DE112016007026T5

DE112016007026T5 - Verfahren und system zum reduzieren der effekte des säulenblutens und der probenverschleppung (carry-over)

Info

Publication number: DE112016007026T5
Application number: DE112016007026.8T
Authority: DE
Inventors: Paul C. Dryden; Sammye Elizabeth Traudt; Robert C. Henderson
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2019-04-25
Also published as: CN109416347B; GB201900547D0; JP6924781B2; GB2566872B; GB2566872A; CN109416347A; WO2018004570A1; GB2566872B8; EP3479113A1; EP3479113A4; US11009489B2; US20190170708A1; CN114384190A; JP2019519782A

Abstract

Bei der Gaschromatographie (GC) wird eine Probe in den Durchfluss seines Trägergases eingeführt und die Mischung durch eine geheizte GC-Säule geleitet, um gaschromatographische Daten von der Probe zu erlangen. Gleichzeitig wird die Säule von einer Ausgangstemperatur auf eine Endtemperatur aufgeheizt. Anschließend wird die Säule entsprechend einem Kühlprogramm abgekühlt. Das Kühlprogramm kann eine erste ansteigende Kühlungsphase, ein anschließendes isothermes Anhalten und eine zweite ansteigende Kühlungsphase einschließen. Alternativ kann, während die Säule abgekühlt wird, der Durchfluss des Trägergases verlangsamt oder für einen Zeitraum eingestellt werden, wonach der Durchfluss des Trägergases durch die Säule mit der ursprünglichen Durchflussrate für die Vorbereitung der Verarbeitung einer anderen Probe fortgesetzt werden kann. Das Kontrollieren der Säulentemperatur und/oder des Durchflusses in dieser Art und Weise kann beim Reduzieren des Säulenblutens und der Probenverschleppung („Carry-Over“) und/oder deren Effekte wirksam sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Gaschromatographie (GC) und insbesondere das Kontrollieren der Säulentemperatur und des Durchflusses während der Zeit bei der die GC-Säule abgekühlt wird, so dass die Effekte des Säulenblutens und der Probenverschleppung reduziert werden können.
HINTERGRUND
Gaschromatographie (GC) ist verbunden mit der analytischen Auftrennung einer Probe in der Dampf- oder Gasphase, die in eine chromatographische Säule injiziert wird. Ein chemisch inertes Trägergas, wie Helium, Stickstoff, Argon oder Wasserstoff, wird als mobile Phase für die Elution der Analyten-Probe in der Säule verwendet. Die Probe und das Trägergas werden in einen GC-Einlass eingeführt, der an den Säulenkopf gekoppelt ist. Am GC-Einlass wird die Probe in den Trägergasstrom injiziert und die resultierende Proben-Trägergas-Mischung fließt durch die Säule. Darauf wird als Säulendurchfluss Bezug genommen. Während dem Säulendurchfluss durchläuft die Probe eine stationäre Phase (typischerweise ein Material, das die Innenseite der Säulenoberfläche auskleidet), wodurch verschiedene Bestandteile der Probe entsprechend der unterschiedlichen Affinitäten zu der stationären Phase aufgetrennt werden. Die aufgetrennten Bestandteile eluieren aus dem Säulenausgang und werden mit einem geeigneten Detektor gemessen, wodurch Daten erzeugt werden, aus denen ein Chromatogramm oder Spektrum erstellt werden kann, welches die Bestandteile identifizieren kann. Während dem Durchfluss der Probe durch die Säule, wird die Säule (und somit die Probe) bei einer gewünschten Temperatur gehalten. Zu diesem Zweck beherbergt die Säule typischerweise einen thermisch kontrollierten Ofen, oder ist in thermischem Kontakt mit einer Heizvorrichtung. Das Programmieren der Temperatur der Säule ermöglicht, dass ein breiterer Bereich an Bestandteilen bei einem einzigen Lauf analysiert werden kann. Wird ein Temperaturprogramm verwendet, so wird die Säule typischerweise zwischen den Probenläufen auf die Starttemperatur des Verfahrens abgekühlt.
Das Verändern der Säulentemperatur beeinträchtigt auch die stationäre Phase. Typischerweise ist die stationäre Phase bei der anfänglichen Säulentemperatur stabil und ist unter diesen Bedingungen sogar nach längere Perioden unverändert. Da die Temperatur jedoch ansteigt,kann die stationäre Phase beginnen, sich zu zersetzen. Da sie sich zersetzt, bilden sich Zersetzungsprodukte und diese Zersetzungsprodukte sind flüchtig genug, dass sie bei höheren Temperaturen nicht oder nur teilweise durch die stationäre Phase zurückgehalten werden, und bei einigen Typen von Detektoren ein Signal erzeugen. Dieses Signal addiert sich zu dem Signal, das durch die Bestandteile der analytischen Probe erzeugt wird, wodurch das Basislinien-Signallevel angehoben wird. Darauf wird unter Säulenbluten Bezug genommen und kann meistens leicht von den Peaks unterschieden werden, die durch Elution der Bestandteile der Probe erzeugt werden.
Wie erwähnt, ist das Säulenbluten typischerweise bei den höchsten Temperaturen nicht verzögert und bei den niedrigsten Temperaturen typischerweise vollständig verzögert, d. h., die Zersetzungsprodukte bleiben an den fixierten Positionen innerhalb der Säule. Bei mittleren Temperaturen ist das Säulenbluten teilweise verzögert. Wenn ein neuer Probenlauf startet und die Säulentemperatur anzusteigen beginnt und wenn einiges an Säulenbluten aus vorhergehenden Läufen in der Säule vorhanden ist, beginnt es zu eluieren, was zu einer Erhöhung der Basislinie führt. Eventuell fällt dies zusammen mit neu gebildetem Säulenbluten und die Basislinie wird weiter ansteigen. Der Effekt davon wird wieder geringfügig sein, da Säulenbluten typischerweise ein breites Signal erzeugt, das nicht mit den Peaks verwechselt wird.
Es gibt jedoch eine Situation, bei der Säulenbluten ein schwerwiegendes Problem werden kann. Wenn das verzögerte Säulenbluten von vorhergehenden Läufen zu eluieren beginnt und wenn es nicht gleichmäßig innerhalb der Säule verteilt ist, dann kann es Signale im Chromatogramm erzeugen, die wie Peaks erscheinen, und dies kann bei der Analyse der Probe stören. Das verzögerte Säulenbluten kann sich unregelmäßig in der Säule verteilen, wenn die Säule sehr schnell nach dem vorhergehenden Lauf abgekühlt wird, und insbesondere, wenn die Säule nicht gleichförmig abgekühlt wird. Da das Trägergas während dem Abkühlen weiter fließt, tendieren die Bestandteile aus dem Säulenbluten von wärmeren Sektionen der Säule zu kälteren Sektionen zu wandern. Je länger die Säule in diesem Temperaturübergangsbereich verweilt und je ungleichmäßiger die Säulentemperatur während dieser Zeit ist, umso größer ist die Auftrennung des Säulenblutens zwischen den Teilen der Säule.
Wenn die Säulentemperatur zu Beginn des nächsten Laufs ansteigt und wenn die Temperatur langsam genug ansteigt, dann eluieren die Taschen von übriggebliebenem Säulenbluten als ziemlich breite Peaks, die leicht unterscheidbar sind von den viel schärferen Peaks der analytischen Probe. Je schneller die Temperatur ansteigt, umso schmaler werden die Peaks aufgrund von Säulenbluten und beginnen, Probleme zu verursachen. Dieser Effekt kann durch langsames und gleichmäßiges Abkühlen minimiert werden, oder durch langsameres Aufheizen zu Beginn des Probenlaufs, jedoch beide Strategien verlängern die Zeit zwischen den Probenläufen und reduzieren den Probendurchsatz.
Es bleibt ein Bedarf an Verfahren und Systemen bestehen, die das Säulenbluten aufgrund von thermisch induzierter Zersetzung der stationären Phase in einer GC-Säule verringert.
ZUSAMMENFASSUNG
Um die vorstehenden Probleme teilweise oder ganz und/oder andere Probleme zu bewältigen, die dem Fachmann aufgefallen sein könnten, stellt die vorliegende Offenbarung Verfahren, Prozesse, System, Geräte, Instrumente und/oder Vorrichtungen bereit, wie sie anhand von Implementierungsbeispielen nachfolgend beschrieben sind.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Durchführung einer Gaschromatographie (GC) mit einer Probe bereitgestellt, wobei das Verfahren einschließt: Das Durchfließen eines Trägergases durch eine GC-Säule; während der Durchlaufzeit der Probe, das Aufheizen der GC-Säule entsprechend einem Heizprogramm, wobei das Heizprogramm das Ansteigen der Säulentemperatur der GC-Säule von einer Ausgangstemperatur zu einer Endtemperatur umfasst; während der Durchlaufzeit der Probe Injizieren der Probe in den Trägergas-Durchfluss, um eine Mischung der Probe und des Trägergases zu erzeugen, und die Mischung durch die GC-Säule fließen zu lassen; und nach der Durchlaufzeit der Probe Abkühlen der GC-Säule entsprechend einem Kühlprogramm, wobei das Kühlprogramm das Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur auf eine Verweiltemperatur; das Halten der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für eine isotherme Verweilzeit; und nach der isothermen Verweilzeit das Verringern der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur auf die Anfangstemperatur umfasst. Gegebenenfalls kann der Durchfluss des Trägergases durch die Säule erhöht werden und der Durchfluss oder Druck während der isothermen Verweilzeit gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Gaschromatographie(GC)-System bereitgestellt, einschließlich: einer GC-Säule; einer Trägergasquelle, konfiguriert für den Durchfluss einer Mischung einer Probe mit einem Trägergas durch die GC-Säule; einer Heizvorrichtung, konfiguriert für das Aufheizen der GC-Säule; und einer Kontrollvorrichtung, konfiguriert für das Kontrollieren der Trägergasquelle zum Durchfließen der Mischung durch die GC-Säule während der Probenlaufzeit; das Kontrollieren der Heizvorrichtung um die GC-Säule während der Probenlaufzeit entsprechend einem Heizprogramm aufzuheizen, wobei das Heizprogramm das Ansteigen der Säulentemperatur der GC-Säule von einer Anfangssäulentemperatur zu einer Endsäulentemperatur umfasst; und das Kontrollieren der Heizvorrichtung zum Kühlen der GC-Säule nach der Probenlaufzeit entsprechend einem Kühlprogramm, wobei das Kühlprogramm das Verringern der Säulentemperatur von einer Endsäulentemperatur zu einer Verweiltemperatur umfasst; Halten der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für eine isotherme Verweilzeit; und nach der isothermen Verweilzeit Verringern der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur zur Anfangssäulentemperatur. Gegebenenfalls kann der Durchfluss des Trägergases durch die Säule erhöht werden und der Durchfluss oder Druck während der isothermen Verweilzeit gehalten werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Durchführung einer Gaschromatographie (GC) mit einer Probe bereitgestellt, wobei das Verfahren einschließt: Das Durchfließen eines Trägergases durch eine GC-Säule; während einer Probenlaufzeit Aufheizen der GC-Säule auf eine vorbestimmte Temperatur, oder entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil; während der Probenlaufzeit Injizieren der Probe in den Trägergasfluss, um eine Mischung aus der Probe und dem Trägergas zu erzeugen, und die Mischung durch die GC-Säule fließen lassen; nach der Probenlaufzeit Abkühlen der GC-Säule für eine Abkühlzeit; und vor und/oder während mindestens einem Teil der Abkühlzeit Reduzieren oder Beenden des Durchflusses des Trägergases durch die GC-Säule.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Gaschromatographie(GC)-System bereitgestellt einschließlich: einer GC-Säule; einer Trägergasquelle, konfiguriert für den Durchfluss einer Mischung einer Probe mit einem Trägergas durch die GC-Säule; einer Heizvorrichtung, konfiguriert für das Aufheizen der GC-Säule; und einer Kontrollvorrichtung, konfiguriert für das Kontrollieren einer Trägergasquelle, um die Mischung durch die GC-Säule und Detektor fließen zu lassen; Kontrollieren der Heizvorrichtung, um die GC-Säule auf eine vorbestimmte Temperatur oder entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil während einer Probenlaufzeit aufzuheizen; nach der Probenlaufzeit das Kontrollieren des Kühlens der GC-Säule während der Abkühlzeit; und Kontrollieren der Trägergasquelle oder Durchflussregulators zwischen der Trägergasquelle und der GC-Säule, um den Durchfluss des Trägergases durch die GC-Säule vor und/oder während mindestens einem anfänglichen Teil der Kühlzeit zu reduzieren oder zu beenden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein zur Durchführung einer Gaschromatographie (GC) mit einer Probe bereitgestellt, wobei das Verfahren einschließt: Das Durchfließen eines Trägergases durch eine GC-Säule; Aufheizen der GC-Säule auf eine vorbestimmte Temperatur oder entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil; während der Probenlaufzeit Injizieren der Probe in den Trägergasfluss, um eine Mischung aus der Probe und dem Trägergas zu erzeugen; und die Mischung durch die GC-Säule fließen zu lassen; nachdem die Analyse vollständig ist, die GC-Säule während einer Abkühlzeit abkühlen zu lassen; und während mindestens einem Teil der Abkühlzeit Verlangsamen des Durchflusses des Trägergases durch die GC-Säule auf eine Geschwindigkeit, die geringer ist als die Durchflussrate des Trägergases durch die Säule während der Analyse.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Gaschromatographie(GC)-System oder -Apparat bereitgestellt einschließlich: einer GC-Säule, umfassend einen Säuleneinlass und einen Säulenausgang; eine Trägergasquelle, konfiguriert für das Fließen einer Mischung aus einer Probe und dem Trägergas durch den Säuleneingang; einen Detektor, konfiguriert für das Nachweisen der Analyten der Mischung, die aus dem Säulenausgang fließen; eine Heizvorrichtung, konfiguriert für das Aufheizen der GC-Säule; und eine Kontrollvorrichtung, konfiguriert für das Kontrollieren einer Trägergasquelle, um das Trägergas und die Probe durch die GC-Säule und zum Detektor fließen zu lassen; Kontrollieren der Heizvorrichtung, um die GC-Säule auf eine vorbestimmte Temperatur oder entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil während einer Probenlaufzeit aufzuheizen; Kontrollieren der Kühlung der GC-Säule; und Kontrollieren der Trägergasquelle, um den Durchfluss des Trägergases durch die GC-Säule auf eine Geschwindigkeit zu verlangsamen, die geringer ist als die Durchflussrate des Trägergases durch die Säule während mindestens einem Zeitraum der Abkühlzeit der Probenlaufzeit.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Gaschromatographie(GC)-System oder -Apparat so konfiguriert, dass es eines der hierin offenbarten Verfahren durchführt oder kontrolliert.
