DE112015000770T5 - Volumetrische Strömungsregulierung in mehrdimensionalen Flüssigkeitsanalysesystemen - Google Patents

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Abstract

Ein mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem enthält ein System erster Dimension und ein System zweiter Dimension, wobei ein Ausfluss aus dem System erster Dimension an einem Strömungsteiler unter kontrollierten Bedingungen getrennt wird. Der Strömungsteiler trennt den Ausfluss erster Dimension in einen ersten und zweiten Auslassteilstrom, wobei einer von den Auslassteilströmen bei einer festgelegten Strömungsrate mit einer Strömungsdosiervorrichtung dosiert wird, die stromabwärts des Strömungsteilers angeordnet ist. Die Strömungsdosiervorrichtung schließt und öffnet selektiv einen Auslassströmungspfad, um eine volumetrische Strömungsrate entlang dieses Auslassströmungspfades zu definieren, so dass der andere Auslassteilstrom entsprechend kontrolliert wird.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Strömungssysteme, die in der analytischen Chemie verwendet werden, und insbesondere ein Teilungssystem zum Teilen eines Mobilphasenstroms in einem mehrdimensionalen Flüssigkeitschromatographiegerät.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Gemisch von Verbindungen, oder Analyten, kann getrennt werden, indem das Gemisch durch eine Trennvorrichtung wie eine chromatographische Säule mit Hilfe eines Prozesses gepumpt wird, der als Flüssigkeitschromatographie bekannt ist, von welchen eine Variante als Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) bekannt ist. Die Trennung der Probe wird durch Analyten bewirkt, die eine unterschiedliche Affinität für das chromatographische Packungsmaterial in der Säule haben. Die getrennte Probe strömt kontinuierlich aus der chromatographischen Säule, wobei aber die getrennten Analyten zu verschiedenen Zeitpunkten aus der Säule austreten. Die einzelnen Verbindungen, die den Analyten umfassen, können dann durch verschiedene Erfassungsvorrichtungen geleitet werden, wie einen Ultraviolettlicht-Absorptionsdetektor, ein Massenspektrometer, einen Fluoreszenzdetektor und dergleichen, die zur Bestimmung der Zusammensetzung der Probe beitragen. Die Analyten können auch an eine Aufnahme abgegeben werden, wo jeder Analyt in separaten Behältern in einer Weise gelagert werden kann, die als Fraktionssammlung bekannt ist. In einigen Fällen kann eine kleine Menge des Säulenabflusses zum Einlass einer anderen Probenanalysevorrichtung, wie einem Massenspektrometer, geleitet werden, um jeden einzelnen Analyten weiter zu analysieren. Die Abgabe von zumindest einem Teil des Säulenabflusses an eine weitere Flüssigkeitsanalysevorrichtung wird als Analyse "zweiter Dimension" bezeichnet und wird allgemein in einer komplexen Flüssigkeitsanalyse angewendet.
  • Eine beispielhafte Anwendung für die zweidimensionalen Flüssigkeitsanalysen ist in der Reinigung einer synthetisierten Verbindung während der Entwicklung eines neuen Arzneimittels. Die Syntheseprodukte enthalten häufig die gewünschte synthetisierte Verbindung (mit einem bekannten Molekulargewicht), Reaktionsmittel und Nebenprodukte, die alle Analyten in der Syntheseprobe sind. In diesem Beispiel führt eine Analyse "erster Dimension" eine Trennung im analytischen oder präparativen Maßstab, wie durch eine HPLC-Säule, mit einem zweckbestimmten Erfassungsmittel aus, wie einem Brechungsindexdetektor bei hoher Strömungsrate oder einem Ultraviolettlichtdetektor, das den Säulenabfluss überwacht. Eine Analyse "zweiter Dimension" kann vorzugsweise einen zweiten, separaten Strömungspfad zum Einfangen eines Teils des Säulenabflusses und zum Lenken des Stroms zu einer sekundären Analysevorrichtung, wie einem Massenspektrometer, verwenden. Solche in einer "zweidimensionalen" Anordnung kombinierten Instrumente werden zunehmend verwendet, um das Verständnis der Reinheit von Verbindungen in einem Flüssigkeitsmaßstab zu erweitern.
  • Für eine Analysevorrichtung der zweiten Dimension, wie ein Massenspektrometer, sollte für eine optimale Funktionsweise eine kontrollierte geringe Massenrate des Elutionsmittels aus der HPLC-Säule der ersten Dimension, die den Analyten enthält, abgegeben werden. Solche Massen- oder Strömungsraten sollten trotz Schwankungen in der Strömungsrate des Systems der ersten Dimension leicht einstellbar und eng kontrollierbar sein. Die Strömungsrate sollte reproduzierbar kontrolliert sein, was die Identifizierung zweiter Dimension der Reinheit einer Elutionsspitze der gewünschten synthetisierten Verbindung erleichtert, um die Sammlung eines reinen Analyten in einzelnen Fraktionen zu erleichtern. Ein erfahrener Analytiker kann ein gewünschtes Trägerfluid wählen, um den Analyten in den Detektor zweiter Dimension zu überführen, wobei sich das Trägerfluid zweiter Dimension von der mobilen Phase unterscheiden kann, die zum Durchführen der präparativen Trennung erster Dimension der synthetisierten Verbindung verwendet wurde. Gewisse Fluida der mobilen Phase, die zum Durchführen chromatographischer Trennungen verwendet werden, können aufgelöste Puffersalze enthalten, die zu einer Verschmutzung einer anderen Analysevorrichtung zweiter Dimension, wie eines Massenspektrometers, führen können, und gewisse organische Komponenten der mobilen Phase können eine optimale Ionisierung der Analyten hemmen, die in einem Massenspektrometer notwendig ist. Die richtige Auswahl des Trägerlösemittels verringert die Wirkung des Analyten erster Dimension in der mobilen Phase, der in das Massenspektrometer überführt wird, auf das Massenspektrometer. Zusätzlich sollte die Analytenmasse-Überführungsrate in das Massenspektrometer gering sein und sollte im Allgemeinen eine kleine Fraktion der gesamten Analytenströmungsrate in der ersten Dimension sein. Eine große Massenrate zu einem Massenspektrometer kann zu einem nachklingenden oder anhaltenden Signal führen, das die Ergebnisse eines Massenspektrometers verzerrt, und eine große Massenrate kann die dielektrischen Eigenschaften des Systems verändern und einen momentanen Signalverlust verursachen.
  • Analytiker haben in einigen Fällen versucht, mit kombinierter HPLC- und Massenspektrometrie-Instrumentierung zu arbeiten, indem die HPLC-Mobilphasenströmungsrate auf weniger als einen optimalen Wert verringert wurde, so dass die Ausströmungsrate aus der HPLC-Trennung mit der Flüssigkeitsströmungskapazität des Massenspektrometers übereinstimmt. Eine solche Verringerung der Strömungsrate durch die HPLC-Säule neigt dazu, die verfügbare chromatographische Auflösung zu verringern. Zur Vermeidung der Verringerung der HPLC-Auflösung wurden in einem Vollströmungsschema Strömungsteiler verwendet, um einen Teil des Stroms aus dem Auslass der HPLC-Säule oder des Detektors zum Einlass des Massenspektrometers und den Rest des Stroms zu einem anderen Detektor oder zur Entsorgung zu leiten. Typische kommerzielle Strömungsteiler nutzen Widerstands-Schlauchelemente, um den Flüssigkeitsstrom in zwei oder mehr separate Ströme zu teilen. Beispielhafte Strömungsteiler sind in US Patent Nr. 6,289,914 und in der Europäischen Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. EP495255A1 beschrieben. Eine Teilung durch Widerstand eines Flüssigkeitsstroms ist schwer bei gleichförmigen Niveaus zu halten. Faktoren wie variable Viskosität der mobilen Phase, Temperatur und jegliche Variationen im Strömungspfad während der Analyse können eine Änderung des Teilungsverhältnisses zwischen den entsprechenden Strömungspfaden bewirken. Eine solche Variabilität erlangt besondere Bedeutung, wenn eine mehrdimensionale Flüssigkeitschromatographie ausgeführt wird.
  • Ein Beispiel für eine chromatographische Anwendung, bei der ein Teilen der mobilen Phase wünschenswert ist, ist eine zweidimensionale Flüssigkeitschromatographie (oder LC*LC), wobei der HPLC-Säulenabfluss der ersten Dimension in eine HPLC-Säule zweiter Dimension geleitet wird, wobei kein Teil der Trennung erster Dimension nicht in die Säule zweiter Dimension für eine anschließende Trennung "zweiter Dimension" geleitet wird. Für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der HPLC-Analyse ist klar, dass verschiedene Techniken zum Einspritzen einer Probe in eine chromatographische Säule bekannt sind. In vielen Fällen wird ein Probenvolumen in einem Mehrwegeventil gebildet und anschließend durch eine Fluidkraft die von einer Pumpe erzeugt wird, in die chromatographische Säule eingespritzt. Proben können in einen fließenden mobilen Phasenstrom eingeleitet werden.
