DE112009001880T5 - Lichtquelle für mehrere Wellenlängen - Google Patents

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Abstract

Ein Fluidtrennsystem (10) zum Trennen von Verbindungen eines Probenfluids in einer mobilen Phase weist einen Detektor (50) zum Detektieren der getrennten Verbindungen durch Senden eines optischen Anregungssignals in das Probenfluid und zum Empfangen eines Antwortsignals als Reaktion auf das optische Anregungssignal auf. Der Detektor (50) weist eine Lichtquelle (100) zum Senden eines Ausgangslichtstrahls (230) als optisches Anregungssignal auf. Die Lichtquelle (100) weist eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen (200, 200A, 200Z), die jeweils zum Emittieren eines Lichtstrahls (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) mit jeweils einer bestimmten Wellenlänge dienen, und ein Beugungselement (220) auf. Die Vielzahl der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) sind so angeordnet, dass die emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2), die in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Wellenlänge unter einem bestimmten Winkel auf das Beugungselement (220) auftreffen, durch das Beugungselement (220) zum Ausgangslichtstrahl (230) gebeugt werden.

Description

  • ZUGRUNDE LIEGENDE TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtquelle für mehrere Wellenlängen, insbesondere bei einer Anwendung der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie.
  • Bei der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (HPLC, siehe z. B. http://en.wikipedia.org/wiki/HPLC) muss eine Flüssigkeit für gewöhnlich mit einer sehr genau eingestellten Strömungsgeschwindigkeit (z. B. im Bereich von Mikrolitern oder Millilitern pro Minute) und bei sehr hohem Druck befördert werden (üblicherweise bei Drücken von 200 bis 1000 Bar und höher, zurzeit bis zu 2000 Bar, bei denen sich die Komprimierbarkeit der Flüssigkeit bemerkbar macht). Kolben- oder Tauchkolbenpumpen weisen üblicherweise einen oder mehrere Kolben auf, die so angeordnet sind, dass sie in einer entsprechenden Pumpen-Arbeitskammer hin- und hergehende Bewegungen ausführen und dabei die Flüssigkeit innerhalb der Pumpen-Arbeitskammer(n) komprimieren. In der Fluiddynamik und der Flüssigkeitsmessung wird unter der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit (die hier als Strömungsgeschwindigkeit bezeichnet wird) das Fluidvolumen verstanden, das pro Zeiteinheit eine bestimmte Querschnittsfläche durchströmt und für gewöhnlich am Detektionspunkt gemessen wird.
  • Detektoren für HPLC-Anwendungen werden z. B. in den Dokumenten "Agilent 1200 Series Diode Array" und "Multiple Wavelength Detectors User Manual", Nummern der Veröffentlichung G1315-90006 oder G1315-90012, beschrieben, die über http://www.chem.agilent.com/scripts/LiteratureResults.asp abgerufen werden können. Auf Seite 13 (in beiden Dokumenten) wird ein optisches System eines Detektors dargestellt. Als Strahlungsquelle dient eine Kombination einer Deuterium-Bogenentladungslampe (z. B. Agilent Teilenummer 5181-1530) für den ultravioletten (UV) Wellenlängenbereich und eine Wolframlampe für den sichtbaren (VIS) und den kurzwelligen Wellenlängenbereich im nahen Infrarot (SWNIR). Ein Bild des Glühfadens der Wolframlampe wird mittels einer rückseitig zugänglichen (Durchlicht-) Lampenkonstruktion auf eine Entladungsöffnung der Deuteriumlampe fokussiert, sodass beide Lichtquellen optisch miteinander kombiniert werden können und bis zur Lichtquellenlinse eine gemeinsame Achse haben. Ein Achromat (Lichtquellenlinse) bildet einen einzelnen, fokussierten Lichtstrahl durch eine Durchflusszelle. In einem Spektrometer wird das Licht durch ein holografisches Gitter auf eine Fotodiodenanordnung gebeugt. Dadurch können alle Wellenlängeninformationen gleichzeitig erfasst werden.
  • Nähere Einzelheiten zu Deuteriumlampen sind in den US-Patentschriften Nr. 4 611 143 A , 7 359 049 B2 und zu Durchlichtlampen in den Offenlegungsschriften DE 19 920 579 A1 oder WO 2008/025 523 A1 zu finden.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lichtquelle für mehrere Wellenlängen, insbesondere für HPLC-Anwendungen, bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die Hauptansprüche gelöst. Weitere Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen gezeigt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fluidtrennsystem zum Trennen der Verbindungen eines in eine mobile Phase eingegebenen Probenfluids bereitgestellt. Das Fluidtrennsystem weist einen Detektor zum Detektieren getrennter Verbindungen durch Senden eines optischen Anregungssignals an das Probenfluid und Empfangen eines Antwortsignals (ein Signal als Reaktion auf das optische Anregungssignal) auf. Der Detektor weist eine Lichtquelle zum Erzeugen eines Ausgangslichtstrahls auf, bei dem es sich entweder bereits um das optische Anregungssignal handelt oder von dem das optische Anregungssignal abgeleitet werden kann. Die Lichtquelle weist eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen und ein Beugungselement auf. Jedes der lichtemittierenden Elemente dient zum Emittieren eines Lichtstrahls mit einer bestimmten Wellenlänge (wenn das lichtemittierende Element in Betrieb ist, z. B. wenn es eingeschaltet ist). Die lichtemittierenden Elemente sind so angeordnet, dass von diesem emittierte Lichtstrahlen in einem bestimmten von der jeweiligen Wellenlänge des betreffenden emittierten Lichtstrahls abhängigen Winkel auf das Beugungselement auftreffen. Das Beugungselement beugt die so auftreffenden Lichtstrahlen zum Ausgangslichtstrahl.
  • Durch das Fluidtrennsystem gemäß der vorliegenden Erfindung können somit in der HPLC verwendete herkömmliche Lichtquellen für mehrere Wellenlängen entweder miteinander kombiniert oder sogar ersetzt werden, was insbesondere auf die oben erwähnten Deuteriumlampen zutrifft, die (schon seit einiger Zeit) als begrenzender Faktor beim Detektieren von Probenverbindungen in solchen Fluidtrennsystemen angesehen werden. Auf diese Weise können bestimmte Arten von Lichtquellen ”nachgebildet” und somit (je nach Anordnung der lichtemittierenden Elemente) verschiedene Lampentypen ”simuliert” werden, ohne die Lichtquelle des Fluidtrennsystems auswechseln zu müssen. Zum Beispiel können können Detektoren mit variabler Wellenlänge (VWD) oder Detektoren für mehrere Wellenlängen (MWD) durch ein und denselben Detektor nachgebildet werden, ohne die Lichtquelle auswechseln zu müssen.
  • Durch die Lichtquelle der vorliegenden Erfindung können Lichtquellen mit verschiedenen Wellenlängen miteinander kombiniert und somit die Lichtquelle entsprechend verschiedenen Anforderungen gestaltet und angepasst werden. Zum Beispiel kann die Lichtquelle in Abhängigkeit von den speziellen Anforderungen einer bestimmten Anwendung für eine solche Anwendung nur einen Teil seiner lichtemittierenden Elemente nutzen. Ferner können durch eine zweckentsprechende Gestaltung und/oder Einstellung der lichtemittierenden Elemente bestimmte Profile (z. B. in Bezug auf die bei einer bestimmten Wellenlänge abgestrahlte optische Leistung) gewonnen werden. Wenn zum Beispiel alle aktiven lichtemittierenden Elemente mit einer bestimmten (z. B. derselben) Leistung emittieren, zeigt der vom Beugungselement erzeugte Ausgangslichtstrahl (insbesondere in Abhängigkeit von den speziellen Eigenschaften der lichtemittierenden Elemente und/oder des Beugungselements) ein Spektrum mit normalisierten Intensitäten und/oder einer normalisierten Ausgangsleistung der entsprechenden Wellenlängenkomponenten. Es ist klar, dass auf diese Weise jedes gewünschte Profil durch zweckentsprechende Auswahl und Anordnung der Vielzahl von lichtemittierenden Elementen gewonnen werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Lichtfleck (z. B. die beleuchtete Fläche) des Ausgangslichtstrahls (z. B. anders als bei den herkömmlichen Deuteriumlampen) vor allem in Abhängigkeit von den Eigenschaften der lichtemittierenden Elemente (z. B. deren Größe) und/oder der Beugungselemente relativ klein gestaltet werden kann. Somit können eine hohe Leistungsdichte und eine kleine Fläche des Lichtflecks erzeugt werden, wodurch die Qualität der Detektion der Probenverbindungen verbessert wird.
  • Eine Ausführungsform weist ferner eine mit der Lichtquelle verbundene Steuereinheit auf, die zur Steuerung der Funktion der Lichtquelle und/oder eines oder mehrerer der lichtemittierenden Elemente dient. Mittels einer solchen Steuereinheit können die speziellen Eigenschaften des Ausgangslichtstrahls (noch) besser gestaltet, ausgewählt und/oder gesteuert werden. Somit kann der Ausgangslichtstrahl z. B. in Bezug auf seine Wellenlängenkomponenten (die auch als Spektralkomponenten bezeichnet werden) und das Intensitätsprofil einer bestimmten Anwendung angepasst werden.
  • Bei einer Ausführungsform steuert die Steuereinheit eine Anzahl der gleichzeitig Lichtstrahlen aussendenden lichtemittierenden Elemente, z. B. unter Verwendung einer Schalteinheit, die selektiv eines oder mehrere der lichtemittierenden Elemente ein- oder ausschaltet.
  • Wenn die lichtemittierenden Elemente einzeln angesteuert und ein- und ausgeschaltet werden können, kann das Streulicht verringert werden, wobei nur solche lichtemittierenden Elemente ausgewählt und aktiviert werden müssen, die für das gewünschte Profil des Ausgangslichtstrahls erforderlich sind.
  • Bei einer Ausführungsform steuert die Steuereinheit die jeweilige Wellenlänge (oder das Wellenlängenprofil) eines oder mehrerer der lichtemittierenden Elemente. Dadurch können das Wellenlängenprofil und die Gestalt des Ausgangslichtstrahls eingestellt oder abgestimmt werden. Das kann z. B. durch Steuern mindestens eines der Parameter Temperatur, Strom und Spannung eines oder mehrerer der lichtemittierenden Elemente oder durch Ein- und Ausschalten der entsprechenden lichtemittierenden Elemente erfolgen.
