DE112005000155T5

DE112005000155T5 - Stiftventilanordnung

Info

Publication number: DE112005000155T5
Application number: DE112005000155T
Authority: DE
Inventors: Russell Sudbury Keene; David R. Upton Friswell; Mark Kingston Moeller; Charles Uxbridge Murphy; Theodore D. Milton Ciolkosz
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2004-02-19
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2007-01-11
Also published as: GB2431122A; US8931519B2; GB0905297D0; US20080290309A1; GB2455936B; WO2005079543A2; GB2431122B; WO2005079543A3; JP2007523307A; GB0615724D0; GB2455936A

Abstract

Stiftventilanordnung, umfassend:
einen Stiftblock, in dem ein Ventilstift untergebracht ist;
eine Fluidplatte mit einem Fluidkanal, um fluidisch mit dem Ventilstift zu kommunizieren; und
einen Fittingblock, in dem ein Fitting für eine fluidische Kommunikation mit der Fluidplatte und für eine fluidische Kommunikation mit fluidischen Komponenten untergebracht ist.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/545,829, die am 19. Februar 2004 angemeldet worden ist und auf die hiermit Bezug genommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die Hochdruckflüssigkeitschromatographie (high pressure liquid chromatography; HPLC) und insbesondere eine Ventilanordnung für Hochdruckfluide, bei der Stifte verwendet werden, um Flusswege in einem Fluidnetzwerk zu blockieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei der HPLC ist es im Allgemeinen erforderlich, dass eine molekulare Spezies, die getrennt oder analysiert werden soll, in einer Flüssigkeit, der mobilen Phase, gelöst ist und mittels dieser Flüssigkeit durch eine stationäre Phase bewegt wird. In der stationären Phase wird eine größere Oberfläche bereitgestellt, die in unmittelbarem Kontakt mit der mobilen Phase steht. Gemische von Analytenverbindungen, die in der mobilen Phase gelöst sind, können während des Durchgangs durch die Säule durch Adsorptions- oder Retentionsprozesse getrennt werden, die unterschiedlich auf die verschiedenen Analytenspezies wirken. Die differenzielle Retention bewirkt, dass die Analyten aus der Säule hinsichtlich Zeit und Volumen eluieren. Die eluierenden Analyten durchlaufen üblicherweise einen im Flusspfad angeordneten (in-line) Detektor, bei dem eine quantitative und/oder qualitative Untersuchung der Analyten stattfindet.
Hochdruckflüssigkeitschromatographielösungsmittelfördersysteme (high pressure liquid chromatography solvent delivery systems) werden verwendet, um entweder Flüssigkeiten mit einer einzelnen Komponente oder Gemische von Flüssigkeiten bei ausgewählten Drücken zu fördern, die in einem Bereich liegen können, der von im Wesentlichen Atmosphärendruck am unteren Ende und Drücken der Größenordnung von 10000 Pfund pro Quadratzoll und mehr am oberen Ende aufgespannt wird. Die vorstehenden Drücke sind notwendig, um die mobile Phase durch die Fluiddurchgangswege eines Trägers der stationären Phase zu zwingen, wo die Trennung von gelösten Analyten stattfinden kann. Der Träger der stationären Phase kann ein gepacktes Bett aus Partikeln, eine Membran oder eine Kollektion von Membranen, eine mikroerzeugte Struktur, die typischerweise ein Array von Fluiddurchgangswegen umfasst, die in einen festen Träger geätzt sind, oder eine offene Säule oder Röhre umfassen.
Der Trennvorgang, der bei der Flüssigkeitschromatographie stattfindet, kann zu der Trennung einer injizierten Probenmixtur in dessen Bestandteile führen. Diese Bestandteile werden aus der Säule in verhältnismäßig getrennten Zonen oder Banden eluiert. Wenn diese Banden durch einen Detektor hindurch treten, kann deren Vorhandensein verfolgt werden und ein Detektorausgangssignal kann erzeugt werden. Dieses Ausgangssignal enthält ein Muster der Analytenkonzentration innerhalb der Elutionsbanden, das mittels eines zeitlich variablen elektrischen Signals dargestellt werden kann, was zu der Bezeichnung „chromatographischer Peak" geführt hat.
Die Nützlichkeit der Chromatographie basiert zum Großteil auf der Reproduzierbarkeit von Durchläufen, so dass eine gegebene Analyse mit einer Analyse von Standardstoffen oder Kalibrierungsstoffen mit Vertrauen in die resultierenden Daten verglichen werden kann. Bekannte Pumpensysteme bzw. Pumpsysteme weisen einige nicht ideale Eigenschaften auf, die zu einer verschlechterten Trennleistung und zu einer verschlechterten Reproduzierbarkeit zwischen Durchläufen führen.
Zu den nicht idealen Pumpeneigenschaften, die bekannte Pumpensysteme aufweisen, gehören allgemein Fluktuationen der Lösungsmittelzusammensetzung und/oder Fluktuationen der volumetrischen Flussrate. Derartige volumetrische Flussratenfluktuationen in herkömmlichen und bekannten HPLC-Pumpsystemen bewirken nachteilig variierende Retentionszeiten eines gegebenen Analytens. Das heißt, die Zeitdauer, während der ein Analyt in der stationären Phase zurückgehalten wird, fluktuiert unerwünschter Weise als eine Funktion der unerwünschten volumetrischen Flussratenfluktuationen. Dies führt zu Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Identität einer Probe anhand des Retentionsverhaltens der Kompo nenten. Volumetrische Flussratenfluktuationen können zu Fluktuationen der Lösungsmittelzusammensetzung führen, wenn die Ausgänge von mehreren Pumpen addiert werden, um eine Lösungsmittelzusammensetzung bereitzustellen.