  • Theoretisch ist es wünschenswert, dass das gesamte Volumen der Trennung erster Dimension in die Säule zur Trennung zweiter Dimension eingespritzt wird, obwohl eine solche Strategie unpraktisch sein kann, da die Abflussrate aus der ersten Trennsäule für ein direktes Einspritzen in die zweite Trennsäule bei weitem zu hoch sein kann. Üblicherweise wurde daher eine Analyse der Trennung "erster Dimension" durch Sammeln des gesamten Abflussvolumens von der ersten Trennsäule durch Fraktionssammlung und dann erneutes Einspritzen einer repräsentativen Probe jeder Fraktion in die Trennsäule zweiter Dimension erzielt.
  • Zusätzlich zu einer Strömungsratenfehlabstimmung, kann das Entwicklungschromatogramm in der ersten Dimension zunehmende relative Konzentrationen eines organischen Lösemittels enthalten. Die zunehmende relative Konzentration eines organischen Lösemittels kann das Ergebnis einer besonderen flüssigkeitschromatographischen Strategie sein, bei welcher ein organisches Lösemittel nach einer wässrigen mobilen Phase in die Trennsäule eingespritzt wird. Wenn die relative Konzentration eines organischen Lösemittels in der Trennung erster Dimension steigt, erhöht ein Einspritzen eines feststehenden Volumens aus der ersten Dimension in den Chromatographen zweiter Dimension die relative organische Lösemittelkonzentration während der Trennung zweiter Dimension weiter. Unter denselben Bedingungen ist ein Einspritzen großer Volumina eines organischen Lösemittels in den Chromatographen zweiter Dimension für die Trennung zweiter Dimension destruktiv. Da die Variation im organischen Lösemittel gegenüber der Zeit in der Trennung erster Dimension auftritt, wird die Strömungsrate, die aus einem standardmäßigen Widerstandsströmungsteiler austritt, der stromabwärts der ersten Trennsäule angeordnet ist, unvorhersagbar. Analytiker finden es daher schwierig, die tatsächliche Strömungsrate einer Probe zu ermitteln, die zum Einspritzen in die Trennsäule zweiter Dimension zur Verfügung steht. Eine Kenntnis der Probenströmungsrate ist zum Kontrollieren der organischem Lösemittelkonzentration in der Trennsäule zweiter Dimension und zum Sicherstellen, dass kein Abschnitt des Chromatographen erster Dimension in der Trennung zweiter Dimension unbeprobt ist, kritisch. Typische Widerstandsströmungsteiler sind nicht imstande, Analytikern die notwendigen Informationen zu liefern, um eine Analyse in der zweiten Dimension beständig zu kontrollieren. Aufgrund der Einschränkungen standardmäßiger Widerstandsströmungsteiler hat LC*LC in der Technik keine weitverbreitete Anwendung gefunden.
  • Ein Verfahren zur Strömungsteilung, das ein Pumpschema negativer Verdrängung verwendet, ist in der US Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2012/0240666A1 beschrieben. Das in der '666 Veröffentlichung beschriebene Verfahren verwendet zum Beispiel eine Spritzenpumpe, die einen Teilstrom von einem Strömungsteiler, der stromaufwärts eines Einspritzventils zweiter Dimension positioniert ist, entnimmt. Die volumetrische Strömungsrate eines solchen Teilstroms wird durch die negative Verdrängungspumpe bestimmt, die zur Entnahme des Teilstroms aus dem Abfluss erster Dimension am Strömungsteiler dient. Aufgrund der Nachgiebigkeit der Spritzenpumpe unter Druck kann jedoch das Entnahmevolumen stark abhängig von der hydraulischen Steifheit der Spritzenpumpe, dem ausgeübten Druck und dem Volumen des unter Druck stehenden Fluids in der negativen Verdrängungspumpe variieren. Ein beständigeres Strömungsteilungsschema ist daher für Analytiker interessant und ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung können Teilströme in einem mehrdimensionalen Flüssigkeitsanalysesystem präzise kontrolliert werden, um Einlassströmungsratenanforderungen für die Analyse zweiter Dimension zu erfüllen, während eine angemessene Analyse einer repräsentativen Probe des gesamten Abflusses erster Dimension garantiert ist. Eine kontrollierte Strömungsteilung kann durch direktes Ausüben einer Strömungsdosierung an einem Auslassstrom aus dem Strömungsteiler durchgeführt werden, wodurch der Strömungsausgang aus dem anderen Auslassstrom des Strömungsteilers bestimmt wird. Die Strömungskontrolle kann durch ein Ventil ausgeführt werden, das eine Diskontinuität in einem Auslassströmungspfad einstellt, wobei die Diskontinuität in gewünschten Zeitintervallen überbrückt ist. Es ist kein zusätzliches nicht gefördertes Volumen zwischen dem Teilungspunkt und einem Detektionsmittel eingefügt, das an dem unkontrollierten Schenkel des Strömungsteilers, wie eines Massenspektrometers angebracht ist.
  • In einer Ausführungsform enthält ein mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem ein Analysesystem erster Dimension, das eine erste Trennsäule zum chromatographischen Trennen einer flüssigen mobilen Phase in einen Ausfluss erster Dimension mit einer Ausströmungsrate erster Dimension enthält. Das System enthält ferner einen Strömungsteiler zum Trennen des Ausflusses erster Dimension in einen ersten Auslassteilstrom und einen zweiten Auslassteilstrom mit einem ersten Druck.
  • Ein Analysesystem zweiter Dimension enthält eine zweite Trennsäule zum chromatographischen Trennen des zweiten Auslassteilstroms in einen Ausfluss zweiter Dimension und ein Einspritzventil zum Lenken von Proben vom zweiten Auslassteilstrom in die zweite Trennsäule. Das Einspritzventil enthält eine Einlassöffnung zum Aufnehmen des zweiten Auslassteilstroms, eine Auslassöffnung und eine erste und zweite getrennte Probenschleife, die Strömungskanäle errichten, die abwechselnd mit dem zweiten Auslassteilstrom oder der zweiten Trennsäule in strömungstechnischer Verbindung positionierbar sind. Das mehrdimensionale Flüssigkeitsanalysesystem enthält ferner eine Strömungsdosiervorrichtung zum Aufnehmen des zweiten Auslassteilstroms aus der Auslassöffnung des Einspritzventils entlang eines Auslassströmungspfades. Die Strömungsdosiervorrichtung enthält ein Ventil zum selektiven Schließen oder Öffnen des Auslassströmungspfades als Reaktion auf ein Steuersignal von einer Dosierungssteuerung, die so programmiert ist, dass sie den zweiten Auslassteilstrom aus dem Strömungsteiler bei einer vorbestimmten zweiten Teilauslassströmungsrate ermöglicht, wie durch ein Volumen des zweiten Auslassteilstroms bestimmt, das durch die Strömungsdosiervorrichtung entlang des Auslassströmungspfades innerhalb einer festgelegten Zeitspanne möglich ist.
