DE112005001172T5

DE112005001172T5 - Flusskreislaufsteuerung einer HPLC-Pumpe mit konstantem Fluss, um einen Niedrigflussbetrieb zu ermöglichen

Info

Publication number: DE112005001172T5
Application number: DE112005001172T
Authority: DE
Inventors: Geoff C. Millbury Gerhardt; Joseph A. Walpole Luongo
Original assignee: Waters Investments Ltd
Current assignee: Waters Technologies Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2008-07-17
Also published as: US20100116745A1; WO2005113457A2; US20080245136A1; GB0624464D0; GB0624707D0; JP4959565B2; US9393504B2; JP2008500556A; US7674375B2; GB2429785B; US8679333B2; WO2005113457A3; US20140131277A1; GB2429785A

Abstract

Vorrichtung zum Fördern einer Flüssigkeit in einem Kapillarsystem, umfassend:
eine erste Pumpe in fluider Kommunikation mit einem ersten Flusspfad, der einen ersten Abschnitt einer Flüssigkeit von der ersten Pumpe zu einem ersten thermischen Flusssensor trägt, wobei der erste thermische Flusssensor in fluider Kommunikation mit einem fluidischen T-Stück steht, wobei der erste thermische Flusssensor betriebsfähig in dem ersten Flusspfad angeordnet ist und ausgestaltet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen;
eine zweite Pumpe in fluider Kommunikation mit einem zweiten Flusspfad, der einen zweiten Abschnitt einer Flüssigkeit von der zweiten Pumpe zu einem zweiten thermischen Flusssensor trägt, wobei der zweite thermische Flusssensor in fluider Kommunikation mit dem fluidischen T-Stück steht, wobei der zweite thermische Flusssensor betriebsfähig in dem zweiten Flusspfad angeordnet ist und ausgestaltet ist, um ein zweites Signal zu erzeugen; und
Mittel zum Steuern von Flussraten innerhalb jedes Flusspfades mit dem ersten und dem zweiten Signal.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Fluss und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen von Fluss, die dazu verwendet werden, eine Flusskreislaufsteuerung eines Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Systems (high performance liquid chromatography system; HPLC system) auf analytischen Skalen mittels eines Regelkreises zu überwachen und zu regeln, was die Förderung eines stabilen Flusses zu einem chromatographischen System auf Nanoskalen unter Verwendung einer chromatographischen Pumpe auf Mikroskalen oder normalen Skalen ermöglicht.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das seit einiger Zeit vorhandene Interesse für Chromatographie auf Nanoskalen (Flussraten von < 1 μl/Minute) hat Hersteller von HPLC-Instrumenten dazu veranlasst, zu versuchen, Pumpen zu entwickeln, die dazu in der Lage sind, niedrigere Flussraten zu fördern. Unglücklicherweise skaliert die übliche HPLC-Pumpentechnologie auf analytischen Skalen nicht gut bei diesen niedrigen Flussraten, da die Pumpen auf analytischen Skalen mit konstantem Fluss und offenem Kreislauf, die üblicherweise für Chromatographie auf analytischen Skalen (0,1–5,0 ml/Minute) verwendet werden, oberhalb von ungefähr 0,1 μl/Minute gute Flussquellen darstellen, jedoch unterhalb dieser Flussraten Ungenauigkeiten aufgrund der Lösungsmittelkompression und eine Leckage der Dichtung, der Fittings oder der Rückschlagventile deren Flussgenauigkeit beeinträchtigen.
Herkömmliche Kolbenverdrängungspumpsysteme sind erfolgreich dazu eingesetzt worden, um stabile, genaue Flüsse in den Regimen der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie auf normalen Skalen und Mikroskalen zu fördern. Während die HPLC auf normalen Skalen mit Flussraten der mobilen Phase von ungefähr 0,1–5,0 ml/Minute durchgeführt wird und die HPLC auf Mikroskalen mit Flussraten der mobilen Phase von ungefähr 1 bis 100 μl/Minute durchgeführt wird, erfordert die HPLC auf Nanoskalen Flussraten der mobilen Phase im Bereich von 50–1000 nl/Minute. Herkömmliche Kolbenverdrängungspumpensysteme können üblicherweise HPLC-Flussraten auf Nanoskalen nicht verlässlich und genau fördern.
Ein Verfahren zum Bereitstellen von Flussraten auf Nanoskalen in einem HPLC-System besteht darin, einen Flussteiler zu verwenden, der einen Großteil des Flusses von einer Pumpe zu einem Abfallstrom und einen kleinen Teil des Pumpenausgangsmaterials zu dem HPLC-Arbeitsstrom (d. h. zu der Flüssigkeitschromatographiesäule) leitet. Ein Teilungsdrosselelement in dem Abfallstrom und/oder dem Arbeitsstrom steuert das Teilungsverhältnis des Systems. HPLC-Pumpen auf normalen Skalen oder Mikroskalen können im Teilungsflussmodus verwendet werden, um HPLC-Flussraten auf Nanoskalen in dem Arbeitsstrom zu erzeugen.
Um ein HPLC-System in dem Teilungsflussmodus zu betreiben, muss der Benutzer das Teilungsverhältnis des Systems berechnen. Um dieses Teilungsverhältnis zu berechnen, muss der Benutzer die Permeabilitäten von sowohl des Teilungsdrosselelements als auch des chromatographischen Systems (d. h. der bepackten Säule) kennen. Diese Permeabilitäten werden dazu verwendet, die Flussrate zu berechnen, die durch die HPLC-Pumpe auf normalen Skalen oder Mikroskalen zugeführt werden muss, um den erwünschten Fluss durch das chromatographische System zu erzeugen. Obgleich es möglich ist, Abmessungen des Teilungsdrosselelements zu berechnen, die ein erwünschtes Teilungsverhältnis liefern sollten, bewirken Änderungen der Permeabilität des Teilungsdrosselelements oder der chromatographischen Säule im Laufe der Zeit unvorhersagbare Änderungen des Teilungsverhältnisses. Derartige Veränderungen führen zu inakzeptablen Flussvariationen entlang der chromatographischen Säule.
