DE112004000997B4

DE112004000997B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Durchführen paralleler Prozesse

Info

Publication number: DE112004000997B4
Application number: DE112004000997.9T
Authority: DE
Inventors: Claude R. Mallet
Original assignee: Waters Technologies Corp
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2024-06-05
Also published as: US7504076B2; GB2417794B; US20060127284A1; JP2006527370A; GB0524494D0; WO2005001589A1; GB2417794A; JP4571938B2; DE112004000997T5

Abstract

Vorrichtung (11) zum Durchführen von parallelen Prozessen, wobei jeder Prozess eine Vielzahl von Schritten hat, wobei jeder Schritt in einem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) durchgeführt wird, indem ein Fluid durch das Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) fließt, wobei die Vielzahl von Schritten wenigstens einen ersten Schritt und eine Vielzahl von anschließenden Schritten umfassen, wobei wenigstens einer der anschließenden Schritte einen finalen Schritt umfasst, und wenigstens einen Schritt, bei dem ein Produkt gebildet wird, wobei jeder Schritt der Vielzahl von Schritten eine Schrittdauer aufweist, wobei wenigstens ein Schritt der Vielzahl von Schritten eine längste Schrittdauer aufweist, wobei die Vorrichtung (11) umfasst: eine Vielzahl von Behältnissen (13a, b, c, d, e, f; 33a, b), wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen ausgestaltet ist, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten eines jeweiligen Prozesses der parallelen Prozesse durchzuführen, und wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen ferner ausgestaltet ist, jeden Schritt der Vielzahl von Schritten innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen, wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Behältnisse einen Einlass für die Aufnahme von Fluid und einen Auslass für die Abgabe von Fluid aufweist, Ventilmittel (15) in Kommunikation mit dem Einlass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen und in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen, wobei die Ventilmittel (15) dazu geeignet sind, in Kommunikation mit einer Vielzahl von Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) angeordnet zu werden, um, was einem Schritt der parallelen Prozesse entspricht, ein Fluid in dem Einlass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) einer Vielzahl von Behältnissen anzuordnen und um Fluid von dem Auslass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Vielzahl von Behältnissen zu empfangen, um jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) zu ermöglichen, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten eines jeweiligen Prozesses der parallelen Prozessen und jeden Schritt der Vielzahl von Schritten in allen Behältnissen (13a, b, c, d, e, f) innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen, und ...

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Bei dieser Anmeldung handelt es sich um eine Continuation-in-part einer vorläufigen Anmeldung, die am 6. Juni 2003 angemeldet worden ist ( SN 60/476,750 ), und zwar mit dem Titel "paralleles Extraktionssystem für die Analyse mit hohem Durchsatz in einem Flüssigkeitschromatographie-/Massenspektrometrie-System".
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum parallelen Durchführen von Prozessen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden insbesondere Anwendung bei der Analyse von Proben für Medikamente oder andere Zusammensetzungen, die einen interessieren, mit Detektorvorrichtungen, bei denen es wünschenswert ist, einen kontinuierlichen Strom von verarbeiteter Probe durch den Detektor zu haben, um die Effizienz zu maximieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In zahlreichen technischen Gebieten tritt eine große Anzahl von Proben auf, die verarbeitet werden müssen, um neue Materialien auszubilden oder um deren Inhalt oder deren Zusammensetzung zu bestimmen. Bei der quantitativen und qualitativen Analyse, um den Inhalt oder die Zusammensetzung und deren Menge zu bestimmen, handelt es sich um eine anspruchsvolle Aufgabe. Oftmals erfordert es die Natur der Analyse, dass eine kostspielige Detektionstechnologie verwendet wird.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff "Detektor" eine Vorrichtung, die ein Signal in Antwort auf das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Zusammensetzung erzeugt. Bei einem üblichen Detektor handelt es sich beispielsweise jedoch nicht beschränkend um Massenspektrometer, optische Sensoren, wie beispielsweise Ramon-Detektoren, Lichtstreudetektoren, Fluoreszenzdetektoren, Chemilumineszenzdetektoren, Lichtabsorptionsdetektoren, Lichtbrechungsdetektoren, elektrochemische Detektoren, Viskositätsdetektoren, Kernspinresonanzdetektoren.
Derartige Detektoren können im Erwerb und im Betrieb kostspielig sein. Daher besteht ein Bedarf, den Detektor konstant zu verwenden, und zwar mit den kürzesten Zeitintervallen zwischen Proben, mittels denen ein Ergebnis bestimmt wird.
Der Begriff "Probe" zeichnet jedwedes Material, das für eine Verarbeitung empfangen wird. Im klinischen Bereich kann eine Probe ein biologisches Fluid oder Gewebe umfassen. Der Begriff "Analyt" bezeichnet eine Zusammensetzung, die einen interessiert, die möglicherweise in der Probe vorhanden ist.
Der Begriff "Chromatographie" bezeichnet die Trennung von Verbindungen auf der Grundlage von Unterschieden der Affinität oder des Absorptionsvermögens. Bei der Chromatographie werden Verbindungen in einer Lösung eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines superkritischen Fluids gehalten. Die Lösung, in der die Verbindung gelöst ist, ist als das "Lösungsmittel" oder "Solvenz" bekannt. Die gelösten Verbindungen weisen Unterschiede hinsichtlich des Absorptionsvermögens oder der Affinität mit einem Medium auf, das nicht gelöst ist. Dieses Medium wird in Position gehalten, und zwar stationär hinsichtlich des Flusses einer Lösung, in der die gelösten Verbindungen enthalten sind.
Bei der Chromatographie handelt es sich um ein übliches Forschungswerkzeug und diese kann verwendet werden, um Proben für eine Analyse mittels unterschiedlicher Detektionstechniken zu verarbeiten. Die Chromatographie kann verwendet werden, um zahlreiche Verbindungen grob von einer Probe zu trennen, und zwar als eine Extraktionstechnik. Die Chromatographie kann ebenso als eine Feintrenntechnik verwendet werden, bei der kleine Unterschiede der Molekülstruktur und der Molekülfunktion die Affinität der Verbindungen hinsichtlich einer stationären Phase verändern. Nahe verwandte Verbindungen, beispielsweise Medikamente und Medikamentmetaboliten, können wirksam getrennt werden.
Die Chromatographie kann in offenen Systemen, wie beispielsweise Vorrichtungen mit Vertiefungen, wie beispielsweise einer mit 96 Vertiefungen versehenen Extraktionsplatte, oder in geschlossenen Systemen durchgeführt werden. Chromatographiesäulen und Chromatographiekartuschen sind Beispiele für ein geschlossenes System. Die Vorrichtungen weisen üblicherweise eine Packung einer stationären Phase, wie beispielsweise Siliziumpartikel oder andere polymerische Partikel, auf, die die Verbindungen adsorbieren. Eine Probe fließt durch das Medium und Verbindungen werden von dem Medium absorbiert. Das anfängliche Fließen der Probe auf das Medium wird als "Beladen" ("loading") bezeichnet. Das Entfernen der möglicherweise interessanten Verbindung wird als "Eluieren" ("eluting") bezeichnet. Das Eluieren wird oftmals durchgeführt, indem die Lösungsmittelzusammensetzung geändert wird. Das Aufbereiten des Mediums, um die Probe aufzunehmen wird als "Behandeln" ("conditioning") bezeichnet. Das Sicherstellen, das die vorhergehende Probe aus dem Medium entfernt worden ist, um zu ermöglichen, dass eine weitere Probe auf das Medium geladen wird, wird als "Waschen" ("washing") bezeichnet.
Diese Schritte des Ladens, Behandelns, Waschens und dergleichen benötigen Zeit. Es ist umständlich, diese Schritte manuell durchzuführen. Für den Fall, dass ein Detektor mit der Vorrichtung verbunden ist, die Extraktionen durchführt, wird das Gerät über größere Zeiträume keine verwertbaren Ergebnisse erzeugen.
DE 689 16 069 T2 beschreibt eine rechnergestützte automatische Synthesevorrichtung zur automatischen Synthese einer Vielzahl von Derivaten mit bestimmter chemischer Zusammensetzung, wie beispielsweise die Synthese von substituierten N-(Carboxyalkyl)-aminosäuren und ihren Derivaten.