Fluktuationen der Lösungsmittelzusammensetzungen in herkömmlichen und bekannten HPLC-Systemen führen unvorteilhafterweise zu Wechselwirkungen mit dem Analytendetektor des Systems und erzeugen Pertubationen, die detektiert werden, als ob diese aufgrund des Vorhandenseins einer Probe auftreten. Im Ergebnis wird ein störendes Signal erzeugt. Dieses störende Signal bzw. Störsignal wird mit dem tatsächlichen Signal summiert, das dem Analyten zugeschrieben werden kann, wodurch Fehler gemacht werden, wenn die Menge einer unbekannten Probe anhand der Fläche des eluierenden Proben-Peaks berechnet wird.
Die üblichen Ventilanordnungen, die in diesen Hochdruckfluidsystemen verwendet werden, erfordern enge Fehlertoleranzen und eine gleich bleibende Leistung unter extremen Arbeitsbedingungen. Diese Abnutzung führt zu einer starken Abnutzung von Teilen und ganzen Anordnungen, was zu einer Verschlechterung von Ergebnissen führt.
Wie vorstehend beschrieben, sind die Anforderungen, die an HPLC-Lösungsmittelfördersysteme gestellt werden, beachtlich. Bei neueren HPLC-Pumpen und HPLC-Ventilen ist es üblicherweise notwendig, dass diese Lösungsmittel bei Drücken fördern, die im Bereich von einigen Pfund pro Quadratzoll bis zu 100000 psig liegen können. Es gibt Probleme und nicht ideale Effekte im Zusammenhang mit der Förderung von Flüssigkeiten für die Chromatographie gegen erhöhte Drücke, einschließlich der Dichtungsverformung unter einer Belastung bzw. Last und der absoluten Dichtungsleckage. Von HPLC-Pumpen wird erwartet, dass das Lösungsmittel der mobilen Phase bei genau gesteuerten Flussraten auf eine gleichförmige Art und Weise ausgegeben wird. In dem Fall der Gradientenchromatographie, wo eine feststehende Lösungsmittelzusammensetzung in Echtzeit während der Trennung vermischt wird, gibt es das weitere Erfordernis, dass die Zusammensetzung der mobilen Phase sowie die Flussrate während der Förderung präzise und genau gesteuert bzw. kontrolliert werden. Die Systembetriebsdrücke können sich jedoch während der Trennung bedeutend ändern und die Kompressibilität der Lösungsmittelbestandteile der mobilen Phase können sehr unterschiedlich sein. Überdies führen Pumpsysteme mit einer kontinuierlichen Förderung zu einer starken Abnutzung der Pumpen- und Ventilsysteme.
Die vielen Probleme, die mit der Steuerung von Hochdruckfluiden mit hoher Präzision und minimaler Fluidstörung im Zusammenhang stehen, können durch die Verwendung von robusten Ventilanordnungen auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine teilweise Explosionsdarstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht eines Fittinganschlusses, eines Kanals und eines Stiftventilsitzes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines Stiftventils gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine detaillierte Explosionsdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Stiftventils gemäß der vorliegenden Erfindung.
9 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsform einer Fluidplatte gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht eines Stiftventils und eines Fluidkanals.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung umfasst eine Stiftventilanordnung, die einen Stiftblock umfasst, in dem Stiftventile, eine Fluidplatte mit einem Fluidkanal für die fluidische Kommunikation mit den Stiftventilen sowie ein Fittingblock untergebracht sind, in dem Fittings bzw. Anschlusstücke für die fluidische Kommunikation mit der Fluidplatte und für die fluidische Kommunikation mit fluidischen Komponenten untergebracht sind. Die Anordnung weist einen oder mehrere Fittinganschlüsse auf, die mit den Fittings ausgerichtet sind, sowie einen oder mehrere Stiftventilsitze, die mit den Stiftventilen ausgerichtet sind. Die Fittinganschlüsse können in dem Fluidkanal der Fluidplatte integriert sein oder in die Fittings des Fittingblocks integriert sein. Gleichermaßen können die Stiftventilsitze in dem Fluidkanal der Fluidplatte integriert sein oder in den Stiftventilen selbst integriert sein.
Bei dem Stiftblock handelt es sich vorzugsweise um einen im Wesentlichen zylindrischen Edelstahlblock mit sechs Bohrungen, die longitudinal durch diesen verlaufen. Die Bohrungen können parallel oder in einem Winkel zueinander verlaufen. Unabhängig von dem Winkel, in dem diese zueinander verlaufen, müssen die Bohrungen das distale Stiftende eines Stiftventils in Ausrichtung mit der Fluidplatte anordnen, um somit einen Stiftventilsitz in Überschneidung mit dem Fluidkanal anzuordnen. Wenn der Stiftventilsitz in dem Stiftventil integriert ist, dann muss die Anordnung des Stiftventils gewährleisten, dass der Sitz den Kanal schneidet bzw. kreuzt. Wenn der Stiftventilsitz in den Fluidkanal der Fluidplatte integriert ist, dann muss das Stiftventil innerhalb des Stiftventilsitzes sitzen, wenn dieser ausgefahren ist.