Eine mögliche Lösung des Problems der sich im Laufe der Zeit ändernden Teilungsverhältnisse besteht darin, den Fluss zu der chromatographischen Säule mit einem geeigneten Flusssensor zu überwachen. Fluidflussraten können bestimmt werden, indem der Druck einer Flüssigkeit gemessen wird, die durch eine Drossel strömt. Bei einer konstanten Viskosität skaliert der Gegendruck der Flüssigkeit, die durch eine Drossel bzw. ein Drosselelement fließt, linear mit der Flussrate der Flüssigkeit. Die Flussrate wird gemessen, indem ein Druckwandler vor und hinter ein Drossel element inline mit dem Fluss, d. h. in dem Fluss, angeordnet wird. Signale von den Druckwandlern werden elektronisch subtrahiert und verstärkt, um ein hohes Maß an Gleichtaktrauschunterdrückung zu erreichen.
Die Permeabilität des Drosselelements wird derart gewählt, so dass dieses einen hinreichenden Gegendruck bereitstellt, so dass ein messbares Druckdifferenzsignal (ΔP) bei den erwünschten Flussraten erzeugt wird, jedoch kein bedeutender Gegendruck für die Pumpe entsteht. Beispielsweise erzeugt eine Kapillare, die 10 cm lang ist und einen Innendurchmesser von 25 μm aufweist, einen Gegendruck von ungefähr 100 Pfund pro Quadratzoll (pounds per square inch; psi) bei Wasser, das mit 5 μl/Minute fließt. Diese Permeabilität ist dazu ausreichend, eine Flussmessung bereitzustellen, während keine große fluidische Last auf die Pumpe induziert wird.
Flusssensoren zum Druckmessen müssen jedoch kalibriert werden, um die unterschiedlichen Viskositäten von jedem Fluid zu berücksichtigen, das gemessen wird. Dies führt zu einem großen Nachteil bei Flüssigkeitschromatographieanwendungen, bei denen sich die Fluidzusammensetzung im Verlauf eines chromatographischen Laufes dramatisch ändert.
Ein weiteres Verfahren, das dazu verwendet werden kann, um Fluidfluss zu erfassen, ist die thermische Flusserfassung (thermal flow sensing). Mehrere Firmen, einschließlich der Sensirion AG, Zürich, Schweiz, und Bronkhorst, Nijverheidsstraat aus Ruurlo, Niederlande, haben thermische Flusssensoren entwickelt, die dazu geeignet sind, Flüsse im Bereich von Nanoliter pro Minute zu verfolgen.
Beim Betrieb dieser thermischen Flusssensoren verteilt sich Wärme, die in ein mit Flüssigkeit gefülltes Rohr bzw. in einen mit Flüssigkeit gefüllten Kanal eingebracht wird, sowohl in die Richtung stromaufwärts als auch in die Richtung stromabwärts (d. h. aufgrund der thermischen Leitung bzw. der thermischen Diffusion). Das Rohr der Flusserfassungsvorrichtung ist aus Materialien mit niedriger thermischer Leitfähigkeit (d. h. Glas, Kunststoff) hergestellt. Ein Temperaturprofil bildet sich aus, wenn ein diskreter Abschnitt des Fluids in dem Rohr kontinuierlich erwärmt wird, und zwar wenn kein Fluss vorhanden ist (Nullflusszustand; zero flow condition). Die Form dieses Temperaturprofils hängt von der Wärmemenge ab, die dem Fluid hinzugefügt wird, sowie den Temperaturen der Flüssigkeit stromaufwärts und stromabwärts. Unter der Annahme, dass die Fluidtemperaturen stromaufwärts und stromabwärts identisch sind, werden bei einem Nullflusszustand (zero flow condition) die Flüssigkeitstemperaturen, die am ersten und zweiten Sensor gemessen werden, identisch sein, da die thermische Diffusion in beide Richtungen gleich ist.
Wenn der Flüssigkeit in dem Rohr ermöglicht wird, zu fließen, dann hängen die Fluidtemperaturen an dem ersten und dem zweiten Sensor von der Rate des Flüssigkeitsflusses und der resultierenden Wärmekonvektion ab. Wenn Flüssigkeit damit beginnt, entlang der erwärmten Zone zu fließen, dann entwickelt sich ein Temperaturprofil. Zusätzlich zu der symmetrischen Wärmediffusion tritt eine asymmetrische Konvektion des erwärmten Fluids in die Richtung des Fluidflusses auf. Daher sind unter Fließbedingungen die Fluidtemperaturen, die an dem ersten und dem zweiten Sensor gemessen werden, unterschiedlich.
Temperaturmessungen, die an dem ersten und dem zweiten Sensor vorgenommen werden, werden abgetastet bzw. gesampelt, subtrahiert und in situ elektronisch verstärkt, um ein hohes Maß an Gleichtaktrauschunterdrückung (common mode noise rejection) bereitzustellen. Dies ermöglicht die Unterscheidung von extrem kleinen Temperaturunterschieden stromaufwärts und stromabwärts. Durch eine geeignete Anordnung der Temperaturmesssonden (d. h. des ersten und des zweiten Sensors) und/oder durch eine Veränderung der Wärmemenge, die der strömenden Flüssigkeit hinzugefügt wird, kann eine Temperaturmessung bei Wendepunkten entlang des Temperaturprofils vorgenommen werden. Eine Messung an den Wendepunkten maximiert die ΔT-Antwort auf Flussratenänderungen stromaufwärts und stromabwärts.
Jedoch, wie im Fall von druckmessenden Flusssensoren, die kalibriert werden müssen, um die unterschiedliche Viskosität von jedem Fluid zu kompensieren bzw. zu berücksichtigen, das gemessen wird, bedürfen auch thermische Flusssensoren einer derartigen Kalibrierung. Dies führt manchmal zu einem Nachteil bei Flüssigkeitschromatographieanwendungen, bei denen sich die Fluidzusammensetzung mit der Zeit im Verlauf eines chromatographischen Laufes dramatisch ändert.