Es besteht ein Bedarf für eine Vorrichtung und Verfahren zum Durchführen paralleler Prozesse. Insbesondere auf dem analytischen Gebiet ist es wünschenswert, Extraktionsschritte in einem geschlossenen System und Trennschritte in einem geschlossenen System mit einer Detektion ohne manuelle Einwirkung durchzuführen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen paralleler Prozesse. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen eines Prozesses, der eine Vielzahl von Schritten aufweist, wobei jeder Schritt in einem Behältnis durchgeführt wird, indem ein Fluid durch das Behältnis strömt. Die Schritte des Prozesses umfassen wenigstens einen ersten Schritt und wenigstens einen nachfolgenden Schritt. Wenigstens einer der nachfolgenden Schritte ist ein finaler Schritt und jeder Schritt benötigt für seine Durchführung eine gewisse Zeitdauer, eine Schrittdauer. Wenigstens ein Schritt weist eine längste Schrittdauer auf, und die gesamte Anzahl von Schritten multipliziert mit der längsten Schrittdauer entspricht einer Prozessdauer. Die Vorrichtung umfasst eine Vielzahl von Behältnissen. Jedes Behältnis der Vielzahl von Behältnissen ist dazu gedacht, sequenziell alle Schritte des Prozesses innerhalb der Prozessdauer durchzuführen, und jedes Behältnis der Vielzahl von Behältnissen ist dazu gedacht, jeden Schritt des Prozesses innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen. Jedes der Behältnisse weist einen Einlass zum Aufnehmen von Fluid und einen Auslass zum Ablassen von Fluid auf.
Die Vorrichtung umfasst ferner Ventilmittel in Kommunikation mit dem Einlass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen und in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen. Die Ventilmittel sind dazu geeignet, in Kommunikation mit einer Vielzahl von Fluidquellen angeordnet zu werden, um ein Fluid, das einem Schritt des Prozesses entspricht, in dem Einlass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen anzuordnen und um Fluid von dem Auslass von jedem Behältnis der Behältnisse zu empfangen, um jedem Behältnis der Behältnisse zu ermöglichen, sequenziell alle Schritte eines Prozesses und jeden Schritt in allen Behältnissen innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen. Die Ventilmittel weisen wenigstens eine Ausgangsleitung für jeden Auslass zur Aufnahme des abgegebenen Fluids auf. Die Ventilmittel reagieren auf ein oder mehrere Signale von Steuermitteln, um ein Fluid von wenigstens einer der Vielzahl von Fluidquellen durch das Behältnis und in eine Ausgangsleitung bei jedem Schritt des Prozesses zu leiten.
Die Vorrichtung umfasst ferner Steuermittel in Kommunikation mit den Ventilmitteln, die Mittel aufweisen, um die längste Dauer zu bestimmen. Die Steuermittel senden ein oder mehrere Signale an die Ventilmittel, um den Prozess in der Vielzahl von Behältnissen simultan und sequenziell durchzuführen, wobei nur ein Behältnis den finalen Schritt innerhalb jeder Schrittperiode durchführt.
Die Vorrichtung ist ideal dafür geeignet, einen Extraktionsprozess oder einen analytischen Trennprozess oder beide in Stufen durchzuführen. Beispielsweise umfasst eine erste Ausführungsform eine erste Stufe, die einen Extraktionsprozess durchführt. Die erste Stufe weist wenigstens eine Ausgangsleitung auf, bei der es sich um eine analytische Leitung in Kommunikation mit einer Trennvorrichtung oder einem Detektor handelt. Der Fachmann wird erkennen, dass die analytische Trennphase ebenso eine Vielzahl von Schritten umfassen kann. Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine zweite Stufe zum Durchführen einer analytischen Trennung.
Der Detektor ist ausgewählt aus der Gruppe von Detektoren, umfassend Massenspektrometer, optische Sensoren, wie beispielsweise Ramon-Detektoren, Lichtstreudetektoren, Fluoreszenzdetektoren, Chemilumineszenzdetektoren, Lichtabsorptionsdetektoren, Lichtrefraktionsdetektoren, elektrochemische Detektoren, Viskositätsdetektoren, Kernspinresonanzdetektoren. Zahlreiche dieser Typen von Detektoren sind kostspielig in der Anschaffung und im Betrieb. Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Abgeben von Fluiden, die mit dem gewünschten Signal nicht in Zusammenhang stehen und das Fokussieren des Detektors auf das Empfangen eines gewünschten Fluids für die Analyse.
Vorzugsweise sind die Ventilmittel in der fluider Kommunikation mit wenigstens einer Fluidquelle, um eine Probe in einem Behältnis anzuordnen. Eine bevorzugte Fluidquelle zum Anordnen einer Probe in einem Behältnis ist ein Injektor bzw. eine Injektionseinrichtung. Ein bevorzugter Injektor, ein Autosampler, ist als eine automatisierte Anordnung zum Empfangen von Proben und zum Injizieren von Proben in einen Fluidstrom kommerziell erhältlich.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung, die einen Extraktionsprozess durchführt, geschlossene Behältnisse, wie beispielsweise eine Extraktionssäule oder eine Extraktionskartusche auf. Eine bevorzugte Extraktionssäule oder Extraktionskartusche weist ein polymerisches Packungsmedium mit Partikeln auf, die eine Größe von 25 µm oder weniger und einen Innendurchmesser von ungefähr 2,0 bis 3,0 aufweist. Vorzugsweise weist die Vorrichtung, die eine analytische Trennung durchführt, eine analytische Trennsäule auf. Eine bevorzugte analytische Trennsäule wird durch die Natur der Verbindungen bestimmt, die getrennt werden müssen.
Bei einer Computerverarbeitungseinheit, die mittels mit Firmware oder Software programmiert ist, handelt es sich um bevorzugte Steuermittel. Die längste Dauer wird eingestellt, indem entweder eine erwartete Zeit für das Fertigstellen aller Prozesse programmiert wird oder mittels einem oder mehreren Detektoren, die bestimmen, wenn ein Schritt oder alle Schritte durchgeführt worden sind.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Einrichtungsprozedur bzw. Hochfahrprozedur auf. In einer Ausführungsform weisen die Steuermittel eine Startsequenz auf, bei der wenigstens ein erstes Behältnis ausgewählt wird, wobei es sich bei diesem ersten Behältnis nicht um ein Behältnis handelt, und zwar aus der Vielzahl von Behältnissen. Die Steuermittel weisen die Ventilmittel an, um Fluid in das erste Behältnis zu leiten, um den ersten Schritt während einer anfänglichen Schrittdauer durchzuführen, die die längste Schrittdauer nicht übersteigt. Nach der anfänglichen Schrittdauer wird ein nachfolgendes Behältnis ausgewählt, wobei es sich bei diesem nachfolgenden Behältnis nicht um alle Behältnisse handelt und auch nicht um ein vorher ausgewähltes Behältnis, und zwar aus der Vielzahl von Behältnissen. Die Steuermittel weisen die Ventilmittel an, Fluid in das nachfolgende Behältnis zu leiten, um den ersten Schritt während einer nachfolgenden anfänglichen Schrittdauer durchzuführen, die die längste Schrittdauer nicht übersteigt. Ferner weisen die Steuermittel die Ventilmittel an, Fluid in das erste Behältnis zu leiten, um einen anschließenden Schritt durchzuführen, der nicht während der vorhergehenden Schrittdauer durchgeführt worden ist.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine oder mehrere Pumpen in Kommunikation mit den Ventilmitteln auf. Die Pumpen sind in Kommunikation mit einer oder mehreren Fluidquellen angeordnet. Der Begriff "Fluidquellen", wird breit aufgefasst, um Fluide von anderen Prozessen zu umfassen oder Fluide in großen Containern und dergleichen. Die Verwendung von Lösungen bei Chromatographieanwendungen ist wohlbekannt. Ferner ist wenigstens eine der Ausgangsleitungen dazu geeignet, mit einem Abfallcontainer zu kommunizieren, um die richtige Handhabung von verbrauchten Fluiden zu erleichtern.