Die sechs Bohrungen des Stiftblockes ermöglichen, dass sechs Stiftventile in der Nähe der Fluidplatte und in Kommunikation mit dieser angeordnet werden. Bei der Fluidplatte handelt es sich vorzugsweise um eine im Wesentlichen zylindrische Edelstahlplatte, die bedeutend kürzer als der Stiftblock in der Longitudinal- oder der Höhenrichtung ist. Die Fluidplatte kann mit einem Polymer beschichtet sein. Alternativ kann die Fluidplatte eine im Wesentlichen flache Polymerzwischenlage auf seiner proximalen und/oder distalen Oberfläche aufweisen. Bei dem Polymer kann es sich um Fluorkohlenstoff oder weiter bevorzugt Tetrafluorethylen handeln. Das Polymer ist jedoch nicht auf diese Stoffe beschränkt.
Diese Platte weist außerdem vorzugsweise einen kleineren Durchmesser als der Stiftblock auf und ist ausgebildet, um teilweise in eine Aussparung bzw. Vertiefung an dem distalen Ende des Stiftblockes zu passen. Die Fluidplatte kann einen Fluidkanal aufweisen, der bewirkt, dass eine Fluidprobe über dessen ganzen Verlauf unter Druck fließt. Alternativ kann die Fluidplatte einen oder mehrere getrennte Kanäle mit Kanalenden aufweisen.
In einer Ausführungsform schneiden bzw. kreuzen die Stiftventilsitze den Fluidkanal an dessen proximaler Seite, so dass dann, wenn ein Stiftventil in seinem Sitz sitzt, das Fluid im Wesentlichen daran gehindert wird, über dieses besondere Stiftventil hinaus zu fließen, so dass das Ventil geschlossen ist. Die distale Seite der Fluidplatte schneidet die Fittinganschlüsse, die mit den fluidischen Fittings und den Kanälen der Fluidplatte in Kommunikation stehen. In einer anderen Ausführungsform jedoch können sich die Stiftventilsitze und die Fittinganschlüsse auf derselben Seite der Fluidplatte befinden.
In dem Fittingblock sind fluidische Fittings in Positionen untergebracht, die eine fluidische Kommunikation mit der Fluidplatte ermöglichen. Bei den Fittings bzw. Anschlusstücken handelt es sich um übliche Fittings für eine Probenspritze, eine Pumpenspritze, eine Pumpe, eine chromatographische Säule und beiden Enden einer Probenschleife. Es wird bevorzugt, dass das proximale Ende des Fittingblocks im Wesentlichen zylindrisch ist und eine Vertiefung aufweist, um teilweise mit der Fluidplatte zusammen zu passen. Es wird außerdem bevorzugt, dass der Fittingblock an den Stiftblock angepasst bzw. angebracht wird, während die Fluidplatte dazwischen in Position gehalten wird. Schrauben, komplementäre Gewinde oder andere bekannte Mittel können den Stiftblock und den Fittingblock zusammenhalten.
Bei dem typischen Betrieb der vorliegenden Erfindung werden Stiftventile betätigt, um auf den Stiftventilsitz zu sitzen oder sich von diesen abzuheben, wodurch verhindert oder gestattet wird, dass eine Fluidprobe durch die Kanäle der Fluidplatte fließt. Jedes Stiftventil kann in einem standardisierten Gehäuse untergebracht sein, das Mittel zum Betätigen für eine axiale Bewegung des Stiftventils umfasst, um auf den Stiftventilsitz zu sitzen und Fluidfluss von einem Ort stromabwärts im Wesentlichen zu blockieren, oder den Stift von dem Stiftventilsitz zu entfernen und einen Fluidfluss zu dem Ort stromabwärts zu ermöglichen. Alternativ kann der Stiftventilsitz in dem Stiftventil integriert sein und gleichermaßen bewegt werden und arbei ten. Die Betätigung des Stiftventils bringt das Stiftventil und den Stiftventilsitz auf den Fluidkanal der Fluidplatte, um im Wesentlichen den Fluss von Fluid durch den Kanal zu blockieren.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als ein Injektionsventil für ein HPLC-System verwendet wird, dann weist diese eine Ladeposition auf, in der die Probe über eine Probenspritze in Kommunikation mit einem Fittinganschluss auf der Fluidplatte eingebracht wird. Zwei Stiftventile verschließen den Fluidkanal zwischen der Pumpe und der Säule und ein drittes verschließt den Kanal zwischen der Pumpenspritze und der Probenspritze. Somit ist die Pumpenspritze dazu geeignet, negativen Druck hinsichtlich der Probe in dem Fluidkanal entlang der Probenschleife zu erzeugen, so dass es ermöglicht wird, dass Probe in die Probenschleife eingesaugt wird. In der Injektionsposition werden zwei Stiftventile betätigt, um die Kanäle zwischen der Probenspritze und der Pumpenspritze zu schließen, und ein drittes Stiftventil schließt den Kanal zwischen der Pumpe und der Säule. Diese Injektionsposition ermöglicht es, dass die Pumpe die Probe injiziert, die in der Probenschleife enthalten ist, und zwar in eine Säule in