Andere Pumpenlösungen für das Erzeugen der niedrigen Flussraten, die bei Flüssigkeitschromatographie (liquid chromatography; LC) auf Nanoskalen erforderlich sind, enthalten Spritzenpumpen mit einem einzelnen Hub (single stroke syringe Pumps). Diese Pumpen weisen ein feststehendes Fördervolumen auf. Das führt dazu, dass die Laufzeiten durch die Länge des Pumpenhubs begrenzt sein können. Es dauert eine gewisse Zeit, um die Pumpe von einem Lauf zum nächsten wieder zu füllen. Während dieses Füllzyklus muss der Druck in dem chromatographischen System verringert werden und sodann wieder erhöht werden, um den nächsten Lauf zu beginnen. Wiederholte Zyklen des Druckablassens bzw. der Druckverminderung und des Unter-Druck-Setzens bzw. der Druckerhöhung haben unglücklicherweise eine zersetzende Wirkung auf die chromatographische Säule.
Darüber hinaus werden LC-Systeme auf Nanoskalen oftmals mit Massenspektrometern gekoppelt. Elektrosprayschnittstellen (electrospray interfaces), die überlicherweise bei mit Flüssigkeitschromatographiesystemen gekoppelten Massenspektrometern verwendet werden, sind am stabilsten, wenn ein konstanter Fluss vorherrscht. Die Flussabbruchbedingungen, die während Füllzyklen von Pumpen des vorstehend erwähnten Spritzentyps bestehen, können die Elektrospraymassenspektrometerschnittstelle destabilisieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen und zum Steuern der Flussrate von Fluid auf Nanoskalen in einem betriebsfähigen Flusspfad eines HPLC-Systems, ohne sich auf komplexe Kalibrierungsroutinen zu verlassen, um Lösungsmittelzusammensetzungsgradienten zu kompensieren, die üblicherweise bei der HPLC verwendet werden. Gemäß einiger dieser Ausführungsformen der Erfindung werden eine Vorrichtung und ein Verfahren verwendet, um den Flussausgang einer typischen HPLC-Pumpe auf analytischen Skalen (0,1–5 ml/Minute) zu korrigieren, um eine genaue und präzise Flussförderung bei HPLC-Flussraten auf kapillaren Skalen (< 0,1 ml/Minute) und Nanoskalen (< 1 μl/Minute) zu ermöglichen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den verwendeten HPLC-Pumpen auf analytischen Skalen mit konstantem Fluss um modifizierte, kommerziell erhältliche Pumpen. Diese kommerziell erhältlichen Pumpen werden mittels geringer Hardware- und/oder Firmware-Änderungen nachgerüstet, um eine Förderung einer geringen bzw. kleinen Flussrate zu ermöglichen. Üblicherweise verwenden HPLC-Pumpen auf analytischen Skalen lineare Aktuatoren, die von einem Schrittmotor angetrieben werden. Je nach der Pumpenarchitektur umfasst die Änderung, die dazu erforderlich ist, um eine Förderung eines geringen Flusses zu ermöglichen, eine Modifizierung des Getriebes des Pumpantriebsmechanismus, so dass dieses eine höhere inkrementale Antriebsauflösung aufweist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden Änderungen der Firmware-Elektronik bzw. der Schrittmotorantriebselektronik vorgenommen, die die Mikroschrittauflösung des Schrittmotorantriebs erhöhen. Es ist beispielsweise vorstellbar, dass kleinere Modifikationen der Pumpenfirmware den Betrieb mit einem niedrigen Fluss ermöglichen, indem die Mikroschrittauflösung von Schritten mit 10 μ auf Schritte mit 100 μ gesteigert wird.
In einer ersten beispielhaften Ausführungsform werden Flussmessgeräte des ΔP-Typs als Inline-Sensoren innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet. Der Fluidfluss von einer ersten Pumpe in einem betriebsfähigen Pfad fließt durch einen anfänglichen Inline-Druckwandler und durch ein Drosselelement und wird mit Fluidfluss von einer zweiten Pumpe innerhalb eines zweiten betriebsfähigen Pfads vermischt, der einen zweiten Inline-Sensor und ein Drosselelement bei einem fluidischen Kreuzstück aufweist. Der Druck an diesem fluidischen Kreuzstück wird durch einen fluidischen Kreuzstückdruckwandler gemessen. Gemäß der Erfindung ist ein Druckabfall, der zwischen dem ersten Inline-Flusssensor und dem zweiten Inline-Flusssensor und dem Druck an dem fluidischen Kreuzstück gemessen wird, proportional zu dem Fluss, der durch die erste bzw. die zweite Pumpe gefördert wird. Während ΔP-Flusssensoren üblicherweise zwei Druckwandler für jede Flussleitung erfordern, erlaubt die erfindungsgemäße Anordnung des fluidischen Kreuzstückdruckwandlers, dass der fluidische Kreuzstückwandler von jeder jeweiligen Flussleitung verwendet wird. Die Verwendung eines gemeinsamen fluidischen Kreuzstückwandlers an dem fluidischen Kreuzstück eliminiert den Bedarf nach vier Druckwandlern.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Fördern einer Flüssigkeit in einem Kapillarsystem zwei Flussquellenpumpen und zwei dazugehörige thermische Sensoren. Vorteile der Erfindung umfassen die Korrektur des Flussausgangs einer herkömmlichen HPLC-Pumpe auf analytischen Skalen (0,1–5 ml/Minute), was eine akkurate und genaue Flussförderung von HPLC-Flussraten auf kapillaren Skalen (< 0,1 ml/Minute) und Nanoskalen (< 1 μl/Minute) ermöglicht. Die vorliegende Erfindung erlaubt ein Nachrüsten und ein Wiederverwenden bestehender Pumpentechnologie, was vorteilhaft hinsichtlich der Kosten und der Nachlieferung ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bedeutende Vorteile damit verbunden sind, die bestehende Pumpentechnologie mit der Flusskorrekturvorrichtung gemäß der Erfindung zu verwenden. Diese Vorteile umfassen Kosteneinsparungen, die mit der Entwicklung, den Verkäufen und dem Service und der Lagerhaltung im Zusammenhang stehen. Ferner sind herkömmliche HPLC-Pumpen mit konstantem Fluss ideal für die Verwendung gemäß der Erfindung geeignet.