  • Bei einer Ausführungsform steuert die Steuereinheit die Modulation und/oder das Multiplexen eines oder mehrerer der emittierten Lichtstrahlen. Mit einer solchen Ausführungsform kann ein Empfängertyp verwendet werden, der die einzelnen Wellenlängenkomponenten des empfangenen Antwortsignals an sich nicht detektieren/unterscheiden kann. Ein solcher Empfänger (zum Beispiel eine optoelektronische Fotodiode) könnte demzufolge nur die resultierende Intensität des Antwortsignals detektieren. Wenn die emittierten Lichtstrahlen moduliert und/oder gemultiplext werden, können einzelne Wellenlängenkomponenten im Antwortsignal verfolgt werden, ohne einen wellenlängenabhängigen oder selektiven Empfänger zu benötigen.
  • Bei einer Ausführungsform steuert die Steuereinheit das Zeitmultiplexen, das Frequenzmultiplexen, das Code-Multiplexen, die Amplitudenmodulation und/oder die Frequenzmodulation eines oder mehrerer der emittierten Lichtstrahlen. Die allgemeinen Grundgedanken des Multiplexens und der Modulation sind bestens bekannt und werden z. B. unter http://en.wikipedia.org/wiki/Multiplexing oder http://en.wikipedia.org/wiki/Modulation zusammen mit deren Unterkapiteln beschrieben. Das Code-Multiplexen, das sich als besonders brauchbar erwiesen hat, wird z. B. unter http://en.wikipedia.org/wiki/Code-division_multiple_access beschrieben.
  • Bei einer Ausführungsform steuert die Steuereinheit die Intensität mindestens eines der lichtemittierenden Elemente und/oder deren emittierten Lichtstrahlen und ermöglicht somit eine aktive Steuerung des Profils des Ausgangslichtstrahls in Bezug auf seine Intensitätskomponenten.
  • Ein oder mehrere der emittierten Lichtstrahlen können bezüglich ihrer Intensität normalisiert werden, sodass das Anregungssignal mit einem definierten Intensitätsprofil (zum Beispiel mit einem im Wesentlichen ebenen Intensitätsprofil) zumindest in einem ausgewählten Spektralbereich oder -teilbereich bereitgestellt werden kann, sodass alle Komponenten des Anregungssignals eine definierte (z. B. dieselbe) Intensität aufweisen. Dadurch kann die Anfälligkeit sowohl des Anregungssignals als auch des Antwortsignals für spektrale Änderungen verringert werden, die ansonsten irrtümlich als Signal gedeutet werden könnten. Beispielsweise weist eine herkömmliche Deuteriumlampe bei bestimmten Wellenlängen diskrete Intensitäts-Peaks auf. Jede Wellenlängenverschiebung oder -änderung im Bereich solcher Peaks verursacht eine beträchtliche Änderung des Signals, die jedoch nicht durch das Probenfluid verursacht wird und somit kein erwünschtes Signal, sondern ein Fehlsignal darstellt, das zu Messungenauigkeiten führt. Ein weiterer Vorteil der normalisierten Spektralintensitäten besteht darin, dass elektronische Module der Steuereinheit in demselben oder in nahezu demselben Verstärkungsbereich arbeiten können.
  • Ein oder mehrere der lichtemittierenden Elemente können durch eine lichtemittierende Diode (LED) realisiert werden, bei der es sich zum Beispiel um eine Halbleiter-LED oder eine organische LED (OLED), eine LED-Matrix, eine Plasmaquelle wie beispielsweise ein Mikroplasma, eine Laserdiode, eine Entladungslampe wie beispielsweise eine Mikro-Entladungslampe usw. handeln kann. Es ist klar, dass die Lichtquelle verschiedene Arten von lichtemittierenden Elementen aufweisen und somit für den Ausgangslichtstrahl das gewünschte Wellenlängenprofil bereitstellen kann.
  • Das Beugungselement kann durch ein Beugungsgitter realisiert werden, bei dem es sich zum Beispiel um ein ebenes oder um ein sphärisches Beugungsgitter (das aufgrund seiner sphärischen Form fokussierend wirkt) handeln kann. Alternativ kann ein Prisma verwendet werden. Zum Fokussieren, Defokussieren und/oder Umlenken der Lichtstrahlen können auch ein oder mehrere Linsen und/oder Spiegel verwendet werden.
  • Bei einer Ausführungsform ermöglicht die Lichtquelle auch, das Antwortsignal zu empfangen und dient somit auch als Empfänger. In diesem Fall wird der empfangene Antwortstrahl durch das Beugungselement unter einem Winkel gebeugt, der von der Wellenlänge der betreffenden Wellenlängenkomponenten im Antwortstrahl abhängt. Alle oder zumindest ein Teil der lichtemittierenden Elemente sind auch in der Lage, die entsprechenden durch das Beugungselement gebeugten Wellenlängenkomponenten abzutasten.
  • Außerdem, oder wenn die lichtemittierenden Elemente nicht als Lichtsensoren geeignet sind, kann das Antwortsignal gegenüber dem Ausgangslichtstrahl (räumlich) versetzt werden, sodass die gebeugten Komponenten des Antwortlichtstrahls ebenfalls gegenüber den von den lichtemittierenden Elementen emittierten Lichtstrahlen (räumlich) versetzt sind. Auf diese Weise können ein oder mehrere Lichtdetektorelemente (z. B. eine Fotodiodenanordnung) bereitgestellt werden, die räumlich von den lichtemittierenden Elementen getrennt sind (d. h., eine andere räumliche Lage aufweisen). Ein räumlicher Versatz kann bedeuten, dass sich die lichtemittierenden Elemente, zum Beispiel in Form einer ersten Anordnung, an einem Ort und die optischen Empfangselemente, zum Beispiel in Form einer zweiten Anordnung, an einem anderen Ort befinden. Ein räumlicher Versatz kann auch bedeuten, dass ein bestimmtes lichtemittierendes Element und ein entsprechendes lichtempfangendes Element (in dem Sinne, dass die beiden Elemente dieselbe Wellenlänge entweder emittieren oder empfangen) räumlich direkt nebeneinander angeordnet werden, z. B. in Form benachbarter oder angrenzender Elemente, und somit ein Paar von Emissions- und Empfangselementen bilden. Mehrere solcher Paare können dann zu einer Matrix zusammengesetzt oder angeordnet werden.
  • Der Versatz des Antwortsignals kann z. B. durch die Verwendung eines Umkehrelements (zum Beispiel alle Arten von Reflexionselementen, ein Spiegel, ein Winkelspiegel usw.) erreicht werden, das den empfangenen Lichtstrahl räumlich versetzt in die entgegengesetzte Richtung zurückwirft. Je nach Anordnung kann der zurückgeworfene Lichtstrahl wieder durch das Probenfluid oder in einen anderen Strahlengang gelenkt werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen verwendet die Steuereinheit mindestens einen vom Beugungselement kommenden Lichtstrahl, um die Funktion der Lichtquelle zu steuern. Ein solcher Lichtstrahl kann vom Beugungselement entweder gebeugt oder reflektiert (d. h. in nullter Ordnung) werden. Dadurch kann der Ausgangslichtstrahl insbesondere in Bezug auf sein Spektral- und Intensitätsprofil sowie die Stabilität seiner optischen Ausgangsleistung (Intensität) überwacht werden. Somit kann kann eine in-situ-Überwachung und Steuerung des Ausgangslichtstrahls erreicht werden, ohne diesen zu beeinflussen, da solche zur Überwachung verwendeten Lichtstrahlen nicht aus dem Ausgangslichtstrahl ausgekoppelt, sondern ”automatisch” vom Beugungselement bereitgestellt werden.
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Eingangsstrahl verwendet, um Licht in nullter Ordnung in den Ausgangsstrahl einzukoppeln, wobei das eingekoppelte Licht von den lichtemittierenden Elementen unabhängig ist. Der Eingangsstrahl stellt einen Strahl dar, der durch das Beugungselement in nullter Ordnung ”in den Ausgangsstrahl” reflektiert wird, d. h. unter demselben Winkel (Absolutwert), mit welchem der Ausgangsstrahl das Beugungselement verlässt. Dadurch können bestimmte Wellenlängenkomponenten, polychromatische Wellenlängenspektren, Lichtarten (z. B. Licht von einer herkömmlichen Deuteriumlampe) usw. unabhängig von der Wellenlänge eines solchen eingekoppelten Lichts in den Ausgangsstrahl eingekoppelt werden. Außerdem können somit bestimmte Wellenlängenkomponenten der lichtemittierenden Elemente zum Ausgangsstrahl hinzugefügt und entsprechend mit diesem verstärkt werden.
  • Obwohl die Erfindung im Wesentlichen im gesamten optischen Wellenlängenbereich angewendet werden kann, z. B. vom fernen UV bis zum Infrarot, haben sich bestimmte Wellenlängenbereiche für die Fluidtrennung als besonders brauchbar erwiesen, zum Beispiel vom fernen UV bis zum nahen Infrarot, z. B. von 200 nm bis 1000 nm oder von 200 nm bis 400 nm (und bis zu 600 nm).
  • Nähere Einzelheiten zu den in der HPLC verwendeten Detektoren sind problemlos verfügbar, z. B. in dem Internet-Dokument "The Diode Array Detector", siehe http://www.chromatography-online.org/HPLC-Detectors/UV/Diode-Array/rs49.html; in dem Buch "Spectrochemical Analysis", James D. Ingle, 1988, ISBN 0-13-826876-2; oder in der Broschüre "Applications of diode-array detection in HPLC", L. Huber, 1989, Hewlett-Packard Co., Nummer der Veröffentlichung 12-5953-2330.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in den meisten üblicherweise verfügbaren HPLC-Systemen realisiert werden, zum Beispiel in dem LC-System der Produktreihe Agilent 1200 Rapid Resolution oder der Produktreihe Agilent 1100 HPLC (beide angeboten vom Anmelder Agilent Technologies – siehe www.agilent.com – und hier durch Bezugnahme eingeschlossen).