  • Ein Verfahren zum Analysieren einer Flüssigkeitsprobe enthält ein Pumpen der Flüssigkeitsprobe mit einer ersten Pumpe zu einem Analysesystem erster Dimension mit einer ersten chromatographischen Säule zum Identifizieren einer chemischen Komponente der Flüssigkeitsprobe, wobei das Analysesystem erster Dimension einen Flüssigkeitsausfluss erster Dimension bei einer Ausströmungsrate erster Dimension liefert. Das Verfahren enthält ferner ein Trennen des Flüssigkeitsausflusses erster Dimension in einen ersten Auslassteilstrom und einen zweiten Auslassteilstrom mit einem ersten Druck von zumindest einem Kilopascal, wobei der zweite Auslassteilstrom durch die erste Pumpe motiviert ist. Der zweite Auslassteilstrom wird entlang eines Auslassströmungspfades durch selektives Schließen oder Öffnen des Auslassströmungspfades mit einer Strömungsdosiervorrichtung zu einer zweiten Teilauslassströmungsrate dosiert. Der zweite Auslassteilstrom wird durch ein Analysesystem zweiter Dimension gelenkt, mit einer zweiten chromatographischen Säule zum Identifizieren der chemischen Komponente der Flüssigkeitsprobe. Das Analysesystem zweiter Dimension enthält ein Einspritzventil mit einer Einlassöffnung zum Aufnehmen des zweiten Auslassteilstroms, eine Auslassöffnung, und eine erste und zweite separate Probenschleife, die Strömungskanäle bilden, die abwechselnd mit dem zweiten Auslassteilstrom oder der zweiten chromatographischen Säule in strömungstechnischer Verbindung positionierbar sind. Jede von der ersten und zweiten Probenschleife definiert ein erstes bzw. zweites Probenschleifenvolumen, wobei die zweite Teilauslassströmungsrate ausreicht, um dem zweiten Auslassteilstrom zu ermöglichen, ein entsprechendes des ersten und zweiten Probenschleifenvolumens innerhalb einer festgelegten Zeitspanne zu füllen, welche die Summe einer Analysezeit und einer Äquilibrierungszeit der zweiten chromatographischen Säule ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines mehrdimensionalen Flüssigkeitsanalysesystems der vorliegenden Erfindung;
  • 2A ist eine schematische Darstellung einer Strömungsdosiervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 2B ist eine schematische Darstellung einer Strömungsdosiervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist eine in Einzelteile aufgelöste Ansicht eines Teils einer Strömungsdosiervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist eine Isolationsansicht eines Teils einer Strömungsdosiervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine Isolationsansicht eines Teils einer Strömungsdosiervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ist ein schematisches Diagramm einer Strömungsdosiervorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 7A ist eine schematische Darstellung eines Einspritzventils der vorliegenden Erfindung; und
  • 7B ist eine schematische Darstellung eines Einspritzventils der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Zum Erreichen eines beständigen Teilens des Abflussstroms aus dem Analysesystem erster Dimension kann eine Strömungsdosiervorrichtung zum selektiven Schließen oder Öffnen eines Druckfluidströmungspfades verwendet werden, der aus einem Auslass einer Strömungsteilungsvorrichtung austritt, um dadurch den Strom aus einem solchen Auslass auf eine festgelegte Rate zu kontrollieren. Der resultierende Strom aus einem zweiten Auslass des Strömungsteilers wird dadurch auch kontrolliert. Eine solche Kontrolle bedingt, dass die Strömungsrate in beiden Auslässen des Strömungsteilers bekannt ist.
  • Eine erste schematische Darstellung einer Anordnung der vorliegenden Erfindung ist in 1 bereitgestellt. Ein mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem 10 enthält ein Analysesystem erster Dimension 12 und ein Analysesystem zweiter Dimension 14, wobei eine mobile Phase durch eine Pumpe erster Dimension 18, geleitet durch ein Einspritzventil erster Dimension 19, durch eine Trennsäule erster Dimension 16 geleitet wird. Die erste Trennsäule 16 trennt die flüssige mobile Phase chromatographisch in einen Ausfluss erster Dimension 20 mit einem ersten Druck und einer Ausströmungsrate erster Dimension. Der Ausfluss erster Dimension 20 kann direkt an einen Detektor erster Dimension 22 abgegeben werden oder kann zuerst durch einen Strömungsteiler 24 geteilt werden. Die Ausströmungsrate erster Dimension in den Strömungsteiler 24 wird von der Pumpe erster Dimension 18 kontrolliert, die die Strömungsrate der mobilen Phase durch die Trennsäule erster Dimension 16 definiert. Die Pumpe erster Dimension 18 definiert ferner den ersten Druck des Ausflusses erster Dimension 20 stromabwärts der Trennsäule erster Dimension 16. Der erste Druck des Ausflusses erster Dimension 20 ist vorzugsweise zumindest ein Kilopascal und ist typischerweise zwischen 1–10.000 Kilopascal. Vorzugsweise ist der erste Druck des Ausflusses erster Dimension 20 ausreichend, um einen positiven Fluiddruck sowohl beim Detektor erster Dimension 22 als auch beim Analysesystem zweiter Dimension 14 aufzubauen.
  • Der Strömungsteiler 24 kann einen T-förmigen Verbindungsanschluss mit einem ersten Einlass und einem ersten und zweiten Auslass umfassen, wie jenen, der von Kinesis-USA als "Micro-Splitter Valve 10-32/6-32 Port 55 Needle (EA)" erhältlich ist. In der in 1 dargestellten Anordnung kann ein erster Auslassteilstrom 26 vom Strömungsteiler 24 zum Detektor erster Dimension 22 gerichtet sein und ein zweiter Auslassteilstrom 28 vom Strömungsteiler 24 kann bei einem zweiten Druck zwischen 1–10.000 Kilopascal zum Analysesystem zweiter Dimension 14 gerichtet sein. Zur Unterstützung in der Aufrechterhaltung des zweiten Drucks bei einem Sollpunkt zwischen 1–10.000 Kilopascal kann ein Strömungsbegrenzer 27 zur Begrenzung des ersten Auslassteilstroms 26 positioniert sein.
  • Das Analysesystem 10 führt eine chemische Analyse einer Flüssigkeitsprobe durch, die in die Säulen der ersten und zweiten Dimension 16, 34 gepumpt wird. Für den Zweck dieser Erfindung können "Säulen" der ersten und zweiten Dimension allgemein ausgelegt werden, so dass sie Analysemodalitäten enthalten, die nicht unbedingt eine Säule beinhalten. Zum Beispiel können eine oder mehrere der Dimensionen Flüssigkeitschromatographie, HPLC, Flüssigkeitschromatographie im präparativen Maßstab, Analyse eines superkritischen Fluids, Gelpermeationschromatographie, Massenspektrometrie, eine andere Spektrometrie oder Chromatographieanalyse und Kombinationen davon beinhalten. In einer besonderen Anwendung sind die erste und zweite Dimension jeweils chromatographische Säulen zur Auswertung einer Flüssigkeitsprobe. In einigen Ausführungsformen kann eine solche Flüssigkeitschromatographie "Hochdruckflüssigkeitschromatographie" oder "Hochleistungsflüssigkeitschromatographie" (HPLC) sein, die eine allgemeine Technik zur Durchführung chromatographischer Trennungen von Lösungen von Verbindungen ist, die an ein Einspritzventil oder einen "Autosampler" durch eine Pumpe zur Einspritzung in die chromatographische Trennsäule abgegeben werden. Flüssigkeiten und flüssige Gemische, die zum Transport der Verbindungen verwendet werden, werden hierin als die "mobile Phase" bezeichnet. Die "stationäre Phase" der Flüssigkeitschromatographie besteht typischerweise aus den Packungsmaterialien innerhalb der Trennsäulen 16, 34.
  • Das Analysesystem zweiter Dimension 14 enthält eine zweite Trennsäule 34 zum chromatographischen Trennen des zweiten Auslassteilstroms 28 in einen Ausfluss zweiter Dimension 38 zur Analyse bei einem Detektor zweiter Dimension 39, der zum Beispiel ein Massenspektrometer umfassen kann.
  • Wie oben angegeben, kann eine Strömungskontrolle am zweiten Auslassteilstrom 28 mit einer Strömungsdosiervorrichtung 30 angewendet werden, die betreibbar ist, um den Auslassströmungspfad 29 des zweiten Auslassteilstroms 28 selektiv zu schließen oder zu öffnen. Eine Strömungsdosiervorrichtung 30 kann als Reaktion auf ein Steuersignal 72 von einer Dosierungssteuerung 74 arbeiten, die programmiert ist, um einen zweiten Auslassteilstrom 28 aus dem Strömungsteiler 24 bei einer vorbestimmten zweiten Teilauslassströmungsrate zu ermöglichen, wie durch ein Volumen des zweiten Auslassteilstroms 28 bestimmt, das durch die Strömungsdosiervorrichtung 30 entlang des Auslassströmungspfades 29 innerhalb einer festgelegten Zeitspanne ermöglicht wird.
  • Die Dosierungssteuerung 74 kann Dateneingaben, wie Fluiddruck, Strömungsrate, Temperatur und dergleichen vom Strom erster Dimension empfangen, enthaltend den Ausfluss erster Dimension 20 und einen Zufluss erster Dimension 15. Gemeinsam mit den eingegebenen Systeminformationen kann die Dosierungssteuerung 74 ein Steuersignal 72 zum Betreiben der Strömungsdosiervorrichtung 30 aussenden, um den Auslassströmungspfad 29 in gewünschten Zeitintervallen zu öffnen oder zu schließen, um dadurch die zweite Teilauslassströmungsrate über eine festgelegte Zeitspanne zu regulieren. Dabei kontrolliert die Strömungsdosiervorrichtung 30 auch eine Strömungsrate aus dem ersten Auslass 26 des Strömungsteilers 24.