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass, da Pumpen mit konstantem Fluss verwendet werden, die Kalibrierung der Flusssensoren ohne Weiteres durchgeführt werden kann, indem man bekannte Flussraten durch die Sensoren strömen lässt, um deren Antwort zu bestimmen. Diese Kalibrierungsroutine gemäß der Erfindung kann bei verhältnismäßig niedrigen Drücken durchgeführt werden, bei denen eine Pumpenleckage und die Lösungsmittelkompressibilität keine Rolle spielen, und eine konstante Flussförderung mit offenem Kreislauf kann erwartet werden. Da eine bekannte Flussrate durch die Pumpen mit konstantem Fluss gefördert wird, kann der Fehler zwischen diesem geförderten Fluss und dem Fluss, der von den Flusssensoren gemessen wird, dazu verwendet werden, um Pumpenlecke zu diagnostizieren. Intelligente Mittel können gemäß der Erfindung implementiert werden, um den Flussfehler mit dem Pumpenzyklus zu korrelieren, um zu identifizieren, wo Lecke aufgetreten sind. Vorteilhafterweise ist dieses Niveau an Diagnosemöglichkeiten nicht nur bei der Fehlersuche nach einem Pumpenversagen extrem nützlich, sondern ebenso bei der Vorhersage eines Pumpenversagens und das Vorschlagen von korrigierenden Arbeitsschritten, um derartiges zu verhindern.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass der Betrieb mit kontinuierlichem Fluss unter Verwendung herkömmlicher HPLC-Flussquellen mit konstantem Fluss möglich ist. Vorteilhafterweise können alle Beschränkungen vermieden werden, die aufgrund von Stoppflussbedingungen resultieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorstehenden und weiteren Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich eingehender anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Flusssteuerungsfördersystems für zwei Lösungsmittel mit geschlossenem Kreislauf unter Verwendung von Temperatur-stabilisierten ΔP-Flusssensoren gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben, obgleich verstanden werden sollte, dass die beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in zahlreichen Formen verwirklicht werden kann. Daher sollten spezifische funktionelle Details, die hierin beschrieben werden, nicht als beschränkend ausgelegt werden, sondern lediglich als eine Basis für die Ansprüche und als eine repräsentative Basis dafür dienen, dem Fachmann zu erklären, wie die vorliegende Erfindung in nahezu jeder geeignet detaillierten Ausführungsform in vielen Arten und Weisen eingesetzt werden kann.
Einige Ausführungsformen der Erfindung enthalten eine oder mehrere Flussquellen. Unter dem Begriff „Flussquelle" wird hierin eine Quelle verstanden, die ein Fluid bereitstellt, das eine Flussrate aufweist, die mit einem Volumen pro Zeiteinheit im Zusammenhang steht. Beispielsweise umfasst ein Flussquellentyp einen Kolben, der ein Fluidvolumen pro Zeiteinheit verdrängt. Ein bestimmter Wert für das Volumen pro Zeiteinheit wird beispielsweise bestimmt, indem die lineare Geschwindigkeit des Kolbens gesteuert wird und indem ein Kolbendurchmesser ausgewählt wird, der in dem Fall eines Kolbens einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Somit definiert beispielsweise das Produkt der Geschwindigkeit des Kolbens und der Fläche eine volumetrische Flussrate. Diese Flussrate ist beispielsweise analog zu einer Stromquelle in einer elektrischen Schaltung, die eine gewisse Anzahl von Ladungsquellen pro Zeiteinheit liefert.
Eine Flussquelle unterscheidet sich von einer Druckquelle, wie beispielsweise einer Fördereinheit für pneumatische Luft mit einer Regulierungsvorrichtung. Eine Druckquelle ist analog beispielsweise einer Spannung in einer elektrischen Schaltung. Druck (Spannung gemäß der Analogie) induziert eine bestimmte Flussrate (einen Strom gemäß der Analogie), wenn ein Fluiddrosselelement (ein Widerstand ge mäß der Analogie) mit diesem beaufschlagt wird. Während somit eine Flussquelle die Fähigkeit aufweist, unabhängig eine Flussrate zu bestimmen, bestimmt eine Druckquelle typischerweise nicht unabhängig eine Flussrate. Vielmehr arbeitet eine Druckquelle zusammen mit einer anderen Komponente bzw. anderen Komponenten eines Flusspfades, wie beispielsweise einer Flussdrosselkomponente, um eine Flussrate durch den Flusspfad zu bestimmen.
In 1 ist eine schematische Darstellung eines geschlossenen Kreislaufsystems 100 gemäß der Erfindung dargestellt. Eine erste Pumpe 102 und eine zweite Pumpe 104, bei denen es sich um Flussquellenpumpen handelt, wie beispielsweise HPLC-Pumpen auf analytischen Skalen mit konstantem Fluss. Bei diesen Pumpen auf analytischen Skalen mit konstantem Fluss handelt es sich um eine beliebige geeignete Pumpe, wie beispielsweise kommerziell erhältliche Pumpen (z. B. die WATERS^® Pumpen 515, 1525u und Acquity, die von der Firma Waters Corporation, Milford, Massachusetts, USA vertrieben werden, oder dergleichen).
Die erste Pumpe 102 und die zweite Pumpe 104 sind mit geringen Hardware- und/oder Firmware-Änderungen angepasst worden, um eine Förderung eines geringen Flusses zu ermöglichen. Üblicherweise verwenden HPLC-Pumpen auf analytischen Skalen linearen Aktuatoren, die von Schrittmotoren angetrieben werden. Je nach der Pumpenarchitektur umfassen die Änderungen, die benötigt werden, um eine Förderung eines geringen Flusses zu ermöglichen, die Modifizierung des Getriebes des Pumpenantriebsmechanismus. Diese Modifikationen des Getriebes des Pumpenantriebsmechanismus stellen eine hohe inkrementale Antriebsauflösung bereit. Im Rahmen der Erfindung ist es vorstellbar, dass Änderungen der Firmware-Elektronik bzw. der Schrittmotorantriebselektronik, um die Mikroschrittauflösung des Schrittmotorantriebs zu erhöhen, verwendet werden können, um eine Förderung eines geringen Flusses zu ermöglichen. Gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform werden kleinere Modifizierungen der Pumpenfirmware vorgenommen, indem die Mikroschrittauflösung von Schritten von ungefähr 10 μ auf Schritte von ungefähr 100 μ erhöht wird. Diese erhöhte Auflösung ermöglicht einen Betrieb mit geringem Fluss bzw. einen Niedrigflussbetrieb.