  • Eine Ausführungsform weist eine Pumpvorrichtung auf, die einen hin- und herlaufenden Kolben in einer Pumpen-Arbeitskammer aufweist, um eine Flüssigkeit in der Pumpen-Arbeitskammer mit einem hohen Druck zu komprimieren, bei dem sich die Komprimierbarkeit der Flüssigkeit bemerkbar macht.
  • Eine Ausführungsform weist zwei Pumpvorrichtungen auf, die entweder in Reihe oder parallel miteinander verbunden sind. Bei der in EP 309596 A1 beschriebenen Reihenschaltung ist ein Ablauf der ersten Pumpvorrichtung mit einem Zulauf der zweiten Pumpvorrichtung verbunden, und ein Ablauf der zweiten Pumpvorrichtung stellt einen Ablauf der Pumpe dar. Bei der parallelen Anordnung ist ein Zulauf der ersten Pumpvorrichtung mit einem Zulauf der zweiten Pumpvorrichtung verbunden, und ein Ablauf der ersten Pumpvorrichtung mit einem Ablauf der zweiten Pumpvorrichtung verbunden, der einen Ablauf der Pumpe darstellt. In beiden Fällen ist ein Flüssigkeitsablauf der ersten Pumpvorrichtung, vorzugsweise im Wesentlichen um eine Phase von 180 Grad, in Bezug auf einen Flüssigkeitsablauf der zweiten Pumpvorrichtung verschoben, sodass nur eine Pumpvorrichtung Flüssigkeit in das System einspeist, während die andere Flüssigkeit aufnimmt (z. B. von der Zufuhreinrichtung), und somit am Ablauf eine kontinuierliche Strömung gewährleistet werden kann. Es ist jedoch klar, dass auch beide Pumpvorrichtungen zumindest während bestimmter Übergangsphasen parallel (d. h. gleichzeitig) betrieben werden können, z. B. um einen gleitenden Übergang zwischen den Pumpzyklen der Pumpvorrichtungen zu gewährleisten. Die Phasenverschiebung kann geändert werden, um das Pulsieren des Flüssigkeitsstroms zu glätten, das durch die Komprimierbarkeit der Flüssigkeit bedingt ist. Bekannt ist auch die Verwendung von drei Kolbenpumpen mit einer Phasenverschiebung von 120 Grad.
  • Die Trenneinrichtung weist vorzugsweise eine Chromatographiesäule auf (siehe z. B. http://en.wikipedia.org/wiki/Column_chromatography), welche die stationäre Phase bereitstellt. Bei der Säule kann es sich um ein Glas- oder Stahlrohr (z. B. mit einem Durchmesser von 50 μm bis 5 mm und einer Länge von 1 cm bis 1 m) oder um eine Mikrofluidsäule handeln (wie z. B. beschrieben in EP 1577012 oder wie das HPLC-Chip/MS-System der Produktreihe Agilent 1200, angeboten vom Anmelder Agilent Technologies, siehe z. B. http://www.chem.agilent.com/Scripts/PDS.asp?IPage=38308). Zum Beispiel kann mit einem Pulver der stationären Phase eine Suspension hergestellt und dann in die Säule gegossen und eingepresst werden. Die einzelnen Komponenten werden dann unterschiedlich stark durch die stationäre Phase verzögert und voneinander getrennt, während sie zusammen mit dem Eluenten die Säule mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchlaufen. Das Ende der Säule verlassen sie dann jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt. Während des gesamten chromatographischen Prozesses kann das Eluat auch als Serie von Fraktionen gesammelt werden. Als stationäre Phase oder Adsorbens wird in der Säulenchromatographie üblicherweise ein festes Material verwendet. Am gebräuchlichsten für die stationäre Phase für die Säulenchromatographie ist Silicagel, gefolgt von Aluminiumoxid. Früher ist oft auch Cellulosepulver verwendet worden. Auch die Ionenaustausch-Chromatographie, die Umkehrphasen-Chromatographie (RP), die Affinitäts-Chromatographie oder die Expanded-Bed-Adsorption (EBA) können verwendet werden. Bei den stationären Phasen handelt es sich üblicherweise um fein gemahlene und/oder mikroporöse Pulver oder Gele, um die Oberfläche zu vergrößern, obwohl bei der EBA ein Fließbett Anwendung findet.
  • Bei der mobilen Phase oder dem Eluenten handelt es sich entweder um ein reines Lösemittel oder um eine Mischung verschiedener Lösemittel. Die mobile Phase kann so gewählt werden, dass z. B. die Retention der interessierenden Verbindungen oder die Menge der zur Chromatographie benötigten mobilen Phase auf ein Mindestmaß beschränkt wird. Die mobile Phase kann auch so gewählt werden, dass die verschiedenen Verbindungen wirksam getrennt werden. Die mobile Phase kann ein organisches Lösemittel wie z. B. Methanol oder Acetonitril aufweisen, das oft mit Wasser verdünnt wird. Bei der Gradientenelution werden Wasser und organisches Lösemittel in getrennten Flaschen bereitgestellt, aus denen die Gradientenpumpe ein programmiert verändertes Gemisch in das System einspeist. Als weitere üblicherweise verwendete Lösemittel kommen Isopropanol, THF, Hexan, Ethanol und/oder deren beliebige Kombinationen oder beliebige Kombinationen mit den oben erwähnten Lösemitteln infrage.
  • Das Probenfluid kann jede Art von Probenflüssigkeit aufweisen, zum Beispiel natürliche Proben wie Obstsaft, Körperflüssigkeiten wie Plasma oder das Reaktionsprodukt aus einer Fermentbrühe.
  • Der Druck in der mobilen Phase kann von 20 bis 2000 Bar, insbesondere von 100 bis 1500 Bar und speziell von 500 bis 1200 Bar reichen.
  • Das HPLC-System kann ferner eine Probenbeschickungseinheit zum Einspeisen des Probenfluids in den Flüssigkeitsstrom der mobilen Phase, einen Detektor zum Detektieren der getrennten Verbindungen des Probenfluids, eine Fraktionierungseinheit zum Ausgeben der getrennten Verbindungen des Probenfluids oder deren beliebige Kombinationen aufweisen. Nähere Einzelheiten des HPLC-Systems werden in Bezug auf das LC-System der Produktserie Agilent 1200 Rapid Resolution oder die Produktserie Agilent 1100 HPLC beschrieben, die vom Anmelder Agilent Technologies, unter www.agilent.com angeboten werden und hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
  • Ausführungsformen der Erfindung können ganz oder teilweise durch ein oder mehrere geeignete Softwareprogramme realisiert oder unterstützt werden, die auf einem beliebigen Datenträger gespeichert oder anderweitig bereitgestellt werden und in oder durch eine geeignete Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden können. Softwareprogramme oder -routinen können vorzugsweise in oder durch die Steuereinheit angewendet werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Aufgaben und viele der mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verbundenen Vorteile werden klarer und verständlicher unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen bzw. funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
  • 1 zeigt ein Flüssigkeitstrennsystem 10 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, das z. B. bei der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (HPLC) verwendet wird.
  • 2 veranschaulicht die grundlegende Funktionsweise einer typischen Ausführungsform des Detektors 50.
  • 3 zeigt ein Beispiel der Lichtquelle 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 veranschaulicht eine Ausführungsform zum Zeitmultiplexen der Lichtquelle 100.
  • 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Frequenzmultiplexen Anwendung findet.
  • Die 6A und 6B veranschaulichen Ausführungsformen, bei denen die emittierten Lichtstrahlen 210 jeweils mit einem charakteristischen Identifizierungsteil codiert werden.
  • 7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Empfänger 120 ähnlich wie die Lichtquelle 100 beschaffen ist.
  • 8 zeigt eine Ausführungsform des Detektors 50, bei der die Lichtquelle 100 auch zum Empfangen des Antwortsignals verwendet wird.
  • 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Steuereinheit 70 mindestens einen vom Beugungselement 220 kommenden Lichtstrahl nutzt, um die Funktion der Lichtquelle 100 zu steuern.
  • 10 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Eingangsstrahl 950 zum Einkoppeln von Licht in den Ausgangsstrahl 230 in nullter Ordnung verwendet wird.
  • Die 11 und 12 zeigen Ausführungsformen der Lichtquelle 100, die mehrere Ausgangslichtstrahlen liefert.
  • Bei genauerer Betrachtung der Zeichnungen zeigt 1 ein allgemeines Schema eines Flüssigkeitstrennsystems 10. Eine Pumpe 20 dient zum Fördern einer mobilen Phase und pumpt eine mobile Phase durch eine Trenneinheit 30 (wie beispielsweise eine chromatographische Säule), die eine stationäre Phase aufweist. Zwischen der Pumpe 20 und der Trenneinheit 30 kann eine Dosiereinheit 40 angeordnet sein, um ein Probenfluid in die mobile Phase einzuspeisen. Die stationäre Phase der Trenneinheit 30 dient zum Trennen der Verbindungen des Probenfluids. Zum Detektieren der getrennten Verbindungen des Probenfluids steht ein Detektor 50 bereit. Zum Ausgeben der getrennten Verbindungen des Probenfluids kann eine Fraktionierungseinheit 60 bereitgestellt werden.
  • Eine Datenverarbeitungseinheit 70, bei der es sich um einen herkömmlichen PC oder einen Arbeitsplatzrechner handeln kann, kann mit einer oder mehreren Einheiten im Flüssigkeitstrennsystem 10 verbunden sein (durch gestrichelte Pfeile dargestellt), um Daten zu empfangen und/oder den Betrieb zu steuern. Zum Beispiel kann die Datenverarbeitungseinheit 70 den Betrieb der Pumpe 20 steuern (zum Beispiel durch Einstellen der Steuerparameter) und von dieser Informationen über die aktuellen Arbeitsbedingungen (zum Beispiel einen Ausgangsdruck, die Fließgeschwindigkeit usw. an einem Ablauf der Pumpe 20) empfangen. Die Datenverarbeitungseinheit 70 kann auch den Betrieb der Dosiereinheit steuern (zum Beispiel die Probeninjektion oder das Synchronisieren der Probeninjektion mit den Betriebszuständen der Pumpe 20). Auch die Trenneinheit 30 kann durch die Datenverarbeitungseinheit 70 gesteuert werden (zum Beispiel durch Auswählen eines bestimmten Fließweges oder einer bestimmten Säule, durch Einstellen der Arbeitstemperatur usw.) und ihrerseits Informationen (zum Beispiel über die Arbeitsbedingungen) an die Datenverarbeitungseinheit 70 senden. Desgleichen kann auch der Detektor 50 durch die Datenverarbeitungseinheit 70 gesteuert werden (z. B. in Bezug auf die spektralen oder Wellenlängeneinstellungen, die Wahl der Zeitkonstanten, Beginn und Ende der Datenerfassung) und Informationen (zum Beispiel über die detektierten Probenverbindungen) an die Datenverarbeitungseinheit 70 senden. Die Datenverarbeitungseinheit 70 kann auch den Betrieb der Fraktionierungseinheit 60 steuern (zum Beispiel in Verbindung mit den vom Detektor 50 empfangenen Daten) und Daten wieder zurückliefern.