Kommunikation mit der Fluidplatte über einen Fittinganschluss mittels Druck, der von einer Pumpe aufgebracht wird, die ebenso in Kommunikation mit einem Fittinganschluss steht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt eine Explosionsdarstellung der Stiftventilanordnung 50 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Stiftventilanordnung 50 umfasst einen Stiftblock 60, bei dem, wie dargestellt, die Ventilstifte 62 in den Block 60 an dessen proximalen Ende eingebracht sind. Vorzugsweise ist der Stiftblock 60 im Wesentlichen zylindrisch, wie dies dargestellt ist. Wie sich dies am besten 2 entnehmen lässt, umfasst der Stiftblock 60 eine oder mehrere Bohrungen oder Durchgänge 200, die bereit gestellt sind, um die Stiftventile 62 unterzubringen. 3 zeigt die bevorzugte Ausführungsform, wobei der Eingang zu jeder Bohrung entlang des Umfangs des Stiftblocks 60 ausgerichtet ist, obgleich dies für die Erfindung nicht kritisch ist. Die Bohrungen 200 erstrecken sich longitudinal durch den Stiftblock 60, wodurch ermöglicht wird, dass die distalen Enden der Ventilstifte 62 auf die Fluidplatte 64 auftreffen, die vorzugsweise im Allgemeinen einen kleineren Umfang als der Stiftblock 60 aufweist. Die Ventilstifte 62 können in einem Gehäuse untergebracht sein, das den Bohrungen entspricht, so dass die Fluidplatte 64 im Wesentlichen in Position gehalten wird. In einer modularen Ausführungsform sind das Ventilstiftge häuse und die Bohrung freigebbar angebracht bzw. eingebaut, so dass ein Ventilstift in seinem Gehäuse ohne Weiteres entfernt und durch einen anderen Ventilstift ersetzt werden kann.
Der Stiftblock 60 weist einen ausgesparten Abschnitt 66 an seinem distalen Ende auf, der der Form und der Größe der Fluidplatte 64 entspricht. Der Stiftblock 60 weist außerdem komplementäre Mittel auf, um an den Fittingblock 68 angebracht zu werden. Vorzugsweise sind der Stiftblock 60 und der Fluidblock 68 miteinander verschraubt und in der Ausführungsform von 1 gibt es drei Schraubenlöcher, von denen ein Loch 70 teilweise in 2 sichtbar ist. Überdies werden ein Ausrichtungsstift 71 und Löcher 72, 73 verwendet, um die Fluidplatte 64, den Stiftblock 60 und den Fittingblock 68 winklig auszurichten. Eine Zentrierung wird durch die enge Passung der Fluidplatte 64 in der Aussparung 66 des Stiftblocks 60 erreicht.
Die Fluidplatte 64 ist eine im Wesentlichen ebene Platte, auf der ein Fluidkanal 510 angeordnet ist (teilweise in 4 dargestellt und schematisch in den 5 und 9 dargestellt). Bei dem Fluidkanal kann es sich um einen einzelnen Umfangskanal oder um eine Vielzahl von Kanälen handeln. Stiftventilsitze 500 schneiden bzw. kreuzen den Kanal, wobei die Stiftventilssitze ausgestaltet sind, einen Sitz für die Ventilstifte 62 bereitzustellen, um das Fluid zu blockieren, das durch den Kanal 510 fließt. Diese Kanäle 510 können angeordnet sein, um einen miteinander verbundenen Weg bereitzustellen, der durch fluidische Fittinganschlüsse 211 gekreuzt wird, die mit externen fluidischen Komponenten kommunizieren, wie beispielsweise Pumpen und chromatographischen Trennsäulen. Vorzugsweise weist die proximale Seite der Fluidplatte 64 Stiftventilsitze 500 auf, während die distale Seite die fluidischen Kanäle 510 aufweist.
Alternativ kann die Fluidplatte einen oder mehrere getrennte Kanäle aufweisen. Diese Kanäle werden ebenso durch fluidische Fittinganschlüsse und Stiftventilsitze gekreuzt. In dieser Ausführungsform stellt die Struktur des Stiftventilsitzes 500 eine fluide Kommunikation zwischen den getrennten Kanälen bereit. Wie ausführlicher beschrieben wird, demonstriert 10 eine Ausführungsform des Stiftventilsitzes mit Durchgangswegen, die mit getrennten Kanälen in Kommunikation stehen.
Der Fittingblock 68 umfasst Fittingbohrungen 74, in denen fluidische Fittings bzw. Anschlussstücke 210 mit der Fluidplatte 64 untergebracht sind und die diese ausrichten. Die Fittingbohrungen 74 sind bereitgestellt, um den fluidischen Fittings 210 zu entsprechen und die Fittings im Wesentlichen in Position zu halten, so dass die Fittings fluidisch mit der Fluidplatte 64 kommunizieren können. Die fluidischen Fittings 210 stehen vorzugsweise mit fluidischen Komponenten (nicht gezeigt) in Kommunikation, wie beispielsweise einer Probenspritze, einer Pumpenspritze, beiden Seiten einer Probenschleife, einer Pumpe und einer bepackten Säule. Die Probenschleife kann alternativ direkt in die Fluidplatte 64 integriert werden, wie dies bei den Kanälen 510 der Fall ist.