Obgleich es möglich sein kann, eine Pumpe zu entwickeln, die speziell dazu ausgestaltet ist, einen Fluss zu fördern, der mit der Flüssigkeitschromatographie auf Nanoskalen kompatibel ist, sind damit bedeutende Kosten verbunden. Ferner ist es praktischer, eine bestehende Pumpentechnologie mit dem vorstehend beschriebe nen Flusskorrekturapparat weiter zu verwenden. Vorteilhafterweise sind herkömmliche HPLC-Pumpen mit konstantem Fluss ideal für diese Anwendung geeignet.
Wie sich weiterhin 1 entnehmen lässt, steht die erste Pumpe 102 in fluider Kommunikation mit einem ersten Sensor 106, der sich in der Leitung befindet bzw. inline ist. Der erste Inline-Sensor 106 ist in einer ersten beispielhaften Ausführungsform ein Druckwandler des ΔP-Typs. In dieser ersten beispielhaften Ausführungsform handelt es sich bei dem verwendeten Druckwandler um einen "DJ Modell DF Thruflow"-Druckwandler (DJ Instruments, Billerica, Massachusetts). Innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung ist es vorstellbar, dass beliebige Flusssensoren, die dazu geeignet sind, präzise und akkurate Ausgangssignale in dem Flussbereich auf Mikroskalen zu liefern, dazu verwendet werden können, um die Fluss-erfassung gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zu implementieren. Insbesondere ist es innerhalb des Rahmens der Erfindung vorstellbar, dass andere Typen von Flusssensoren verwendet werden können, einschließlich jedoch nicht beschränkt auf thermische Flusssensoren, die beispielsweise von den Firmen Bronkhorst High-Tech B. V., Ruurlo, Niederlande und Sensirion AG, Zürich, Schweiz, vertrieben werden.
Wie sich dies 1 entnehmen lässt, befindet sich in einem ersten betriebsfähigen Pfad 101 der Fluss von der ersten Pumpe 102 in fluider Kommunikation mit dem ersten Inline-Sensor 106. Der erste Inline-Sensor 106 steht in fluider Kommunikation mit einem ersten Drosselelement 108. Das erste Drosselelement 108 steht in fluider Kommunikation mit einem fluidischen Kreuzstück 110. In einem zweiten betriebsfähigen Pfad 103 steht die zweite Pumpe 104 in fluider Kommunikation mit einem zweiten Inline-Sensor 112. Der zweite Inline-Sensor 112 in der ersten beispielhaften Ausführungsform ist ein Druckwandler. Der zweite Inline-Sensor 112 steht in fluider Kommunikation mit einem zweiten Drosselelement 114. Das zweite Drosselelement 114 steht in fluider Kommunikation mit dem fluidischen Kreuzstück 110. Der Druck an dem fluidischen Kreuzstück 110 wird durch einen fluidischen Kreuzstücksensor 116 gemessen. Der fluidische Kreuzstücksensor 116 in einer ersten beispielhaften Ausführungsform ist ein Druckwandler.
In Betrieb ist eine Druckabfallmessung zwischen dem ersten Inline-Sensor 106 und dem fluidischen Kreuzstücksensor 116 und dem zweiten Inline-Sensor 112 und dem fluidischen Kreuzstücksensor 116 proportional zu dem Fluss, der von der ersten Pumpe 102 bzw. der zweiten Pumpe 104 gefördert wird.
Obgleich ΔP-Flusssensoren üblicherweise zwei Druckwandler für jede Flussleitung benötigen, erlaubt die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit drei Sensoren 106, 112, 116, bei denen es sich in einer ersten beispielhaften Ausführungsform um Druckwandler handelt, dass der fluidische Kreuzstücksensor 116 von beiden betriebsfähigen Pfaden 101, 103 verwendet wird. Diese Ausgestaltung gemäß der Erfindung eliminiert die Notwendigkeit von vier Druckwandlern. Innerhalb des Rahmens der Erfindung ist es jedoch vorstellbar, dass jeder betriebsfähige Pfad 101, 103 zwei Sensoren aufweisen kann, bei denen es sich um Druckwandler handelt. Es ist im Rahmen der Erfindung ferner vorstellbar, dass jeder betriebsfähige Pfad 101, 103 lediglich einen Flusssensor aufweisen kann, der ein erstes und ein zweites Flusssignal erzeugt.
Im Betrieb interpretiert eine Systemsteuereinheit 120 Drücke, die von den Sensoren 106, 112 und 116 gemessen werden, und zwar unter Verwendung vorher erhaltener Kalibrierungskonstanten, und berechnet Flussraten, die durch die erste Pumpe 102 und die zweite Pumpe 104 gefördert werden. Die Systemsteuereinheit 120 wird die Flussraten modifizieren, die durch die Pumpen 102, 104 gefördert werden, um jedweden Fehler zwischen den gemessenen Flussraten und den eingestellten Flussraten auszugleichen. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Flussungenauigkeiten korrigiert, die aufgrund von Lösungsmittelkompressibilität, Pumpenleckage oder Systemleckage resultieren.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Ausgang der Sensoren 106, 112, 116 dazu verwendet, die Flussraten in den jeweiligen betriebsfähigen Pfaden 101, 103 zu kontrollieren bzw. zu steuern. 1 zeigt die erste Ausführungsform der Erfindung, bei der die Flussrate in den betriebsfähigen Pfaden 101, 103 kontrolliert bzw. gesteuert wird, indem die Druckabfalldifferenz zwischen den Inline-Sensoren 106, 112 und dem fluidischen Kreuzstücksensor 116 berechnet wird und die Flussrate der ersten Pumpe 102 und der zweiten Pumpe 104 proportional angepasst wird. Der Fachmann wird erkennen, dass eine zusätzliche Steuerschaltung (nicht dargestellt) zwischen den Ausgängen der Sensoren 106, 112, 116 und dem Eingang der Pumpen 102, 104 erforderlich sein kann. Beispielsweise kann eine zusätzliche Steuerschaltung implementiert werden, um das Ausgangssignal für eine Verwendung als ein geeignetes Steuereingangssignal für die bestimmte verwendete Pumpe zu bearbeiten. Schaltungskomponenten, wie beispielsweise Puffer, Invertierer, Verstärker und/oder Mikrocontroller, können beispielsweise dazu verwendet werden, um die Steuerschaltung gemäß einer Vielzahl von Verfahren zu implementieren, die dem Fachmann wohlbekannt sind.