Andere Vorrichtungen, Apparate, Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann ersichtlich nach dem Studium der folgenden Abbildungen und detaillierten Beschreibung. Es ist beabsichtigt, dass alle zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile von der Beschreibung umfasst sind, sich innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befinden und die begleitenden Ansprüche geschützt sind.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die folgenden Abbildungen Bezug genommen. Die Teile der Abbildungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, dafür wurde der Schwerpunkt auf die Darstellung der Prinzipien der Erfindung gelegt. In den Abbildungen bezeichnen die Referenzziffern die entsprechenden Teile durchgehend durch die verschiedenen Ansichten.

ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für ein Gaschromatographie (GC)-System oder -Apparat entsprechend einer repräsentativen Ausführungsform.
ist eine schematische Ansicht einer GC-Säule und den damit verbundenen Bestandteilen entsprechend einer Ausführungsform.
illustriert ein Beispiel für ein Säulentemperaturprogramm (oder -Profil) implementiert in einem GC-System entsprechend einer Ausführungsform.
ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Durchführung von Gaschromatographie (GC) einer Probe entsprechend einer Ausführungsform illustriert.
ist ein Set von drei Chromatogrammen, erhalten bei der Durchführung von drei Probenläufen in einer die Serie, die das hierin beschriebene GC-System verwenden.
ist ein Set von graphischen Darstellungen des ASTM-Hintergrunds („Noise“) als Funktion der Verweiltemperatur für vier unterschiedliche Verweilzeiten, erzeugt aus den Experimenten, die hierin beschrieben sind.
ist ein Set von graphischen Darstellungen der ASTM Noise als Funktion der Anzahl der Säulenverweilzeiten für eine Säule, die das gleiche thermische Profil des Ofens durchlaufen vor und nach dem experimentellen Durchlauf mit vier unterschiedlichen Durchflussraten.
ist ein Set von graphischen Darstellungen der ASTM Noise als Funktion der Anzahl der Säulenverweilzeiten für drei unterschiedlichen Durchflussraten entsprechend einem anderen Experiment.
ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Durchführung von Gaschromatographie (GC) einer Probe entsprechend einer Ausführungsform illustriert.
ist ein Set von drei Chromatogrammen, erhalten bei der Durchführung von vier unterschiedlichen experimentellen Probenläufen entsprechend einem der hierin beschriebenen Beispielen.
ist ein Set von drei Chromatogrammen, erhalten bei der Durchführung von vier unterschiedlichen experimentellen Probenläufen entsprechend einem anderen hierin beschriebenen Beispiel.
ist ein Set von drei Chromatogrammen, erhalten bei der Durchführung von drei unterschiedlichen experimentellen Probenläufen entsprechend einem anderen hierin beschriebenen Beispiel.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Begriff „Analyt“ für ein Molekül in der Probe, das für den Forscher oder Anwender eines Gaschromatographen (GC) von Interesse ist - das ist ein Molekül, von dem eine Analyse erwünscht ist, wie zum Beispiel eine chromatographische oder chromatographische/Massen-Spektralanalyse. Der Begriff „Probe“ oder „Probenmatrix“ bezieht sich auf jede Substanz von der bekannt ist oder von der angenommen wird, dass sie den Analyten beinhaltet. Die Probe kann eine Kombination von Analyten und nicht-Analyten sein. Der Begriff „nicht-Analyten“ oder „nichtanalytische Komponenten“ bedeuten in diesem Zusammenhang Komponenten der Probe, deren Analyse nicht von Interesse sind, da solche Komponenten keinen analytischen Wert besitzen und/oder die Analyse der gewünschten Analyten beeinträchtigen (z. B. die Analyse stören). Nicht-Analyten können im Allgemeinen jedes Molekül sein, das nicht von Interesse ist, wie kontaminierende Substanzen oder Verunreinigungen. Beispiele für nicht-Analyten können einschließen, sind jedoch nicht begrenzt auf Wasser, Öle, Lösungsmittel oder andere Medien, in denen die gewünschten Analyten gefunden werden können, sowie Materialien der stationären Phase, die durch Bluten einer chromatographischen Säule entstanden sind.
Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „Gas“, der Einfachheit halber, Dämpfe und Gase, in denen Dämpfe, Tröpfchen oder Partikel mitgeführt werden können.
ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für ein Gaschromatographie(GC)-System oder -Apparat 100, auch einfach bezeichnet als Gaschromatograph oder GC, entsprechend einem repräsentativen Beispiel. Gaschromatographie und die Geräteausstattung, die bei der Implementierung der Gaschromatographie verwendet wird, ist dem Fachmann im Allgemeinen bekannt. Dementsprechend werden hierin der GC 100 und bestimmte Komponenten davon nur kurz beschrieben, soweit es nötig ist, um den hierin beschriebenen Gegenstand zu verstehen.
Der GC 100 kann im Allgemeinen einen GC-Einlass (oder eine GC-Einlassvorrichtung) 104, eine GC-Säule 108, eine Heizvorrichtung (oder Säulenheizung) 112 und einen Detektor 116 einschließen. Der GC 100 kann auch eine Einführungsvorrichtung für die Probe (oder einen Probeninjektor) 120 und eine Trägergasquelle (oder Trägergasspeisegerät) 124 einschließen. Der GC 100 kann weiterhin eine Systemkontrollvorrichtung oder Computervorrichtung (oder einfacher eine Kontrollvorrichtung) 128 einschließen. Auch schematisch gezeigt ist eine Stromquelle 132, die eine oder mehrere Vorrichtungen darstellen kann, die elektrischen Strom für eine oder mehrere Strom-konsumierende Komponenten der GC 100 bereitstellen, wie den Kontrollvorrichtung 128, die Heizvorrichtung 112 usw.
Die Proben-Einführungsvorrichtung 120 kann jede Vorrichtung sein, die so konfiguriert ist, dass sie eine Probe in den GC-Einlass 104 injiziert. Die Injektion der Probe kann automatisch, halbautomatisch oder auf manueller Basis durchgeführt werden. Die Proben-Einführungsvorrichtung 120 kann zum Beispiel eine manuell bedienbare Spritze sein, die Teil einer automatischen Probenapparatur (oder „Autosamplers“) ist. Die Quelle für die Probe kann die Spritze selbst sein, oder kann eine oder mehrere Probenbehälter sein, die an der Proben-Einführungsvorrichtung 120 bereitgestellt werden. Im letzteren Fall können die Probenbehälter auf einem Karussell oder einer anderen Vorrichtung bereitgestellt werden, welche die gewünschte Probe für die Injektion in die GC-Säule 108 auswählt. Die Probe kann auch als Gas eingeführt werden.
Die Trägergasquelle 124 liefert einen Trägergasfluss zum GC-Einlass 104 über eine Trägergasleitung bei einer regulierten Durchflussrate und/oder -druck. Die Trägergasquelle 124 kann zum Beispiel auch Tank- und Durchflusskontrollen oder Druckkontrollen einschließen (z. B. Ventil(e), Durchflussregulator(en), usw.). Das Trägergas kann ein beliebiges Gas sein, das geeignet ist, um als inerte mobile Phase zu dienen, und das, wie vom Fachmann geschätzt, den Transport der Probe durch die GC-Säule 108 erleichtert. Beispiele für Trägergase schließen ein, sind jedoch nicht begrenzt auf Helium, Stickstoff, Argon und Wasserstoff. Die Trägergasquelle 124 kann auch Gas liefern, das nicht durch die Säule 108 fließt, wie der „Split-Flow“ durch ein Ventil in einem Spalt/spaltfreien Einlass, „Septum-Flow“ mit Entlüftung usw., wie vom Fachmann geschätzt.
Der GC-Einlass 104 ist so konfiguriert, dass die zu analysierende Probe in den Trägergasfluss eingebracht wird, und kann auch so konfiguriert sein, dass er bestimmte Arten von prä-Säulenverarbeitung der Proben/Trägergas-Mischung durchführt, wie vom Fachmann geschätzt. Der GC-Einlass 104 kann entsprechende Ports einschließen, die mit der Proben-Einführungsvorrichtung 120, der Trägergasquelle 124 und dem Kopf der Säule 108 kommunizieren. Der Port, der mit der Proben-Einführungsvorrichtung 120 kommuniziert, kann ein Septum einschließen, das durch eine Nadel penetriert werden kann, die für die Injektion der Probe verwendet wird, und kann nach dem Entfernen der Nadel selbst verschließbar sein. Der GC-Einlass 104 kann auch eine oder mehrere interne Kammern einschließen, die mit dem Port kommunizieren, sowie ein oder mehrere Ventile. Der GC-Einlass 104 kann auch eine lokale Temperaturkontrollvorrichtung einschließen.
Die Heizvorrichtung 112 kann eine beliebige Konfiguration aufweisen, die geeignet ist, um die Säule 108 bei der gewünschten Temperatureinstellung zu halten, oder zum Verändern der Temperatur der Säule 108 entsprechend einem gewünschten (vorbestimmten) Temperaturprofil (d. h., Temperaturprogrammierung) sowie für ausgleichende Parameter wie Elutionszeit und Messungsauflösung. In einigen Ausführungsformen ist die Heizvorrichtung 112 so konfiguriert, dass das Heizen der Säule 108 indirekt durch Heizen des Innenraumes erfolgt, in dem die Säule 108 enthalten ist. Zum Beispiel kann die Säule 108 in einem „GC-Ofen“ angebracht sein. In einer anderen Ausführungsform ist die Heizvorrichtung 112 für das direkte Aufheizen der Säule 108 konfiguriert. Zum Beispiel kann die Säule 108 direkt in oder in der näheren Umgebung der Heizvorrichtung 112 angebracht sein, oder die Heizvorrichtung 112 kann ein Widerstands-Heizelement einschließen, das um die Säule 108 gewickelt ist. In allen diesen Ausführungsformen kann davon ausgegangen werden, dass die Heizvorrichtung 112 in direktem thermischen Kontakt mit der Säule 108 ist, d. h., so positioniert, dass sie die Temperatur der Säule 108 wirksam kontrolliert, mit einer Ansprechbarkeit, die ausreichend ist für GC-Probenläufe.
Die GC 100 kann auch eine Vorrichtung für das aktive Abkühlen der Säule einschließen, wie Ventilatoren oder andere sich bewegende Fluide, die geeignet sind für das Absenken der Säulentemperatur, thermoelektrische (z. B. Peltier) Kühler, kryogene Flüssigkeiten und andere dem Fachmann bekannte Kühlungsverfahren.
Der Detektor 116 kann jeder beliebige Detektor sein, der geeignet ist für den Nachweis von getrennten Banden (oder „Peaks“), die aus der Säule 108 eluieren. Beispiele für Detektoren schließen ein, sind jedoch nicht beschränkt auf Flammenionisationsdetektoren (FID), Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (TCD), Elektroneneinfangdetektoren (ECD), Flammenthermionische Detektoren (FTD), Flammenphotometriedetektoren (FPD) usw. Im Allgemeinen kann eine Vielzahl von Detektoren verwendet werden und der dargestellte Detektor 116 kann eine Kombination von zwei oder mehreren unterschiedlichen Typen von Detektoren darstellen. In einigen Ausführungsformen ist der Detektor 116 ein analytisches Instrument oder ein Teil davon, zum Beispiel ein Massenspektrometer (MS), ein Ionenmobilitätsspetrometer (IMS) usw. Somit kann das GC-System 100 in einigen Ausführungsformen ein kombiniertes System sein, wie ein GC-MS- oder GC-IMS-System. Der Detektor 116 kann auch schematisch repräsentativ sein für ein Datenerfassungssystem, eine Display-Readout-Vorrichtung und andere Komponenten, die, wie vom Fachmann geschätzt, Chromatogramme und Spektren erzeugen.