Der Stiftblock und der Fittingblock bestehen vorzugsweise aus Edelstahl. Die Fluidplatte besteht vorzugsweise aus Edelstahl, der mit einem Fluorkohlenstoffpolymer, wie beispielsweise Teflon, beschichtet ist oder mit einer Fluorkohlenstoffpolymerzwischenschicht belegt ist. Es kann jedoch jedwedes Material verwendet werden, das über einen angemessenen Zeitraum verwendungsfähig ist. Andere Möglichkeiten umfassen Titan, Keramik, Polyetheretherketon (PEEK), Polyphenylensulfid (PPS) und andere Thermokunststoffe.
2 zeigt eine Querschnittsansicht des zusammengesetzten Stiftblocks 60, der Fluidplatte 64 und des Fittingblocks 68. Die fluidischen Fittings 210 sind in Kommunikation mit der Fluidplatte 64 über einen fluidischen Fittinganschluss 211 dargestellt. Eine solche Ausführungsform ist im Detail in 4 dargestellt. Die im Querschnitt dargestellte Stiftbohrung 200 zeigt den Ventilstift von dem distalen zu dem proximalen Ende, der Dichtungen 212, eine Dichtungsbelastungshülse 214, eine Belleville-Feder 216, eine Mutterdichtung 218, eine zweite Belleville-Feder 220 und eine Mutter 222 umfasst.
5 zeigt eine schematische Darstellung der Fluidplatte, des Fluidkanals 510, der Fittinganschlüsse 211, der fluidischen Komponenten, der Stiftventile (1-6) und der Stiftventilsitze 500 für eine chromatographische Anwendung. Die Stiftventile sitzen jeweils in einem Stiftventilsitz 500, um den Fluidfluss durch den Kanal 510 der fluidischen Platte 64 zu blockieren. In einem Ladezustand sind die Stiftventile 3, 5 und 1 offen, während die Stiftventile 4, 2 und 6 geschlossen sind. Dies ermöglicht es, dass die Probe in die Probenschleife geladen wird, und verhindert, dass die Probe in die Kanäle eintritt, die zu der Säule oder der Pumpe führen. In einem Injektionszustand sind die Stiftventile 6, 2 und 4 offen, während die Stiftventile 1, 3 und 5 geschlossen sind. Dies ermöglicht es, dass die Probe in die Säule injiziert wird und verarbeitet wird.
Die Stiftventile können als eine Kartusche ausgestaltet sein, um die Stiftventilanordnung modular aufzubauen. Die Kartuschen 600, wie diese in 6 dargestellt sind, umfassen ein standardisiertes Gehäuse 602, das vorzugsweise aus spritzgegossenem Polyphenylensulfid besteht, wobei es sich jedoch bei dem Material um irgendein bekanntes Material handeln kann, das die Spannungen aushalten kann, denen die erfindungsgemäße Vorrichtung typischerweise ausgesetzt wird. An dem proximalen Ende der Kartusche befindet sich eine Stiftanhebanordnung 610, die verwendet wird, um den Stift 604 entweder in dessen ausgefahrene Position oder seine eingefahrene Position zu bewegen. Die ausgefahrene Position verhindert, dass Fluid zu einem stromabwärts gelegenen Ort fließt, indem der Stift 604 aus dem Gehäuse 602 ausgefahren wird, um in einem Stiftventilsitz zu sitzen. In der eingefahrenen Position ist der Stift 604 aus dem Stiftventilsitz zurückgezogen, und zwar vorzugsweise in das Gehäuse 602, um einen Fluidfluss zu einer stromabwärts gelegenen Position bereitzustellen. Der Stiftdruck, der Dichtungsdruck und die Stiftanhebung kann mittels einer Feder gesteuert werden, die in dem Gehäuse 602 untergebracht ist, oder mittels bekannter Verfahren. Die Rotation der Anhebanordnung mittels bekannter Mittel ermöglicht es, dass die Feder in ein Gleichgewicht komprimiert oder dekomprimiert wird, wodurch die erforderliche Kraft bereitgestellt wird, um den Stift 604 in seine ausgefahrene oder eingefahrene Position zu verschieben. Vorzugsweise kann der Stift 604 pneumatisch mittels eines unter Druck befindlichen Gases unter Verwendung bekannter Verfahren betätigt werden oder die Betätigung kann dadurch unterstützt werden.
Die Kartusche 600 ist ausgestaltet, in die Bohrungen der Stiftventilanordnung zu passen. Eine Verkeilung oder andere bekannte Mittel können verwendet werden, um die Kartusche 600 in dem Stiftblock zu orientieren. Diese modulare Ausgestaltung kann dafür sorgen, dass der Stiftdruck angepasst wird, indem ein Stift und ein Gehäuse durch einen anderen Stift und ein anderes Gehäuse mit anderer Federspannung ersetzt werden. Überdies können abgenutzte Ventile unter Verwendung dieser Ausführungsform ohne Weiteres ersetzt werden. Das modulare Kartuschengehäuse 600 wird durch die Bohrungen des Stiftblocks 60 komplementiert, um mittels bekannter Mittel freigebbar eingepasst zu sein.