Typische Schritte bei einem chromatographischen Prozess sind das Laden, das Eluieren, das Waschen, das erneute Behandeln und die Gradienteneluierung. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben, diese Schritte in einem geschlossenen System mit keinem oder nur geringen manuellen Eingreifen durchzuführen.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren. Das Verfahren führt einen Prozess mit einer Vielzahl von Schritten durch, wobei jeder Schritt in einem Behältnis durchgeführt wird, indem ein Fluid durch das Behältnis strömt. Die Schritte umfassen wenigstens einen ersten Schritt und wenigstens einen nachfolgenden Schritt. Wenigstens einer der anschließenden Schritte ist ein finaler Schritt. Jeder Schritt weist eine Schrittdauer auf und wenigstens ein Schritt weist eine längste Schrittdauer auf. Die gesamte Anzahl von Schritten multipliziert mit der längsten Schrittdauer ergibt eine Prozessdauer. Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen einer Vorrichtung mit einer Vielzahl von Behältnissen. Jedes Behältnis der Vielzahl von Behältnissen ist dazu gedacht, sequenziell alle Schritte des Prozesses innerhalb der Prozessdauer durchzuführen, und jedes Behältnis der Vielzahl von Behältnissen ist ferner dazu gedacht, jeden Schritt des Prozesses innerhalb des längsten Schrittdauer durchzuführen. Jedes Behältnis weist einen Einlass zum Aufnehmen von Fluid und einen Auslass zum Abgeben von Fluid auf.
Die Vorrichtung umfasst ferner Ventilmittel in Kommunikation mit dem Einlass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen und in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen. Die Ventilmittel sind dazu geeignet, in Kommunikation mit einer Vielzahl von Fluidquellen angeordnet zu werden, um ein Fluid, das einen Schritt des Prozesses entspricht, in dem Einlass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen anzuordnen und um Fluid von dem Auslass von jedem Behältnis der Behältnisse zu empfangen, um jedem Behältnis der Behältnisse zu ermöglichen, sequenziell alle Schritte eines Prozesses und jeden Schritt in allen Behältnissen innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen. Die Ventilmittel weisen wenigstens eine Ausgangsleitung für jeden Auslass zur Aufnahme des abgegebenen Fluids auf. Die Ventilmittel reagieren auf ein oder mehrere Signale von Steuermitteln, um ein Fluid von wenigstens einer der Vielzahl von Fluidquellen durch das Behältnis und in eine Ausgangsleitung bei jedem Schritt des Prozesses zu leiten.
Die Vorrichtung umfasst ferner Steuermittel in Kommunikation mit den Ventilmitteln, die Mittel aufweisen, um die längste Dauer zu bestimmen. Die Steuermittel senden ein oder mehrere Signale an die Ventilmittel, um den Prozess in der Vielzahl von Behältnissen simultan und sequenziell durchzuführen, wobei nur ein Behältnis den finalen Schritt innerhalb jeder Schrittperiode durchführt.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt die Vorrichtung zu betreiben, die die Vielzahl von Behältnissen, Ventilmittel und Steuermittel umfasst, um den Prozess in den Vielzahl von Behältnissen simultan und sequenziell durchzuführen, wobei höchstens ein Behältnis den finalen Schritt während irgendeiner Schrittdauer durchführen wird.
Bei dem Verfahren handelt es sich vorzugsweise um einen Extraktionsprozess oder einen analytischen Trennprozess oder um beide. Vorzugsweise wird das Verfahren in Stufen durchgeführt, umfassend eine erste Stufe, bei der ein Extraktionsprozess durchgeführt wird, sowie eine zweite Stufe, bei der eine analytische Trennung durchgeführt wird. In derartigen Situationen weist die Vorrichtung wenigstens eine Ausgangsleitung der ersten Stufe in Kommunikation mit dem Ventilmittel der zweiten Stufe auf, sowie eine Fluidquelle der zweiten Stufe und wenigstens eine Ausgangsleitung der zweiten Stufe in Kommunikation mit dem Detektor. Die längste Dauer ist die Zeitdauer des Schrittes, der sowohl für die erste Stufe als auch für die zweite Stufe am längsten dauert.
Die Schritte von jedem Prozess werden parallel durchgeführt, wobei diese durch einen oder mehrere Schritte versetzt sind. Jede Stufe wird gleichzeitig durchgeführt. Somit maximieren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Verarbeiten von Proben mittels eines Detektors, indem ermöglicht wird, dass Wasch- und Behandlungsschritte durchgeführt werden, während der Detektor Fluid empfängt, das mit Proben in Zusammenhang steht. Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Verarbeiten von Proben in einem geschlossenen automatisierten System, indem Umgebungsfehler, Anwenderfehler und Betreiberfehler und Variabilität vermieden werden.
Diese und andere Merkmale und Vorteile ergeben sich anhand der Zeichnungen und der nachstehend folgenden detaillierten Beschreibung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Vorrichtung, die Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Prozesses, der Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, wobei die Beschreibung und die Figuren Extraktionsvorrichtungen und Verfahren und analytische Trennvorrichtungen und Verfahren darstellen. Man erkennt, dass Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung Anwendungen jenseits der chemischen Analyse finden und die Erfindung nicht derartig begrenzt ist. Beispielsweise, jedoch nicht beschränkend, haben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Anwendung bei der Diagnose, industriellen Prozessüberwachungsanwendungen und bei der Synthese sowie bei anderen Anwendungen.
Eine Vorrichtung, die Merkmale gemäß der vorliegenden Erfindung verkörpert, ist in Form eines Blockdiagramms in 1 dargestellt, wobei die Vorrichtung im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 11 gekennzeichnet ist. Die Vorrichtung 11 weist die folgenden Hauptkomponenten auf: eine Vielzahl von Behältnissen 13a–f, Ventilmittel 15 und Steuermittel 17. Die Vorrichtung 11 ist dazu ausgestaltet, einen Prozess durchzuführen, der eine Vielzahl von Schritten aufweist. Jeder Schritt wird in einem Behältnis, wie beispielsweise den Behältnissen 13a–f, durchgeführt, indem ein Fluid durch ein Behältnis fließt. Die Schritte umfassen wenigstens einen ersten Schritt und wenigstens einen anschließenden Schritt, wobei wenigstens einer der anschließenden Schritte ein finaler Schritt ist. Jeder Schritt benötigt für seine Vollendung eine Zeitdauer, eine Schrittdauer. Wenigstens ein Schritt weist eine längste Schrittdauer auf und die Gesamtzahl der Schritte multipliziert mit der längsten Schrittdauer ergibt eine Prozessdauer.
Ein bevorzugter Prozess ist ein Extraktionsprozess. Ein typischer Extraktionsprozess umfasst die Schritte: Laden einer Probe auf eine Säule, Waschen der Säule, um unerwünschte Materialien zu entfernen, Eluieren der erwünschten Verbindung oder der erwünschten Verbindungen aus der Säule und erneute Aufbereitung der Säule für eine weitere Probe. Die Schritte des Waschens und der erneuten Aufbereitung der Säule können, wie gewünscht, wiederholt werden. Zum Zwecke dieser Beschreibung umfasst der Prozess drei Waschschritte, Waschen 1, Waschen 2 und Waschen 3.
In 2 ist ein bevorzugter Prozess, ein Extraktionsprozess, hinsichtlich der Leitung dargestellt, die mit dem Behältnis 13a verbunden ist. Der Prozess umfasst einen Ladeschritt in der Schrittdauer 1, einen Waschen 1-Schritt in der Schrittdauer 2, einen Waschen 2-Schritt in der Schrittdauer 3, einen Waschen 3-Schritt in der Schrittdauer 4 und einen Eluierungsschritt in der Schrittdauer 5 und einen Aufbereitungsschritt in der Schrittdauer 6. Bei diesem Beispiel ist der Aufbereitungsschritt der finale Schritt oder der Schlussschritt. Jeder dieser Schritte benötigt eine Zeit, um durchgeführt zu werden und wenigstens ein Schritt weist die längste Durchführungsdauer auf. Alle Schritte können innerhalb dieser längsten Zeitdauer durchgeführt werden. Die Gesamtanzahl der Schritte, in diesem Beispiel 6, multipliziert mit der Zeitdauer, die mit der längsten Schrittdauer in Zusammenhang steht, entspricht einer Prozessdauer.