  • In 2 emittiert die Lichtquelle 100 ein (durch den Pfeil 105 dargestelltes) optisches Anregungssignal in eine Strömungszelle 110, durch welche die mobile Phase 110 (die auch das Probenfluid oder dessen entsprechende getrennte Verbindungen aufweisen kann) geleitet wird. Ein Empfänger 120 empfängt ein Antwortsignal als Reaktion auf das optische Anregungssignal. Im Idealfall (d. h. ohne unerwünschtes Ein- und Auskoppeln und/oder irgendwelche Einflüsse einer Störquelle) repräsentiert das Antwortsignal das Anregungssignal nach dem Durchlaufen des Fluids in der Strömungszelle 110. Allerdings können Streulicht, ausgekoppelte Bestandteile des Anregungssignals usw. das empfangene Antwortsignal beeinflussen und z. B. das Signal-Stör-Verhältnis verringern. Ferner zeigt 2 eine Leitung 130 an einem Zulauf der Strömungszelle 110 und eine Leitung 140 an einem Ablauf der Strömungszelle 110, um den Grundaufbau einer typischen Anordnung der Strömungszelle bei HPLC-Anwendungen zu veranschaulichen. Die Strömungsrichtung der mobilen Phase ist durch den Pfeil 150 angezeigt.
  • Der Detektor 50 kann dazu verwendet werden, die Extinktion durch das Fluid (d. h. die mobile Phase mit oder ohne das Probenfluid) in der Strömungszelle 110 zu detektieren. Änderungen der Extinktion zeigen Änderungen im Fluid an und ermöglichen Rückschlüsse auf die Eigenschaften der in der Strömungszelle 110 vorhandenen getrennten Verbindungen. Während sich die mobile Phase zusammen mit dem Probenfluid ständig durch die Strömungszelle 110 bewegt, empfängt der Empfänger 120 ein zeitlich veränderliches Signal (das für gewöhnlich als Chromatogramm bezeichnet wird). Nähere Einzelheiten zu solchen Absorptionszellen sind in der Technik allgemein bekannt und brauchen hier nicht im Einzelnen dargelegt zu werden. Beispiele sind z. B. in den oben erwähnten Dokumenten wie ”Agilent 1200 Series Diode Array” und ”Multiple Wavelength Detectors User Manual”, EP 1 522 849 A1 und EP 0 762 119 A1 zu finden.
  • Ein anderes, in der Technik ebenfalls bestens bekanntes Detektionsverfahren stellt die Fluoreszenzdetektion dar. Das Anregungssignal regt die Bildung eines Fluoreszenzsignals im Fluid an, das dann durch den Empfänger 120 detektiert wird, was in dem oben erwähnten Buch "Spectrochemical Analysis" von James D. Ingle ausführlich erläutert wird. Weitere auch in diesem Buch dargestellte Detektionsverfahren stellen die Brechzahl- und die Streulichtmessung dar. Es ist klar, dass jede geeignete Art der Detektion entsprechend für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
  • 3 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform der Lichtquelle 100 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Lichtquelle 100 weist eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen 200 auf. Bei der Ausführungsform vom 3 wird die Vielzahl der lichtemittierenden Elemente 200 durch eine Anordnung von Leuchtdioden (LED) realisiert. Zur Vereinfachung werden in 3 nur die beiden äußeren LEDs einzeln als lichtemittierende Elemente 200A und 200Z dargestellt. Jedes lichtemittierende Element 200A, ..., 200Z dient zum Emittieren eines Lichtstrahls 210. Bei dem Beispiel von 3 ist der Lichtstrahl 210 vom lichtemittierenden Element 200A durch die Lichtstrahlen 210A1 und 210A2 dargestellt, die den auf ein Beugungselement 220 auftreffenden Lichtstrahl 210 des lichtemittierenden Elements 200A einschließen, wobei das Beugungselement 220 in diesem Beispiel durch ein Gitter realisiert wird. Entsprechend ist der vom lichtemittierenden Element 200Z emittierte Lichtstrahl 210 durch die beiden Lichtstrahlen 210Z1 und 210Z2 dargestellt, die das Beugungselement 220 einschließen.
  • Aufgrund der Beugungseigenschaften des Beugungselements 220 wird das auf das Beugungselement 220 auftreffende Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge des auftreffenden Lichtstrahls gebeugt. Wenn die lichtemittierenden Elemente 200 entsprechend ihrer emittierten Wellenlänge unter einem bestimmten Winkel in Bezug auf das Beugungselement 220 angeordnet sind, kann ein Ausgangslichtstrahl 230 erzeugt werden, der Wellenlängenkomponenten der emittierten Lichtstrahlen 210 aufweist. Das technische Verfahren zur Vereinigung der Spektralkomponenten unter Verwendung eines Beugungselements wird auch in den US-Patentschriften Nr. 3 472 594 oder 7 248 359 B2 beschrieben, deren Lehren hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
  • Ferner kann eine optische Anordnung 240, beispielsweise ein oder mehrere optische Bauelemente wie beispielsweise eine Aperturöffnung, ein Spalt, ein Lichtwellenleiter und ein Wellenleiterabschnitt, möglicherweise in Verbindung mit einer Linse, einem Spiegel usw. bereitgestellt werden, um den Ausgangsstrahl 230 zu leiten und/oder unerwünschte Spektralkomponenten oder andere in den Ausgangsstrahl 230 eindringende Lichtstrahlen zu verringern.
  • Der Vollständigkeit halber ist zu erwähnen, dass die Strahlen 250 und 260 den äußeren Teil eines divergierenden Ausgangsstrahls 230 darstellen. Es ist klar, dass im Fall eines ebenen Beugungselements 220 (z. B. bei einem ebenen Gitter) der Ausgangsstrahl 230 – im Gegensatz zu dem in den Figuren gezeigten sphärisch geformten Beugungselement 220 – parallel verlaufen kann, insbesondere wenn die lichtemittierenden Elemente 200 parallele Strahlen 210 emittieren (im Gegensatz zu den in den Figuren gezeigten divergierenden Strahlen).
  • Wenn die lichtemittierenden Elemente 200A bis 200Z zweckmäßigerweise so angeordnet sind, dass das Beugungselement 220 jeden der emittierten Lichtstrahlen 210 auf den Ausgangslichtstrahl 230 abbilden kann, kann die Lichtquelle 100 entsprechend so betrieben werden, dass sie dem Ausgangsstrahl 230 eine spektrale Zusammensetzung zuweist, die durch die Zusammenstellung und Anordnung der lichtemittierenden Elemente 200 definiert und vorgegeben ist. Somit kann der Ausgangslichtstrahl 230 mit einer gewünschten spektralen Zusammensetzung oder einem gewünschten spektralen Profil erzeugt oder gestaltet werden. Auf diese Weise können bestimmte spektrale Zusammensetzungen oder Profile, zum Beispiel von bekannten und gängigen Lichtquellen (wie beispielsweise der oben erwähnten Deuteriumlampe) nachgebildet/simuliert oder sogar optimiert werden. Es können jedoch auch vollkommen neue spektrale Zusammensetzungen abgeleitet und z. B. für eine bestimmte Anwendung optimiert werden. Die Intensitäten der Spektralkomponenten können auch normalisiert werden, sodass die spektrale Intensitätskurve flach verläuft und damit die Messgenauigkeit verbessert werden kann. Aufgrund der wellenlängenabhängigen Filtereigenschaften des Beugungselements 220 kann der Ausgangslichtstrahl 230 mit einer besseren spektralen Reinheit erhalten werden.
  • Bei den in 3 gezeigten bevorzugten Ausführungsformen sind die lichtemittierenden Elemente 200 in Form einer Anordnung von lichtemittierenden Elementen 200 realisiert, die vorzugsweise eine Vielzahl (als Matrix zusammengefasster) einzelner LEDs aufweisen. Die spektrale Zusammensetzung der Matrix kann an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Auch die räumliche und geometrische Anordnung der einzelnen LEDs in der Matrix 200 kann an die geometrische und räumliche Gestaltung der Lichtquelle 100 und insbesondere an die speziellen Beugungseigenschaften des Beugungselements 220 angepasst werden. Es ist klar, dass die Eigenschaften (insbesondere die geometrische und räumliche Gestaltung) des Beugungselements 220 auch an die Anforderungen und Eigenschaften (z. B. die geometrische und räumliche Gestaltung) der lichtemittierenden Elemente 200 angepasst werden können.
  • Die Lichtquelle 100 ermöglicht nicht nur den Ausgangslichtstrahl 230 mit einer definierten polychromatischen Lichtzusammensetzung auszustatten (z. B. als Ersatz für eine herkömmliche Detektorlampe), sondern es ist auch klar, dass die spektrale Zusammensetzung und das spektrale Profil durch gezieltes Ansteuern eines oder mehrerer der einzelnen lichtemittierenden Elemente 200, z. B. einfach durch Ein- und Ausschalten, zeitlich verändert werden können, sodass im Lauf der Zeit bestimmte Spektralkomponenten zugefügt oder entfernt werden können und/oder die Intensität einer oder mehrerer Wellenlängenkomponenten des Ausgangslichtstrahls 230 verändert werden kann.