  • Die Strömungsdosiervorrichtung 30 kann ein Ventil umfassen, das imstande ist, den Auslassströmungspfad 29 in gewünschten Zeitintervallen selektiv zu öffnen oder zu schließen. In einigen Ausführungsformen kann die Strömungsdosiervorrichtung 30 eine Ventilvorrichtung enthalten, die imstande ist, getrennte Flüssigkeitsteilvolumina über eine Strömungspfaddiskontinuität zu bewegen. Die Bewegung des separaten Flüssigkeitsteilvolumens stellt einen "Strom" des Volumens entlang des Strömungspfades oder ein Queren einer Strömungspfaddiskontinuität dar. Somit empfängt die Strömungsdosiervorrichtung 30 den zweiten Auslassteilstrom 28 und gibt diesen entlang des Auslassströmungspfades 29 aus, wobei die Strömungsdosiervorrichtung 30 eine Diskontinuität im Auslassströmungspfad 29 darstellt, die diskontinuierlich durch separate Flüssigkeitsteilvolumina überbrückt werden kann. Die Rate, bei der die Diskontinuität im Auslassströmungspfad 29 durch die Strömungsdosiervorrichtung 30 überbrückt wird, wie auch das Volumen jeder separaten Flüssigkeitsteilmenge, bestimmt die zweite Teilauslassströmungsrate, die durch die Strömungsdosiervorrichtung 30 ermöglicht wird.
  • Eine Reihe von Ventilstrukturen wird als für die Strömungsdosiervorrichtung 30 nützlich angesehen. Einige beispielhafte herkömmliche Mechanismen zur Überbrückung einer Strömungsdiskontinuität durch Überführen eines separaten Flüssigkeitsteilvolumens sind in US Patenten Nr. 6,890,489 und 7,575,723 beschrieben, die demselben Rechtsnachfolger wie in dieser Anmeldung übertragen wurden und die hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert werden. Ein weiterer beispielhafter Mechanismus für eine Strömungsdosiervorrichtung 30 ist in der US Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2014/0373605A1 beschrieben, die demselben Rechtsnachfolger wie in dieser Anmeldung übertragen wurde und die hier zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird. Im Allgemeinen enthält ein solcher Ventilmechanismus ein Schiffchen zum Aufnehmen einer Flüssigkeitsteilmenge bekannten Volumens aus dem zweiten Auslassteilstrom 28 an einer Einlassstation und Bewegen des mit Flüssigkeit gefüllten Schiffchens über die Diskontinuität zu einer Entladestation, bei der die Flüssigkeitsteilmenge aus dem Schiffchen zum Beispiel in einen Abfallbehälter 31 entladen wird. Die Strömungsdosiervorrichtung 30 bewegt daher das Schiffchen zwischen zumindest zwei separaten Schiffchenstationen, um separate Volumina des zweiten Auslassteilstroms 28 entlang des Auslassströmungspfades 29 bei einer gewünschten Rate "strömen" zu lassen. Dabei können die Strömungsraten des ersten wie auch zweiten Auslassteilstroms 26, 28 operabel kontrolliert werden. Wenn das Schiffchen den zweiten Auslassteilstrom 28 an seiner Einlassstation nicht aufnimmt, blockiert die Strömungsdosiervorrichtung 30 den zweiten Auslassteilstrom 28 stromaufwärts der Strömungsdosiervorrichtung 30. Die ventilbegrenzte Strömungsrate des zweiten Auslassteilstroms 28 presst, gemeinsam mit dem Fluiddruck des Auslassstroms erster Dimension 20, eine bekannte Fluidströmungsrate durch den ersten Auslassschenkel des Strömungsteilers 24 zum ersten Auslassteilstrom 26.
  • Eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform für eine Strömungsdosiervorrichtung 30 ist in 2A gezeigt. Die Strömungsdosiervorrichtung 30 enthält einen Stator 112 mit einem ersten Stator-Einlassdurchgang 114, der sich entlang des Auslassströmungspfades 29 durch den Stator 112 erstreckt und durch eine erste Statoröffnung 118 in einer Statorfläche 116 mündet. In der in 2A dargestellten Ausführungsform enthält der Stator 112 einen ersten und zweiten Abgabedurchgang 120, 122, wobei sich der erste Abgabedurchgang 120 entlang des Auslassströmungspfades 29 durch den Stator 112 erstreckt und in einer Statorfläche 116 durch eine zweite Statoröffnung 124 mündet, die von der ersten Statoröffnung 118 beabstandet ist. Die dargestellte Ausführungsform der Strömungsdosiervorrichtung 30 enthält ferner einen Rotor 128 mit einer Rotorfläche 130, die an einer Grenzfläche in fluiddichtem Kontakt mit der Statorfläche 116 ist. Die Rotorfläche 130 enthält ein erstes Schiffchen 132, das zum Aufnehmen einer Flüssigkeitsteilmenge in strömungstechnischer Verbindung mit der Grenzfläche ausgebildet ist. Der Rotor 128 ist vorzugsweise in Bezug auf einen Stator 112 um eine Drehachse 136 drehbar, um ein erstes Schiffchen 132 der Reihe nach in mehrere, um die Achse beabstandete Stationen zu bewegen, wo eine erste Station 138 das erste Schiffchen 132 in strömungstechnischer Verbindung mit dem Auslassströmungspfad 29 an einer ersten Statoröffnung 118 ausrichtet. Eine zweite Station 140 richtet das erste Schiffchen 132 in strömungstechnischer Verbindung mit dem Auslassströmungspfad 29 an einer zweiten Statoröffnung 124 aus.
  • Die Strömungsdosiervorrichtung 30 kann ein zweites Schiffchen 134 in der Rotorfläche 130 an einer relativ um die Achse beabstandeten Stelle an der Rotorfläche 130 enthalten, so dass, wenn das erste Schiffchen 132 in strömungstechnischer Verbindung mit dem Auslassströmungspfad 29 an der ersten Statoröffnung 118 steht, das zweite Schiffchen 134 an der zweiten Station 140 in strömungstechnischer Verbindung mit dem Auslassströmungspfad 29 an der zweiten Statoröffnung 124 steht. Auf diese Weise kann die Strömungsdosiervorrichtung 30 gleichzeitig eine zweite Flüssigkeitsteilmenge aus dem zweiten Auslassteilstrom 28 aufnehmen, während eine erste, zuvor aufgenommene Flüssigkeitsteilmenge aus dem zweiten Schiffchen 134 durch den ersten Abgabedurchgang 120 abgegeben werden kann. Es wird in Betracht gezogen, dass ein oder mehrere Schiffchen an der Rotorfläche 130 bereitgestellt sein können, um verschiedenen zweiten Teilauslassströmungsraten-Sollpunkten gerecht zu werden.
  • In einigen Ausführungsformen, kann die Strömungsdosiervorrichtung 30 einen zweiten Abgabedurchgang 122 enthalten, der sich entlang eines Abgabepfades 33 durch einen Stator 112 erstreckt und durch eine dritte Statoröffnung 126 in einer Statorfläche 116 mündet. In dieser Anordnung können eine zweite und dritte Statoröffnung 124, 126 miteinander in strömungstechnischer Verbindung sein, zumindest wenn das erste oder zweite Schiffchen 132, 134 an einer zweiten Station 140 positioniert sind. Der zweite Abgabedurchgang 122 kann zum Aufnehmen von Druckgas bereitgestellt sein, das durch einen Abgabepfad 33 von einer Druckgasquelle 82 bereitgestellt wird. Das zugeleitete Druckgas kann eine Verdrängung der Flüssigkeitsteilmenge vom ersten oder zweiten Schiffchen 132, 134 bewirken, wenn dieses an der zweiten Station 140 positioniert ist. Eine solche Verdrängung verdrängt die Flüssigkeitsteilmenge durch die zweite Statoröffnung 124 und durch den ersten Abgabedurchgang 120 entlang des Auslassströmungspfades 29 nach außen.
  • In einer anderen Ausführungsform kann die zweite Station 140 des Rotors 128 das erste oder zweite Schiffchen 132, 134 in strömungstechnischer Verbindung mit der zweiten Statoröffnung 124 positionieren, um die Flüssigkeitsteilmenge entlang des Auslassströmungspfades 29 durch den ersten Abgabedurchgang 120 abzugeben. Für eine Abgabe der Flüssigkeitsteilmenge aus dem entsprechenden ersten oder zweiten Schiffchen 132, 134 kann durch eine Vakuumpumpe 84 ein verringerter Druck durch den ersten Abgabedurchgang 120 angelegt werden. Die im Auslassströmungspfad 29 erzeugte Vakuumkraft zwischen der zweiten Statoröffnung 124 und der Vakuumpumpe 84 evakuiert die Flüssigkeitsteilmenge operabel aus dem ersten oder zweiten Schiffchens 132, 134, wenn dieses an der zweiten Station 140 positioniert ist. In einigen Ausführungsformen kann das Anlegen einer Vakuumkraft zum Abgeben der Flüssigkeitsteilmenge aus dem entsprechenden Schiffchen gegenüber anderen Abgabemitteln für die Flüssigkeitsteilmenge bevorzugt sein, da das verringerte Druckmilieu, das im Schiffchen verbleibt, wenn es sich zur ersten Station 138 bewegt, dazu beitragen kann, das Schiffchen mit dem zweiten Auslassteilstrom 28 an der ersten Station 138 zu füllen. Das heißt, der verminderte Druck im Schiffchen erzeugt einen höheren Differentialdruck (Δρ) zwischen dem zweiten Auslassteilstrom 28 und dem "Leervolumen" des ersten oder zweiten Schiffchens 132, 134, wobei der erhöhte Δρ dazu beiträgt, den zweiten Auslassteilstrom 28 in das erste oder zweite Schiffchen 132, 134 zu treiben.