Dieser Prozess gleicht einem Extraktionsprozess, der mit offenen Behältnissen in einer Platte mit 96 Vertiefungen verwendet wird. Die Platte mit 96 Vertiefungen weist 6 identische Schritte auf: einen Ladeschritt in der Schrittdauer 1, einen Waschen 1-Schritt in der Schrittdauer 2, einen Waschen 2-Schritt in der Schrittdauer 3, einen Waschen 3-Schritt in der Schrittdauer 4, einen Eluierungsschritt in der Schrittdauer 5 und einen Wiederaufbereitungsschritt in der Schrittdauer 6.
Wie sich wiederum 1 entnehmen lässt, weist die Vorrichtung 11 eine Vielzahl von Behältnissen 13a–f auf. Jedes Behältnis 13a–f ist dazu gedacht, sequenziell alle Schritte des Prozesses in einer Prozessdauer durchzuführen. Jedes Behältnis 13a–f ist dazu gedacht, jeden Schritt des Prozesses in der längsten Schrittdauer durchzuführen. Ein bevorzugtes Behältnis 13a–f ist eine chromatographische Säule oder eine chromatographische Kartusche. Chromatographische Säulen und chromatographische Kartuschen sind wohlbekannt und sind der Einfachheit halber nicht detailliert dargestellt. Eine typische chromatographische Säule oder eine typische chromatographische Kartusche weist einen Einlass zur Aufnahme von Fluid und einen Auslass zur Abgabe von Fluid auf. Diese Säulen und Kartuschen weisen Fassungen auf, um von den Leitungen aufgenommen zu werden.
Eine besonders vorteilhafte chromatographische Kartusche ist eine OASIS^® HLB-Extraktionskartusche, die mit 25 µm Partikeln gepackt ist und Abmessungen von 2,1 × 20 mm aufweist. Eine besonders vorteilhafte chromatographische Säule ist eine OASIS^® HLB-Extraktionssäule, die mit 20 µm Partikeln gepackt ist und Abmessungen von 2,0 × 15 mm aufweist. Diese Säulen und Kartuschen sind dazu geeignet, Extraktionsprozesse unter schnellen Flussbedingungen mit Proben durchzuführen, die nicht oder nur wenig verarbeitet worden sind. Beispielsweise, jedoch nicht beschränkend sind derartige Kartuschensäulen dazu geeignet, Blutplasma zu verarbeiten.
Ventilmittel 15 befinden sich in Kommunikation mit dem Einlass von jedem Behältnis 13a–f sowie in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis 13a–f mittels direkter Verbindungen oder mittels Leitungen. Leitungen sind wohlbekannt und dargestellt, jedoch der Einfachheit halber nicht separat durch Bezugsziffern identifiziert. Eine typische Leitung ist eine flexible Edelstahlverrohrung mit geeigneter Größe hinsichtlich der Fassungen auf der Säule oder der Kartusche und den Ventilmitteln 15.
Die Ventilmittel 15 sind dazu geeignet, in Kommunikation mit einer Vielzahl von Fluidquellen angeordnet zu werden, die durch Pumpen 21a–e repräsentiert sind, um ein Fluid in dem Einlass von jedem Behältnis 13a–f anzuordnen, was einem Schritt des Prozesses entspricht. Pumpen 21a–f sind wohlbekannt und sind üblicherweise mittels einer Verrohrung mit einem großen Behälter verbunden, der eine oder mehrere Lösungsmittel und Lösungen enthält. Eine bevorzugte Pumpe ist eine Waters^® 515-Pumpe.
Die Ventilmittel 15 befinden sich in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis 13a–f. Die Behältnisse 13a–f empfangen somit Fluid, um sequenziell alle Schritte des Prozesses durchzuführen. Ferner empfangen die Behältnisse Fluid, um jeden Schritt in der längsten Schrittdauer durchzuführen. Die Ventilmittel 15 weisen wenigstens eine Ausgangsleitung auf, von denen zwei dargestellt sind, und zwar Ausgangsleitung 25a und 25b für jeden Auslass zum Empfangen von ausgegebenem Fluid. Fluide, die durch andere Ausgangsleitungen als den Ausgangsleitungen 25a und 25b ausgelassen werden, werden auf wohlbekannte Art und Weise zu einem Abfall geleitet.
Die Ventilmittel 15 reagieren auf ein oder mehrere Signale von Steuermitteln 17, um ein Fluid von der Vielzahl von Fluidquellen 21a–e durch die Behältnisse 13a–f und in eine Ausgangsleitung für jeden Schritt des Prozesses zu leiten. Bevorzugte Ventilmittel 15 sind Ventile mit 6 Anschlüssen und 10 Anschlüssen, wie diese unter dem Handelsnamen LabPRO^TM (Rheodyne, Rohnert Park, Kalifornien, USA) und als das Waters^® Column Selector Valve und das Waters^® Switching Valve (Waters Corporation, Milford, Massachusetts, USA) vertrieben werden. Für die in 1 dargestellte Vorrichtung 11 werden insgesamt achtzehn (18) benötigt.
Die Kontrollmittel 17 stehen in Kommunikation mit den Ventilmitteln 15. Mit anderen Worten: die Steuermittel 17 erzeugen ein oder mehrere Signale, die von den Ventilmitteln 15 empfangen werden, um die Verbindung der Behältnisse 13a–f zu der Pumpe 21a–e oder einem Ausgangsanschluss 25a und 25b und den nicht dargestellten Ausgangsanschlüssen zu öffnen und zu schließen und/oder zu ändern.
Bei den Steuermitteln 17 handelt es sich vorzugsweise um eine Computerverarbeitungseinheit, die üblicherweise in einem PC enthalten ist. Die Steuermittel 17 weisen vorzugsweise Instrumentsteuersoftware und Datenverwaltungssoftware auf. Eine bevorzugte Software ist die Waters^® EMPOWER-Software oder die Waters^® MASSLINX-Software (Waters Corporation, Milford, Massachusetts, USA). Die Steuermittel weisen Mittel auf, um die längste Dauer zu bestimmen. Die Mittel zum Bestimmen der längsten Dauer können empirisch durch Fachleute bestimmt werden und in das Softwareprogramm der Steuermittel 17 programmiert werden. Alternativ kann die Vorrichtung 11 einen Detektor (nicht gezeigt) aufweisen, der einen wichtigen Schritt zur Durchführung überwacht.
Die Steuermittel 17 senden ein oder mehrere Signale an die Ventilmittel 15, um den Prozess in den Behältnissen 15 simultan und sequenziell durchzuführen, wobei höchstens ein Behältnis den finalen Schritt während irgendeiner Schrittdauer durchführen wird.
Wie sich beispielhaft, jedoch nicht beschränkend, 2 entnehmen lässt, führen die Behältnisse 13a–f einen Extraktionsprozess durch. In dem Prozess, der sechs Schritte umfasst, wird unter Verwendung der sechs Behältnisse 13a–f lediglich ein Behältnis den Prozess innerhalb irgendeiner Schrittdauer vollenden. Jedes Behältnis 13a–f startet den Prozess mit einer unterschiedlichen Schrittdauer.
Vorzugsweise führt die Vorrichtung 11 einen Extraktionsprozess, wie beschrieben, durch oder einen analytischen Trennprozess oder beide. Wie dargestellt, führt die Vorrichtung 11 einen Extraktionsprozess mittels einer ersten Stufe, die die Behältnisse 13a–f umfasst, und einen analytischen Trennprozess in einer zweiten Stufe durch.
Der zweite Schritt, der analytische Trennprozess, umfasst einen Ladeschritt in der Schrittdauer 1, einen Eluierungsschritt in der Schrittdauer 2 und einen Wiederaufbereitungsschritt in der Schrittdauer 3. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem finalen Schritt um den Wiederaufbereitungsschritt. Jeder dieser Schritte weist eine Zeitdauer auf, die für dessen Vollendung benötigt wird, und wenigstens ein Schritt weist die längste Vollendungszeitdauer auf. Alle Schritte können innerhalb dieser längsten Zeitdauer durchgeführt werden. Die Gesamtanzahl der Schritte, in diesem Beispiel drei, multipliziert mit der Zeitdauer, die mit der längsten Schrittdauer im Zusammenhang steht, entspricht einer Prozessdauer für den analytischen Trennprozess. Vorzugsweise ist die Anzahl der Schritte in der ersten Stufe und der zweiten Stufe gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches voneinander, so dass die Schritte des Prozesses der ersten Stufe mit den Schritten des Prozesses der zweiten Stufe ohne Reste abgeglichen werden können.