7 zeigt eine detaillierte Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines einzelnen Stiftventils gemäß der vorliegenden Erfindung. An dem distalen Ende dieser Ausführungsform befindet sich eine Ringdichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE), die von zwei PEEK-Ringdichtungen 710 umgeben ist. Eine Dichtungsladungshülse 712 beherbergt die Ringdichtungen an dessen distalen Ende und weist einen größeren Umfang an dessen proximalem Ende auf, auf dem die Belleville-Feder 714 angeordnet ist. Ein Ladungsring 718, der integral hinsichtlich eines Stiftes 720 ist, hält eine Mutterdichtung 716 auf der Belleville-Feder 714. Der Stift weist einen schmaleren Umfangsabschnitt 717 an seinem distalen Ende auf. Der Stift 720 ist bis hoch zu seinem Ladering 718 durch die Dichtungsmutter 716, die Belleville-Feder 714 und die Dichtungsladehülse 712 geführt. Der Abschnitt 717 mit schmalerem Umfang des Stiftes 720 ist durch die Ringdichtungen 710 geführt, wobei dessen distalster Abschnitt dazu in der Lage ist, auf die Fluidplatte an einem Stiftventilsitze 500 aufzutreffen. Auf der proximalen Seite des Laderings 718 befindet sich eine zweite Belleville-Feder 722 und eine Mutter 724, um eine axiale Kompressionskraft aufzubringen. Das distale Ende des Stifts 717 kann eine diamantartige Kohlenstoffbeschichtung aufweisen.
8 zeigt eine detaillierte Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines Stiftventils in einer modularen Kartuschenausgestaltung. Ein Stift 800 ist durch Ringdichtungen 810 und eine Ladehülse 812 innerhalb des Kartuschengehäuses 602 geführt. In dieser Ausführungsform ist der Ventilsitz 802 an das Stiftventil angepasst, anstatt an die Fluidplatte gepasst zu sein.
Eine weitere Ausführungsform der Fluidplatte ist in 9 dargestellt. Wenn der Stiftventilsitz an das Stiftventil gepasst ist, dann kann die Fluidplatte 64 sechs getrennte Kanäle 900 umfassen. Der Stiftventilsitz kann in einer überlappenden Position über zwei Kanalenden angeordnet sein. Der Stiftventilsitz 910, wie dieser im Detail in 10 dargestellt ist, umfasst zwei Durchgänge 914, 916, die winklig verlaufen und bereitgestellt sind, um die getrennten Kanalenden zu erreichen. Wenn der Stift zurückgezogen ist, ermöglicht dieser, dass die Durchgänge 914 und 916 miteinander kommunizieren. Wenn der Stift ausgefahren ist, dann blockiert dieser im Wesentlichen wenigstens einen Durchgang.
Es sollte somit ohne Weiteres verstanden werden, dass die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zahlreiche praktische Anwendungen aufweisen. Obgleich überdies die bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, ist für den Fachmann offensichtlich, dass zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Derartige Modifikationen sollen von den nachfolgenden Ansprüchen umfasst werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Stiftventilanordnung und ein Verfahren zum Steuern des Flusses von Fluiden, umfassend einen Stiftblock, in dem Stiftventile untergebracht sind, eine Fluidplatte mit einem Fluidkanal für die fluidische Kommunikation mit den Stiftventilen und einen Fittingblock, in dem Fittings für die fluidische Kommunikation mit der Fluidplatte und für die fluidische Kommunikation mit fluidischen Komponenten untergebracht sind. Der Fluidfluss durch die Kanäle der Fluidplatte wird durch die fluidischen Komponenten und die Stiftventile gesteuert.

Claims

Stiftventilanordnung, umfassend: einen Stiftblock, in dem ein Ventilstift untergebracht ist; eine Fluidplatte mit einem Fluidkanal, um fluidisch mit dem Ventilstift zu kommunizieren; und einen Fittingblock, in dem ein Fitting für eine fluidische Kommunikation mit der Fluidplatte und für eine fluidische Kommunikation mit fluidischen Komponenten untergebracht ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung ferner umfasst: einen Fittinganschluss, der mit dem Fitting ausgerichtet ist, und einen Stiftventilsitz, der mit dem Ventilstift ausgerichtet ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 2, wobei der Fittinganschluss in den Fluidkanal der Fluidplatte integriert ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 2, wobei der Stiftventilsitz in den Fluidkanal der Fluidplatte integriert ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 2, wobei der Fittinganschluss in das Fitting integriert ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 2, wobei der Stiftventilsitz in das Stiftventil integriert ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei der Fittingblock mit dem Stiftblock verbunden ist, wobei die Fluidplatte zwischen dem Stiftblock und dem Fittingblock angeordnet ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 7, wobei der Fittingblock über eine Schraubenverbindung mit dem Stiftblock verbunden ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Stiftventil einen Stift mit einem distalen und proximalen Ende umfasst, die im Wesentlichen axial in einem Gehäuse angeordnet sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 9, wobei das distale Ende des Stiftes eine diamantartige Kohlenstoffbeschichtung aufweist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei die Ventilstifte durch einen Aktuator betätigt werden, um zu bewirken, dass ein distales Ende des Stiftventils in einem Stiftventilsitz sitzt, um im Wesentlichen den Fluidkanal abzudichten, und um das distale Ende des Stiftventils aus dem Stiftventilsitz zu entfernen, wodurch der Fluidkanal geöffnet wird.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei der Stiftblock sechs Stiftventile beherbergt, die im Wesentlichen um den äußeren Umfang des Stiftblockes den gleichen Abstand voneinander aufweisen und mit sechs Stiftventilsitzen auf der Fluidplatte ausgerichtet sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Stiftventil eine Ringdichtung oberhalb des distalen Endes des Stiftes und innerhalb eines Stiftgehäuses aufweist, um die Fluidplatte abzudichten.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei die fluidischen Komponenten eine Pumpenspritze, eine Pumpe, eine Säule, eine Probenschleife und eine Probenspritze eines HPLC-Systems sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei jeder Ventilstift in einem Gehäuse untergebracht ist, das einen Aktuator umfasst, um den Ventilstift axial zu bewegen, um auf dem Stiftventilsitz zu sitzen und im Wesentlichen den Fluidfluss von einem stromabwärts gelegenen Ort zu blockieren, oder um den Stift aus dem Stiftventilsitz zu entfernen und einen Fluidfluss zu dem stromabwärts gelegenen Ort zu ermöglichen.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 1, wobei das Stiftventil Stiftdichtungen, eine Dichtungsladehülse, eine Belleville-Feder und eine Mutterdichtung um ein distales Ende eines Stiftes unterhalb eines Laderings sowie eine zweite Belleville-Feder und eine Mutter oberhalb des Laderings umfasst.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 16, wobei die Stiftdichtungen zwei Polyetheretherketondichtungsringe sind, die einen Polytetrafluorethylendichtungsring umgeben.