  • Wie zuvor beschrieben, ist der zweite Auslassteilstrom 28 möglich, wenn ein Schiffchen 132, 134 an der ersten Station 138 positioniert ist. Typischerweise ist eine Strömungsdosiervorrichtung 30 so programmiert, dass sie eine Rotorverweilzeit an der ersten Station 138 und zweiten Station 140 ermöglicht, die ausreichend ist, die Schiffchen 132, 134 je nach Bedarf zu füllen oder zu entladen. Nach Ablauf der Rotorverweilzeit signalisiert die Dosierungssteuerung 74 der Strömungsdosiervorrichtung 30, den Rotor 128 um die Achse 136 zu drehen, um das erste Schiffchen 132 zur zweiten Station 140 zu bringen. Während dieser Übergangsperiode stehen die Rotorfläche 130 und Statorfläche 116 in fluiddichtem Kontakt, wodurch der Auslassströmungspfad 29 geschlossen wird. Sobald das erste Schiffchen 132 die zweite Station 140 erreicht, wird der Rotor 128 wieder für eine angemessene Füll-/Abgabezeit angehalten, wobei in dieser Periode der Auslassströmungspfad 29 offen ist, wodurch ein zweiter Auslassteilstrom 28 möglich ist. Es kann ein Strömungszyklus durch die Summe der Einlass-/Abgabe-Rotorverweilperiode und der Schiffchenübergangs-Rotordrehzeitspanne definiert sein. Die Strömungsrate für den zweiten Auslassteilstrom 28 wird daher durch das Schiffchenvolumen und die Strömungszykluszeit bestimmt. Die Rotorzykluszeit kann bis zu einem Grad durch die Dosierungssteuerung 74 kontrolliert werden, aber durch Betriebseinschränkungen in der Rotordrehzahl wie auch Fluidströmungseigenschaften für den Einlass und die Abgabe von Flüssigkeit, die durch Δρ sowohl an der ersten als auch zweiten Station 138, 140 gesteuert werden, sowie physikalische Flüssigkeitseigenschaften, wie Viskosität, Oberflächenspannung und dergleichen begrenzt sein. Stromaufwärtige Strömungsdrücke können gemessen werden und die resultierenden Daten an die Dosierungssteuerung 74 geleitet werden, so dass die Strömungsdosiervorrichtung 30 bei gewünschten Parametern betrieben werden kann, um die Strömungsraten sowohl des ersten als auch zweiten Auslassteilstroms 26, 28 zu kontrollieren.
  • In der in 1 dargestellten schematischen Anordnung ist die Strömungsdosiervorrichtung 30 operabel stromabwärts eines Einspritzventils der zweiten Dimension 32 positioniert. Es ist jedoch klar, dass die Strömungsdosiervorrichtung 30 operabel zwischen dem Strömungsteiler 24 und dem Einspritzventil der zweiten Dimension 32 entlang des Auslassströmungspfades 29 positioniert sein kann, so dass die Flüssigkeitsteilmenge, die durch den ersten Abgabekanal 120 abgegeben wird, zum Einspritzventil der zweiten Dimension 32 gerichtet ist. In einer solchen Ausführungsform pumpt eine Strömungsdosierungsabgabepumpe (nicht dargestellt), die eine flüssige mobile Phase der zweiten Dimension aus einer Flüssigkeitsquelle pumpt, eine solche flüssige mobile Phase durch den zweiten Abgabekanal 122, um die Flüssigkeitsteilmenge des zweiten Teilausflusses 28, die in dem entsprechenden Schiffchen 132, 134 an der zweiten Station 140 enthalten ist, "auszutragen", und durch den ersten Abgabekanal 120 entlang des Auslassströmungspfades 29 nach außen. Die flüssige mobile Phase der zweiten Dimension könnte dieselbe wie die flüssige mobile Phase der ersten Dimension sein. Zum Aufnehmen der Nachfüllung der Schiffchen 132, 134 mit zweitem Auslassteilstrom 28 an der ersten Station 138 ist zumindest eine dritte Station zur Evakuierung oder Gasentladung der flüssigen mobilen Phase der zweiten Dimension durch die Schiffchen 132, 134 an der zweiten Station 140 erwünscht.
  • Eine Ausführungsform der Strömungsdosiervorrichtung 30, die mehr als zwei Rotorstationen enthält, ist in 3–6 dargestellt, wobei die Strömungsdosiervorrichtung 230 einen Stator 232 und einen Rotor 234, der in Bezug auf den Stator 232 um eine Drehachse 236 drehbar ist, enthält. Der Rotor 234 ist in der Strömungsdosiervorrichtung 230 in fluiddichtem Kontakt mit dem Stator 232 an einer Grenzfläche 238 angeordnet, so dass Fluid zwischen dem Stator 232 und Rotor 234 hindurchgehen kann, ohne aus der Strömungsdosiervorrichtung 230 zu lecken. Der Stator 232 enthält eine Statorfläche 242, die für einen dichtenden Eingriff mit der Rotorfläche 244 des Rotors 234 gestaltet ist. In einigen Ausführungsformen können die Statorfläche 242 und Rotorfläche 244 im Wesentlichen eben sein und durch einen externen Montagesatz (nicht dargestellt) in dichtendem Eingriff miteinander platziert sein.
  • Der Stator 232 enthält ferner einen Stator-Einlassdurchgang 246, der sich entlang des Auslassströmungspfades 29 durch den Stator 232 erstreckt und durch die erste Statoröffnung 250 in die Statorfläche 242 mündet. Ein sekundärer Statoreinlassdurchgang 252 erstreckt sich entlang eines sekundären Pfades 254 durch den Stator 232 und mündet durch eine zweite Statoröffnung 256 in die Statorfläche 242. Ein sekundärer Statorauslassdurchgang 258 erstreckt sich entlang des sekundären Pfades 254 durch den Stator 232 und mündet durch eine dritte Statoröffnung 260 in die Statorfläche 242. Ein Einlassabgabedurchgang 262 erstreckt sich entlang eines Abgabepfades 264 durch den Stator 232 und mündet durch eine vierte Statoröffnung 266 in die Statorfläche 242. Ein Auslassabgabedurchgang 268 erstreckt sich entlang des Abgabepfades 264 durch den Stator 232 und mündet durch eine fünfte Statoröffnung 270 in die Statorfläche 242. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich der Auslassabgabedurchgang 268 entlang des Auslassströmungspfades 29, wie oben beschrieben. In anderen Ausführungsformen erstreckt sich ein Einlassförderdurchgang 272 entlang eines Förderpfades 272 durch den Stator 232 und mündet durch eine sechste Statoröffnung 276 in die Statorfläche 242. Ein Auslassförderdurchgang 278 kann sich entlang des Auslassströmungspfades 29 durch den Stator 232 erstrecken und kann durch eine siebente Statoröffnung 280 in die Statorfläche 242 münden.
  • Die oben beschriebenen Durchgänge sind Fluiddurchgänge, die für den Durchgang von Fluida durch den Stator 232 sorgen. Solche Durchgänge können in Sätzen bereitgestellt sein, wie in Gruppen von zumindest zwei, mit einem Einlassdurchgang und einem Auslassdurchgang, die zum Hindurchleiten eines entsprechenden Fluids gruppiert sind. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass zumindest der Stator-Einlassdurchgang 246 in einem Satz von zumindest einem Durchgang bereitgestellt sein kann, wobei keine separaten Einlass- und Auslassdurchgänge für eine bestimmte Fluidbeförderung notwendig sind.