Die zweite Stufe, der analytische Trennprozess, wird gleichzeitig mit der ersten Stufe durchgeführt. Eine längste Schrittdauer wird bestimmt, indem die Schrittdauer mit der längsten Durchführungszeitdauer der ersten Stufe mit der Schrittdauer mit der längsten Durchführungszeitdauer der zweiten Stufe verglichen wird. Die Schritte der zweiten Stufe werden den Schritten der ersten Stufe überlagert, so dass der Prozess der zweiten Stufe in der Schrittdauer 5 der ersten Stufe beginnt, wie dies in 2 dargestellt ist, und zwar mit dem Eluierungsschritt.
Die Vorrichtung 11 weist eine Vielzahl von Behältnissen 33a und 33b zum Durchführen des analytischen Trennprozesses auf. Jeder analytische Trennprozessschritt wird in einem Behältnis, wie beispielsweise den Behältnissen 33a und 33b, durchgeführt, indem ein Fluid durch ein Behältnis fließt. Die Schritte umfassen wenigstens einen ersten Schritt und wenigstens einen anschließenden Schritt, wobei wenigstens einer der anschließenden Schritte ein finaler Schritt ist. Jeder Schritt benötigt eine Zeitdauer für dessen Durchführung, eine Schrittdauer. Wenigstens ein Schritt der ersten Stufe und der zweiten Stufe weist eine längste Schrittdauer auf. Die Gesamtanzahl der Schritte der zweiten Stufe multipliziert mit der längsten Schrittdauer liefert eine Prozessperiode der zweiten Stufe. Wie dargestellt, kann die zweite Stufe, die weniger Schritte aufweist, zweimal innerhalb der Prozessdauer der Extraktionsprozessstufe durchgeführt werden. Wenn die zweite Stufe genauso lange dauern würde, dann wäre es wahrscheinlich wünschenswert, die Anzahl von Behältnissen 33 zu erhöhen. Wenn die zweite Stufe länger als die erste Stufe dauert, dann kann man eine größere Anzahl von Behältnissen 33 als Behältnisse 13 haben.
Wie dargestellt, befinden sich die Trennbehältnisse 33a und 33b in Kommunikation mit den Ventilmitteln 15' über Leitungen 25a' und 25b'. Die Ventilmittel 15' stehen in fluider Kommunikation mit einem Detektor 35 über eine weitere Leitung 27. Zum Zwecke dieser Beschreibung handelt es sich bei dem Detektor 35 um ein Massenspektrometer. Der Detektor kann jedoch beliebig gewählt werden. Beispielsweise, jedoch nicht beschränkend kann der Detektor 35 optische Sensoren, elektrochemische Sensoren, Kernspinresonanzdetektoren umfassen.
Der Detektionsschritt erfolgt innerhalb einer Zeitdauer. Für den Fall, dass es sich bei dem Detektionsschritt um den längsten Schritt handelt, wird der Detektionsschritt der Schritt, in dem alle anderen Schritte durchgeführt werden. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben die Verwendung der Detektoren für eine aussagekräftige Analyse, indem das Fluid, das zu dem Detektor fließt, auf das gewünschte Fluid von den Trennbehältnissen beschränkt wird, und zwar des Typs, der durch die Trennbehältnisse 25a und 25b repräsentiert wird.
Wie dargestellt, weist die Vorrichtung 11 Ventilmittel 15 in fluider Kommunikation mit wenigstens einer Fluidquelle 21a auf, um eine Probe in einem Behältnis 13a bis 13b anzuordnen. Ein Probeninjektor 37 befindet sich in Kommunikation mit einer Leitung (nicht mit einem Bezugszeichen versehen), die die Pumpe 21a mit den Ventilmitteln 15 verbindet. Ein bevorzugter Probeninjektor ist ein Autosampler, wie beispielsweise ein Modell 2777 Autosampler, der von der Firma Waters Corporation, Milford, Massachusetts, USA, vertrieben wird.
Übliche Autosampler nehmen Proben in Vorrichtungen mit mehreren Vertiefungen auf, wie beispielsweise Platten mit 96 Vertiefungen. Die bevorzugten Steuermittel 17 werden mit Software betrieben, die dazu geeignet ist, Proben von dem Extraktionsschritt über den Trennschritt und bis zur Detektion zu verfolgen, um einen Wert aufzuzeichnen, der mit einer derartigen Probe 8 in Verbindung steht. Eine bevorzugte Software ist die Datenverwaltungssoftware und Instrumentverwaltungssoftware Empower^®, die von der Firma Waters Corporation, Milford, Massachusetts, USA, vertrieben wird.
Wie sich 2 entnehmen lässt, weisen die Steuermittel 17 eine Startsequenz auf, in der wenigstens ein Behältnis der Behältnisse 13a bis 13f ausgewählt wird. Dieses erste Behältnis, beispielsweise das Behältnis 13a, entspricht nicht allen Behältnissen 13a bis 13f. Die Steuermittel 17 weisen die Ventilmittel 15 an, um das Fluid in das ausgewählte erste Behältnis 13a zu leiten, um den ersten Schritt während einer anfänglichen Schrittdauer durchzuführen, die die längste Schrittdauer nicht übersteigt.
Nach der anfänglichen Schrittdauer wird ein anschließendes Behältnis, beispielsweise Behältnis 13b, ausgewählt. Wiederum handelt es sich bei diesem anschließenden Behältnis 13b noch nicht um alle Behältnisse 13a bis 13f und nicht um das vorher ausgewählte Behältnis 13a. Die Steuermittel weisen die Ventilmittel 15 an, Fluid in das anschließende Behältnis zu leiten, um den ersten Schritt während einer anschließenden anfänglichen Schrittdauer durchzuführen, die die längste Schrittdauer nicht übersteigt. Ferner leiten die Steuermittel 15 Fluid in das erste Behältnis 13a, um einen anschließenden Schritt durchzuführen, der nicht während der vorhergehenden Schrittdauer durchgeführt worden ist. Dieser Prozess wird wiederholt, bis alle Behältnisse 13a bis 13f ausgewählt worden sind. Der Prozess wird sodann auf eine automatisierte Art und Weise wiederholt.
Ein Extraktionsprozess ist in 2 dargestellt, der durch die Behältnisse 13a bis 15 durchgeführt wird. Der Prozess beinhaltet wenigstens einen Ladeschritt, einen Eluierungsschritt, wenigstens einen Waschschritt und wenigstens einen Wiederaufbereitungsschritt. Die Wasch- und Wiederaufbereitungsschritte erzeugen üblicherweise Abfallfluide.
Der Übersichtlichkeit halber sind in 1 keine Ausgangsleitungen in Kommunikation mit einem Abfallbehälter dargestellt. Der Fachmann wird jedoch ohne Weiteres erkennen, dass der Fluss von Fluid von den Extraktionsvorrichtungen 13a bis 13f und den Trennvorrichtungen 33a und 33b, der nicht zu dem Detektor 35 geleitet wird, üblicherweise zu einem Abfallbehälter (nicht gezeigt) geleitet wird.
Eluierungsschritte können mittels eines Gradienten durchgeführt werden, wobei die Ventilmittel 15, die durch die Steuermittel 17 gesteuert werden, Fluide von zwei Quellen, die durch zwei Pumpen dargestellt werden, die aus den Pumpen 21a bis 21e ausgewählt sind, zu den Behältnissen 13a bis 13b und/oder den Trennbehältnissen 33a und 33b leiten.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung hinsichtlich eines Verfahrens zum Durchführen eines Prozesses mit einer Vielzahl von Schritten dargestellt. Jeder Schritt wird in einem Behältnis durchgeführt, indem ein Fluid durch das Behältnis fließt. Die Schritte umfassen wenigstens einen ersten Schritt und wenigstens einen anschließenden Schritt, wobei wenigstens einer der anschließenden Schritte einen finalen Schritt umfasst. Jeder Schritt weist eine Schrittdauer auf, in der wenigstens ein Schritt eine längste Schrittdauer aufweist, und die Gesamtzahl der Schritte multipliziert mit der längsten Schrittdauer liefert eine Prozessdauer. Das Verfahren wird als ein Extraktions-, Trenn- und Detektionsprozess beschrieben. Die Extraktionsschritte werden in einer ersten Stufe durchgeführt, die Trennschritte werden in einer zweiten Stufe durchgeführt, und die Detektionsschritte werden in einer dritten Stufe durchgeführt.