In der ersten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit 120, ein Mikrocontroller oder ein Mikroprozessor, zwischen dem Druckwandlerausgang und dem Steuereingang der jeweiligen Pumpen 102, 104 implementiert. Die Steuereinheit 120 kann programmiert und konfiguriert sein, um beispielsweise die Flussrate der Pumpen 102, 104 auf eine Einstellung anzupassen, die dazu geeignet ist, eine jeweilige Flussrate beizubehalten, um eine ausgewählte Gradientenzusammensetzung zu erzeugen.
Wenn Druckwandler des ΔP-Typs als Flusssensoren verwendet werden, um akkurate Flussmessungen unter Verwendung von Unterschieden in den drei Sensoren 106, 112, 116 zu erhalten, dann ist es wünschenswert, dass der Nullpunkt von jedem Sensor 106, 112, 116 konstant gehalten wird. Eine übliche Quelle der Nullpunktsverschiebung bei Dehnungsmessdruckwandlern sind Wandlertemperaturfluktuationen. Dehnungsmessdruckwandler messen Änderungen des Widerstands von Dehnungselementen, um den Druck zu bestimmen. Der Widerstand des Dehnungselements ändert sich ebenfalls mit der Temperatur. Wenn bei einem oder mehreren dieser drei Druckwandler, die als Sensoren 106, 112, 116 verwendet werden, Nullpunktsveränderungen aufgrund von Temperaturfluktuationen auftreten, dann sind Differenzberechnungen ungenau, die dazu verwendet werden, die Flussrate zu messen. Um konsistente und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, können die drei Druckwandler, die als Sensoren 106, 112, 116 verwendet werden, gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform in einem ersten isothermischen Block 122 enthalten sein. Überdies können die Drosselelemente 108, 114, die in Verbindung mit den Sensoren 106, 112, 116 verwendet werden, ebenso in einem zweiten isothermischen Block 124 gehalten werden. Die Temperatur der Drosselelemente 108, 114 muss ungefähr bei der Temperatur beibehalten werden, bei der diese kalibriert worden sind. Änderungen der Temperatur der Drosselelemente 108, 114 führen zu fehlerhaften Flussmessungen, da temperaturinduzierte Viskositätsänderungen des Fluids innerhalb der Drosselelemente 108, 114 den Druckunterschied entlang der Flussdrosselelemente 108, 114 andern. Während die Sensoren 106, 112, 116 und die Flussdrosselelemente 108, 114 bei einer isothermen Temperatur beibehalten werden können, ist es nicht notwendig, dass diese bei derselben Temperatur beibehalten werden.
Flusssensoren, die in der erfindungsgemäßen Flusskorrekturvorrichtung verwendet werden, müssen für jedes Lösungsmittel kalibriert werden, das in dem System verwendet wird. Herkömmliche thermische Flusssensoren weisen unterschiedliche Antworten auf, und zwar je nach der thermischen Kapazität des gemessenen Fluids. Flusssensoren des ΔP-Typs sind empfindlich hinsichtlich der Lösungsmittelviskosität. Da Pumpen mit konstantem Fluss in diesem System verwendet werden, kann die Kalibrierung dieser Flusssensoren ohne Weiteres erreicht werden, indem bekannte Flussraten durch die Sensoren durchgeführt werden, um deren Antwort zu bestimmen. Diese Kalibrierungsroutine kann bei verhältnismäßig niedrigen Drucken durchgeführt werden, bei denen eine Pumpenleckage und eine Lösungsmittelkompressibilität nicht von Bedeutung sind, und eine gleichmäßige Flussförderung mit offenem Kreislauf kann erwartet werden.
Da eine bekannte Flussrate mittels Pumpen mit konstantem Fluss gefördert wird, kann der Fehler zwischen dem geförderten Fluss und dem von den Flusssensoren gemessenen Fluss dazu verwendet werden, Pumpenlecke zu diagnostizieren. Im Rahmen der Erfindung ist es vorstellbar, dass eine intelligente Systemeinheit in der Flusssteuereinheit 120 implementiert sein kann, um den Flussfehler innerhalb des Pumpenzyklus zu korrelieren, wodurch identifiziert werden kann, wo Lecke auftreten. Bei üblichen sich hin und her bewegenden Pumpen mit zwei Kolben oder in Reihe geschalteten Flussförderpumpen können Flussfehler mit der Abdichtung oder dem Rückschlagventil korreliert werden, die für die Leckage verantwortlich sind. Dieses Niveau an Diagnosemitteln, die durch eine derartige intelligente Systemeinheit gemäß der Erfindung ermöglicht wird, ist dazu nützlich, bei einem Pumpenversagen nach Fehlern zu suchen, was die frühe Diagnose und die Vornahme korrigierender Handlungen ermöglicht, um ein kostspieliges Pumpenversagen zu vermeiden.
Andere Pumpenlösungen für die Erzeugung der niedrigen Flussraten, die für die HPLC auf Nanoskalen erforderlich sind, umfassen Spritzenpumpen mit einem einzelnen Hub. Diese Pumpen weisen ein feststehendes Fördervolumen auf. Im Ergebnis können die Laufzeiten durch die Länge des Pumpenhubs beschränkt sein. Zeit wird zwischen den Läufen dazu benötigt, die Pumpe wieder zu füllen. Während dieses Füllzyklus muss der Druck in dem chromatographischen System erniedrigt werden und sodann erhöht werden, um den nächsten Lauf zu starten. Wiederholte Zyklen des Druckablassens bzw. des Unter-Druck-Setzens können einen nachteiligen Effekt auf die chromatographische Säule haben. LC-Systeme auf Nanoskalen sind oftmals mit Massenspektrometern gekoppelt. Elektrosprayschnittstellen (electrospray interfaces), die bei Massenspektrometern verwendet werden, die mit einer LC verbunden sind, sind am stabilsten, wenn ein konstanter Fluss vorherrscht. Die Stopp-Fluss-Bedingungen, die während der Füllzyklen der Pumpen des Spritzentyps bestehen, können die Elektrospray-Massenspektrometrieschnittstelle destabilisieren. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, wie diese hierin beschrieben worden sind, dann ist ein Betrieb mit einem kontinuierlichen Fluss möglich, und zwar unter Verwendung von HPLC-Flussquellen mit konstantem Fluss. Somit können alle Beschränkungen, die aufgrund von Stopp-Fluss-Bedingungen resultieren, vermieden werden.