Die Kontrollvorrichtung 128 kann ein oder mehrere Module darstellen, die konfiguriert sind für das Kontrollieren, Aufzeichnen und/oder den Zeitablauf verschiedener funktioneller Aspekte des GC-Systems 100, wie zum Beispiel das Kontrollieren des Betriebs der Proben-Einführungsvorrichtung 120, der Trägergasquelle 124, des GC-Einlasses 104, der Heizvorrichtung 112 und des Detektors 116, sowie das Kontrollieren verschiedener Gas-Durchflussraten, Temperatur- und Druckbedingungen. Insbesondere ist die Kontrollvorrichtung 128 konfiguriert für das Kontrollieren des Heizens und Kühlens der Säule 108 durch Kontrollieren der Heizvorrichtung 112 (und gegebenenfalls auch einer aktiven Kühlvorrichtung, wie kürzlich angemerkt) und des Durchflusses an Trägergas (durch Kontrollieren der Trägergasquelle 124), wie hierin weiter beschrieben. Somit kann die Kontrollvorrichtung 128 einen programmierbaren Säulentemperatur-Controller 134 einschließen. Die Kontrollvorrichtung 128 kann auch so konfiguriert sein, dass er ein Detektorsignal vom Detektor 116 empfängt und andere Aufgaben in Bezug auf Datenerfassung und Signalanalyse erfüllt, die notwendig sind, um Daten zu erzeugen (z. B. ein Chromatogramm), die die zu analysierende Probe charakterisieren. Die Kontrollvorrichtung 128 kann ein nicht-transitorisches, computerlesbares Medium umfassen, das Instruktionen für die Durchführung der hierin offenbarten Verfahren einschließt. Die Kontrollvorrichtung 128 kann eine oder mehrere Arten von Hardware, Firmware und/oder Software sowie eine oder mehrere Speicher und Datenbanken umfassen, so wie sie für das Kontrollieren, Aufzeichnen und/oder den Zeitablauf der Betriebsfunktionen benötigt werden. Die Kontrollvorrichtung 128 schließt typischerweise einen elektronischen Hauptprozessor ein, der die gesamte Kontrolle bereitstellt, und kann einen oder mehrere elektronische Prozessoren einschließen, die so konfiguriert sind, dass sie dezidiert Operationen oder spezielle Signalverarbeitungsaufgaben kontrollieren. Die Kontrollvorrichtung 128 kann auch einen oder mehrere Typen von Benutzeroberflächen einschließen, wie Vorrichtungen für die Benutzereingabe (z. B. Tastatur, Touchscreen, Maus und Ähnliches), Vorrichtungen für die Benutzerausgabe (z. B. Bildschirm, Drucker, sichtbare Anzeige- oder Warnhinweise, hörbare Anzeige- oder Warnhinweise und Ähnliches), eine graphische Benutzeroberfläche (GUI), kontrolliert durch Software und Vorrichtungen für das Aufladen von Medien, die von elektronische Prozessoren lesbar sind (z. B. logische Instruktionen, eingebettet in Software, Daten und Ähnlichem). Die Kontrollvorrichtung 128 kann auch ein Betriebssystem (z. B. Microsoft Windows® Software) für das Kontrollieren und Verwalten verschiedener Funktionen des System-Controllers einschließen. Für alle diese Zwecke und Funktionen sind in Kommunikationsverbindungen (gestrichelte Linien) zwischen der Kontrollvorrichtung („Controller“) 128 und verschiedenen anderen in gezeigten Komponenten, die verkabelte oder kabellose Verbindungen sein können, schematisch gezeigt. Es ist offensichtlich, dass die Kontrollvorrichtung 128 mit anderen Komponenten, die in nicht speziell aufgeführt sind, zum Beispiel verschiedene Sensoren (z. B. zum Messen/Aufzeichnen der Temperatur, des Drucks, der Durchflussrate usw.) kommunizieren kann. Durchgezogene Linien in zeigen im Allgemeinen den Flüssigkeitsstrom und verschiedene Kanäle für das Definieren oder Lenken eines solchen Flüssigkeitsstroms.
ist eine schematische Ansicht der GC-Säule 108 und den damit verbundenen Komponenten, die ein Teil der GC 100 sind, oder den Probenlauf durch die GC 100 definieren. Die Säule 108 hat an einem Ende den Säuleneinlass 236, der mit dem GC-Einlass 104 (direkt oder indirekt) fließend kommuniziert, und am anderen Ende einen Säulenauslass 240, der mit dem Detektor 116 (direkt oder indirekt) fließend kommuniziert. Im Allgemeinen kann die Säule 108 jede jetzt bekannte oder später entwickelte Konfiguration haben. Die Säule 108 ist typischerweise ein Röhrchen mit kleiner Bohrung (z. B. mit einem Innendurchmesser in der Größenordnung von 10 bis einige hundert Mikrometern (µm)), zusammengesetzt aus Glas oder Metall. Typische Säulenlängen reichen von 5 m bis 100 m, während typische Innendurchmesser der Säulen im Bereich von 50 µm bis 530 µm liegen. Die Säule 108 kann eine Außenbeschichtung aus Polyimid oder einem anderen Material aufweisen, um die Säule 108 zu stärken und zu stützen. Die Säule 108 schließt eine stationäre Phase ein, die für GC geeignet ist, die die Oberfläche der Innenseite der Säule 108 auskleidet oder beschichtet. Die stationäre Phase kann zum Beispiel eine Flüssigkeits- oder Polymerschicht sein, mit einer Formulierung, die für die chromatographische Auftrennung effektiv ist, und durch ein inertes Substrat gestützt ist, wie dies vom Fachmann befürwortet wird.
Wie auch in gezeigt, kann die Säule 108 und der gesamte oder ein Teil des GC-Einlasses 104 in einem Gehäuse 244 enthalten sein. Das Gehäuse 244 kann eine oder mehrere Öffnungen einschließen, die den Zugang zur Säule 108 und anderen Komponenten und Funktionen ermöglichen, die sich innerhalb des Gehäuses 244 befinden. Wenn das Gehäuse 244 geschlossen ist, kann es so gestaltet sein, dass es fluidundurchlässig ist, um ein Austreten des Gases aus dem Inneren des Gehäuses in die Umgebung zu verhindern, und kann eine thermische Isolierung zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Umgebung bereitstellen. In einigen Ausführungsformen ist oder schließt das Gehäuse 244 einen Temperatur-programmierbaren GC-Ofen ein, und die Heizvorrichtung 112 ist so konfiguriert, dass sie das Innere des Ofens, durch den sich die die Säule 108 erstreckt, aufheizt. In einer anderen Ausführungsform kann die Heizvorrichtung 112 die Säule 108 direkt aufheizen, wie vorstehend beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann das Gehäuse 244, oder der Teil des Gehäuses 244, der den Innenraum beinhaltet, in dem sich die Säule 108 befindet, einen oder mehrere Lüftungsschlitze einschließen die wahlweise geöffnet oder geschlossen sein können), die bei der Kontrolle von Heizen und Kühlen der Säule 108 unterstützen. Wie auch in gezeigt, kann die Säule 108 in einer Einfachschleifen- oder Multischleifenkonfiguration gewickelt sein, um die gewünschte Länge zwischen dem Säuleneinlass 236 und dem Säulenauslass zu gewährleisten, während die Größe des Gehäuses 244 auf ein Minimum reduziert wird. Die Säule 108 kann in einer ebenen oder zylindrischen Form usw. gewickelt sein. Außerdem kann die Säule 108 so konfiguriert sein, dass nicht alle Teile der Säule 108 zur selben Zeit und in derselben Geschwindigkeit gekühlt werden. Zusätzlich ist ersichtlich, dass die in schematisch gezeigte Säule 108 zwei oder mehr voneinander getrennte Säulen darstellen kann, welche in Serie und/oder parallel über geeignete strömungstechnische Kopplungen (Stutzen, T-Verbindungen usw.) angeordnet sein können, und dass das GC-System 100 ( ) in einigen Ausführungsformen für mehrdimensionale GC-Probenläufe konfiguriert sein kann.
Es ist offensichtlich, dass die und High-Level schematische Darstellungen eines repräsentativen GC-Systems 100 und den damit verbundenen Komponenten sind. Wie in Fachkreisen geschätzt, können andere Komponenten und Funktionen, wie zusätzliche Strukturen, Vorrichtungen und elektronische Teile, eingeschlossen sein, die für die Praxisimplementierung benötigt werden, abhängig davon, wie das GC-System 100 für eine vorgegebene Anwendung konfiguriert ist.
Bezug nehmend auf und ist ein allgemeines Beispiel für den Betrieb des GC-Systems 100 für die Analyse einer Probe wie folgendermaßen: Die Trägergasquelle 124 wird so betrieben, dass ein Trägergasfluss unter gewünschten (vorbestimmten) Durchflussbedingungen (Druck, Durchflussrate usw.) durch den GC-Einlass 104, die Säule 108 und den Detektor 116 etabliert wird, worauf als Säulendurchfluss Bezug genommen wird. Die Trägergasquelle 124 kann auch das Durchfließen anderer Teile des GC-System 100 einschließen. Der Zeitraum, beginnend mit der Probeninjektion, gefolgt von dem Durchfließen der Probe durch die Säule 108 und Erreichen der aufgetrennten Banden am Detektor 116 (d. h., die Elution der Analyten von Interesse aus der Säule) wird hierin als Probenlaufzeit bezeichnet. In einigen Fällen kann der Säulendurchfluss konstant gehalten werden, oder während der Probenlaufzeit ansteigen. In anderen Fällen kann ein konstanter oder ansteigender Druck am Kopf der Säule 108 während der gesamten Probenlaufzeit aufrechterhalten werden. Die Heizvorrichtung 112 wird betrieben, um die Säule 108 auf eine vorbestimmte anfängliche Säulentemperatur aufzuheizen. Die Proben-Einführungsvorrichtung 120 wird betrieben, um die Probe in den Trägergasstrom zu injizieren, der durch den GC-Einlass 104 fließt, um eine Mischung aus der Probe und dem Trägergas zu erzeugen. Der interne Gasdruck am Kopf der Säule 108 treibt die Proben/Trägergas-Mischung durch die Säule 108, währenddessen die verschiedenen Analyten der Probe mit der stationären Phase in der Säule 108 mit unterschiedlichen Affinitätsgraden interagieren. Das Resultat davon ist, dass die verschiedenen Analyten entlang der Säule 108 voneinander getrennt werden, was letztendlich dazu führt, dass die verschiedenen Analyten aus dem Säulenauslass 240 eluieren und somit den Detektor 116 zu unterschiedlichen Zeiten erreichen (d. h., nacheinander - z. B. erst Analyt A, dann Analyt B, dann Analyt C usw.), wobei Analyten-Moleküle desselben Typs (d. h., die selbe chemische Verbindung) gleichzeitig als eine „Bande“ oder „Peak“ eluieren. Der Detektor 116 weist die verschiedenen Analyten nach, so wie sie am Detektor 116 ankommen, wobei er nach einem Nachweis/Messprinzip arbeitet, das von dem verwendeten Detektortyp abhängt (FID, MS usw.). Der Detektor 116 gibt elektrische Signale (Analyten-Nachweis/Messsignale) an den Controller 128 weiter, der die Signale weiterverarbeitet, wie es für die Erzeugung eines Chromatogramms erforderlich ist, und vom Fachmann geschätzt wird.
Während der Probenlaufzeit wird die Heizvorrichtung 112 so betrieben, dass die Säulentemperatur bei einem vorbestimmten oder gesetzten punktuellen Wert gehalten wird, oder dass sich die Säulentemperatur entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil oder Programm verändert, wie von der speziellen implementierten Methode vorgeschrieben. Nach der Probenlaufzeit (d. h., nachdem sich die Analyten aufgetrennt haben und aus der Säule für den bestimmten Probenlauf eluiert wurden) wird die Säule 108 in Vorbereitung auf den nächsten Probenlauf abgekühlt. Das Abkühlen der Säule 108 kann bewirkt werden durch ein abruptes Abbrechen der aktiven Operation der Heizvorrichtung 112 oder durch Kontrollieren der Heizvorrichtung 112, so dass sie die aktiv angewendete Wärme graduell verringert. Das Abkühlen der Säule 108 kann auch durch den Betrieb einer Kühlvorrichtung, wie einem Ventilator (d. h., forcierte Luftkühlung), einer thermoelektrischen (z. B. Peltier) Vorrichtung oder einem kryogenen Fluid, wie flüssiger Stickstoff oder Kohlendioxid, oder anderen dem Fachmann bekannte Verfahren aktiv unterstützt werden. Die Zeit, während der die Säule 108 abgekühlt wird, wird hierin als Säulen-Abkühlzeit bezeichnet.