Das Verfahren umfasst die Schritte: Bereitstellen einer Vorrichtung 11 zum Durchführen eines analytischen Prozesses, der eine erste Extraktionsphase, eine zweite analytische Trennphase und eine dritte Detektionsphase umfasst. Die Extraktionsphase, die analytische Trennphase und die Detektorphase weisen jeweils eine Vielzahl von Schritten auf, wobei jeder Schritt in einem Behältnis 13a bis 13f oder 33a und 33b oder den Detektor durchgeführt wird (üblicherweise ein geschlossenes System in der Form eines Behältnisses), in dem ein Fluid durch das Behältnis oder den Detektor fließt. Die Schritte umfassen wenigstens einen ersten Schritt und wenigstens einen anschließenden Schritt, wobei wenigstens einer der anschließenden Schritte einen finalen Schritt umfasst. Jeder Schritt weist eine Schrittdauer auf, wobei wenigstens ein Schritt eine längste Schrittdauer aufweist, und die Gesamtanzahl der Schritte multipliziert mit der längsten Schrittdauer liefert eine Prozessdauer.
Die Vorrichtung 11 weist eine erste Stufe mit einer Vielzahl von Behältnissen 13a bis 13f auf. Jedes Behältnis der Vielzahl von Behältnissen 13a bis 13f führt sequenziell alle Schritte des Extraktionsprozesses auf, die in 2 dargestellt sind. Die Schritte des Extraktionsprozesses werden innerhalb der Prozessdauer durchgeführt. Ferner führt jedes Behältnis der Behältnisse 13a bis 13f alle Schritte des Prozesses innerhalb der längsten Schrittdauer durch. Eine typische Dauer beträgt 3 Minuten. Wie sich 1 entnehmen lässt, weist jedes der Behältnisse 13a bis 13f einen Einlass für die Aufnahme von Fluid und einen Auslass für die Abgabe von Fluid auf. Der Auslass für die Abgabe von Fluid ist mittels einer Verrohrung mit den Ventilmitteln 15 verbunden. Die Ventilmittel leiten das Fluid von dem Eluierungsschritt zu den analytischen Leitungen 25a und 25b der zweiten Stufe. Das verbleibende Fluid wird zu dem Abfall (nicht gezeigt) geleitet.
Die Vorrichtung 11 weist eine zweite Stufe mit einer Vielzahl von Behältnissen von 33a und 33b auf. Jedes Behältnis der Vielzahl von Behältnissen 33a und 33b führen sequenziell alle Schritte des analytischen Trennprozesses durch. Die Schritte des analytischen Trennprozesses werden innerhalb der Prozessdauer durchgeführt.
Ferner führt jedes Behältnis der Behältnisse 33a und 33b alle Schritte des Prozesses innerhalb der längsten Schrittdauer durch.
Jedes Behältnis der Behältnisse 33a und 33b weist einen Einlass für die Aufnahme von Fluid und einen Auslass für die Abgabe von Fluid auf. Der Auslass für das Abgabefluid ist mittels einer Verrohrung mit den Ventilmitteln 15 verbunden. Ventilmittel leiten das Fluid von dem Trennschritt zu den analytischen Leitungen 33a und 33b der dritten Stufe und den Ventilmitteln 15', die zu dem Detektor 35 führen. Das verbleibende Fluid wird zum Abfall (nicht gezeigt) geleitet.
Ventilmittel 15 und 15'' befinden sich in Kommunikation mit dem Einlass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen 13a–f oder 25a und 25b und dem Detektor 35. Die Ventilmittel 15 befinden sich in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen 13a bis 13f und 25a und 25b. Die Ventilmittel 15 sind dazu geeignet, in Kommunikation mit einer Vielzahl von Fluidquellen angeordnet zu werden, um ein Fluid, das einem Schritt des Prozesses entspricht, in dem Einlass von jedem Behältnis der Vielzahl von Behältnissen 13a bis 13f und 25a und 25b anzuordnen. Ferner sind die Ventilmittel 15 dazu geeignet, Fluid von dem Auslass von jedem Behältnis der Behältnisse 13a–13f und 25a und 25b zu empfangen, um jedem Behältnis der Behältnisse zu ermöglichen, sequenziell alle Schritte eines Extraktionsprozesses bzw. eines Trennprozesses durchzuführen. Die Ventilmittel ordnen derartige Fluide für jeden der Schritte in den Behältnissen innerhalb der längsten Schrittdauer an. Die Ventilmittel 15 und 15' reagieren auf ein oder mehrere Signale von den Steuermitteln 17, um ein Fluid von der Vielzahl von Fluidquellen 21a bis 21b und 23a und 23b durch die Behältnisse 13a bis 13f und 25a und 25b und in eine Ausgangsleitung für jeden Schritt des Prozesses zu leiten.
Die Steuermittel 17 befinden sich in Kommunikation mit den Ventilmitteln und weisen Mittel auf, um die längste Dauer zu bestimmen. Die Steuermittel 17 senden ein oder mehrere Signale an die Ventilmittel 15, um den Prozess in der Vielzahl von Behältnissen 13a bis 13f und 25a und 25b und dem Detektor 35 simultan und sequenziell durchzuführen, wobei höchstens ein Behältnis den finalen Schritt einer Stufe innerhalb irgendeiner Schrittdauer durchführen wird.
Eine Schrittdauer beträgt üblicherweise 15 Sekunden bis 5 Minuten, obgleich kürzere und längere Dauern möglich sind. Eine üblicherweise bevorzugte Schrittdauer beträgt ungefähr 1 bis 3 Minuten. Eine Startsequenz erfolgt innerhalb von 5 Dauern bzw. Perioden. Mit einer typischen Schrittdauer von 3 Minuten kann die Startsequenz eine Dauer von 15 Minuten aufweisen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen ein Qualitätsniveau von 1,0 Picogramm bis 0,01 Nanogramm pro Milliliter auf. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können 500 Proben pro Tag mit einer dreiminütigen Schrittdauer oder 1400 Proben pro Tag mit einer einminütigen Schrittdauer verarbeiten.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich dem Fachmann, wenn dieser die Beschreibung liest und die Zeichnungen studiert, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind. Somit sollte die vorliegende Erfindung nicht auf die genauen Details, die hierin geliefert werden, beschränkt werden, sondern den Gegenstand der nachstehenden Ansprüche umfassen.