Indem HPLC-Pumpen auf analytischen Skalen mit kontinuierlichem Fluss verwendet werden, können hohe Flussraten dazu verwendet werden, um das System anzusaugen (primen), wenn ein Lösungsmittelwechsel notwendig ist. Bei Systemen mit einem Fluss auf Nanoskalen, die lediglich Pumpen mit einem geringen Fluss einsetzen, kann dieser Ansaugvorgang eine bedeutende Zeitspanne in Anspruch nehmen.
Obgleich Sensoren hier hinsichtlich von Sensoren des Drucktyps, des ΔP-Typs oder hinsichtlich thermischer Flusssensoren beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann, dass jedwede Anzahl von unterschiedlichen Flusssensortypen diese vorstehend erwähnten Sensoren ersetzen können, ohne den Schutzumfang und den Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können mehrere Typen von kommerziell erhältlichen Sensoren oder dergleichen als Inline-Flusssensoren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Gleichermaßen kann in Ausführungsformen, bei denen andere Sensoren als Sensoren des Drucktyps verwendet werden, jeder Flusspfad einen einzelnen Flusssensor enthalten, der den Ausgang der jeweiligen Pumpe oder Druckquelle steuert bzw. kontrolliert.
Obgleich Flusssensoren hier derart beschrieben werden, dass diese in fluider Kommunikation mit einem Flusserfassungsdrosselelement stehen, wird der Fachmann erkennen, dass die hierin beschriebenen Sensoren ohne Flusserfassungsdrosselelemente verwendet werden können, ohne den Geist und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung verlassen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein System optionalerweise weniger Komponenten als die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Ausführungsform. Dieses alternative System umfasst zwei Flussquellenpumpen und zwei dazugehörige thermische Sensoren. Flussdrosselelemente und ein Kreuzstücksensor sind in dieser alternativen Ausführungsform jedoch nicht vorhanden.
Diese alternative Ausführungsform hat mehrere potentielle Vorteile. Beispielsweise werden parasitäre Verluste, die zu Zeiten aufgrund von Sensoren des Drucktyps auftauchen, vermieden.
Obgleich unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier hinsichtlich von separaten Schaltungskomponenten für den Vergleich von Drücken von unterschiedlichen Sensorkomponenten beschrieben werden, sollte der Fachmann erkennen, dass eine einzelne Schaltungskomponente implementiert werden kann, um mehrere Vergleichsfunktionen gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen. Beispielsweise kann ein einzelner Mikrocontroller mit mehreren Eingangsanschlüssen und Steuerausgangsanschlüssen für die Messung verwendet werden, um Signale hinsichtlich des ersten Druckabfalls und des zweiten Druckabfalls zu empfangen und zu verarbeiten, um erwünschte Flusspfadraten zu berechnen und Ausgangssignale für die Kommunikation mit der ersten und der zweiten Pumpe zu erzeugen. Ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (application specific integrated circuit; ASIC) könnte ebenso ausgestaltet sein, um beispielsweise diese Funktionen und die Funktionen der Pumpen zu erfüllen, und zwar entweder mittels digitalem oder analogem Betrieb, ohne vom Geist und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Obgleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hier beschrieben werden, die Flussraten in den jeweiligen betriebsfähigen Pfaden kontrollieren bzw. steuern, indem die Pumpe gesteuert bzw. kontrolliert wird, sollte der Fachmann erkennen, dass diese unterschiedlichen Kontroll- bzw. Steuerelemente ebenso in zahlreichen Kombinationen gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert werden könnten.
Obgleich die unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für die Verwendung bei der Messung von Flussraten in einem HPLC-System auf Nanoskalen beschrieben sind, sollte der Fachmann erkennen, dass die vorliegende Erfindung dazu verwendet werden kann, eine Vielzahl von unterschiedlichen Kapillar systemen zu messen und zu steuern, oder für die Fluidsteuerung und Analysesysteme verwendet werden kann, ohne vom Schutzumfang und vom Geist der Erfindung abzuweichen.
Obgleich die Erfindung hierin vorstehend hinsichtlich von beispielhaften Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, sollte der Fachmann erkennen, dass die vorstehenden und zahlreichen weiteren Änderungen, Weglassungen und Hinzufügungen der Form nach und im Detail vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen und zum Steuern von Flussraten eines Fluids auf Nanoskalen in dem betriebsfähigen Flusspfad eines HPLC-Systems stellen einen Fluidfluss bereit, ohne sich auf komplexe Kalibrierungsroutinen zu verlassen, um Lösungsmittelzusammensetzungsgradienten zu kompensieren, die typischerweise in der HPLC verwendet werden. Die Vorrichtung und das Verfahren werden dazu verwendet, den Flussausgang einer typischen HPLC-Pumpe auf analytischen Skalen (0,1–5 ml/Minute) zu korrigieren, um eine akkurate und präzise Flussförderung bei HPLC-Flussraten auf Kapillarskalen (< 0,1 ml/Minute) und Nanoskalen (< 1 μl/Minute) zu ermöglichen.

Claims

Vorrichtung zum Fördern einer Flüssigkeit in einem Kapillarsystem, umfassend: eine erste Pumpe in fluider Kommunikation mit einem ersten Flusspfad, der einen ersten Abschnitt einer Flüssigkeit von der ersten Pumpe zu einem ersten thermischen Flusssensor trägt, wobei der erste thermische Flusssensor in fluider Kommunikation mit einem fluidischen T-Stück steht, wobei der erste thermische Flusssensor betriebsfähig in dem ersten Flusspfad angeordnet ist und ausgestaltet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen; eine zweite Pumpe in fluider Kommunikation mit einem zweiten Flusspfad, der einen zweiten Abschnitt einer Flüssigkeit von der zweiten Pumpe zu einem zweiten thermischen Flusssensor trägt, wobei der zweite thermische Flusssensor in fluider Kommunikation mit dem fluidischen T-Stück steht, wobei der zweite thermische Flusssensor betriebsfähig in dem zweiten Flusspfad angeordnet ist und ausgestaltet ist, um ein zweites Signal zu erzeugen; und Mittel zum Steuern von Flussraten innerhalb jedes Flusspfades mit dem ersten und dem zweiten Signal.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Pumpe eine erste Flussquelle und die zweite Pumpe eine zweite Flussquelle umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die erste Flussquelle einen Kolben umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die erste Flussquelle ausgestaltet ist, eine bestimmte Flussrate in Reaktion auf eine Geschwindigkeit des Kolbens und eine Oberfläche des Kolbens bereitzustellen.