Während dem Probenlauf kann die Säule 108 eine Säulentemperatur erreichen, die hoch genug ist, um den Beginn einer Zersetzung der stationären Phase zu verursachen, was zu einem als „Säulenbluten“ bekannten Phänomen führt. Bestimmte GC-Detektoren (z. B. GCMS, FID) können für diese Zersetzungsprodukte sensitiv sein. Aufgrund ihrer gleichmäßigen und kontinuierlichen Elution während einem Probenlauf, führt die Zersetzung der stationären Phase der Säule zu einem Anstieg des Basislinien-Signals des Probenlaufs, was das Signal/Hintergrund-Verhältnis des Detektors verringert. Am Ende des Probenlaufs werden jedoch immer noch einige Zersetzungsprodukte in der Säule 108 verbleiben und abhängig davon, wie schnell und gleichmäßig die Säule 108 abgekühlt wird und wie schnell die Temperatur für den nächsten Probenlauf ansteigt, können diese Produkte aus dem vorhergehenden Lauf die Basislinie für den nächsten Probenlauf in einer drastischeren Weise stören.
Wenn die Säule 108 nach dem Probenlauf graduell und gleichmäßig abgekühlt wird, dann wird der Effekt des Säulenblutens aus dem vorhergehenden Probenlauf auf die Basislinie des nächsten Probenlaufs gering sein. Langsames und gleichmäßiges Abkühlen erlaubt es den Zersetzungsprodukten, sich gleichmäßig entlang der Säule 108 zu verteilen. Wenn die Zersetzungsprodukte beim nächsten Probenlauf wieder mobil werden, dann werden sie in einer gleichmäßigen und kontinuierlichen Weise eluieren, was zu einem gleichmäßigen Anstieg der Basislinie führt. Wird die Säule 108 jedoch sehr schnell abgekühlt (z. B. mit einer Geschwindigkeit größer als 200 °C/Min) und insbesondere asymmetrisch, dann können sich signifikante Temperaturgradienten innerhalb der Windungen (oder Schleifen) der Säule 108 bilden. Diese Temperaturgradienten halten nur während einer kurzen Zeitspanne an, jedoch während dieser Zeit können die Zersetzungsprodukte, unterstützt in ihrer Mobilität durch den Trägergasfluss, wandern und sich erneut vorzugsweise in den kühleren Regionen der Säule 108 absetzen. Wenn die Temperatur während dem nächsten Probenlauf ansteigt, können diese Zersetzungsprodukte zusammen mit den Analyten der Probe eluieren. Aufgrund ihrer sporadischen und diskontinuierlichen Positionen in der Säule 108 können die Zersetzungsprodukte, anstelle eines gleichmäßigen Anstiegs des Basislinien-Levels, eine Störung bei der Basislinie verursachen, die nicht regelmäßig erscheint. Insbesondere können die Störungen oder Schwingungen ausgeprägt genug sein, um sie als Peaks wahrzunehmen (d. h., eine Art von „Ghost“-Peak), was Fehler bei der Identifikation oder Integration des Peaks verursachen kann.
Wie vorstehend angemerkt, das langsamere Abkühlen der Säule 108 als bei normalen Verfahren würde die Bildung von thermischen Gradienten in der Säule 108 reduzieren, die den Effekt der Probenverschleppung verursachen können. Eine solche Lösung kann jedoch die Kühlzeit deutlich verlängern und dadurch den Durchsatz bei der Probenanalyse verringern. Eine andere Lösung, um Säulenbluten zu reduzieren, könnte das Ausheizen der Säule 108 sein, jedoch kann der Ausheiz-Prozess mehrere Stunden erfordern, was wiederum den Durchsatz bei der Probenanalyse in einem unerwünschten Ausmaß verringert. Auch verlängertes Aussetzen an höheren Temperaturen kann die Wirksamkeit der stationären Phase verringern.
Angesichts der vorstehenden Überlegungen wird gemäß einer Ausführungsform ein drei-Stufen-Programm für Kühlung der Säule implementiert, um die Probenverschleppung durch Säulenbluten abzuschwächen. Das drei-Stufen-Programm für Kühlung der Säule umfasst einen ersten Hochgeschwindigkeits-Kühlungsanstieg gefolgt von einem isothermen Verweilen d. h., einer Verweil- oder Haltezeit, während der Säulentemperatur auf einer isothermen Verweil- oder intermediären Temperatur gehalten wird, was wiederum gefolgt wird von einem zweiten Hochgeschwindigkeits-Kühlungsanstieg. Die Verweiltemperatur ist eine Temperatur, die kalt genug ist, damit sich die Säulenphase nicht wesentlich zersetzt, jedoch immer noch warm genug ist, damit das Ausspülen der Zersetzungsprodukte unterstützt wird. In einem nicht limitierenden Beispiel liegt die Verweiltemperatur in einem Bereich von etwa 20 °C bis etwa 100 °C unterhalb der endgültigen Säulentemperatur. Die Ausspülzeit, welche die Summe der Zeit des ersten Hochgeschwindigkeits-Kühlungsanstiegs und der isothermen Verweilzeit ist, ist ein vorbestimmter Zeitraum, der wirksam ist, um die Zersetzungsprodukte aus der Säule 108 zu spülen. In einem nicht limitierenden Beispiel liegt die Ausspülzeit in einem Bereich von etwa 1 bis etwa 4-mal der Leerzeit der Säule 108. Wie hierin verwendet, ist die Säulenleer- (oder Tot-) zeit der Zeitraum, den ein Analyt in der mobilen Phase (Trägergas) von dem Zeitpunkt der Injektion in die mobile Phase bis zum Zeitpunkt der Ankunft am Detektor 116 benötigt, ohne dabei von der stationären Phase der Säule 108 zurückgehalten zu werden. In einem nicht limitierenden Beispiel liegt die Ausspülzeit in einem Zeitraum von etwa 1 Minute bis 5 Minuten.
Gegebenenfalls kann während dem isothermen Anhalten (Verweilzeit) der Säuleneinlassdruck angehoben werden, um die Geschwindigkeit beim Ausspülen der Zersetzungsprodukte durch Steigerung des Säulendurchflusses erhöht zu werden. Ein Anstieg des Säulendurchflusses während dem isothermen Anhalten kann nützlich sein, um die effektive Säulenleerzeit zu reduzieren und folglich die erforderliche Ausspülzeit zu verringern.
Nach der vorbestimmten isothermen Haltezeit wird die Hochgeschwindigkeitskühlung erneut initiiert (d. h., der zweite Kühlungsanstieg wird initiiert), um zur anfänglichen Säulentemperatur in Vorbereitung auf den nächsten Probenlauf zurückzukehren. Vor dem Ende oder nach der vorbestimmten isothermen Haltezeit wird auch die Säulendurchflussrate (falls sie erhöht wurde während dem isothermen Anhalten, wie vorher beschrieben) in Vorbereitung auf den nächsten Probenlauf zurück auf die anfängliche Durchflussrate reduziert (wie z. B. durch Absenken des Säuleneinlassdrucks).
Der erste und zweite Kühlungsanstieg ist als „Hochgeschwindigkeitsanstieg“ beschrieben, insofern, dass die damit verbundenen Kühlgeschwindigkeiten relativ schnell sind. In einem nicht limitierenden Beispiel ist die implementierte Kühlgeschwindigkeit während einem oder beiden, dem ersten und zweiten Kühlungsanstieg im Bereich von 100 °C/Min bis 1000°C/min. In einigen Ausführungsformen ist die Kühlungsgeschwindigkeit des ersten Kühlungsanstiegs größer (schneller) als die Kühlungsgeschwindigkeit des zweiten Kühlungsanstiegs. In einigen Ausführungsformen ist die Dauer des ersten Kühlungsanstiegs geringer (kürzer) als die Dauer des zweiten Kühlungsanstiegs.
stellt ein Beispiel eines Säulentemperaturprogramms (oder Profils) 300 dar, das während den sukzessive arbeitenden Zyklen (Probenlaufzeit plus Säulenkühlzeit) eines GC-Systems wiederholt werden kann, zwei solche Zyklen sind in gezeigt. Insbesondere ist das Säulentemperaturprogramm 300 eine graphische Darstellung der Säulentemperatur (°C) über die Zeit (Min). Wie vorstehend beschrieben, schließt ein Arbeitszyklus im Allgemeinen eine Probenlaufzeit gefolgt von einer Säulenkühlzeit ein. Während der Probenlaufzeit wird eine Probe in den Trägergasfluss eingeführt und dadurch durch die GC-Säule geleitet, die resultierenden aufgetrennten Fraktionen eluieren aus der Säule und in den Detektor, und chromatographische Daten werden dadurch erhoben. Die Säulenkühlzeit entspricht dem Zeitraum, während dem die Säule entsprechend den hierin offenbarten Ausführungsformen abgekühlt wird und tritt auf, nachdem die Analyten von Interesse aus der Säule für einen bestimmten Probenlauf eluiert worden sind.
Das Säulentemperaturprogramm 300 beginnt mit dem Aufheizen der Säule auf eine Säulenanfangstemperatur 352, die eine relativ niedrige Temperatur ist (z. B. zwischen 30 °C und 100 °C). Die Säule kann bei der Säulenanfangstemperatur 352 (die im Allgemeinen konstant ist oder geringfügig variiert) für einen relativ kurzen Zeitraum (z. B. ein paar Minuten) gehalten werden. Die Säulenanfangstemperatur 352 kann von einem oder mehreren Heizanstiegen 356 und isothermen Halteperioden gefolgt sein. Die Säulenendtemperatur 360 ist typischerweise, jedoch nicht zwangsläufig, die maximale Temperatur im Durchlauf. Im dargestellten Beispiel ist die Säulenendtemperatur 360 350 °C, während sie in anderen Beispielen niedriger oder höher als 350 °C sein kann. Die Säule kann bei einer Säulenendtemperatur 360 für einen relativ kurzen Zeitraum (z. B. ein paar Minuten) gehalten werden. Der Endpunkt der Periode der Säulentemperatur 360 kann dem Startpunkt der Kühlperiode entsprechen, welcher als Aufheiz-Kühlungs-Übergangspunkt 364 bezeichnet wird. Das Ende der Probenlaufzeit kann dem Aufheiz-Kühlungs-Übergangspunkt 364 entsprechen, oder das Ende der Probenlaufzeit kann zu einem früheren Zeitpunkt während der Periode bei der Säulenendtemperatur 360 auftreten. Der Start der Probenlaufzeit kann vor, bei oder nach dem Übergangspunkt von der Säulenanfangstemperatur 352 bis zum Heizanstieg 356 liegen.
illustriert einen relativ einfachen Fall, bei dem die Heizperiode (das Heizprofil oder Heizprogramm) des Säulentemperaturprogramms 300 einen Zeitraum bei der Säulenanfangstemperatur 352, gefolgt von einem Heizanstieg 356, einen Zeitraum bei der Säulenendtemperatur 360, einschließt. Allgemeiner ausgedrückt wird die Heizperiode des Säulentemperaturprogramms 300 verständlicherweise von den Parametern abhängig, die für das spezielle Chromatographie-Verfahren, das für eine vorgegebene Probe implementiert wurde, erforderlich sind. Somit kann die Heizperiode des Säulentemperaturprogramms 300 zum Beispiel zwei oder mehr unterschiedliche Heizanstiege einschließen, welche gleiche oder unterschiedliche Aufheizgeschwindigkeiten haben können, und die entweder durch eine mehrere Halteperioden konstanter Temperatur getrennt oder nicht getrennt sein können, die bei einer oder mehreren Übergangstemperaturen zwischen der Säulenanfangstemperatur 352 und der Säulenendtemperatur 360 auftreten können.
Die Säulenkühlungszeit beginnt beim Aufheiz-Kühlungs-Übergangspunkt 364 und endet bei einem Übergangspunkt, bei dem die Säulenanfangstemperatur 352 wieder erreicht wird. Wie vorstehend angemerkt, ist bei dieser Ausführungsform der Teil der Kühlung des Säulentemperaturprogramms 300 ein dreistufiges Kühlungsprogramm der Säule, das einen ersten Kühlungsanstieg 368, gefolgt von einem isothermen Verweilen 372, welches wiederum von einem zweiten Kühlungsanstieg 376 gefolgt wird. In dem dargestellten Beispiel ist die Temperatur während dem Verweilen 372, d. h., die Verweiltemperatur 300 °C, während sie in anderen Beispielen höher oder niedriger als 300 °C sein kann. Die Verweiltemperatur und die Verweilzeit (die Dauer des isothermen Verweilens 372) kann auf eine Vielzahl von Wegen bestimmt werden. Beispiele dafür sind nachfolgend beschrieben.
Die Zeitspanne, während der die Säule bei der Säulenanfangstemperatur 352 gehalten wird, kann eingestellt werden, wie es für die Stabilisierung der Säulenbedingungen zwischen der vorherigen Kühlungsdauer eines Probenlaufs und des anschließenden Aufheizanstiegs 356 des nächsten Probenlaufs nötig ist.