Stiftventilanordnung, umfassend: einen Stiftblock zum Unterbringen von Stiftventilen; eine Fluidplatte mit einem Fluidkanal für die fluidische Kommunikation mit den Stiftventilen; und einen Fittingblock zum Unterbringen von Fittings für die fluidische Kommunikation mit der Fluidplatte und für die fluidische Kommunikation mit fluidischen Komponenten.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 18, wobei die Stiftventilanordnung ferner umfasst: Stiftventile, die innerhalb des Stiftblocks untergebracht sind; und Fittings, die innerhalb des Fittingblocks untergebracht sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 19, wobei die Stiftventilanordnung ferner umfasst: einen oder mehrere Fittinganschlüsse, die mit den Fittings ausgerichtet sind, sowie einen oder mehrere Stiftventilsitze, die mit den Stiftventilen ausgerichtet sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 20, wobei die Fittinganschlüsse in den Fluidkanal der Fluidplatte integriert sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 20, wobei die Stiftventilsitze in den Fluidkanal der Fluidplatte integriert sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 20, wobei die Fittinganschlüsse in die Fittings integriert sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 20, wobei die Stiftventilsitze in die Stiftventile integriert sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 18, wobei ein Ventilstift auf den Stiftventilsitzen auftrifft, mit denen dieser ausgerichtet ist, und im Wesentlichen den Fluss von Fluid durch den Fluidkanal der Fluidplatte blockiert.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 25, wobei jedes Stiftventil in einem standardisierten Gehäuse untergebracht ist, das ein Mittel für die Betätigung umfasst, um das Stiftventil axial zu bewegen, um auf dem Stiftventilsitz zu sitzen und im Wesentlichen Fluidfluss von einem stromabwärts gelegenen Ort zu blockieren, oder den Stift aus dem Stiftventilsitz zu entfernen und den Fluidfluss zu dem stromabwärts gelegenen Ort zu ermöglichen.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 26, wobei das Ventilstiftgehäuse freigebbar an den Stiftblock angebracht ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 18, wobei die Fluidplatte aus Edelstahl besteht, der mit einem Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 28, wobei es sich bei dem Fluorkohlenstoffpolymer um Tetrafluorethylen handelt.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 18, wobei die Fluidplatte aus Edelstahl mit einer im Wesentlichen flachen Fluorkohlenstoffpolymerzwischenlage auf dessen Oberfläche besteht, die gegen den Stiftblock und den Fittingblock abgedichtet ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 30, wobei es sich bei dem Fluorkohlenstoffpolymer um Tetrafluorethylen handelt.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 18, wobei der Fittingblock mit dem Stiftblock verbunden ist, wobei die Fluidplatte zwischen dem Stiftblock und dem Fittingblock angeordnet ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 18, wobei das Stiftventil einen Stift mit einem distalen und einem proximalen Ende umfasst, die im Wesentlichen axial in einem Gehäuse angeordnet sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 33, wobei die Stiftventile durch einen Aktuator betätigt werden, um zu bewirken, dass das distale Ende des Ventilstiftes in dem Stiftventilsitz sitzt, um den Fluidkanal im Wesentlichen abzudichten, und das distale Ende des Ventilstiftes aus dem Stiftventilsitz zu entfernen, um den Fluidkanal zu öffnen.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 34, wobei der Aktuator pneumatisch betrieben wird.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 18, wobei es sich bei den fluidischen Komponenten um eine Pumpenspritze, eine Pumpe, eine Säule, eine Probenschleife und eine Probenspritze eines HPLC-Systems handelt.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 18, wobei jeder Ventilstift in einem standardisierten Gehäuse untergebracht ist, das ein Mittel zur Betätigung umfasst, um den Ventilstift axial zu bewegen, um auf dem Stiftventilsitz zu sitzen und im Wesentlichen den Fluidfluss von einem stromabwärts gelegenen Ort zu blockieren, oder den Stift aus dem Stiftventilsitz zu entfernen und den Fluidfluss zu dem stromabwärts gelegenen Ort zu ermöglichen.