Claims

Vorrichtung (11) zum Durchführen von parallelen Prozessen, wobei jeder Prozess eine Vielzahl von Schritten hat, wobei jeder Schritt in einem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) durchgeführt wird, indem ein Fluid durch das Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) fließt, wobei die Vielzahl von Schritten wenigstens einen ersten Schritt und eine Vielzahl von anschließenden Schritten umfassen, wobei wenigstens einer der anschließenden Schritte einen finalen Schritt umfasst, und wenigstens einen Schritt, bei dem ein Produkt gebildet wird, wobei jeder Schritt der Vielzahl von Schritten eine Schrittdauer aufweist, wobei wenigstens ein Schritt der Vielzahl von Schritten eine längste Schrittdauer aufweist, wobei die Vorrichtung (11) umfasst: eine Vielzahl von Behältnissen (13a, b, c, d, e, f; 33a, b), wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen ausgestaltet ist, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten eines jeweiligen Prozesses der parallelen Prozesse durchzuführen, und wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen ferner ausgestaltet ist, jeden Schritt der Vielzahl von Schritten innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen, wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Behältnisse einen Einlass für die Aufnahme von Fluid und einen Auslass für die Abgabe von Fluid aufweist, Ventilmittel (15) in Kommunikation mit dem Einlass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen und in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen, wobei die Ventilmittel (15) dazu geeignet sind, in Kommunikation mit einer Vielzahl von Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) angeordnet zu werden, um, was einem Schritt der parallelen Prozesse entspricht, ein Fluid in dem Einlass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) einer Vielzahl von Behältnissen anzuordnen und um Fluid von dem Auslass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Vielzahl von Behältnissen zu empfangen, um jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) zu ermöglichen, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten eines jeweiligen Prozesses der parallelen Prozessen und jeden Schritt der Vielzahl von Schritten in allen Behältnissen (13a, b, c, d, e, f) innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen, und wobei die Ventilmittel (15; 15') wenigstens eine Ausgangsleitung (25a, b; 25a', b') aufweisen, um ein Produkt abzugeben, wobei die Ventilmittel (15) auf ein oder mehrere Signale von Steuermitteln (17) reagieren, um ein Fluid von der Vielzahl von Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) durch die Behältnisse (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) für jeden Schritt der Vielzahl von Schritten für jeden Prozess der parallelen Prozessen zu leiten und ein Produkt in die wenigstens eine Ausgangsleitung (25a, b; 25a', b') zu leiten, und Steuermittel (17) in Kommunikation mit den Ventilmitteln (15; 15'), wobei die Steuermittel (17) Mittel aufweisen, um die längste Schrittdauer zu bestimmen, wobei die Steuermittel (17) ein oder mehrere Signale an die Ventilmittel (15; 15') senden, um die parallelen Prozesse in den Behältnissen (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen simultan und jeden Schritt der Vielzahl von Schritten sequenziell durchzuführen, wobei höchstens ein Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) den finalen Schritt der Vielzahl von Schritten zur gleichen Zeit durchführen wird.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Behältnisse (13a, b, c, d, e, f) einen Extraktionsprozess durchführen.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Behältnisse (33a, b) einen analytischen Trennprozess durchführen.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 2, wobei wenigstens eine Ausgangsleitung (25a, b) eine analytische Leitung ist, wobei die analytische Leitung dazu geeignet ist, in Kommunikation mit einer Trennvorrichtung angeordnet zu werden.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 2, wobei wenigstens eine Ausgangsleitung (25a', b') eine analytische Leitung ist, wobei die analytische Leitung dazu geeignet ist, in fluider Kommunikation mit wenigstens einem Detektor (35) angeordnet zu werden.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 5, wobei der Detektor (35) ausgewählt ist aus der Gruppe von Detektoren, umfassend Massenspektrometer, optische Sensoren, elektrochemische Sensoren, Kernspinresonanzdetektoren.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Ventilmittel (15) in fluider Kommunikation mit wenigstens einer Fluidquelle (21a, b, c, d, e; 23a, b) stehen, um eine Probe in einem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) anzuordnen.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 7, wobei die wenigstens eine Fluidquelle (21a, b, c, d, e; 23a, b), die eine Probe umfasst, ein Autosampler ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) eine Extraktionsvorrichtung ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Steuermittel (17) eine Startsequenz aufweisen, bei der wenigstens ein erstes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) aus der Vielzahl von Behältnissen ausgewählt wird, wobei das erste Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) nicht allen Behältnissen der Vielzahl von Behältnissen entspricht und wobei die Steuermittel (17) die Ventilmittel (15; 15') anweisen, Fluid in das erste Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) zu leiten, um den ersten Schritt während einer anfänglichen Schrittdauer durchzuführen, die die längste Schrittdauer nicht übersteigt.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 10, wobei nach der anfänglichen Schrittdauer ein anschließendes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) aus der Vielzahl von Behältnissen ausgewählt wird, wobei das anschließende Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) nicht allen Behältnissen und nicht einem vorhergehend ausgewählten Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) aus der Vielzahl von Behältnissen entspricht, und wobei die Steuermittel (17) die Ventilmittel (15; 15') anweisen, Fluid in das anschließende Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) zu leiten, um den ersten Schritt während einer anschließenden anfänglichen Schrittdauer durchzuführen, die die längste Schrittdauer nicht übersteigt, und Fluid in das erste Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) zu leiten, um einen anschließenden Schritt durchzuführen, der nicht in der vorhergehenden Schrittdauer durchgeführt worden ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine oder mehrere Pumpen in Kommunikation mit einer oder mehreren Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) umfasst, um Fluid in den Ventilmitteln (15; 15') anzuordnen.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Ausgangsleitungen für eine Kommunikation mit einem Abfallbehälter geeignet ist.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 1, wobei die parallelen Prozesse wenigstens einen Ladeschritt und einen Eluierungsschritt aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die parallelen Prozesse ferner wenigstens einen Waschschritt umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die parallelen Prozesse ferner wenigstens einen Wiederaufbereitungsschritt umfassen.
Verfahren zum Durchführen von parallelen Prozessen, wobei jeder Prozess eine Vielzahl von Schritten hat, wobei jeder Schritt in einem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) durchgeführt wird, indem ein Fluid durch das Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) fließt, wobei die Vielzahl von Schritten wenigstens einen ersten Schritt und eine Vielzahl von anschließenden Schritten umfassen, wobei wenigstens einer der anschließenden Schritte einen finalen Schritt und wenigstens einen Schritt umfasst, bei dem ein Produkt gebildet wird, wobei jeder Schritt der Vielzahl von Schritten eine Schrittdauer aufweist, wobei wenigstens ein Schritt der Vielzahl von Schritten eine längste Schrittdauer aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen einer Vielzahl von Behältnissen (13a, b, c, d, e, f; 33a, b), wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen ausgestaltet ist, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten eines jeweiligen Prozesses der parallelen Prozesse durchzuführen, und wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen ferner ausgestaltet ist, jeden Schritt der Vielzahl von Schritten innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen, wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen einen Einlass für die Aufnahme von Fluid und einen Auslass für die Abgabe von Fluid aufweist, Bereitstellen von Ventilmittel (15) in Kommunikation mit dem Einlass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen und in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen, wobei die Ventilmittel (15) dazu geeignet sind, in Kommunikation mit einer Vielzahl von Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) angeordnet zu werden, um, was einem Schritt der parallelen Prozesse entspricht, ein Fluid in dem Einlass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen anzuordnen und um Fluid von dem Auslass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Vielzahl von Behältnissen zu empfangen, um jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) zu ermöglichen, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten eines jeweiligen Prozesses der parallelen Prozesse und jeden Schritt der Vielzahl von Schritten in allen Behältnissen (13a, b, c, d, e, f) innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen, und wobei die Ventilmittel (15; 15') wenigstens eine Ausgangsleitung (25a, b; 25a', b') aufweisen, um ein Produkt auszugeben, wobei die Ventilmittel (15) auf ein oder mehrere Signale von Steuermitteln (17) reagieren, um ein Fluid von der Vielzahl von Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) durch die Vielzahl von Behältnissen (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) für jeden Schritt der Vielzahl von Schritten für jeden Prozess der parallelen Prozesse zu leiten und ein Produkt in die wenigstens eine Ausgangsleitung (25a, b; 25a', b') zu leiten, und Bereitstellen von Steuermitteln (17) in Kommunikation mit den Ventilmitteln (15; 15'), wobei die Steuermittel (17) Mittel aufweisen, um die längste Schrittdauer zu bestimmen, wobei die Steuermittel (17) ein oder mehrere Signale an die Ventilmittel (15; 15') senden, um die parallelen Prozesse in den Behältnissen (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) der Vielzahl von Behältnissen simultan und jeden Schritt der Vielzahl von Schritten sequenziell durchzuführen, wobei höchstens ein Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) den finalen Schritt der Vielzahl von Schritten zur gleichen Zeit durchführen wird, und Betreiben der Vielzahl von Behältnissen (13a, b, c, d, e, f; 33a, b), Ventilmittel (15; 15') und Steuermittel (17), um die parallelen Prozesse in der Vielzahl von Behältnissen (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) simultan und jeden Schritt der Vielzahl von Schritten sequenziell durchzuführen, wobei höchstens ein Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) den finalen Schritt der Vielzahl von Schritten zur gleichen Zeit vollenden wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Steuermittel (17) eine Startsequenz aufweisen, bei der wenigstens ein erstes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) aus der Vielzahl von Behältnissen ausgewählt wird, wobei das erste Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) nicht allen Behältnissen der Vielzahl von Behältnissen entspricht und wobei die Steuermittel (17) die Ventilmittel (15; 15') anweisen, Fluid in das erste Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) zu leiten, um den ersten Schritt während einer anfänglichen Schrittdauer durchzuführen, die die längste Schrittdauer nicht übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei nach der anfänglichen Schrittdauer ein anschließendes Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) aus der Vielzahl von Behältnissen ausgewählt wird, wobei das anschließende Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) nicht allen Behältnissen und nicht einem vorhergehend ausgewählten Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) aus der Vielzahl von Behältnissen entspricht, und wobei die Steuermittel (17) die Ventilmittel (15; 15') anweisen, Fluid in das anschließende Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) zu leiten, um den ersten Schritt während einer anschließenden anfänglichen Schrittdauer durchzuführen, die die längste Schrittdauer nicht übersteigt, und Fluid in das erste Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) zu leiten, um einen anschließenden Schritt durchzuführen, der nicht in der vorhergehenden Schrittdauer durchgeführt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Verfahren eine oder mehrere Pumpen in Kommunikation mit einer oder mehreren Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) umfasst, um Fluid in den Ventilmitteln (15; 15') anzuordnen.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die parallelen Prozesse wenigstens einen Ladeschritt und einen Eluierungsschritt aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die parallelen Prozesse ferner wenigstens einen Waschschritt umfassen.