Abhängig von dem für eine vorbestimmte Probe implementierten speziellen Chromatographie-Verfahren kann der Säulendurchfluss konstant (oder im Wesentlichen konstant) gehalten werden oder ein oder mehrere Mal(e) während dem Probenlauf verändert werden. Wie vorstehend angemerkt, wird in einigen Ausführungsformen der Säulendurchfluss während der gesamten oder einem Teil der Zeitspanne des isothermen Verweilens 372 erhöht. Typischerweise, jedoch nicht ausschließlich, wird der Säulendurchfluss durch den Druck des Fluides am Einlass oder Kopf der Säule diktiert oder kontrolliert. stellt ein Beispiel eines Druckprogramms (oder Profils) 384 dar, das während den sukzessive ablaufenden Zyklen (Probenlauf plus Säulenkühlungszeit) des GC-Systems wiederholt werden kann. Insbesondere das Druckprogramm 384 ist eine graphische Darstellung des Säuleneinlassdrucks (psi) über die Zeit (min). In der dargestellten Ausführungsform schließt das Druckprogramm 384 einen optionalen erhöhten Druckanstieg 388 während dem isothermen Verweilen ein, wodurch der Säuleneinlassdruck von einem Anfangsdruck bis zu einem erhöhten Druck ansteigt. Auf den Druckanstieg 388 folgt ein Anhalten bei einem Verweildruck 392, bei dem der Druck bei dem erhöhten Druck gehalten wird. Das Anhalten bei einem Verweildruck 392 wird gefolgt von einem abfallenden Druck 396, wodurch sich der Säuleneinlassdruck wieder zurück (oder etwa zurück) auf den Anfangsdruck verringert. Der Druckabfall 396 kann relativ abrupt erfolgen, d. h., als ein Schritt zurück. Der Druckanstieg 388 kann bei oder kurz nach dem Start des isothermen Verweilens 372 beginnen. Der Verweildruck während dem Anhalten 392 kann die gesamte oder ein Teil der Zeitspanne des isothermen Verweilens 372 einnehmen. Der Druckanstieg und die Dauer des Anhaltens beim Verweildruck 392 kann auf eine Vielzahl von Wegen bestimmt werden. Beispiele dafür sind nachfolgend beschrieben.
Der Anfangsdruck ist der Wert des Säuleneinlassdrucks zu Beginn des Druckanstiegs 388 und kann oder kann nicht derselbe sein, wie der Säuleneinlassdruck zu Beginn des Probenlaufs. Wie in als Beispiel dargestellt, kann das Druckprogramm 384 den Säuleneinlassdruck zu anderen Zeitpunkten während dem Probenlauf verändern, d. h., es können zusätzlich zu dem Verweildruck während dem Anhalten 392 andere Druckanstiege, Schritte oder Haltezeiten eingeschlossen sein.
ist ein Flussdiagram 400, welches ein Ausführungsbeispiel für einGaschromatographie(GC)-Verfahren für eine Probe entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Zu Beginn wird der Durchfluss des Trägergases durch eine GC-Säule (Schritt 402) und das Aufheizen der GC-Säule gestartet (Schritt 404). Das Aufheizen der GC-Säule beispielsweise auf eine niedrige Temperatur kann vor dem Durchfluss des Trägergases durch eine GC-Säule gestartet werden. Es ist somit nicht beabsichtigt, dass die Reihenfolge, in der die Schritte 402 und 404,d. h., der Durchfluss des Trägergases durch eine GC-Säule und das Aufheizen der GC-Säule ist nicht beschränkt auf diejenige, die in gezeigt ist. Nach dem Start des Trägergasflusses und dem Aufheizen wird die Probe anschließend in den Trägergasfluss injiziert (Schritt 406), um eine Mischung der Probe und dem Trägergas zu erzeugen, und die Mischung wird durch die GC-Säule zu einem Detektor geleitet, um chromatographische Daten von der Probe zu erheben, während einem Zeitraum, der hierin als Probenlaufzeit bezeichnet wird. Während die Mischung durch die GC-Säule fließt, kann der Aufheizschritt 404 mit einem Anstieg der Säulentemperatur der GC-Säule von einer Anfangstemperatur zu einer Maximaltemperatur verbunden sein. Nach der Probenlaufzeit wird die GC-Säule entsprechend einem Kühlungsprogramm abgekühlt. Das Kühlungsprogramm kann einen ersten Kühlungsanstieg (Schritt 408), bei dem die Säulentemperatur von der Maximaltemperatur auf eine Verweiltemperatur abgesenkt wird, eine anschließende Periode eines isothermen Haltens oder Verweilens (Schritt 410), bei dem die Säulentemperatur auf einer im Wesentlichen konstanten Verweiltemperatur gehalten wird, und einen anschließenden zweiten Kühlungsanstieg (Schritt 412), bei dem die Säulentemperatur von der Verweiltemperatur zurück auf die Anfangstemperatur abgesenkt wird, einschließen. Gegebenenfalls wird die Fluid-Durchflussrate durch die GC-Säule während dem isothermen Verweilen 410 erhöht, wie vorstehend beschrieben.
Das in gezeigte Flussdiagramm 400 kann auch ein Gerät oder System (z. B. ein GC-System) darstellen, das in der Lage ist, das illustrierte Verfahren durchzuführen. Ein Controller des Geräts oder Systems, wie der hierin beschriebene und in dargestellte Controller 128, kann so konfiguriert sein, dass er alle oder einen Teil der Schritte des Verfahrens durchführt (d. h., die Kontrolle anderer Komponenten des Geräts oder Systems). Zum Beispiel kann die Kontrollvorrichtung so konfiguriert sein, dass sie eine Trägergasquelle kontrolliert, um das Trägergas bei einer vorbestimmten Durchflussrate fließen zu lassen, einen Probeninjektor kontrolliert, um eine vorbestimmte Menge an Probenmaterial in den Trägergasfluss bei einer vorbestimmten Zeit injiziert, eine Heizvorrichtung kontrolliert, um die GC-Säule entsprechend dem vorbestimmten Heizprogramm aufheizt, und die Heizvorrichtung (oder beide, die Heizvorrichtung und eine aktive Kühlvorrichtung) kontrolliert, um die Temperatur der GC-Säule entsprechend dem vorbestimmten Heizprogramm verringert.
BEISPIEL 1
Eine Säule von Agilent Technologies, Inc. Modell-Nummer 19091J-413- (HP-5 320 µm ID × 30m × 0,25 µm Phasenfilmdicke) wurden in das im Einklang mit dem vorstehend beschriebenen und in den und gezeigten GC-System eingebaut, das mit einem FID ausgestattet war. Das Trägergas (Helium) wurde ohne Probenmaterial durch die Säule bei einer konstanten Durchflussrate von 1 mL/Min geleitet, d. h., die experimentellen Durchläufe, die in diesem Beispiel bewertet werden, sind „Leerdurchläufe“. Das Temperaturprogramm 300 schließt eine Anfangstemperatur 352 von 65 °C, einen Temperaturanstieg 356 von 150 °C/Min und eine Endtemperatur 360 von 350 °C ein. Während die Anstiegsrate 356 von 150 °C/Min übersteigt, was typisch ist für eine Säule dieser Ausmaße, war es hilfreich, das Problem zu übertreiben, damit es leichter messbar ist.
ist ein Set von drei Chromatogrammen, die bei der Durchführung von drei Probenläufen in Serie unter Verwendung des GC-Systems erhalten wurden. In allen Fällen ist das gezeigte Chromatogramm das Chromatogramm des nachfolgenden Laufs, welcher den Hintergrund an der Basislinie zeigt, der aufgrund von Übertrag durch Säulenbluten aus dem vorhergehenden Lauf erzeugt wurde. Im oberen Chromatogramm wird das Ausmaß des Übertrags durch Säulenbluten demonstriert, wenn die hierin beschriebene Technik nicht verwendet wird. Die Basislinie schließt deutliche Peaks ein, insbesondere in der Region von 1,5 Min. bis 3,5 Min. Wenn die Proben-Analyten injiziert worden sind und innerhalb des Zeitrahmens eluiert wurden, könnte die Identifizierung und Quantifizierung gestört worden sein.
Wenn die Säule nach dem ersten Probenlauf bei einer Verweiltemperatur von 300 °C gespült werden kann, wird der Hintergrund für den nächsten Probenlauf bei einer Ausspülzeit von 2 Minuten deutlich verringert (erste Hochgeschwindigkeitskühlzeit plus isotherme Verweilzeit), was deutlich wird, wenn man das obere Chromatogramm mit dem mittleren Chromatogramm in vergleicht. Für eine Säule dieser Dimensionen ist bei 300 °C und 1 ml/Min He-Durchfluss die Leerzeit etwa 1,8 Minuten. Ausspülen für 2 Minuten entspricht etwa 1,1 Leerzeiten. Wenn zusätzlich zum Verweilen bei 300 °C der Druck in der Säule nur während der isothermen Verweilzeit ansteigt, um einen Durchfluss von 3 ml/Min (0,85 Min. Leerzeit) zu erreichen, wird ein vergleichbares Herabsetzen des Hintergrundlevels mit nur 1 Minute Ausspülzeit erreicht, wie es im unteren Chromatogramm in deutlich wird.
BEISPIEL 2 - Bestimmung der Verweiltemperatur
Die optimale Verweiltemperatur ist größtenteils eine Funktion der Art und Dimensionen der Phase der Säule und der Endtemperatur der Säule. Sie kann experimentell bestimmt werden durch Beobachten des Levels an Säulenbluten, was Störungen an der Basislinie in dem darauffolgenden Lauf verursacht (in den folgenden Beispielen ist die für den Hintergrund „Noise“ verwendete Maßnahme von „American Society for Testing and Materials (ASTM)“), was wiederum vom Ausspülen und 1 bis 2 Leerzeiten herrührt, bei Anwendung von verschiedenen Verweiltemperaturen nach dem Ende des vorhergehenden Laufs und zwischen schnellen Abkühlphasen.
Ist die gewählte Verweiltemperatur zu kalt, werden die durch das Säulenbluten während des Probenlaufs gebildeten Produkte nicht sehr mobil sein und werden daher nicht leicht auszuspülen sein. Ist andererseits die gewählte Verweiltemperatur zu heiß, wird die Phase in der Säule während der Ausspülperiode fortfahren sich kontinuierlich abzubauen, was wiederum zu schlechten Ergebnissen bei der Reinigung der Säule führt. Bei einem optimalen Punkt sind diese beiden Erfordernisse ausbalanciert. Dies ist in gezeigt, welche ein Set von graphischen Darstellungen der ASTM-Noise als Funktion der Verweiltemperatur für vier verschiedene Ausspülzeiten für eine DB-5ms-Säule zeigt, und ein Verfahren verwendet, das eine Endtemperatur von 350 °C verwendet. Für diese Säule und diese Verfahrensbedingungen ist eine Verweiltemperatur von etwa 50 °C unterhalb der Endtemperatur (d. h., 300 °C) annähernd optimal.
BEISPIEL 3 - Bestimmung der Verweilzeit
Die Verweilzeit ist die Zeit, die für die isotherme Verweiltemperatur aufgewendet wird. Um mehrere Verfahrenskonfigurationen zu verallgemeinern ist es eher nützlich, die gesamte Ausspülzeit (Summe der ersten Abkühlzeit und der Verweilzeit), ausgedrückt als Anzahl der Leerzeiten der Säule N_leer, als die absolute Zeit zu diskutieren. Das ist so, weil die Blutpartikel, die aus dem System ausgespült werden können, direkt von dem Durchfluss durch die Säule abhängen. Die Anzahl der Leerzeiten der Säule während der Ausspülzeiten kann ausgedrückt werden als: $N_{L e e r} = \frac{e r s t e A b k ü h l z e i t + V e r w e i l z e i t}{L e e r z e i t_{V e r w e i l y e i t}}$
ist ein Set von graphischen Darstellungen der ASTM-Noise als Funktion der Anzahl der Leerzeiten der Säule für eine HP-1-Säule, die das gleiche thermische Profil des Ofens vor und nach dem experimentellen Lauf durchlaufen, jedoch mit vier verschiedenen Durchflussraten. Wenn die Kurven als Anzahl der Leerzeiten skaliert werden, zeigen sie einen ähnlichen Trend, dass viel des Vorteils des reduzierten Hintergrunds erreicht werden kann nach einer Leerzeit. Dies liegt daran, dass die Verweiltemperatur so ausgewählt ist, dass die Produkte des Säulenblutens ausreichend mobil sind. Daher wird gemäß einer Ausführungsform die Verweilzeit vorgeschlagen, die so ausgewählt ist, dass die gesamte Ausspülzeit im Bereich von etwa 1 bis etwa 4 Leerzeiten liegt.