  • Alternativ kann die Lichtquelle 100 auch in einem Einwellenlängenmodus zum Ausgeben des Ausgangslichtstrahls 230 in Form von monochromatischem Licht betrieben werden, indem z. B. nur eines der lichtemittierenden Elemente 200 eingeschaltet wird. Entsprechend kann die Wellenlänge eines solchen monochromatischen Ausgangslichtstrahls im Lauf der Zeit auch verändert werden, indem z. B. von einem zum nächsten lichtemittierenden Element 200 zum anderen umgeschaltet wird, entweder fortlaufend oder mit einer bestimmten Verzögerung.
  • Durch die Verwendung von LEDs entweder einzeln oder als Matrix kann die Lichtquelle 100 in einer kleineren, kompakteren und stromsparenderen Form als die insbesondere bei HPLC-Anwendungen verwendeten herkömmlichen Lichtquellen, zum Beispiel die oben erwähnte Deuteriumlampe, bereitgestellt werden. Durch die Verwendung von LEDs wird die Lichtquelle 100 im Gegensatz zu den herkömmlichen Lichtquellen darüber hinaus mechanisch robuster und ermöglicht auch die Gestaltung der Lichtquelle in Miniaturform sowie die Miniaturisierung und Vereinfachung der Gesamtgestaltung des Detektors 50. Außerdem können auf der Grundlage der flexiblen und regulierbaren spektralen Zusammensetzungen und Intensitätsprofile des Ausgangsstrahls 230 völlig neue Detektionssysteme entwickelt werden.
  • Für ein bestimmtes Wellenlängenprofil des Ausgangslichtstrahls 230 nicht benötigte lichtemittierende Elemente können einfach abgeschaltet werden, wodurch auch das Streulicht verringert und die Linearität und die Messgenauigkeit verbessert werden.
  • Bei einer Ausführungsform wird eine so genannte ”Lichtquellen-Wellenlängenbündelung” angewendet, worunter zu verstehen ist, dass die optische Bandbreite des Ausgangssignals 230 (oder mindestens einer oder mehrerer Wellenlängenkomponenten) vergrößert wird, um die Signalenergie und somit die Signalintensität zu erhöhen. Mit anderen Worten, die spektrale Bandbreite mindestens einer Wellenlängenkomponente des Ausgangssignals 230 wird vergrößert. Beispielsweise werde eine erste LED (als ein lichtemittierendes Element 200) mit einer mittleren Wellenlänge von 250 nm und einer spektralen Bandbreite von 6 nm eingeschaltet, um den Ausgangsstrahl 230 zu erzeugen, der am Empfänger 120 wiederum einen Fotostrom von z. B. 10 nA erzeugt. Ein höherer Fotostrom bedeutet normalerweise ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis, aber gleichzeitig ist die Leistungsausbeute der LED begrenzt. Um die Leistung des Ausgangsstrahls 230 zu erhöhen, wird eine zweite LED mit einer mittleren Wellenlänge eingeschaltet, die der mittleren Wellenlänge der ersten LED nahe kommt. Dies lässt sich durch Einschalten weiterer LEDs (mit einer mittleren Wellenlänge nahe der mittleren Wellenlänge der ersten LED) fortsetzen, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis wirksam erhöht wird. Es ist jedoch klar, dass die Lichtquellen-Wellenlängenbündelung andererseits die spektrale Auflösung der Messung begrenzt und insbesondere durch die spektrale Wellenlängenabhängigkeit (z. B. der Absorption) des Probenfluids oder der zu detektierenden Verbindung begrenzt sein wird.
  • Die Lichtquelle 100 kann zum Beispiel in Abhängigkeit vom Typ des verwendeten Empfängers 120 auf unterschiedliche Weise verwendet werden. Wenn zum Beispiel als Empfänger 120 ein Fotodetektor verwendet wird, so misst ein solcher Fotodetektor (z. B. eine Fotodiode) üblicherweise nur die Intensität des empfangenen Signals, kann jedoch nicht zwischen verschiedenen Wellenlängen unterscheiden. Daher repräsentiert in einem solchen Fall die Ausgangsleistung des Fotodetektors 120 die Gesamtleistung des durch den Fotodetektor 120 empfangenen optischen Signals.
  • Die Lichtquelle 100 kann wie eine Lichtquelle genutzt werden, die üblicherweise in einem spektral abstimmbaren Detektor (VWD) verwendet wird, der monochromatisches Licht erzeugt, zum Beispiel nach einem zeitlich veränderlichen Wellenlängenprogramm. Nicht benötigte lichtemittierende Elemente 200 werden einfach ausgeschaltet.
  • Die Lichtquelle 100 kann auch im Mehrwellenlängenmodus wie ein Mehrwellenlängendetektor (MWD) betrieben werden, der als Ausgangslichtstrahl 230 gleichzeitig zwei oder mehr Wellenlängen erzeugt. Wenn als Empfänger 120 ein Fotodetektor verwendet wird, müssen die Spektralkomponenten des empfangenen Antwortsignals irgendwie maskiert werden, damit sie einzeln detektiert werden können. Das kann zum Beispiel durch Zeit- und/oder Frequenzmultiplexen der lichtemittierenden Elemente 200 gemäß den 4 und 5 bewerkstelligt werden.
  • 4 veranschaulicht eine Ausführungsform für das Zeitmultiplexen der Lichtquelle 100. Bei einem ersten Beispiel werden abwechselnd zwei der lichtemittierenden Elemente 200 (die in der Ausführungsform von 4 als die beiden lichtemittierenden Elemente 200A und 200Z bezeichnet sind) ein- und ausgeschaltet. Das resultierende Signal ist in 4 dargestellt, wobei die Abszisse die Zeit t und die Ordinate die Wellenlängenkomponente l repräsentiert. Das Ein- und Ausschalten der lichtemittierenden Elemente 200A ergibt eine Signalfolge 300 (d. h. alle rechteckigen Felder unterhalb der lichtemittierenden Elemente 200A, welche veranschaulichen, wann das lichtemittierende Element 200A eingeschaltet ist). Das lichtemittierende Element 200Z erzeugt eine Signalfolge 310 (alle rechteckigen Felder unterhalb des lichtemittierenden Elements 200Z, welche veranschaulichen, wann das lichtemittierende Element 200Z eingeschaltet ist). Da die emittierten Signale (d. h. die rechteckigen Felder) der Signalfolgen 300 und 310 gegeneinander versetzt sind und nicht zusammenfallen (d. h., zu jedem Zeitpunkt emittiert nur eines der lichtemittierenden Elemente 200A bzw. 200Z), empfängt der Fotodetektor 120 die entsprechend versetzten Antwortsignale und kann somit die Antwortsignale für die einzelnen lichtemittierenden Elemente 200A oder 200Z voneinander unterscheiden.
  • Eine diagonale Signalfolge 320 in 4 zeigt ein anderes Beispiel, bei dem einzeln und nacheinander verschiedene lichtemittierende Elemente 200 eingeschaltet werden. Somit kann ein Wellenlängenbereich erfasst werden, wobei aufeinander folgende Datenpunkte bei verschiedenen Wellenlängen nacheinander erzeugt werden. Es ist klar, dass jedes Profil verwendet oder erzeugt werden kann und nur von den technischen Grenzen des Messaufbaus abhängt, z. B. von der Anzahl verschiedener Wellenlängen, der Umschaltgeschwindigkeit von einem zum anderen lichtemittierenden Element, dem Übergangsverhalten des Fotodetektors 120 usw. Der bei den meisten HPLC-Anwendungen verwendete typische Frequenzbereich von ungefähr 0,001 Hz bis 10 Hz kann von den meisten derzeit verfügbaren LEDs und Fotodioden leicht bewältigt werden.
  • 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Frequenzmultiplexen Anwendung findet. Ebenso wie in 4 wird der Fotodetektor 120 verwendet, der nicht zwischen verschiedenen Wellenlängenkomponenten unterscheiden kann. Bei dieser Ausführungsform emittieren gleichzeitig viele lichtemittierende Elemente 200, jedoch ist jeder emittierte Lichtstrahl 210 frequenzmoduliert. Der Empfänger 120, bei dem es sich bei dieser Ausführungsform ebenfalls um einen Fotodetektor handelt, empfängt das aus allen emittierten Lichtstrahlen 210 bestehende Antwortsignal. Der Fotodetektor 120 konvertiert das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal 500. Mit dem Fotodetektor 120 sind mehrere Filterstufen 510 verbunden, die das konvertierte Signal 500 empfangen. Jede Filterstufe 510A, ..., 510D dient zum Herausfiltern einer entsprechenden Wellenlängenkomponente von einem bestimmten lichtemittierenden Element 200 entsprechend der Frequenzmodulation des emittierten Lichtstrahls 210.
  • Bei dem Beispiel in 5 wurde das lichtemittierende Element 200A mit einer Frequenz f1, das lichtemittierende Element 200E mit einer Frequenz f2, das lichtemittierende Element 200M mit einer Frequenz f3 und das lichtemittierende Element 200Z mit einer Frequenz f4 amplitudenmoduliert. Das Filter 510A ist zum Filtern der Frequenz f1 (d. h. zum Ausgeben der Frequenzkomponente f1), das Filter 510B zum Filtern der Frequenz f2, das Filter 510C zum Filtern der Frequenz f3 und das Filter 510D zum Filtern der Frequenz f4 ausgelegt.
  • Wenn auf dem Strahlengang von der Lichtquelle 100 zum Fotodetektor 120 keine Extinktion eintritt, ändert sich die Amplitude der herausgefilterten Komponenten 520A, ..., 520D gemäß 5 nicht. Mit anderen Worten, die herausgefilterten Signale bleiben unverändert, und die berechnete Extinktion E ist gleich null, wie aus der folgenden Gleichung folgt E = log(1/T) = –log T wobei der Transmissionsgrad T gleich der Intensität zum Zeitpunkt t, geteilt durch die Intensität zum Zeitpunkt null, und auch gleich dem Fotostrom zum Zeitpunkt t, geteilt durch den Fotostrom zum Zeitpunkt null, ist. Das chromatographische Signal bleibt unverändert.
  • Wenn auf dem Signalweg zwischen der Lichtquelle 100 und dem Fotodetektor 120 Extinktion eintritt, ändert sich die Amplitude der Signalkomponenten 520A bis 520D in Abhängigkeit von den wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten der Probe.