  • Die Sätze von Fluiddurchgängen sind mit einem oder mehreren Schiffchen 282 in der Rotorfläche 244 des Rotors 234 koordiniert, um eine Flüssigkeitsteilmenge in strömungstechnischer Verbindung mit der Grenzfläche 238 aufzunehmen. Der Rotor 234 ist in Bezug auf den Stator 232 um die Drehachse 236 drehbar, um Schiffchen 282 der Reihe nach in mehrere um die Achse beabstandete Stationen in strömungstechnische Ausrichtung mit entsprechenden Fluiddurchgangsätzen zu bewegen. Ein primärer Statorsatz 284 kann einen Stator-Einlassdurchgang 246 und optional einen primären Auslassstatordurchgang 286 enthalten, der sich entlang eines optionalen primären Pfades 248 durch den Stator 232 erstreckt und durch eine optionale primäre Pfadöffnung 288 in die Statorfläche 242 mündet. In einigen Ausführungsformen kann der primäre Pfad 248 verstöpselt sein, um bei einer strömungstechnischen Verbindung mit dem Stator-Einlassdurchgang 246 einen unerwünschten Durchgang des zweiten Auslassteilstroms 28 durch ein Schiffchen 282 zu verhindern.
  • Ein sekundärer Statordurchgangssatz 290 enthält sekundäre Statoreinlass- und -auslassdurchgänge 252, 258 und ist vorzugsweise um die Achse vom primären Statordurchgangssatz 284 an der Statorfläche 242 beabstandet. Ein Abgabedurchgangssatz 292 kann Einlass- und Auslassabgabedurchgänge 262, 268 enthalten und kann um die Achse vom primären und sekundären Statordurchgangssatz 284, 290 an der Statorfläche 242 beabstandet sein. Ein Förderdurchgangssatz 294 kann Einlass- und Auslassförderdurchgänge 272, 278 enthalten und kann um die Achse von jedem primären Statordurchgangssatz 284, sekundären Statordurchgangssatz 290 und Abgabedurchgangssatz 292 an der Statorfläche 242 beabstandet sein. Die Stellen jedes der Durchgangsätze 284, 290, 292, 294 können vorzugsweise eine Station an der Statorfläche 242 definieren, wobei Schiffchen 282 mit der Drehung des Rotors 234 aus einer Ausrichtung von einer Station zur nächsten bewegt werden können. In einigen Ausführungsformen ist der Rotor 234 360° um die Drehachse 236 drehbar, so dass er der Reihe nach mit jeder der Stationen in axiale Ausrichtung gebracht wird, die durch Durchgangsätze 284, 290, 292, 294 in der Statorfläche 242 definiert sind.
  • In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die entsprechenden Fluiddurchgänge eines oder mehrerer der Durchgangsätze 284, 290, 292, 294 in strömungstechnischer Verbindung sein, um einen kontinuierlichen Fluiddurchgang entlang des entsprechenden Fluiddurchgangs durch den Stator 232 zur Grenzfläche 238 entlang eines ersten Schenkels und dann von der Grenzfläche 238 durch Stator 232 zurück entlang eines zweiten Schenkels des Fluidpfades zu bilden. Eine solche strömungstechnische Verbindung unter den Strömungsdurchgängen in einem bestimmten Durchgangssatz ermöglicht einen kontinuierlichen Fluidstrom entlang der entsprechenden Fluidpfade, wenn die Statorfläche 242 an der Rotorfläche 242 abgedichtet ist, unabhängig von der Position des Schiffchens 282 um die Achse. Wenn sich das Schiffchen 282 zwischen Stationen an der Statorfläche 242 befindet, dient die Rotorfläche 244 als Block für einen Fluiddurchgang an der Grenzfläche 238. Eine beispielhafte Ausführungsform ist in 5 dargestellt, wobei ein primärer Umgehungskanal 298 im Stator 232 angeordnet ist, um den Stator-Einlassdurchgang 246 strömungstechnisch mit dem primären Statorauslassdurchgang 286 zu verbinden. Ein sekundärer Umgehungskanal 300 ist auch im Stator 232 bereitgestellt, um eine strömungstechnische Verbindung zwischen sekundären Statoreinlass- und -auslassdurchgängen 252, 258 zu bilden. Ein Abgabe-Umgehungskanal 302 kann im Stator 232 bereitgestellt sein, um eine strömungstechnische Verbindung zwischen Einlassabgabedurchgang 262 und Auslassabgabedurchgang 268 zu bilden. In der dargestellten Ausführungsform ist kein Umgehungskanal für einen Förderdurchgangssatz 294 bereitgestellt. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass ein Förderumgehungskanal 304 für den Förderdurchgangssatz 294 enthalten sein kann, um eine strömungstechnische Verbindung im Stator 232 zwischen Einlass- und Auslassförderdurchgang 272, 278 zu bilden. Es ist klar, dass ein, alle oder keiner der Fluiddurchgänge in einem, allen oder keinem der Durchgangsätze 284, 290, 292, 294 eine strömungstechnische Verbindung im Stator 232 haben können, wie mit entsprechenden Umgehungskanälen 298–304. Der Zweck von Umgehungskanälen 298–304, wie oben beschrieben, ist die Errichtung einer strömungstechnischen Verbindung unter entsprechenden Fluiddurchgängen im Stator 232. Es wird in Betracht gezogen, dass die Umgehungskanäle 298–304 von jeder passenden Größe oder Konfiguration sein können, um zweckdienlich einen Umgehungsfluidstrom zwischen entsprechenden Fluiddurchgängen und entlang eines entsprechenden Fluidpfades zu ermöglichen. Umgehungskanäle 298–304 können zum Beispiel Rillen in der Statorfläche 242 sein, die sich zwischen entsprechenden Öffnungen der Fluiddurchgänge erstrecken. In einer solchen Ausführungsform kann der Umgehungskanal zur Grenzfläche 238 offen, aber von der Rotorfläche 244 umschlossen sein. In anderen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Umgehungskanäle 298–304 vollständig im Stator 232 eingeschlossen sein. Die Kanalbreiten "W" sind in unterschiedlichen Graden in 5 dargestellt, repräsentativ für beispielhafte Breiten relativ zu entsprechenden Öffnungen an der Statorfläche 242.
  • Schiffchen 282 können die Form von Vertiefungen in der Rotorfläche 244 aufweisen und können ein gleiches oder ungleiches Volumen haben. Beispielhafte Volumina, die in den Schiffchen 282 definiert sind, können zwischen 10 und 1000 Nanoliter betragen, wobei die Formen der Schiffchen 282 passend sind, um effektiv Flüssigkeitsteilmengen daraus aufzunehmen und abzugeben, wie auch gewünschte Fluidströmungseigenschaften einzurichten und beizubehalten, wenn sie an einer entsprechenden Station in Ausrichtung mit einem entsprechenden Fluiddurchgangssatz 284, 290, 292, 294 des Stators 232 positioniert sind. Es wird in Betracht gezogen, dass eines oder mehrere der Schiffchen 282 in der Rotorfläche 244 bereitgestellt sein können. Das eine oder die mehreren Schiffchen 282 sind mit dem Rotor 234 in mehrere, um die Achse beabstandete Stationen mit der Drehung des Rotors 234 um die Drehachse 236 bewegbar. Eine erste Station richtet ein Schiffchen 282 an der ersten Statoröffnung 250 in strömungstechnischer Verbindung mit dem Auslassströmungspfad 29 aus. Eine Drehung des Rotors 230 um ein vorbestimmtes Ausmaß um die Drehachse 236 bewegt das Schiffchen 282 zu einer zweiten Station, die das Schiffchen 282 in strömungstechnischer Verbindung mit dem sekundären Pfad an der zweiten und dritten Statoröffnung 256, 260 ausrichtet. Eine weitere Drehung des Rotors 234 bewegt das Schiffchen 282 zu einer dritten Station, die das Schiffchen 282 in strömungstechnischer Verbindung mit dem Abgabepfad 264 an der vierten und fünften Statoröffnung 266, 270 ausrichtet. In einigen Ausführungsformen bewegt eine weitere Drehung des Rotors 264 das Schiffchen 282 zu einer vierten Station, die das Schiffchen 282 in strömungstechnischer Verbindung mit dem Förderpfad 274 an einer sechsten und siebenten Statoröffnung 276, 280 ausrichtet. In einigen Ausführungsformen sind die oben beschriebenen Stationen jeweils durch eine 90° Drehung um die Drehachse 236 getrennt, so dass der Rotor 234 360° um die Drehachse 236 gedreht wird, um das Schiffchen 282 der Reihe nach durch eine Ausrichtung mit den jeweiligen Durchgangsätzen 284, 290, 292, 294 an den um die Achse beabstandeten Stationen laufen zu lassen. Der Zyklus ist durch eine anhaltende Drehung um die Drehachse 236 wiederholbar. Obwohl nur ein Schiffchen 282 in der Rotorfläche 244 die notwendigen Funktionen einer Strömungsdosiervorrichtung 230 erfüllen kann, kann die gewünschte Rate für den zweiten Auslassteilstrom 28 so sein, dass nicht ausreichend Zeit vorhanden ist, damit ein einzelnes Schiffchen 282 durch jede der festgelegten Stationen läuft. In einer beispielhaften Situation, wo eine Flüssigkeitsteilmenge pro Sekunde aus dem zweiten Auslassteilstrom 28 genommen wird, muss ein einzelnes Schiffchen 282 durch jede Station in insgesamt einer Sekunde geleitet werden, wobei es an jeder Station ausreichend lange pausiert, um die richtigen Fluida auszutauschen. Die darin liegenden Einschränkungen können keinen Übergang über die Strömungspfaddiskontinuität einer Probe pro Sekunde aus dem zweiten Auslassteilstrom 28 mit nur einem einzigen Schiffchen 282 ermöglichen. Die Drehzahl des Rotors 232 kann jedoch durch die Bereitstellung zusätzlicher Schiffchen 282 signifikant verringert werden. In demselben Beispiel, mit einem Entnahmeintervall von einer Probe pro Sekunde, könnte eine Rotorfläche 244 mit vier gleichermaßen um die Achse beabstandeten Schiffchen 282 die gewünschte Probennahmerate mit einer Drehzahl von einer Umdrehung pro vier Sekunden (15 U/min) erreichen. Die signifikant niedrigere Drehzahl von Rotor 234 ermöglicht längere Verweilzeiten bei jeder einzelnen Schiffchenstation im Überführungszyklus.