BEISPIEL 4 - Bestimmung von Druck/Durchfluss während der Verweilzeit
Wie vorstehend angemerkt, ist ein Anstieg des Durchflusses durch die Säule während der isothermen Verweilzeit optional. Der Effekt eines erhöhten Durchflusses ist, dass das System schneller durchgespült wird, da die Leerzeit der Säule reduziert wird. Dies wird leichter visualisiert durch erneutes Betrachten der Ausspülzeit in Bezug auf die Anzahl der Leerzeiten.
ist ein Set graphischer Darstellungen der ASTM-Noise als Funktion der Anzahl der Leerzeiten der Säule für drei verschiedene Durchflussraten während der Verweilzeit. In diesem Beispiel wurde eine HP-5 320µm ×30m ×0,25µm-Säule von 65 °C bis 350 °C bei 150 °C/Min aufgeheizt. Die Durchflussrate von Helium während dem Lauf war 1 ml/Min. Nachdem der Lauf abgeschlossen war, wurde die Säule auf eine Verweiltemperatur von 300 °C abgekühlt. Sobald die isotherme Verweiltemperatur erreicht worden ist, wurde die Durchflussrate auf einen Wert angehoben, der in den Graphen der angegeben ist. Bei Verwendung einer wirksamen Anzahl von Leerzeiten, die durch Mittelwertbildung der Flussprofile über die Ausspülperiode berechnet wurden, konnte gezeigt werden, dass sich die Noise-Kurven gegenseitig überlagern. Dies bedeutet, dass zum Beispiel für eine Durchflussrate von 3 ml/Min., wo die Leerzeit annähernd die Hälfte von derjenigen bei 1 ml/Min. ist, die gleiche Reduktion des Hintergrunds („Noise“) bei der Basislinie in der Hälfte der Verweilzeit erreicht werden kann.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Probenverschleppung durch Säulenbluten deutlich abgeschwächt werden durch Reduzieren (Verlangsamen), oder sogar Abbrechen (Stoppen) des Säulendurchflusses für einen vorbestimmten kurzen Zeitraum (z. B. etwa 15 bis 30 Sekunden), der zumindest teilweise mit dem Zeitraum überlappt, während dem eine beliebige Form der Abkühlung stattfindet, was zu der Erzeugung von Säulenbluten und der Entwicklung eines deutlichen thermalen Gradienten entlang der Säule 108 führt. Diese Reduktion oder Abbruch des Säulendurchflusses kann zu einem Zeitpunkt beginnen vor dem Start der Säulenkühlung und kann zu einem Zeitpunkt beendet werden, bei dem entweder die Säulenkühlung immer noch implementiert wird oder nach Abschluss der Kühlung der Säule. Reduktion oder Abbruch des Trägergasflusses durch die Säule 108 zu einer solchen Zeit kann die Mobilität der Zersetzungsprodukte deutlich reduzieren, so dass sie sich nicht in der Säule 108 während dem Kühlen erneut ungleichmäßig verteilen können. Nachdem die Kühlung abgeschlossen ist (oder die Säulentemperatur langsam genug ist, damit die Zersetzungsprodukte weiterhin unbeweglich bleiben), kann der Säulendurchfluss für konventionelle Zwecke wiederaufgenommen werden, wie Spülen der Gasleitung in Vorbereitung für den nächsten Probenlauf. Der Trägergasfluss durch andere Teile des GC-Systems 100 als die Säule 108, zum Beispiel der Fluss, durch den Split-Entlüftungsausgang oder der Septum-Reinigungsfluss, muss nicht notwendigerweise gestoppt oder verlangsamt werden, wenn der Durchfluss unabhängig vom Säulendurchfluss kontrolliert wird. Darüber hinaus muss der Gasdurchfluss durch den Detektor 116, der auch kein Teil des Säulendurchflusses ist, wie der Durchfluss durch den Detektoraufbau usw., auch nicht notwendigerweise gestoppt oder verlangsamt werden.
ist ein Flussdiagramm 900, das ein Verfahren zur Durchführung einer Gaschromatographie (GC) von einer Probe, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, illustriert. Als erster Schritt wird ein Durchfluss von Trägergas durch eine GC-Säule bei einer anfänglichen (oder ersten oder normalen) Durchflussrate gestartet (Schritt 902) und das Aufheizen der GC-Säule wird gestartet (Schritt 904). Das Aufheizen der GC-Säule, zum Beispiel auf eine niedrige Temperatur, kann vor den Start des Durchflusses von Trägergas durch eine GC-Säule initiiert werden. Die Reihenfolge der in gezeigten Schritte 902 und 904 ist nicht dahingehend beschränkt in welcher Reihenfolge der Trägergasfluss und das Aufheizen der Säule gestartet wird. Nach dem Start des Trägergasdurchflusses und dem Aufheizen der Säule, wird die Probe in das fließende Trägergas injiziert (Schritt 906), um eine Mischung der Probe und dem Trägergas zu erzeugen, und die Mischung fließt durch die GC-Säule zu einem Detektor um Daten von der Probe zu erheben, während eines Zeitraums, der hierin als eine Probenlaufzeit bezeichnet wird. Während der Probenlaufzeit kann das Aufheizen der GC-Säule erfolgen, so dass die GC-Säule, abhängig von dem speziellen implementierten Verfahren, bei einer vorbestimmten Temperatur gehalten wird, oder die Säulentemperatur nach einem vorbestimmten Temperaturprofil verändert wird.
Sobald die Analyse abgeschlossen ist folgt der Probenlaufzeit ein vorbestimmter Zeitraum, in dem der Säulendurchfluss von der anfänglichen Durchflussrate auf eine reduzierte (oder zweite) Durchflussrate (Schritt 908) vermindert wird, um die Mobilität der Zersetzungsprodukte der stationären Phase vor dem Start der Säulenkühlung zu vermindern. In einigen Ausführungsformen kann die reduzierte Durchflussrate eine Null-Durchflussrate, d. h., das Reduzieren der Durchflussrate kann das Abbrechen (Anhalten) des Säulendurchflusses beinhalten. Auf diese Wartezeit des verringerten oder angehaltenen Durchflusses folgt eine Kühlperiode, während der die GC-Säule abgekühlt werden kann (Schritt 910). Wie hierin beschrieben, kann das Abkühlen passiv erfolgen oder durch einen aktiven Kühlungsprozess unterstützt werden. Der Durchfluss wird für einen Teil oder der gesamten Kühlperiode bei einer reduzierten Geschwindigkeit fortgesetzt oder vollständig angehalten (Schritt 912), um sicherzustellen, dass die Zersetzungsprodukte weiterhin geringe Mobilität besitzen. Sobald die Kühlung abgeschlossen ist, kann der Durchfluss zu den Bedingungen vor dem Lauf zurückkehren, sofern dies nicht schon erfolgt ist (z. B. kann das Verfahren zu Schritt 902 zurückkehren).
Die geeignete vorbestimmte Zeit, um die Mobilität der Zersetzungsprodukte der stationären Phase während der Kühlperiode zu minimieren, ist eine Funktion der Säulenausmaße (z. B. Innendurchmesser (ID) und Länge) sowie bestimmter Verfahrensparameter (z. B. Trägergastyp, Durchflussrate, Säulentemperatur). Sie kann experimentell bestimmt werden. Ein Verfahren ist das Einführen eines kontinuierlichen Flusses an Material in den Trägergasstrom, für das der Detektor sensitiv ist (z. B. Methan für ein FID). Sobald der Durchfluss gut bekannt ist, kann der Säulendruck auf Null gesetzt werden und die Zeit, um eine Veränderung des Abwärtstrends der Basislinie zu zeigen, entspricht der minimalen Zeit, die für das Verlangsamen oder Anhalten des Flusses erforderlich ist. Eine andere Möglichkeit ist, eine Serie von Experimenten laufen zu lassen, wobei die Größenordnung der Störung der Basislinie für veränderte Zeiten für das Verlangsamen oder Anhalten beobachtet werden. Zum Beispiel bleibt in einem ersten Experiment der Säulendurchfluss auf Normallevel nach jedem Lauf und die frühere Basislinie wird in sukzessiven Läufen bestimmt, um die Größenordnung des Problems zu erkennen. In einem darauffolgenden Experiment wird die Zeit, während der der Säulendurchfluss verringert oder angehalten wird, verlängert und der Effekt auf den darauffolgenden Lauf beobachtet. Wenn der Effekt ausreichend verringert ist, muss die Zeit nicht weiter verlängert werden. Als nicht einschränkendes Beispiel ist die erforderliche Zeit zum Verlangsamen oder Anhalten für eine Säule von 30m (Länge) × 320µm (ID) × 0,25µm (Phasendicke), typischerweise etwa 15 bis 30 Sekunden.
Wie vorstehend diskutiert, ist eine Alternative zum vollständigen Anhalten des Durchflusses vor dem Beginn einer Kühlungsperiode, um die Auswirkungen des Säulenblutens zu reduzieren, den Durchfluss vor dem Beginn einer Kühlungsperiode und während der Kühlungsphase zu verlangsamen. Der Durchfluss muss ausreichend verlangsamt werden, um die Zersetzungsprodukte halbwegs zu immobilisieren. Es hat sich gezeigt, dass ein Reduzieren der Durchflussrate um 80% (d. h., bis zu 20% der normalen Durchflussrate) den Effekt der Probenverschleppung durch Säulenbluten deutlich verbessert.
Für ein schnelles Abkühlen des Ofens, sollten idealerweise die Zersetzungsprodukte im Wesentlichen immobil sein, wenn das Kühlen beginnt. Dies erfordert, dass der Einlassdruck am Kopf der Säule der gleiche (oder annähernd der gleiche) ist wie der Auslassdruck. Für ein einfaches GC-System mit einer Säule, das an einem Ende mit einem Einlass und an dem anderen Ende mit einem Detektor unter Atmosphärendruck verbunden ist, kann dies durch Einstellen des Einlassdrucks auf einen Manometerdruck von Null (oder annähernd Null Manometerdruck) oder Einstellen des Durchfluss-Controllers auf Null (oder annähernd Null) bewerkstelligt werden. Komplexere Systeme, wie solche, die ein Rückspülen nach der Säule einschließen, die Druckkontrollen sowohl am Einlass als auch am Auslass der Säule einschließen, erfordern, dass die mit dem Auslass der Säule verbundenen Druck-Controller mit dem Einlassdruck gleich (oder annähernd gleich) gesetzt werden.
Obwohl es aufgrund der erhöhten Zykluszeit nicht erstrebenswert ist, kann das Wegfallen oder Reduzieren des Säulendurchflusses über einen Zeitraum durchgeführt werden. Dabei kann die Durchflussrate des Trägergases durch die Säule entsprechend einer vorbestimmten reduzierten Durchflussrate (z. B. etwa 30 mL/Min/Min) kontinuierlich abgesenkt werden, bis der Säulendurchfluss Null oder den gewünschten niedrigen Wert erreicht, anstelle eines sofortigen Anhaltens oder sofortigen Rückschritts. Diese ohne Durchfluss- beziehungsweise mit reduzierten Durchflussbedingungen können wiederum für die vorbestimmte Zeitspanne vor und während der Kühlung gehalten werden.
Nach der Kühlzeit, d. h., nachdem die GC-Säule auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wurde, kann der volle Durchfluss wiederhergestellt werden (falls dies nicht bereits während der Kühlung erfolgt ist) und das Aufheizen der GC-Säule kann wieder aufgenommen werden, d. h., die Schritte 902 und 904 können in Vorbereitung auf den nächsten Probenlauf wiederholt werden. Somit kann eine andere Probe (Schritt 906) in den Trägergasstrom injiziert werden und die restlichen Schritte des Verfahrens können, wie hierin beschrieben, durchgeführt werden. Das Verfahren kann für eine beliebige Anzahl von Probenläufe wiederholt werden, wobei die Probenverschleppung durch Säulenbluten durch die Kontrolle des Säulendurchflusses während der Kühlzeit der Säule minimiert werden, wie hierin beschrieben.
Das in illustrierte Flussdiagramm 900 kann auch ein Gerät oder System (z. B. ein GC-System) darstellen, das in der Lage ist, das dargestellte Verfahren auszuführen. Eine Kontrollvorrichtung („Controller) des Geräts oder Systems, wie der hierin beschriebene und in dargestellte Controller 128, kann so konfiguriert sein, dass er alle oder einen Teil des einen oder der mehreren Schritte des Verfahrens durchführt (d. h., Kontrolle anderer Komponenten des Geräts oder Systems). Zum Beispiel kann die Kontrollvorrichtung so konfiguriert sein, dass sie die Trägergasquelle kontrolliert, um das Trägergas und die Probe durch die GC-Säule und zum Detektor fließen lässt, die Heizvorrichtung kontrolliert, um die GC-Säule auf eine vorbestimmte Temperatur oder entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil während einer Probenlaufzeit aufheizt, die Heizvorrichtung kontrolliert, um das Aufheizen der GC-Säule während der Kühlzeit abzuschwächen, nachdem das Trägergas und die Probe durch die GC-Säule und zum Detektor geflossen ist, jede aktive Kühlvorrichtung der Säule kontrolliert, und die Trägergasquelle kontrolliert, um den Durchfluss des Trägergases durch die GC-Säule zu einer vorbestimmten Startzeit und Dauer zu reduzieren oder abzuschwächen. Die Kontrollvorrichtung kann auch so konfiguriert sein, dass sie ein Signaloutput von dem Detektor empfängt, um chromatographische Daten von der Probe während der Probenlaufzeit zu erheben.
