtActive layer
- 134134
- Öloil
- 135135
- Membranmembrane
- 160160
- Pumpe, Kolbenpump, piston
- 170170
- HaltevorrichtungHolding device
- 180180
- Weiterer ProzessFurther process
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 0309596 B1 [0003]EP 0309596 B1 [0003]
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DE102023128759.1A DE102023128759A1 (en) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | Measuring device for an analysis device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102023128759.1A DE102023128759A1 (en) | 2023-10-19 | 2023-10-19 | Measuring device for an analysis device |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102023128759A1 (en) |
-
2023
- 2023-10-19 DE DE102023128759.1A patent/DE102023128759A1/en active Pending
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