  • Wie in der Technik der Fluidtrennung bestens bekannt, ermöglichen die verschiedenen spektralen Absorptionseigenschaften den Rückschluss auf die entsprechenden getrennten Verbindungen, da einige Fluidkomponenten eine wellenlängenabhängige Extinktionsänderung aufweisen.
  • Die 6A und 6B veranschaulichen Ausführungsformen, bei denen die emittierten Lichtstrahlen 210 jeweils mit einer charakteristischen Kennung codiert sind, sodass eine entsprechende Signalkomponente in dem vom Fotodetektor 120 empfangenen Antwortsignal erkannt werden kann. Dies kann z. B. durch Decodieren des Antwortsignals vorzugsweise mit demselben Code erfolgen, der zum Codieren des Anregungssignals (d. h. der entsprechenden emittierten Lichtstrahlen 210) verwendet wurde.
  • Bei dem Beispiel von 6A emittieren die vier lichtemittierenden Elemente 200A, 200E, 200M und 200Z gleichzeitig entsprechende Lichtstrahlen 210A, 210E, 210M und 210Z, die jeweils eine charakteristische Kennung enthalten. Der Fotodetektor 120 empfängt das resultierende Antwortsignal und konvertiert dieses in das Signal 500. Das Signal 500 wird dann durch einen Decodierer 610 decodiert, der vorzugsweise dem auf die emittierten Lichtstrahlen 210 angewendeten Codierungssystem folgt. Das wird in 6A insofern angezeigt, als der Decodierer 610 vier Korrelationseinheiten 610A, 610B, 610C, 610D aufweist, die jeweils das Signal 500 demodulieren. Jedem der einzelnen lichtemittierenden Elemente 200 (und folglich seiner entsprechenden Wellenlängenkomponente im Ausgangssignal 230) kann eine passende Codierung zugeordnet werden. Der Decodierer 610 ist somit in der Lage, die Kennung nachzuverfolgen, die von den codierten emittierten Lichtstrahlen 210 im Antwortsignal 500 stammt.
  • Bei der Ausführungsform von 6A wird der (durch die Pfeile vom lichtemittierenden Element 200A dargestellte) emittierte Strahl 210A unter Verwendung eines ersten Binärcodes 1 moduliert. Der (durch die Pfeile vom lichtemittierenden Element 200E dargestellte) emittierte Strahl 210E wird unter Verwendung eines zweiten Binärcodes 2 moduliert, der (durch die Pfeile vom lichtemittierenden Element 200M dargestellte) emittierte Strahl 210M wird unter Verwendung eines dritten Binärcodes 3 moduliert und der (durch die Pfeile vom lichtemittierenden Element 200Z dargestellte) emittierte Strahl 210Z wird unter Verwendung eines vierten Binärcodes 4 moduliert. Die Codes 1, 2, 3 und 4 werden vorzugsweise so gewählt, dass sie orthogonal zueinander sind. Orthogonale Codes weisen eine Kreuzkorrelation gleich null auf, mit anderen Worten, sie stören sich gegenseitig nicht. Es ist klar, dass orthogonale Codes eine höhere Genauigkeit liefern als Codes, die eine gewisse Kreuzkorrelation aufweisen.
  • 6B zeigt eine Ausführungsform der Codes Code 1, Code 2, Code 3 und Code 4, die alle orthogonal zueinander sind. Aus dieser Ausführungsform wird deutlich, dass das Codieren auch in einem einfachen Ein- und Ausschalten der entsprechenden lichtemittierenden Elemente 200 in einer definierten Reihenfolge und Art und Weise bestehen kann. Das so entstehende Anregungssignal ist in 6B als Summensignal für ein Beispiel darstellt, bei dem das lichtemittierende Element 200A mit einem Intensitätswert (Amplitude) 888 (relative Einheit), das lichtemittierende Element 200E mit einem Intensitätswert 600, das lichtemittierende Element 200M mit einem Intensitätswert 444 und das lichtemittierende Element 200Z mit einem Intensitätswert 200 emittiert.
  • In 6A wird das aus der Strömungszelle 110 austretende Antwortsignal dann am Empfänger 120, zum Beispiel einem Fotodetektor, detektiert und in das elektrische Signal 500 umgewandelt. Das umgewandelte Signal 500 enthält codierte Signale und ist mit dem Decodierer 610 verbunden, der vier Korrelationseinheiten 610A, 610B, 610C, 610D enthält. Jede Korrelationseinheit 610A bis 610D demoduliert das Signal 500, indem sie das Signal 500 jeweils mit Code 1, Code 2, Code 3 bzw. Code 4 multipliziert. Die Ergebnisse der Demodulation werden dann durch den Decodierer 610 an den Ausgängen 620A, 620B, 620C und 620D der Korrelationseinheiten 610A, 610B, 610C bzw. 610D bereitgestellt.
  • Im unteren Teil von 6B ist ein Beispiel des Decodierungssystems zu sehen. Zum besseren Verständnis sei angenommen, dass im Signalpfad keine Absorption oder andere Verluste eintreten, sodass der Empfänger 120 das Anregungssignal empfängt und das umgewandelte Signal 500 entsprechend auch das im unteren Teil von 6B dargestellte Summensignal repräsentiert. Durch Multiplizieren des Summensignals mit einem Vektor (d. h., eine logische 0 wird in eine –1 umgewandelt) für jeweils einen der Codes und Mittelwertbildung des somit erhaltenen Signals ergibt sich die Intensität (Amplitude) des jeweiligen lichtemittierenden Elements (allerdings mit dem Testverhältnis des entsprechenden Codes multipliziert). Bei dem Beispiel des unteren Teils von 6B wird das Summensignal mit dem berechneten Vektor von Code 2 multipliziert, woraus sich ein Signal 650 ergibt. Durch Mittelwertbildung des Signals 650 über die Codewiederholungsperiode (d. h. den Zeitraum, nach dem sich die Folge der Codes 1 bis 4 wiederholt) ergibt sich ein Wert 300 (angezeigt durch die Bezugsnummer 660), der sich aus dem Intensitätswert 600 des lichtemittierenden Elements 200E, multipliziert mit dem Tastverhältnis von 0,5 von Code 2, ergibt. Das Tastverhältnis stellt das Verhältnis der Einschaltdauer des betreffenden lichtemittierenden Elements zur Codewiederholungsperiode dar.
  • Wenn in der Strömungszelle 110 Absorption eintritt, ist der Intensitätswert des durch den Empfänger 120 empfangenen Signals entsprechend verringert, und der berechnete Signalmittelwert 660 stellt dann ein solches verringertes Signal dar. Wenn die Absorption über alle emittierten Wellenlängen gleich ist (d. h., die betreffende Probenverbindung in der Durchflusszelle 110 weist zumindest im Wellenlängenbereich der emittierten Lichtstrahlen 210 keine Wellenlängenabhängigkeit auf), zeigen alle demodulierten Signale 620 dieselbe relative Verringerung des Intensitätswertes der entsprechenden lichtemittierenden Elemente 200. Wenn die betreffende Probenverbindung in der Durchflusszelle 110 eine Wellenlängenabhängigkeit zeigt, äußert sich das in dem Mittelwert 660 des demodulierten Signals 620. Wenn die Probenverbindung beispielsweise 50% des Lichts bei der durch das lichtemittierende Element 200 emittierten Wellenlänge absorbiert und bei den anderen Wellenlängen keine Absorption auftritt, zeigt nur der Mittelwert 660 des demodulierten Signals 620 eine Verringerung um 50% (in Bezug auf den Intensitätswert des betreffenden lichtemittierenden Elements 200E).
  • Wenn sich die Absorption zeitlich ändert (was bei der Chromatographie normalerweise vorkommt), äußert sich dies in einer zeitlichen Änderung des Mittelwerts 660 des über jede einzelne Codewiederholungsperiode gemittelten Signals. Jeder Mittelwert 660 für eine bestimmte Codewiederholungsperiode kann somit einen Datenpunkt des Chromatogramms repräsentieren.
  • Zur Erhöhung der Messgenauigkeit sollte die Codewiederholungsperiode deutlich kürzer als die zu messenden Signaländerungen gewählt werden, vorzugsweise verringert um den Faktor 10 und höher. Die typischen Peak-Breiten in Chromatogrammen liegen im Bereich von 1 s und länger (bis zu Minuten). Um den Chromatogramm-Peak mit ausreichend vielen Datenpunkten abzutasten, wird daher die Codewiederholungsperiode entsprechend der gewünschten Anzahl der Datenpunkte gewählt. Zum Beispiel sollte zum Abtasten eines Peak mit einer Peak-Breite von 1 s mit mindestens 10 Datenpunkten die Codewiederholungsperiode 100 ms oder weniger betragen. Bei dem Beispiel von 6B weist der Code 4 die höchste Frequenz auf (achtmal so hoch wie die Codewiederholungsperiode), sodass die Frequenz zum Ein- und Ausschalten des entsprechenden lichtemittierenden Elements 200Z 80 Hz betragen muss. Das lässt sich leicht mit handelsüblichen LEDs bewerkstelligen, die im kHz-Bereich und bei höheren Frequenzen betrieben werden können.
  • 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Empfänger 120 in gleicher Weise wie die Lichtquelle 100 realisiert wird. Das (durch den Pfeil 700 angezeigte) Antwortsignal trifft auf ein zweites Beugungselement 710 auf, welches die verschiedenen Spektralkomponenten des Antwortsignals 700 unter verschiedenen Winkeln beugt. Zum Messen der vom Beugungselement 710 empfangenen gebeugten Spektralkomponenten ist eine Fotodiodenmatrix 720 angeordnet. Ein solcher Empfänger kann durch einen Diodenmatrixdetektor der Produktreihe Agilent 1200 realisiert werden, der vom Anmelder Agilent Technologies angeboten und in den oben erwähnten Dokumenten ”Agilent 1200 Series Diode Array” und ”Multiple Wavelength Detectors User Manual” beschrieben wird. Es ist jedoch klar, dass anstelle der Fotodiodenmatrix 720 jeder andere geeignete Detektor verwendet werden kann. Anstelle des als Beugungselement 710 angegebenen Gitters kann entsprechend auch ein Prisma usw. verwendet werden.