  • In einigen Ausführungsformen ist das Einspritzventil zweiter Dimension 32 eine Mehrwege-, Mehrfach-Probenschleifenventil, das nach dem Stand der Technik bekannt ist. Ein beispielhaftes 10-Wege-Ventil, das nach dem Stand der Technik bekannt ist, ist in 7A und 7B dargestellt, die ein Einspritzventil zweiter Dimension 32 in einer ersten und zweiten Ventilposition zeigen. Insbesondere ist ein Einspritzventil zweiter Dimension 32 in 7A an einer ersten Ventilposition 35a dargestellt, wobei Flüssigkeit aus dem zweiten Auslassteilstrom 28, der entlang des Auslassströmungspfades 29 strömt, an der Einlassöffnung (1) aufgenommen wird. Das Einspritzventil zweiter Dimension 32 kann in dieser Ausführungsform zwei separate Strömungspfade zur Verwendung als Doppelschleifeneinspritzung errichten. Eine erste Probenschleife 36a umfasst einen Strömungsdurchgang, der sich zwischen ersten Probenschleifenöffnungen (10, 7) erstreckt, wobei Flüssigkeit aus der Einlassöffnung (1) abgegeben wird und ein Überschuss aus der Auslassöffnung (6) strömt. In der ersten Ventilposition 35a ist die erste Probenschleife 36a strömungstechnisch an die Einlassöffnung (1) und Auslassöffnung (6) gekoppelt, während eine zweite Probenschleife 36b die Öffnungen (2, 5) verbindet und strömungstechnisch an einen Einspritzpfad, der von einer Pumpe zweiter Dimension 39 angetrieben ist, zur Säule zweiter Dimension 34 gekoppelt ist, der über eine Pumpeneinlassöffnung (9) durch eine Einspritzöffnung (4), enthaltend Öffnungen (8, 3), verläuft. Folglich kann die erste Probenschleife 36a mit einem zweiten Auslassteilstrom 28 gefüllt werden, während die Probe in der zweiten Probenschleife 36b in der Säule zweiter Dimension 34 analysiert wird.
  • Ein Ventil zweiter Dimension 32 ist in 7B in einer zweiten Position 35b dargestellt, wo die zweite Probenschleife 36b gefüllt werden kann, während die Probe in der ersten Probenschleife 36a in der Säule zweiter Dimension 34 analysiert wird. In diesem Fall kann der zweite Auslassteilstrom an der Einlassöffnung (1) bei einer Strömungsrate aufgenommen werden, die durch die Strömungsdosiervorrichtung 30 kontrolliert wird, um durch die zweite Probenschleife 36b an Öffnungen (2, 5) und aus dem Einspritzventil zweiter Dimension 32 an der Auslassöffnung (6) zu gehen. Eine Einspritzung einer ersten Probenschleife 36a der Reihe nach durch Öffnungen (9, 10, 7, 8, 3, 4) wird durch eine Pumpe zweiter Dimension 39 angetrieben. Ein Strom des zweiten Auslassteilstroms 28 kann abwechselnd in die erste oder zweite Probenschleife 36a, 36b geleitet werden. Die kontrollierte Strömungsrate des zweiten Auslassteilstroms 28 kann derart sein, dass das gefüllte Probenschleifenvolumen ein Volumen darstellt, das über die gesamte Zeit zur Analyse und Äquilibrierung der Analyse zweiter Dimension verbraucht wird. Die erste und zweite Probenschleife 36a, 36b können abwechselnd gefüllt und in die Säule 34 zweiter Dimension eingespritzt werden. Ein Vorteil dieser Technik ist, dass jede Probenschleife 36a, 36b vollständig mit der mobilen Phase der zweiten Dimension über die gesamte Analysenzeit gewaschen wird, um einen Übertrag zu eliminieren. Wie oben beschrieben, steht die erste Probenschleife 36a mit der zweiten Trennsäule 34 in strömungstechnischer Verbindung, wenn die zweite Probenschleife 36b mit dem zweiten Auslassteilstrom 28 in strömungstechnischer Verbindung steht.
  • In einigen Ausführungsformen definiert die erste und zweite Probenschleife 36a, 36b ein erstes bzw. zweites Probenschleifenvolumen, die gleich oder größer als das gewünschte Probenvolumen sind, das an die Säule zweiter Dimension 34 abzugeben ist. Die mögliche Strömungsrate, wie durch die Strömungsdosiervorrichtung 30 definiert, kann im Wesentlichen gleich einem solchen Probenvolumen, dividiert durch die Analysezeit sein, die für die Säule zweiter Dimension 34 erforderlich ist. Insbesondere ist die kontrollierte Strömungsrate ausreichend um zu ermöglichen, dass der zweite Auslassteilstrom 28 ein entsprechendes von dem ersten und zweiten Probenschleifenvolumen in einer festgelegten Zeitspanne füllt, welche die Summe einer Analysezeit und einer Äquilibrierungszeit der Säule zweiter Dimension 34 ist. Eine solche berechnete Strömungsrate des zweiten Auslassteilstroms 28 garantiert, dass eine repräsentative Probe der mobilen Phase, die durch den Strömungsteiler 24 geht, an eine Säule zweiter Dimension 34 abgegeben wird.
  • In der Folge ist ein Verhältnis für ein beispielhaftes Steuerungsschema für eine Dosierungssteuerung 74 angegeben, um eine passende Strömungsrate für den zweiten Auslassteilstrom 28 aufzubauen, um eine vollständige chromatographische Analyse der mobilen Phase in der Säule zweiter Dimension 34 zu garantieren: Fc ≤ VL/(T2a + T2e) wobei
    • Fc
    = kontrollierte Strömungsrate des zweiten Auslassteilstroms 28
    VL
    = Volumen der Probenschleife
    T2a
    = Analysezeit der Säule zweiter Dimension 34
    T2e
    = Äquilibrierungszeit der Säule zweiter Dimension 34
  • Die "Äquilibrierungszeit" der zweiten Dimension ist die Zeit, die notwendig ist, um ein Gegenphasenlösemittel aus der Säule zweiter Dimension zu "spülen". Zum Beispiel werden gewisse "HPLC"-Analysen durchgeführt, indem zunächst eine wässrige Phase durch die Säule geleitet wird, gefolgt von einer organischen Phase, wobei die Probe, wie angemessen, in die wässrige und/oder organische Phase eingespritzt wird. Die Probe wird durch die chromatographische Säule durch die Abfolge abwechselnder wässriger/organischer Phasen eluiert. Sobald das Eluieren der Probe durch die chromatographische Säule beendet ist, soll die Säule von sämtlicher verbleibender wässriger/organischer Phase "befreit" werden, die der anfänglichen mobilen Phase in der folgenden Probenanalyse entgegengesetzt ist. Daher wird in dem Beispiel einer Probe, die zuerst mit einer wässrigen Phase getestet wird, gefolgt von einer organischen Phase, eine solche organische Phase vorzugsweise mit einer wässrigen Leerphase (wie Wasser) aus der Säule "gespült", bevor die anschließende Probensequenz eingeleitet wird. Dieses "Spülzeit" ist die "Äquilibrierungszeit", die in dem obenstehenden Verhältnis eingesetzt ist.
  • Die Erfindung wurde hier ziemlich ausführlich beschrieben, um den Patentstatuten gerecht zu werden und den Fachleuten auf dem Gebiet die Informationen zu liefern, die notwendig sind, um die neuartigen Prinzipien anzuwenden und Ausführungsformen der Erfindung nach Bedarf zu konstruieren und anzuwenden. Es ist jedoch klar, dass verschiedene Modifizierungen ausgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung als solchen abzuweichen.