Vorrichtung zum Messen von Flussraten einer Flüssigkeit in einem Kapillarsystem, umfassend: eine erste Pumpe in fluider Kommunikation mit einem ersten Flusspfad, der einen ersten Abschnitt einer Flüssigkeit von der ersten Pumpe zu einem ersten Sensor trägt, wobei der erste Sensor in fluider Kommunikation mit einem fluidischen T-Stück steht, wobei der erste Sensor betriebsfähig in dem ersten Flusspfad angeordnet ist und ausgestaltet ist, um ein erstes Signal zu erzeugen; ein erstes Flussdrosselelement, das betriebsfähig in dem ersten Flusspfad angeordnet ist; eine zweite Pumpe in fluider Kommunikation mit einem zweiten Flusspfad, der einen zweiten Abschnitt einer Flüssigkeit von der zweiten Pumpe zu einem zweiten Sensor trägt, wobei der zweite Sensor in fluider Kommunikation mit dem fluidischen T-Stück steht, wobei der zweite Sensor betriebsfähig in dem zweiten Flusspfad angeordnet ist und ausgestaltet ist, um ein zweites Signal zu erzeugen; ein zweites Flussdrosselelement, das betriebsfähig in dem zweiten Flusspfad angeordnet ist; ein dritter Sensor in fluider Kommunikation mit dem fluidischen T-Stück; und Subtraktionsmittel zum Messen eines Druckabfalls zwischen dem ersten Sensor und dem dritten Sensor, wodurch eine erste Flussrate erzeugt wird; Subtraktionsmittel zum Messen eines Druckabfalls zwischen dem zweiten Sensor und dem dritten Sensor, wodurch eine zweite Flussrate erzeugt wird, wobei die erste Flussrate und die zweite Flussrate proportional zu dem Fluss sind, der von der ersten Pumpe bzw. der zweiten Pumpe gefördert wird; Mittel zum Steuern der Flussraten innerhalb jedes Flusspfades mit dem ersten und dem zweiten Signal.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, wobei das Kapillarsystem ein Hochdruckflüssigkeitschromatographiesystem (high pressure liquid chromatography system; HPLC system) umfasst, das Flussströmungsflussraten in einem Bereich von ungefähr 1 nl/Minute bis ungefähr 100 μl/Minute aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Flusssensoren einen Flusssensor des Drucktyps umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Flusssensoren einen thermischen Flusssensor umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Subtraktionsmittel eine elektronische Subtraktionsschaltung umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Mittel zum Steuern der Flussraten auf die Subtraktionsmittel reagieren.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Mittel zum Steuern eine Steuereinheit umfassen, die ein Differenzsignal von den Subtraktionsmitteln empfängt und ausgestaltet ist, die Flüssigkeitsflussrate in den Flusspfaden in Reaktion auf das Differenzsignal anzupassen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Sensoren und die Drosselelemente innerhalb eines isothermischen Blocks enthalten sind.
Verfahren zum Messen von Flussraten auf Nanoskalen einer Flüssigkeit in einem Hochdruckflüssigkeitschromatographiesystem, umfassend: Messen eines ersten Druckes in einem ersten Flusspfad zwischen einer ersten HPLC-Pumpe und einem ersten Sensor; Messen eines zweiten Druckes in einem zweiten Flusspfad zwischen einer zweiten HPLC-Pumpe und einem zweiten Sensor; Messen eines dritten Druckes in einem fluidischen Kreuzstück, umfassend den ersten Druck und den zweiten Druck; Berechnen eines ersten Druckabfalls zwischen dem ersten Druck und dem dritten Druck; Berechnen eines zweiten Druckabfalls zwischen dem zweiten Druck und dem dritten Druck; und Anpassen des Pumpenflussverhältnisses der ersten und der zweiten HPLC-Pumpe, in dem die Differenz zwischen dem ersten Druckabfall und dem zweiten Druckabfall bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Anpassens das Anpassen des Flüssigkeitsflusses in den Flusspfaden umfasst, in dem die Ausgangsflussrate der HPLC-Pumpen verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Kapillarsystem ein Hochdruckflüssigkeitschromatographiesystem umfasst, das Flusspfadflussraten in einem Bereich von ungefähr 50 nl/Minute bis ungefähr 100 μl/Minute aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Messungen durch Druckwandler des ΔP-Typs vorgenommen werden.
Verfahren zum Fördern von Flussraten auf Nanoskalen einer Flüssigkeit in einem Hochdruckflüssigkeitschromatographiesystem, umfassend: Messen einer ersten Flussrate in einem ersten Flusspfad zwischen einer ersten HPLC-Flussquellenpumpe und einem ersten thermischen Sensor, wodurch ein erstes Flussratensignal erzeugt wird; Messen einer zweiten Flussrate in einem zweiten Flusspfad zwischen einer zweiten HPLC-Flussquellenpumpe und einem zweiten thermischen Sensor, wodurch ein zweites Flussratensignal erzeugt wird; und Anpassen eines Pumpenausgangs von wenigstens einer Pumpe der ersten und der zweiten HPLC-Quellenpumpen in Reaktion auf wenigstens ein Signal des ersten und des zweiten Flussratensignals.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Anpassens das Anpassen von Flüssigkeitsfluss in den Flusspfaden umfasst, indem eine Ausgangsflussrate der HPLC-Pumpen verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Kapillarsystem ein Hochdruckflüssigkeitschromatographiesystem umfasst, das Flusspfadflussraten in einem Bereich von ungefähr 50 nl/Minute bis ungefähr 100 μl/Minute aufweist.