  • Im Gegensatz zu dem in den Beispielen der 5 und 6 verwendeten Fotodetektor 120 ermöglicht der Empfänger 120 in 7 jedoch das gleichzeitige Detektieren verschiedener Spektralkomponenten, sodass das Multiplexen und/oder Modulieren nicht unbedingt erforderlich ist oder wahlweise angewendet werden kann. Aufgrund der spektralen Anpassungsfähigkeit der Lichtquelle können nicht benötigte Spektralkomponenten ausgeschaltet und damit die spektrale Qualität des chromatographischen Signals gegenüber dem eines Doppelmonochromators verbessert werden.
  • 8 zeigt eine Ausführungsform des Detektors 50, bei der die Lichtquelle 100 auch zum Empfangen des Antwortsignals verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform weist die Lichtquelle 100 nicht nur eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen 200 auf, sondern auch eine Vielzahl von lichtempfindlichen Elementen 800, die jeweils zum Empfangen und Messen eines Teils des durch das Beugungselement 220 aufgespalteten Antwortsignals entsprechend der Wellenlänge einer solchen Komponente dienen. Ebenso wie in 3 wird der Ausgangslichtstrahl in die Durchflusszelle 110 gesendet. Anstelle des an der gegenüberliegenden Seite der Durchflusszelle 110 befindlichen Empfängers 120 ist jedoch ein Umkehrelement 810 angebracht, welches das ”Antwortsignal” (d. h. das in 8 die Durchflusszelle 110 auf der rechten Seite verlassende Signal) zur Lichtquelle 100 zurückwirft. Bei dem Umkehrelement 810 kann es sich um ein beliebiges zum Umlenken des Antwortsignals geeignetes Element handeln, zum Beispiel um einen Spiegel, einen Winkelspiegel (wie in 8 dargestellt), eine Drehspiegelanordnung usw. Das Antwortsignal kann (wie in 8 durch den Winkelspiegel angezeigt) gegenüber dem Ausgangsstrahl 230 räumlich versetzt sein. Alternativ oder in Verbindung damit kann das Antwortsignal auch wieder durch das Probenfluid in der Durchflusszelle 110 geschickt (sodass das Anregungssignal die Durchflusszelle 110 zweimal und somit einen längeren Absorptionsstrahlengang durch das Fluid durchläuft) oder entlang einem anderen Strahlengang (”um die Durchflusszelle 110 herum”) geleitet werden.
  • Das Antwortsignal 700 wird dann an der Lichtquelle 100 empfangen und wieder zum Beugungselement 220 zurückgeworfen, wo es in die Spektralkomponenten mit ihren einzelnen Wellenlängen aufgespaltet wird, die zu den lichtempfindlichen Elementen 800 (beispielsweise einer Fotodiodenmatrix) gelangen. Eine solche Anordnung wird vorzugsweise im monochromatischen Modus (cw) oder im Zeit-, Frequenz- oder Codemultiplexmodus als Mehrwellenlängendetektor verwendet. Durch die Verschiebung des Antwortsignals 700 gegenüber dem Anregungssignal 230 können die Empfangselemente 800 räumlich von den lichtemittierenden Elementen 200 getrennt sein, sodass das vom Reflexionselement 110 zurückgeworfene Signal 700 entlang einem anderen Strahlengang läuft, der gegenüber dem zum Reflexionselement 110 verlaufenden Signalstrahlengang räumlich versetzt ist.
  • 9 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Steuereinheit 70 (siehe 1) mindestens einen vom Beugungselement 220 kommenden Strahl zur Steuerung der Lichtquelle 100 benutzt. Ein solcher Strahl kann vom Beugungselement 220 entweder gebeugt (d. h. die Strahlen der Ordnung k' ≥ 1 oder k' ≤ –1 gemäß 9) oder reflektiert werden (d. h. der Strahl nullter Ordnung mit k' = 0 gemäß 9). Die Linie n zeigt die Normale des Gitters 220 für den Punkt an, an dem der Strahl 210 auf das Gitter 220 auftrifft, wobei, der Winkel α, immer auf die Normale n bezogen, gleich dem Einfallswinkel des auftreffenden Strahls 210 und der Winkel β gleich dem Ausfallswinkel des Ausgangsstrahls 230 ist.
  • Bei der Ausführungsform von 9 wird der Strahl nullter Ordnung zur Überwachung des Ausgangsstrahls 230 verwendet, insbesondere in Bezug auf sein Spektral- und Intensitätsprofil sowie die Stabilität seiner optischen Ausgangsleistung (Intensität). Das ist in 9 durch ein Empfangselement wie beispielsweise einen Fotodetektor 900 angezeigt. Der Ausgangsstrahl 230 kann somit überwacht werden, ohne ihn zu beeinflussen.
  • 10 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein Eingangsstrahl 950 zum Einkoppeln von Licht in den Ausgangsstrahl 230 verwendet wird. Der Eingangsstrahl 950 repräsentiert einen solchen Strahl, der in nullter Ordnung durch das Beugungselement 220 ”in den Ausgangsstrahl 230” reflektiert wird. Bei dem Beispiel von 10 trifft der Eingangsstrahl 950 unter einem Winkel |α0| = |β| in Bezug auf die Normale n auf das Gitter 220 auf, wobei der Winkel β gleich dem Winkel des Ausgangsstrahls 230 in Bezug auf die Normale n ist. Da der Reflexionswinkel am Beugungselement 220 von der Wellenlänge unabhängig ist, können auf diese Weise alle möglichen Wellenlängenkomponenten in den Ausgangsstrahl 230 eingekoppelt werden, zum Beispiel monochromatische oder polychromatische Wellenlängenspektren, bestimmte Lichtquellen (z. B. das Licht von einer herkömmlichen Deuteriumlampe) usw.
  • Das Beugungselement 220 wird vorzugsweise durch ein Gitter realisiert, wobei es sich um ein ebenes oder ein sphärisches Gitter handeln kann. Zweckmäßigerweise können jedoch auch andere Beugungselemente wie beispielsweise ein Prisma verwendet werden. Nähere Angaben zu Gittern sind z. B. in der Optikanleitung "Diffraction Gratings Ruled & Holographic" unter http://www.jobinyvon.com/SiteResources/Data/Templates/1divisional.asp?DocID=616&v1ID=&lang zu finden.
  • Es wurde gezeigt, dass die Lichtquelle 100, welche durch die Verwendung des Beugungselements 220 verschiedene Spektralkomponenten miteinander vereint, bestimmte Vorteile gegenüber Lichtquellen aufweist, die zu diesem Zweck verschiedene Spektralkomponenten mittels Lichtwellenleitern einkoppeln. Insbesondere kann die Lichtfleckgröße des Ausgangslichtstrahls 230 gegenüber solchen Einkopplungen durch Lichtwellenleiter deutlich verringert werden, speziell wenn mehrere verschiedene Wellenlängenkomponenten miteinander vereint werden sollten.
  • 11 veranschaulicht eine andere Ausführungsform, bei der die Lichtquelle 100 mehrere Ausgangslichtstrahlen liefert. Bei dem Beispiel von 11 soll die Lichtquelle 100 drei Austrittsöffnungen 1000, 1100 und 1200 haben, die jeweils einen bestimmten Ausgangslichtstrahl von einer entsprechenden Matrix mit lichtemittierenden Elementen 1300, 1400, und 1500 empfangen. Jede Matrix der lichtemittierenden Elemente 1300, 1400 und 1500 kann in der oben beschriebenen Weise für eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen 200 realisiert werden. Jede durch die zugehörigen Randstrahlen (die auf das Beugungselement 200 auftreffen) angezeigte Matrix 1300, 1400 und 1500 ist so in Bezug auf das Beugungselement 220 ausgerichtet, dass ihre entsprechenden Ausgangslichtstrahlen auf die zugehörige Austrittsöffnung 1000, 1100 bzw. 1200 auftrifft, wobei es sich bei dieser Ausführungsform um Lichtwellenleiter, aber auch um Durchflusszellen handeln kann, die bei der HPLC-Detektion (z. B. bei der Absorptions- oder Fluoreszenzdetektion) usw. verwendet werden. Jedes zusammengehörige Paar von Matrix und Öffnung ist durch einen entsprechenden Buchstaben A, B oder C gekennzeichnet, sodass zum Beispiel der Matrix 1300 die Austrittsöffnung 1000 geordnet ist.
  • In 11 veranschaulicht ein Koordinatensystem XY die Anordnung der Austrittsöffnungen 1000, 1100 und 1200, ein Koordinatensystem X'Y' die Anordnung des Beugungselements 220 und ein Koordinatensystem X''Y'' die Anordnung der Matrices der lichtemittierenden Elementen 1300, 1400 und 1500. Aus 11 ist zu ersehen, dass die Austrittsöffnungen 1000, 1100 und 1200 entlang der X-Achse und die Matrices der lichtemittierenden Elemente 1300, 1400 und 1500 entlang der X''-Achse angeordnet sind.
  • Gemäß der obigen Erläuterung führt ein räumlicher Versatz eines einzelnen lichtemittierenden Elements 200i mit einer bestimmten (mittleren) Wellenlänge λi auch zu einem räumlichen Versatz des entsprechenden Ausgangslichtstrahls 230 i. Demzufolge können die Matrices 1300, 1400 und 1500 genauso oder im Wesentlichen mit derselben räumlichen Anordnung wie die lichtemittierenden Elemente realisiert werden, wobei infolge ihres räumlichen Versatzes in X''-Richtung auch ihre Austrittsöffnungen entlang der X-Achse räumlich versetzt sind. Vorzugsweise sind sämtliche Matrices 1300, 1400 und 1500 identisch, sodass die Lichtquelle 100 drei im Wesentlichen identische Ausgangsstrahlen 1000 bis 1200 liefert, die dann z. B. zur parallelen Verarbeitung verwendet werden können, beispielsweise bei einer parallelen LC-Anwendung (bei der mehrere flüssigkeitschromatographische Prozesse parallel laufen).