Claims (16)

  1. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem, umfassend: ein Analysesystem erster Dimension, enthaltend eine erste Trennsäule zum chromatographischen Trennen einer flüssigen mobilen Phase in einen Ausfluss erster Dimension mit einer Ausströmungsrate erster Dimension; einen Strömungsteiler zum Trennen des Ausflusses erster Dimension in einen ersten Auslassteilstrom und einen zweiten Auslassteilstrom mit einem ersten Druck; ein Analysesystem zweiter Dimension, enthaltend eine zweite Trennsäule zum chromatographischen Trennen des zweiten Auslassteilstroms in einen Ausfluss zweiter Dimension und ein Einspritzventil zum Lenken der Proben von dem zweiten Auslassteilstrom in die zweite Trennsäule, wobei das Einspritzventil eine Einlassöffnung zum Aufnehmen des zweiten Auslassteilstroms, eine Auslassöffnung und eine erste und zweite getrennte Probenschleife aufweist, umfassend Strömungskanäle, die abwechselnd in strömungstechnischer Verbindung mit dem zweiten Auslassteilstrom oder der zweiten Trennsäule positionierbar sind; und eine Strömungsdosiervorrichtung zum Aufnehmen des zweiten Auslassteilstroms aus der Auslassöffnung des Einspritzventils entlang eines Auslassströmungspfades, wobei die Strömungsdosiervorrichtung ein Ventil zum selektiven Schließen oder Öffnen des Auslassströmungspfades als Reaktion auf ein Steuersignal von einer Dosierungssteuerung umfasst, die programmiert ist, den zweiten Auslassteilstrom vom Strömungsteiler bei einer vorbestimmten zweiten Teilauslassströmungsrate zu ermöglichen, wie durch ein Volumen des zweiten Auslassteilstroms bestimmt, das durch die Strömungsdosiervorrichtung entlang des Auslassströmungspfades innerhalb einer festgelegten Zeitspanne ermöglicht wird.
  2. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem nach Anspruch 1, wobei die Strömungsdosiervorrichtung enthält: (i) einen Stator mit einer Statorfläche, einem erstem Stator-Einlassdurchgang, der sich entlang des Auslassströmungspfades durch den Stator erstreckt und durch eine erste Statoröffnung in die Statorfläche mündet, einem ersten Abgabedurchgang, der sich entlang des Auslassströmungspfades durch den Stator erstreckt und durch eine zweite Statoröffnung, die von der ersten Statoröffnung beabstandet ist, in die Statorfläche mündet; und (ii) einen Rotor mit einer Rotorfläche, die an einer Grenzfläche in fluiddichtem Kontakt mit der Statorfläche ist, wobei die Rotorfläche ein Schiffchen enthält, das zum Aufnehmen einer Flüssigkeitsteilmenge in strömungstechnischer Verbindung mit der Grenzfläche gestaltet ist, wobei der Rotor in Bezug auf den Stator um eine Drehachse drehbar ist, um das Schiffchen der Reihe nach in mehrere, um die Achse beabstandete Stationen zu bewegen, wobei eine erste Station das Schiffchen in strömungstechnischer Verbindung mit dem Auslassströmungspfad an der ersten Statoröffnung ausrichtet und eine zweiten Station das Schiffchen in strömungstechnischer Verbindung mit dem Auslassströmungspfad an der zweiten Statoröffnung ausrichtet.
  3. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem nach Anspruch 2, enthaltend einen zweiten Abgabedurchgang, der sich entlang eines Abgabepfades durch den Stator erstreckt, und durch eine dritte Statoröffnung in die Statorfläche mündet, wobei die zweite und dritte Statoröffnung, zumindest wenn das Schiffchen an der zweiten Station positioniert ist, miteinander in strömungstechnischer Verbindung stehen.
  4. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem nach Anspruch 3, enthaltend ein Abgabemittel zum Abgeben der Flüssigkeitsteilmenge aus dem Schiffchen durch den ersten Abgabedurchgang.
  5. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem nach Anspruch 1 wobei die erste und zweite Probenschleife ein erstes bzw. zweites Probenschleifenvolumen definieren, die jeweils gleich oder größer als ein Einspritzvolumen des zweiten Auslassteilstroms sind, das zur Analyse durch die zweite Trennsäule erforderlich ist.
  6. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem nach Anspruch 1, wobei der erste Druck zumindest ein Kilopascal ist.
  7. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem nach Anspruch 6, wobei der erste Druck zwischen 1–10.000 Kilopascal beträgt.
  8. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem nach Anspruch 1, wobei der erste Probenströmungskanal in strömungstechnischer Verbindung mit der zweiten Trennsäule steht, wenn der zweite Probenströmungskanal in strömungstechnischer Verbindung mit dem zweiten Auslassteilstrom steht.
  9. Mehrdimensionales Flüssigkeitsanalysesystem nach Anspruch 1, wobei eine erste Teilauslassströmungsrate aus dem Strömungsteiler als die Differenz zwischen der Ausströmungsrate erster Dimension und der zweiten Teilauslassströmungsrate definiert ist.
  10. Verfahren zum Analysieren einer Flüssigkeitsprobe, umfassend: (a) Pumpen der Flüssigkeitsprobe mit einer ersten Pumpe zu einem Analysesystem erster Dimension mit einer ersten chromatographischen Säule zum Identifizieren einer chemischen Komponente der Flüssigkeitsprobe, wobei das Analysesystem erster Dimension einen Flüssigkeitsausfluss erster Dimension bei einer Ausströmungsrate erster Dimension liefert; (b) Trennen des Flüssigkeitsausflusses erster Dimension in einen ersten Auslassteilstrom und einen zweiten Auslassteilstrom mit einem ersten Druck von zumindest einem Kilopascal, wobei der zweite Auslassteilstrom durch die erste Pumpe motiviert ist; (c) Dosieren des zweiten Auslassteilstroms entlang eines Auslassströmungspfades auf eine zweite Teilauslassströmungsrate durch selektives Schließen oder Öffnen des Auslassströmungspfades mit einer Strömungsdosiervorrichtung; und (d) Lenken des zweiten Auslassteilstroms durch ein Analysesystem zweiter Dimension mit einer zweiten chromatographischen Säule zum Identifizieren einer chemischen Komponente der Flüssigkeitsprobe, wobei das Analysesystem zweiter Dimension ein Einspritzventil mit einer Einlassöffnung zum Aufnehmen des zweiten Auslassteilstroms, einer Auslassöffnung und einer ersten und zweiten separaten Probenschleife enthält, umfassend Strömungsdurchgänge, die abwechselnd in strömungstechnischer Verbindung mit dem zweiten Auslassteilstrom oder der zweiten chromatographischen Säule positionierbar sind, wobei die erste und zweite Probenschleife ein erstes bzw. zweites Probenschleifenvolumen definiert, wobei die zweite Teilauslassströmungsrate ausreichend ist, damit der zweite Auslassteilstrom ein entsprechendes des ersten und zweiten Probenschleifenvolumens innerhalb einer festgelegten Zeitspanne füllen kann, welche die Summe einer Analysezeit und einer Äquilibrierungszeit der zweiten chromatographischen Säule ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Strömungsdosiervorrichtung einen Rotor mit einem Schiffchen enthält, das zum Aufnehmen einer Flüssigkeitsteilmenge gestaltet ist, wobei der Rotor bewegbar ist, um das Schiffchen entsprechend zu mehreren voneinander beabstandeten Stationen zu bewegen, wobei eine erste Station das Schiffchen zum Aufnehmen der Flüssigkeitsteilmenge aus dem zweiten Auslassteilstrom entlang des Auslassströmungspfades ausrichtet und eine zweite Station das Schiffchen zum Abgeben der Flüssigkeitsteilmenge an den zweiten Auslassteilstrom entlang des Auslassströmungspfades ausrichtet.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der zweite Auslassteilstrom durch das Schiffchen diskontinuierlich mit der Strömungsdosiervorrichtung verbunden ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Auslassströmungspfad durch Positionieren des Schiffchens an der ersten Station geöffnet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 11, enthaltend ein Lenken des zweiten Auslassteilstroms aus der Auslassöffnung des Einspritzventils zur Strömungsdosiervorrichtung.
  15. Verfahren nach Anspruch 11, enthaltend ein Abgeben der Flüssigkeitsteilmenge aus dem Schiffchen durch Verdrängen der Flüssigkeitsteilmenge mit einem Gas.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, enthaltend ein Verdrängen der Flüssigkeitsteilmenge aus dem Schiffchen unter einem angelegten Vakuumdruck.
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