Stiftventilanordnung, umfassend: einen Stiftblock, in dem Stiftventile mit Stiftventilsitzen untergebracht sind; eine Fluidplatte mit einem oder mehreren Kanälen, die Kanalenden aufweisen; und einen Fittingblock, in dem Fittings für die fluidische Kommunikation mit Fittinganschlüssen in fluider Kommunikation mit den Stiftventilsitzen und für die fluidische Kommunikation mit fluidischen Komponenten untergebracht sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei die Fittinganschlüsse in die Fluidplatte integriert sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei die Fittinganschlüsse in die Fittings integriert sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei die Ventilstifte mit den Kanälen der Fluidplatte ausgerichtet sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei die Kanäle der Fluidplatte sechs Kanäle mit Enden umfassen.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei die Stiftventile jeweils mit zwei Kanalenden der Fluidplatte ausgerichtet sind.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 42, wobei die Stiftventilsitze einen ersten Durchgang für die fluidische Kommunikation mit einem Kanalende und einem zweiten Durchgang für die fluidische Kommunikation mit einem anderen Kanalende umfassen.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei die Stiftventile einen Stift umfassen, um im Wesentlichen eine fluidische Kommunikation zwischen dem ersten und dem zweiten Durchgang des Stiftventilsitzes zu blockieren.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 44, wobei der Stift mittels eines Aktuators betätigt wird, um den ersten und den zweiten Durchgang des Stiftventilsitzes zu blockieren.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 45, wobei der Aktuator pneumatisch betätigt wird.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 46, wobei das Stiftventil einen Stift umfasst, um im Wesentlichen die fluidische Kommunikation zwischen dem Stiftventilsitz und der Fluidplatte zu blockieren.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei jeder Ventilstift in einem standardisierten Gehäuse untergebracht ist, das freigebbar an den Stiftblock angebracht ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei die Fluidplatte aus Edelstahl besteht, der mit einem Fluorkohlenstoffpolymer beschichtet ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei es sich bei dem Fluorkohlenstoffpolymer um Tetrafluorethylen handelt.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 50, wobei die Fluidplatte aus Edelstahl besteht und mit einer im Wesentlichen flachen Fluorkohlenstoffpolymerzwischenlage auf dessen Oberfläche versehen ist, auf die der Stiftblock und der Fittingblock auftrifft.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei es sich bei dem Fluorkohlenstoffpolymer um Tetrafluorethylen handelt.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 52, wobei der Fittingblock mit dem Stiftblock verbunden ist, wobei die Fluidplatte zwischen dem Stiftblock und dem Fittingblock positioniert ist.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei die Stiftventile durch einen Aktuator betätigt werden, um zu bewirken, dass ein distales Ende des Ventilstifts in dem Stiftventilsitz sitzt und das distale Ende des Ventilstiftes aus dem Stiftventilsitz entfernt wird.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 55, wobei der Aktuator pneumatisch betrieben wird.
Stiftventilanordnung nach Anspruch 38, wobei es sich bei den fluidischen Komponenten um eine Pumpenspritze, eine Pumpe, eine Säule, eine Probenschleife und eine Probenspritze eines HPLC-Systems handelt.
Verfahren zum Steuern des Flusses eines Fluids, umfassend: Bereitstellen einer Fluidplatte mit einem verbundenen Fluidkanal, überschneidenden Stiftventilsitzen und fluidischen Fittinganschlüssen; Zuführen von Fluid zu dem Fluidkanal von einer fluidischen Komponente in Kommunikation mit den fluidischen Fittinganschlüssen; Bewegen des Fluids durch die Verwendung der fluidischen Komponenten; und Abdichten des Fluidkanals an ausgewählten Stiftventilsitzen, indem die Sitze mit entsprechenden Ventilstiften beaufschlagt werden.
Verfahren zum Steuern des Flusses eines Fluids nach Anspruch 58, wobei es sich bei den fluidischen Komponenten um eine Pumpenspritze, eine Pumpe, eine Säule, eine Probenschleife und eine Probenspritze eines HPLC-Systems handelt.
Verfahren zum Steuern des Flusses eines Fluids nach Anspruch 59, wobei: während einer Ladephase der Fluidkanal hinsichtlich einer fluidischen Kommunikation von der Probenspritze durch die Probenschleife und von der Probenschleife durch die Systemspritze offen ist und hinsichtlich einer fluidischen Kommunikation von der Probenschleife zu der Pumpe, von der Probenschleife zu der Säule und von der Probenspritze zu der Pumpenspritze abgedichtet ist; und während einer Injektionsphase der Fluidkanal hinsichtlich einer fluidischen Kommunikation von einer Pumpe durch die Probenschleife und von der Probenschleife durch die Säule offen ist und hinsichtlich einer fluidischen Kommunikation von der Pumpe durch die Säule und von der Probenspritze durch die Probenschleife und von der Probenschleife durch die Pumpenspritze abgedichtet ist.
Verfahren zum Steuer des Flusses eines Fluids nach Anspruch 59, wobei während einer Ladephase die Stiftventile bewirken; dass eine Fluidprobe von der Probenspritze befördert wird und in die Probenschleife durch einen Druckunterschied geladen wird, der durch die Pumpenspritze erzeugt wird, und während einer Injektionsphase die Stiftventile bewirken, dass die Probe von der Probenschleife in die Säule mittels eines Druckunterschiedes injiziert wird, der durch die Pumpe erzeugt wird.