Verfahren nach Anspruch 21, wobei die parallelen Prozesse ferner wenigstens einen Wiederaufbereitungsschritt umfassen.
Vorrichtung (11) zum parallelen Durchführen einer Vielzahl von ersten Prozessen in einer ersten Stufe und einer Vielzahl von zweiten Prozessen in einer zweiten Stufe, wobei die erste Stufe und die zweite Stufe jeweils eine Vielzahl von Schritten aufweisen, wobei jeder Schritt der Vielzahl von Schritten in einem Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) durchgeführt wird, indem ein Fluid durch das Behältnis (13a, b, c, d, e, f; 33a, b) fließt, wobei die Vielzahl von Schritten wenigstens einen ersten Schritt und eine Vielzahl von anschließenden Schritten umfassen, wobei wenigstens einer der anschließenden Schritte einen finalen Schritt umfasst und wenigstens einer der Schritte ein Produkt erzeugt, wobei jeder Schritt der Vielzahl von Schritten eine Schrittdauer aufweist, wobei wenigstens ein Schritt der Vielzahl von Schritten eine längste Schrittdauer aufweist, wobei die Vorrichtung (11) umfasst: eine Vielzahl von Behältnissen (13a, b, c, d, e, f) der ersten Stufe, wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Vielzahl von Behältnissen der ersten Stufe ausgestaltet ist, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten der Vielzahl von ersten Prozessen durchzuführen, um ein Produkt der ersten Stufe zu erzeugen, und wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Vielzahl von Behältnissen der ersten Stufe ausgestaltet ist, alle Schritte der Vielzahl von Schritten der Vielzahl von ersten Prozessen in der längsten Schrittdauer durchzuführen, wobei jedes Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Behältnisse der ersten Stufe einen Einlass zur Aufnahme von Fluid und einen Auslass zur Abgabe von Fluid aufweist, eine Vielzahl von Behältnissen (33a, b) der zweiten Stufe, wobei jedes Behältnis (33a, b) der Vielzahl von Behältnissen der zweiten Stufe ausgestaltet ist, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten der Vielzahl von zweiten Prozessen durchzuführen, um ein Produkt der zweiten Stufe zu erzeugen, und wobei jedes Behältnis (33a, b) der Vielzahl von Behältnissen der zweiten Stufe ausgestaltet ist, alle Schritte der Vielzahl von Schritten der Vielzahl von zweiten Prozessen innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen, wobei jedes Behältnis (33a, b) der Behältnisse der zweiten Stufe einen Einlass zur Aufnahme von Fluid und einen Auslass zur Abgabe von Fluid aufweist, Ventilmittel (15) der ersten Stufe in Kommunikation mit dem Einlass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Vielzahl von Behältnissen der ersten Stufe und in Kommunikation mit dem Auslass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Vielzahl von Behältnissen der ersten Stufe, wobei die Ventilmittel (15) der ersten Stufe dazu geeignet sind, in Kommunikation mit einer Vielzahl von Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) angeordnet zu werden, um, was einem Schritt der Vielzahl von ersten Prozessen entspricht, ein Fluid in dem Einlass von jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Behältnisse der ersten Stufe und dem Einlass der Vielzahl von Behältnissen (33a, b) der zweiten Stufe anzuordnen und um Fluid von dem Auslass von jedem Behältnis der Behältnisse (13a, b, c, d, e, f) der ersten Stufe zu empfangen, um jedem Behältnis (13a, b, c, d, e, f) der Behältnisse der ersten Stufe zu ermöglichen, sequenziell alle Schritte der Vielzahl von Schritten eines jeweiligen Prozesses der Vielzahl von ersten Prozessen und jeden dieser Schritte der Vielzahl von Schritten in allen Behältnissen (13a, b, c, d, e, f) der Behältnisse der ersten Stufe innerhalb der längsten Schrittdauer durchzuführen, und wobei die Ventilmittel (15) der ersten Stufe eine Vielzahl von Ausgangsleitungen (25a, b) der ersten Stufe zur Ausgabe eines Produkts der ersten Stufe aufweisen, wobei die Ventilmittel (15) der ersten Stufe auf ein oder mehrere Signale von Steuermitteln (17) reagieren, um ein Fluid von der Vielzahl von Fluidquellen (21a, b, c, d, e; 23a, b) durch die Behältnisse (13a, b, c, d, e, f) der ersten Stufe für jeden Schritt der Vielzahl von Schritten des jeweiligen Prozesses der Vielzahl von ersten Prozessen zu leiten und ein Produkt der ersten Stufe in die Vielzahl von Ausgangsleitungen (25a, b) der ersten Stufe zu leiten, wobei jede Ausgangsleitung (25a, b) der Vielzahl von Ausgangsleitungen der ersten Stufe in Kommunikation mit wenigstens einem Behältnis (33a, b) der Behältnisse der zweiten Stufe steht, um, was einem Schritt der Vielzahl von zweiten Prozessen entspricht, Fluid in dem Einlass von jedem Behältnis (33a, b) der Behältnisse der zweiten Stufe anzuordnen, um ein Produkt der zweiten Stufe zu erzeugen, und Steuermittel (17) in Kommunikation mit den Ventilmitteln (15) der ersten Stufe, die Mittel aufweisen, um die längste Schrittdauer zu bestimmen, wobei die Steuermittel (17) ein oder mehrere Signale an die Ventilmitteln (15) der ersten Stufe senden, um den jeweiligen Prozess der Vielzahl von ersten Prozessen der in der Vielzahl von Behältnissen (13a, b, c, d, e, f) der ersten Stufe simultan und jeden Schritt der Vielzahl von Schritten der ersten Prozesse sequenziell durchzuführen, wobei höchstens ein Behältnis (13a, b, c, d, e, f) den finalen Schritt der Vielzahl von Schritten zur gleichen Zeit vollenden wird, um ein erstes Produkt zu erstellen, und um den jeweiligen Prozess der Vielzahl von zweiten Prozessen simultan und jeden Schritt der Vielzahl von Schritten der zweiten Prozesse sequenziell in den Behältnissen (33a, b) der zweiten Stufe durchzuführen, während die Vielzahl der zweiten Prozesse durchgeführt werden, um ein Produkt der zweiten Stufe zu erzeugen.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 24, wobei die Ventilmittel (15') in Kommunikation mit dem Ausgang der Behältnisse (33a, b) der zweiten Stufe stehen, um das Produkt der zweiten Stufe aufzunehmen, und wobei die Ventilmittel (15') wenigstens eine Ausgangsleitung (25a', b') der zweiten Stufe aufweisen.
Vorrichtung (11) nach Anspruch 25, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Detektor (35) in Kommunikation mit der wenigstens einen Ausgangsleitung (25a', b') der zweiten Stufe aufweist.