Die Bewertungen des hierin beschriebenen Ansatzes haben gezeigt, dass Peak-ähnliche Strukturen in dem Signal, die der Elution und dem Nachweis von Zersetzungsprodukten zugeschrieben werden, im Vergleich zu konventionellen Verfahren, bei denen der Durchfluss des Trägergases während der Kühlung der Säule 108 nicht gestoppt oder verlangsamt wird, eliminiert oder reduziert waren.
BEISPIEL 5
Eine Säule von Agilent Technologies, Inc. Model Nr. 19091J-413 (320µm ID × 30m × 0,25 µm Phasenfilmdicke) wurde in ein GC-System eingebaut, das mit den in und dargestellten und vorstehend beschriebenen Systemen übereinstimmt, und welches mit einem FID ausgestattet war. Trägergas (Helium) wurde durch die Säule mit einer konstanten Durchflussrate von 3 mL/Min ohne Probenmaterial geleitet, d. h., in diesem Beispiel wurden die experimentellen Durchläufe als „Leerläufe“ bewertet. Die Säule war 30 m lang. Für eine Säule dieser Länge würde das GC-System typischerweise so programmiert, dass ein Säulentemperaturanstieg von weniger als 20 °C/Min ausgeführt wird. Für dieses Experiment wurde das GC-System jedoch so programmiert, dass es einen extrem schnellen Säulentemperaturanstieg von 150 °C/Min ausführt, so dass das Problem der Probenverschleppung durch Säulenbluten überspitzt wurde, wodurch die Bewertung verbessert wurde. Insbesondere wurde für jeden experimentellen Lauf, während Helium mit 3 mL/Min durch die Säule lief, die Säulentemperatur auf 65 °C für 1 Minute gehalten, gefolgt von einem Anstieg der Säulentemperatur bei einer Geschwindigkeit von 150 °C/Minute bis 315 °C, gefolgt von einem Verweilen bei 315 °C für 3 Minuten, plus einer Zeitspanne für den Druckabfall.
ist ein Set von Chromatogrammen, die einen Effekt auf die Basislinie für den darauffolgenden Lauf zeigt, für den Lauf eines vorstehend beschriebenen Verfahrens für vier verschiedene Druckabfallprofile. Diese waren alles Leerläufe (das heißt, keine Probe wurde injiziert), so dass die Detektor-Basislinie leichter beobachtet werden konnte. Das FID-Signal (in Picoampere (pA)) ist zurückzuführen auf eine Funktion der verstrichenen Zeit in Minuten (Min) in jedem nachfolgenden Lauf. Die in den rechten Bereichen der Chromatogramme beobachteten Schwingungen im Detektorsignal sind indikativ für das Problem der Probenverschleppung und die ungefähre Spitze-Spitze („peak-to-peak“)-Messung des Schwingungsgrades ist in jedem Chromatogramm angegeben. Das oberste Chromatogramm ist das Ergebnis eines „Basislinienlaufs“, bei dem der Heliumfluss am Ende des vorhergehenden Laufs nicht angehalten wurde, d. h., ein Lauf nach der herkömmlichen Methode. Die Messung des Schwingungsgrades in dem Detektorsignal war 2,52 pA Spitze-Spitze, wie in angegeben. Das zweite, dritte und vierte Chromatogramm sind die Ergebnisse für das Reduzieren des Durchflusses mit einer Geschwindigkeit von -30 (mL/Min)/Min auf 0 mL/Min (kein Durchfluss), gefolgt vom Verweilen bei den Bedingungen ohne Durchfluss (0 mL/Min) für variierende Zeiträume, bevor der Heliumdurchfluss wieder aufgenommen wird. Im Speziellen wurden die Bedingungen ohne Durchfluss für 0 Min, 0,25 Min und 0,125 Min aufrecht gehalten, wie in angegeben. Die Läufe, bei denen der Heliumdurchfluss angehalten wurde, lieferten ein gemessenes Detektorsignal von 1,21 pA Spitze-Spitze, 0,36 pA Spitze-Spitze und 0,8 pA Spitze-Spitze, wie in angegeben. zeigt somit die negativen Effekte des Säulenblutens und die Wirksamkeit des Reduzierens und Anhaltens des Säulendurchflusses, bevor die Säule abgekühlt wird, indem die Probenverschleppung durch Säulenbluten entsprechend den hierin offenbarten Verfahren reduziert wird.
BEISPIEL 6
Dieses Beispiel verwendet die gleichen experimentellen Bedingungen wie in dem obigen Beispiel 5, mit der Ausnahme, dass ein üblicherer Temperaturanstieg von 10 °C/Min anstelle von 150 °C/Min programmiert wurde.
ist ein Set von Chromatogrammen, hervorgegangen aus vier verschiedenen experimentellen Läufen unter den oben angegebenen Bedingungen. Wie in Beispiel 5, ist das oberste Chromatogramm das Ergebnis eines „Basislinienlaufs“, bei dem der Heliumfluss am Ende des vorhergehenden Laufs nicht angehalten wurde. Das gemessene Detektorsignal war 0,186 pA Spitze-Spitze, wie in angegeben. Wie in Beispiel 5, ist das zweite, dritte und vierte Chromatogramm das Ergebniss für das Reduzieren des Durchflusses mit einer Geschwindigkeit von -30 (mL/Min)/Min auf 0 mL/Min (kein Durchfluss, gefolgt von Verweilen bei den Bedingungen ohne Durchfluss (0 mL/Min) für 0 Min, 0,25 Min und 0,125 Min, wie in angegeben. Die Läufe, bei denen der Heliumdurchfluss angehalten wurde, lieferten ein gemessenes Detektorsignal von 0,074 pA Spitze-Spitze, 0,046 pA Spitze-Spitze und 0,056 pA Spitze-Spitze, wie in angegeben. zeigt somit weiterhin die negativen Effekte des Säulenblutens und die Wirksamkeit des Reduzierens und Anhaltens des Säulendurchflusses, bevor die Säule abgekühlt wird, indem die Probenverschleppung durch Säulenbluten entsprechend den hierin offenbarten Verfahren reduziert wird.
BEISPIEL 7
Dieses Beispiel verwendet die gleichen experimentellen Bedingungen wie in dem obigen Beispiel 5.
ist ein Set von Chromatogrammen, hervorgegangen aus drei verschiedenen experimentellen Läufen unter den oben angegebenen Bedingungen. Wie in Beispiel 5 ist das oberste Chromatogramm das Ergebnis eines „Basislinienlaufs“, bei dem der Heliumfluss am Ende des vorhergehenden Laufs nicht verlangsamt wurde, wobei 3mL/Min während und nach dem Lauf beibehalten wurde. Das gemessene Detektorsignal war 5,1 pA Spitze-Spitze. Im zweiten und dritten Chromatogramm wurde der Durchfluss von He auf 0,5mL/Min, beziehungsweise 0,1mL/Min, verlangsamt für 0,5 Minuten nach dem Ende des Laufs und bevor die Kühlung gestartet wurde. Die Läufe, bei denen der Heliumdurchfluss verlangsamt wurde, lieferten ein gemessenes Detektorsignal von 3,2 pA Spitze-Spitze, beziehungsweise 3,2 pA Spitze-Spitze. illustriert somit weiterhin die negativen Effekte des Säulenblutens und die Wirksamkeit des reduzierten Durchflusses von Trägergas durch die Säule vor und während dem Abkühlen der Säule, entsprechend dem hierin offenbarten Verfahren, indem die Probenverschleppung durch Säulenbluten und dessen negative Effekte vermindert wurden.
BEISPIELHAFTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Weiterhin werden im Einklang mit den gegenwärtig offenbarten Gegenständen beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf die folgenden:

1. Ein Verfahren zur Durchführung einer Gaschromatographie (GC) mit einer Probe, wobei das Verfahren umfasst: Durchfließen eines Trägergases durch eine GC-Säule; während der Durchlaufzeit der Probe, Aufheizen der GC-Säule, entsprechend einem Heizprogramm, wobei das Heizprogramm das Ansteigen der Säulentemperatur der GC-Säule von einer Ausgangstemperatur zu einer Endtemperatur umfasst; während der Durchlaufzeit der Probe, Injizieren der Probe in den Trägergas-Durchfluss, um eine Mischung der Probe und des Trägergases zu erzeugen, und die Mischung durch die GC-Säule fließen zu lassen; und nach der Durchlaufzeit der Probe, Abkühlen der GC-Säule, entsprechend einem Kühlprogramm, wobei das Kühlprogramm umfasst: Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur auf eine Verweiltemperatur; Halten der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für eine isotherme Verweilzeit; und nach der isothermen Verweilzeit, Verringern der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur auf die Anfangstemperatur.
2. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Verweiltemperatur eine Temperatur ist, die kalt genug ist, um das Zersetzen einer stationären Phase der GC-Säulenphase weitgehend zu vermeiden, und warm genug ist, um die in der GC-Säule existierenden Zersetzungsprodukte vor der Probenlaufzeit wegzuspülen.
3. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Verweiltemperatur in einem Bereich von etwa 20 °C bis etwa 100 °C unter der Endtemperatur liegt.
4. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die isotherme Verweilzeit ein Zeitraum ist, der wirksam ist, um die in der GC-Säule existierenden Zersetzungsprodukte vor der Probenlaufzeit aus der GC-Säule wegzuspülen.
5. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, umfassend das Definieren der Zeit für das Ausspülen als Summe eines Zeitraums, bei dem die Verminderung der Säulentemperatur von der Endtemperatur zur Verweiltemperatur auftritt, und der isothermen Verweilzeit, wobei die Zeit für das Ausspülen ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einem Zeitraum im Bereich von etwa dem Einfachen bis Vierfachen einer Leerzeit der GC-Säule; und einem Zeitraum im Bereich von etwa 1 Minute bis 5 Minuten.
6. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Verminderung der Säulentemperatur von der Endtemperatur zur Verweiltemperatur, oder die Verminderung der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur bis zur Anfangstemperatur, oder beides vorhergehende, durchgeführt wird bei einer Kühlgeschwindigkeit im Bereich von 100 °C/Min bis 1.000 °C/Min.
7. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Verminderung der Säulentemperatur von der Endtemperatur zur Verweiltemperatur durchgeführt wird bei einer ersten Kühlgeschwindigkeit, die Verminderung der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur bis zur Anfangstemperatur durchgeführt wird bei einer zweiten Kühlgeschwindigkeit, und die erste Kühlgeschwindigkeit größer ist als die zweite Kühlgeschwindigkeit.
8. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, welches bei oder nach der Startzeit des Haltens der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für die isotherme Verweilzeit ein Ansteigen der Säulendurchflussrate von einer anfänglichen Durchflussrate auf eine erhöhte Durchflussrate, und das Halten der Säulendurchflussrate bei der erhöhten Durchflussrate für eine Durchflussraten-Verweilzeit umfasst, die mindestens einen Teil der isothermen Verweilzeit einnimmt.
9. Das Verfahren nach Ausführungsform 8, wobei die ansteigende Säulendurchflussrate einen ansteigenden Säuleneingangsdruck umfasst.
10. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, welches während der Durchlaufzeit der Probe, das Fließen der Mischung von der GC-Säule zu einem Detektor umfasst, um chromatographische Daten von der Probe zu erlangen.
11. Das Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei das Abkühlen der GC-Säule entsprechend dem Kühlprogramm durchgeführt wird, nachdem die Analyten von Interesse aus der Säule eluiert worden sind.
12. Ein Gaschromatographie(GC)-System, umfassend eine GC-Säule; eine Trägergasquelle, konfiguriert für das Fließen einer Mischung aus einer Probe und dem Trägergas durch die GC-Säule; eine Heizvorrichtung, konfiguriert für das Heizen der GC-Säule; und eine Kontrollvorrichtung, konfiguriert für das Kontrollieren der Trägergasquelle zum Durchfließen der Mischung durch die GC-Säule während einer Laufzeit der Probe; Kontrollieren der Heizvorrichtung, um die GC-Säule während einer Laufzeit der Probe entsprechend dem Heizprogramm aufzuheizen, wobei das Heizprogramm das Ansteigen einer Säulentemperatur der GC-Säule von einer Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur umfasst; und Kontrollieren der Heizvorrichtung, um die GC-Säule nach der Laufzeit der Probe entsprechend dem Kühlprogramm abzukühlen, umfasst, wobei das Kühlprogramm das Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur auf eine Verweiltemperatur; Halten der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für eine isotherme Verweilzeit; und nach der isothermen Verweilzeit, Verringern der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur auf die Anfangstemperatur umfasst.
13. Das GC-System nach Ausführungsform 12, wobei die Kontrollvorrichtung für das Aufrechterhalten der Verweiltemperatur in einem Bereich von etwa 20 °C bis etwa 100 °C unterhalb der Endtemperatur konfiguriert ist.