  • 12 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der die Lichtquelle 100, die mehrere Ausgangslichtstrahlen liefert. Ebenso wie in 11 veranschaulicht das Koordinatensystem XY die Anordnung der Ausgangsöffnungen 1000, 1100 und 1200, das Koordinatensystem X'Y' die Anordnung des Beugungselements 220 und das Koordinatensystem X''Y'' die Anordnung der Matrices der lichtemittierenden Elemente 1300, 1400 und 1500. Während die Matrices 1300 bis 1500 bei der Ausführungsform von 11 über die X''-Achse verteilt angeordnet sind, sind die Matricies 1300 bis 1500 bei der Ausführungsform von 12 entlang der Y''-Achse verteilt angeordnet. Demzufolge sind die entsprechenden Ausgangsöffnungen 1000 bis 1200 dann entlang der Y-Achse verteilt angeordnet, während die Ausgangsöffnungen 1000 bis 1200 in 11 entlang der X-Achse angeordnet sind. Ebenso wie bei der beispielhaften Ausführungsform von 11 sind die Matrices 1300, 1400 und 1500 in 12 vorzugsweise identisch, sodass die Lichtquelle 100 drei im Wesentliche identische Ausgangsstrahlen 1000 bis 1200 liefert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4611143 A [0004]
    • US 7359049 B2 [0004]
    • DE 19920579 A1 [0004]
    • WO 2008/025523 A1 [0004]
    • EP 309596 A1 [0029]
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    • US 3472594 [0054]
    • US 7248359 B2 [0054]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • http://en.wikipedia.org/wiki/HPLC [0002]
    • ”Agilent 1200 Series Diode Array” und ”Multiple Wavelength Detectors User Manual”, Nummern der Veröffentlichung G1315-90006 oder G1315-90012, beschrieben, die über http://www.chem.agilent.com/scripts/LiteratureResults.asp [0003]
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    • http://en.wikipedia.org/wiki/Modulation [0015]
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    • ”The Diode Array Detector”, siehe http://www.chromatography-online.org/HPLC-Detectors/UV/Diode-Array/rs49.html [0026]
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Claims (21)

  1. Fluidtrennsystem (10) zum Trennen von Verbindungen eines Probenfluids in einer mobilen Phase, mit einem Detektor (50) zum Detektieren getrennter Verbindungen durch Senden eines optischen Anregungssignals in das Probenfluid und Empfangen eines Antwortsignals in Reaktion auf das optische Anregungssignal, wobei der Detektor (50) eine Lichtquelle (100) zum Bereitstellen eines Ausgangslichtstrahls (230) als das optische Anregungssignal aufweist, und wobei die Lichtquelle (100) aufweist: eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen (200, 200A, 200Z), die jeweils zum Emittieren eines Lichtstrahls (210, 210A1, 210A2) mit einer bestimmten Wellenlänge ausgeführt sind, und ein Beugungselement (220), wobei die Vielzahl der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) so angeordnet sind, dass die emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2), die in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Wellenlänge unter einem bestimmten Winkel auf das Beugungselement (220) auftreffen, durch das Beugungselement (220) in den Ausgangslichtstrahl (230) gebeugt werden.
  2. Fluidtrennsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, das ferner eine mit der Lichtquelle (100) verbundene Steuereinheit zur Steuerung der Funktion mindestens eines der folgenden Bauelemente aufweist: die Lichtquelle (100) und eines oder mehrere der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z).
  3. Fluidtrennsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit zur Steuerung einer Anzahl von lichtemittierenden Elementen (200, 200A, 200Z) dient, die gleichzeitig Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) emittieren.
  4. Fluidtrennsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit eine Schalteinheit zum selektiven Ein- oder Ausschalten eines oder mehrerer der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) aufweist und somit die Anzahl der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) steuert, die gleichzeitig Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) emittieren.
  5. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit zur Steuerung der entsprechenden Wellenlänge eines oder mehrerer der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) dient.
  6. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit zur Steuerung der Modulation und/oder des Multiplexens eines oder mehrerer der emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) dient.
  7. Fluidtrennsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit zur Steuerung des Zeitmultiplexens, des Frequenzmultiplexens, des Codemultiplexens, der Amplitudenmodulation und/oder der Frequenzmodulation eines oder mehrerer der emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) dient.
  8. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 2 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit zur Steuerung der Intensität mindestens eines der emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) dient.
  9. Fluidtrennsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit zum Normalisieren der Intensitäten eines oder mehrerer der emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) dient.
  10. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor (50) mindestens eine der folgenden Einheiten aufweist: einen Empfänger zum Empfangen des Antwortsignals; eine Konversionseinheit zum Umwandeln des Antwortsignals in ein elektrisches Antwortsignal; eine Signalbewertungseinheit zum Bewerten des Antwortsignals, insbesondere zum Trennen und Bewerten von Signalkomponenten im Antwortsignal.
  11. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Detektor (50) ferner Folgendes aufweist: ein Filter zum Filtern des Antwortsignals.
  12. Fluidtrennsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Filter zumindest eines der folgenden Merkmale aufweist: die Wellenlänge des Filters ist auf eine oder mehrere Wellenlängen eines oder mehrerer der emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2) eingestellt, einen Demodulator zum Demodulieren des Antwortsignals; und einen Demultiplexer zum Demultiplexen des Antwortsignals; das Filter ist in einem Signalweg von der Lichtquelle (100) bis zu einem Empfänger zum Empfangen des Antwortsignals vor dem Empfänger angeordnet, vorzugsweise zum Filtern der Wellenlänge des Antwortsignals; das Filter ist in einem Signalstrahlengang von der Lichtquelle (100) bis zu einem Empfänger zum Empfangen des Antwortsignals nach dem Empfänger angeordnet.
  13. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eines oder mehrere der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) mindestens eines der folgenden Bauelemente aufweisen: eine Leuchtdiode; eine organische Leuchtdiode; eine Matrix von Leuchtdioden; eine Plasmaquelle, vorzugsweise ein Mikroplasma; eine Laserdiode; eine Entladungslampe, vorzugsweise eine Mikroentladungslampe.
  14. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Beugungselement (220) mindestens eines der folgenden Bauelemente aufweist: ein Beugungsgitter; ein sphärisches Beugungsgitter mit einer durch die sphärische Form bedingten Fokussierungswirkung; ein ebenes Beugungsgitter; eine oder mehrere Linsen zum Fokussieren und/oder Defokussieren von Strahlen; einen oder mehrere Spiegel zum Umlenken von Strahlen; ein Prisma.
  15. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch (10) oder einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtquelle (100) ferner zum Empfangen des Antwortsignals dient, das Beugungselement (220) den empfangenen Antwortstrahl unter einem Winkel beugt, der von der Wellenlänge der einen oder mehreren Wellenlängenkomponenten des empfangenen Antwortstrahls abhängt, und die Vielzahl der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) zum Empfange zumindestens eines Teils der gebeugten Wellenlängenkomponenten dienen.
  16. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: die Steuereinheit verwendet mindestens einen vom Beugungselement (220) gebeugten oder reflektierten Lichtstrahl, um die Funktion der Lichtquelle (100) zu steuern; ein auf das Beugungselement auftreffender Strahl wird zum Einkoppeln von Licht in den Ausgangsstrahl in nullter Ordnung verwendet; ein oder mehrere der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) dienen zum Emittieren eines Lichtstrahls (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) mit jeweils einer bestimmten Wellenlänge in einem Bereich zwischen dem tiefen UV und dem Infrarot.
  17. Fluidtrennsystem (10) nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, das mindestens eines der folgenden Einheiten aufweist: eine Antriebseinheit für die mobile Phase, vorzugsweise ein Pumpsystem, zum Fördern der mobilen Phase durch das Fluidtrennsystem; eine Probeneinspritzeinheit zum Einspeisen des Probenfluids in die mobile Phase; eine Trenneinheit, vorzugsweise eine chromatographische Säule, zum Trennen der Verbindungen des Probenfluids in der mobilen Phase; eine Sammeleinheit zum Sammeln der getrennten Verbindungen des Probenfluids; eine Datenverarbeitungseinheit zum Verarbeiten der vom Fluidtrennsystem (10) empfangenen Daten; eine Durchflusszelle zum Durchleiten mindestens eines Teils des Anregungssignals durch die mobile Phase.
  18. Verfahren in einem Fluidtrennsystem (10) zum Trennen von Verbindungen eines Probenfluids in einer mobilen Phase, durch Emittieren eines oder mehrerer Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2), die jeweils eine bestimmte Wellenlänge aufweisen, Beugen jedes emittierten Lichtstrahls (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) zu einem Ausgangslichtstrahl (230). Ableiten eines optischen Anregungssignals vom Ausgangslichtstrahl (230), Senden des optischen Anregungssignals in das Probenfluid, Empfangen eines Antwortsignals als Reaktion auf das optische Anregungssignal, und Analysieren des Antwortsignals, um die getrennten Verbindungen zu detektieren.
  19. Lichtquelle (100), die aufweist: eine Vielzahl von lichtemittierenden Elementen (200, 200A, 200Z), die jeweils zum Emittieren eines Lichtstrahls (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) mit jeweils einer bestimmten Wellenlänge dienen, eine Steuereinheit zum Steuern mindestens einer Eigenschaft jedes emittierten Lichtstrahls (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 2102) und ein Beugungselement (220), wobei die Vielzahl der lichtemittierenden Elemente (200, 200A, 200Z) so angeordnet sind, dass die emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2), die in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Wellenlänge unter einem bestimmten Winkel auf das Beugungselement (220) auftreffen, durch das Beugungselement (220) zu einem Ausgangslichtstrahl (230) gebeugt werden.
  20. Lichtquelle (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei es sich bei der Eigenschaft um eine Amplitude, eine Wellenlänge, eine Intensität und/oder einen Zeitpunkt handelt.
  21. Lichtquelle (100) nach Anspruch 19 oder 20, wobei die Steuereinheit zur Steuerung des Zeitmultiplexens, des Frequenzmultiplexens, des Codemultiplexens, der Amplitudenmodulation und/oder der Frequenzmodulation eines oder mehrerer der emittierten Lichtstrahlen (210, 210A1, 210A2, 210Z1, 210Z2) dient.
DE112009001880T 2008-08-07 2009-07-22 Lichtquelle für mehrere Wellenlängen Withdrawn DE112009001880T5 (de)

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US8695008P 2008-08-07 2008-08-07
US61/086,950 2008-08-07
PCT/EP2009/059401 WO2010015509A1 (en) 2008-08-07 2009-07-22 Multi-wavelength light source

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