14. Das GC-System nach Ausführungsform 12, wobei die Zeit für das Ausspülen definiert ist als Summe eines Zeitraums, bei dem die Verminderung der Säulentemperatur von der Endtemperatur zur Verweiltemperatur auftritt, und der isothermen Verweilzeit, wobei die Kontrollvorrichtung für das Kontrollieren der Heizvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Zeit für das Ausspülen ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Zeitraum im Bereich von etwa dem Einfachen bis Vierfachen einer Leerzeit der GC-Säule; und einem Zeitraum im Bereich von etwa 1 Minute bis 5 Minuten.
15. Das GC-System nach Ausführungsform 12, wobei die Kontrollvorrichtung für das Kontrollieren der Heizvorrichtung so konfiguriert ist, dass das Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur zu der Verweiltemperatur, oder die Verminderung der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur bis zur Anfangstemperatur, oder beides vorhergehende, durchgeführt wird bei einer Kühlgeschwindigkeit im Bereich von 100 °C/Min bis 1.000 °C/Min.
16. Das GC-System nach Ausführungsform 12, wobei die Kontrollvorrichtung für das Kontrollieren der Heizvorrichtung so konfiguriert ist, dass das Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur zu der Verweiltemperatur durchgeführt wird bei einer ersten Kühlgeschwindigkeit, die Verminderung der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur bis zur Anfangstemperatur durchgeführt wird bei einer zweiten Kühlgeschwindigkeit, und die erste Kühlgeschwindigkeit größer ist als die zweite Kühlgeschwindigkeit.
17. Das GC-System nach Ausführungsform 12, wobei die Kontrollvorrichtung so konfiguriert ist, dass bei oder nach der Startzeit des Haltens der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für die isotherme Verweilzeit ein Ansteigen der Säulendurchflussrate von einer anfänglichen Durchflussrate auf eine erhöhte Durchflussrate, und das Halten der Säulendurchflussrate bei der erhöhten Durchflussrate für eine Verweilzeit erfolgt, die mindestens einen Teil der isothermen Verweilzeit einnimmt.
18. Das GC-System nach Ausführungsform 12, umfassend eine Kühlvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass die GC-Säule aktiv gekühlt wird, wobei die Kontrollvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Kühlvorrichtung die GC-Säule nach der Laufzeit der Probe entsprechend dem Kühlprogramm abkühlt.
19. Das GC-System nach Ausführungsform 12, umfassend eine Komponente, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einem Injektor, der so konfiguriert ist, dass er die Probe in den Trägergasfluss injiziert, um eine Mischung zu erzeugen; einem Detektor, der so konfiguriert ist, dass er die Analyten der Mischung, die durch den Säulenauslass fließen, detektiert; sowie beide vorhergehenden Komponenten.
20. Das GC-System nach Ausführungsform 12, umfassend einem Detektor, der so konfiguriert ist, dass er die Analyten der Mischung, die durch den Säulenauslass fließen, detektiert, wobei die Kontrollvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Signalausgabe vom Detektor empfängt, um chromatographische Daten der Probe zu erheben.
21. Ein nicht-transitorisches, computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten Instruktionen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, das Abkühlen der der GC-Säule entsprechend dem Verfahren nach der Ausführungsform 1 kontrolliert oder durchführt.
22. Ein Verfahren zur Durchführung einer Gaschromatographie (GC) mit einer Probe, wobei das Verfahren umfasst: Durchfließen eines Trägergases durch eine GC-Säule; während der Durchlaufzeit der Probe, Aufheizen der GC-Säule auf eine vorbestimmte Temperatur oder entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil; während der Durchlaufzeit der Probe, Injizieren der Probe in den Trägergas-Durchfluss, um eine Mischung der Probe und des Trägergases zu erzeugen, und die Mischung durch die GC-Säule fließen zu lassen; und nach der Durchlaufzeit der Probe, Abkühlen der GC-Säule während einer Kühlzeit; und während mindestens einem Teil der Kühlzeit, Reduzieren oder Abschwächen des Trägergasdurchflusses durch die GC-Säule.
23. Das Verfahren nach Ausführungsform 22, umfassend den Beginn der Verminderung oder das Abschwächen des Trägergasflusses durch die GC-Säule vor dem Abkühlen der GC-Säule.
24. Das Verfahren nach Ausführungsform 22, wobei die Mischung vor Beginn der Verminderung oder dem Abschwächen des Trägergasflusses durch die GC-Säule bei einer anfänglichen Durchflussrate durch die GC-Säule fließt, und das Verfahren weiterhin, nach einem vorbestimmten Teil der Kühlzeit, die Wiederaufnahme des Trägergasflusses durch die GC-Säule bei der anfänglichen Durchflussrate umfasst.
25. Das Verfahren nach Ausführungsform 22, wobei die Mischung vor Beginn der Verminderung oder das Einstellen des Trägergasflusses durch die GC-Säule bei einer anfänglichen Durchflussrate durch die GC-Säule fließt, und das Verfahren weiterhin das Abkühlen der GC-Säule auf zumindest eine vorbestimmte niedrigere Säulentemperatur und anschließend die Wiederaufnahme des Trägergasflusses durch die GC-Säule bei der anfänglichen Durchflussrate umfasst.
26. Das Verfahren nach Ausführungsform 22, wobei die Verminderung oder das Einstellen des Trägergasflusses die Reduzierung der Durchflussrate des Trägergases umfasst, bis die Durchflussrate bei einer vorbestimmten niedrigeren Durchflussrate oder Null Durchflussrate ist, und Anhalten der Durchflussrate bei der niedrigeren Durchflussrate oder Null Durchflussrate für einen Zeitraum von gleich Null oder mehr Minuten.
27. Ein Gaschromatographie(GC)-System, umfassend eine GC-Säule; eine Trägergasquelle, konfiguriert für das Fließen einer Mischung aus einer Probe und dem Trägergas durch die GC-Säule; eine Heizvorrichtung, konfiguriert für das Heizen der GC-Säule; und eine Kontrollvorrichtung, konfiguriert für das Kontrollieren der Trägergasquelle zum Durchfließen der Mischung durch die GC-Säule und zum Detektor; Kontrollieren der Heizvorrichtung, um die GC-Säule auf eine vorbestimmte Temperatur oder entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil während einer Probenlaufzeit aufzuheizen; nach der Probenlaufzeit Kontrollieren der Heizvorrichtung, um den Heizvorgang der GC-Säule während einer Kühlzeit einzustellen; und Kontrollieren der Trägergasquelle oder eines Durchflussregulators zwischen der Trägergasquelle und der GC-Säule, um den Trägergasfluss durch die GC-Säule während zumindest einem anfänglichen Teil der Kühlzeit zu vermindern oder anzuhalten.
28. Das GC-System der Ausführungsform 27, wobei die Kontrollvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Verminderung oder das Anhalten des Trägergasflusses durch die GC-Säule vor dem Abkühlen der GC-Säule beginnt.
29. Das GC-System der Ausführungsform 27, umfassend eine Kühlvorrichtung, die so konfiguriert, dass die GC-Säule aktiv gekühlt wird, wobei die Kontrollvorrichtung so konfiguriert ist, dass die GC-Säule während der Kühlzeit gekühlt wird.
30. Das GC-System der Ausführungsform 27, umfassend eine Komponente, die ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einem Injektor, der so konfiguriert ist, dass er die Probe in den Trägergasfluss injiziert, um eine Mischung zu erzeugen; einem Detektor, der so konfiguriert ist, dass er die Analyten der Mischung, die durch den Säulenauslass fließen, detektiert; sowie beide vorhergehenden Komponenten.
31. Das GC-System der Ausführungsform 27, umfassend einen Detektor, der so konfiguriert ist, dass er die Analyten der Mischung, die durch den Säulenauslass fließen, detektiert, wobei die Kontrollvorrichtung so konfiguriert ist, dass sie eine Signalausgabe vom Detektor empfängt, um chromatographische Daten der Probe zu erheben.
32. Ein nicht-transitorisches, computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten Instruktionen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, das Vermindern oder Anhalten des Trägergasflusses durch die GC-Säule entsprechend dem Verfahren nach der Ausführungsform 22 kontrolliert oder durchführt.

Es ist offensichtlich, dass eines oder mehrere der Verfahren, Unterverfahren und Verfahrensschritte, die hierin beschrieben sind, durch Hardware, Firmware, Software oder einer Kombination von zwei oder mehr des vorhergehenden auf einer oder mehreren elektronischen oder digital kontrollierten Vorrichtungen durchgeführt werden können. Die Software kann in einem Softwarespeicher (nicht gezeigt), in einem geeigneten elektronischen Verarbeitungselement oder -System beinhaltet sein, wie zum Beispiel der Kontrollvorrichtung 128 des Systems, das schematisch in gezeigt ist. Der Softwarespeicher kann eine geordnete Auflistung der auszuführenden Instruktionen für das Implementieren der logischen Funktionen einschließen („logisch“ bedeutet, dass sie in digitaler Form, wie als digitale Schaltung oder Quellcode, oder in analoger Form, wie einer Analogquelle, wie einem analogen elektrischen Signal, Geräusch- oder Videosignal implementiert werden können). Die Instruktionen können innerhalb eines Verarbeitungsmoduls ausgeführt werden, das zum Beispiel einen oder mehrere Mikroprozessoren, Prozessoren für den allgemeinen Zweck, Kombinationen von Prozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs) oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) umfassen kann. Weiterhin beschreiben die schematischen Diagramme eine logische Verteilung der Funktionen mit physikalischen (Hardware und/oder Software) Implementierungen, die nicht durch die Architektur oder das physikalische Layout der Funktionen limitiert sind. Die Beispiele der hierin beschriebenen Systeme können in einer Vielzahl von Konfigurationen implementiert sein und als Hardware/Software-Komponenten in einer einzelnen Hardware/Software-Einheit oder in getrennten Hardware/Software-Einheiten operieren.
Die ausführbaren Instruktionen können als Produkt eines Computerprogramms implementiert werden, in dem die Instruktionen gespeichert sind, welche, wenn sie durch das Verarbeitungsmodul ausgeführt werden (z.B. die Kontrollvorrichtung 128 des Systems in ), das elektronische System dazu veranlassen, die die Instruktionen auszuführen. Das Produkt des Computerprogramms kann selektiv in jedem nicht-transitorischen computerlesbaren Speichermedium enthalten sein, zur Verwendung von oder im Zusammenhang mit einem die Instruktion ausführenden System, Gerät oder Vorrichtung, wie einem elektronischen computerbasierten System, Prozessor-enthaltenden System oder anderen System, das die vom Instruktionen ausführenden System, Gerät oder Vorrichtung selektiv abrufen und ausführen kann. Im Zusammenhang mit der Offenbarung ist ein computerlesbares Speichermedium jede nicht-transitorische Maßnahme, die das Programm zur Verwendung von oder im Zusammenhang mit einem die Instruktion ausführenden System, Gerät oder Vorrichtung speichern kann. Das nicht-transitorische computerlesbares Speichermedium kann zum Beispiel für ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder halbleitendes System, Gerät oder Vorrichtung selektiv sein. Eine nicht erschöpfende Auflistung von spezielleren Beispielen für nicht-transitorische computerlesbare Medien schließen ein: eine elektrische Verbindung mit einem oder mehreren Leitungen (elektronisch); eine tragbare Computerdiskette (magnetisch); ein Zufallsspeicher (elektronisch); ein Festspeicher (elektronisch); ein löschbarer, programmierbarer Festspeicher, wie z. B. ein Flashspeicher (elektronisch); ein Kompakt-Disc-Speicher, wie z. B. CD-ROM, CD-R, CD-RW (optisch); und Digital Versatile Disc-Speicher, d. h., DVD (optisch). Anzumerken ist, dass das nicht-transitorische computerlesbare Speichermedium sogar auch Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein kann, worauf das Programm ausgedruckt werden kann, wobei das Programm elektronisch z. B. über Scannen auf das Papier oder andere Medien erfasst, dann kompiliert, interpretiert oder, falls nötig, auf andere geeignete Weise verarbeitet, und anschließend in einem Computerspeicher oder Maschinenspeicher gespeichert werden kann.
Es ist offensichtlich, dass die Begriffe „in Signal-Kommunikation“ oder „in elektrischer Kommunikation“, so wie sie hier verwendet werden, bedeuten, dass zwei oder mehr Systeme, Vorrichtungen, Komponenten, Module oder Untermodule in der Lage sind, miteinander über Signale zu kommunizieren, die sich über bestimmte Arten von Signalwegen fortbewegen. Die Signale können Kommunikation, Strom, Daten oder Energiesignale sein, die Kommunikation, Strom, Daten oder Energiesignale von einem System, Vorrichtung, Komponente, Modul oder Untermodul zu einem zweiten System, Vorrichtung, Komponente, Modul oder Untermodul, entlang einem Signalweg zwischen dem ersten und zweiten System, Vorrichtung, Komponente, Modul oder Untermodul, kommunizieren. Die Signalwege können physikalische, elektrische, magnetische, elektromagnetische, elektrochemische, optische Verbindungen mit oder ohne Leitungen sein. Die Signalwege können auch zusätzliche Systeme, Vorrichtungen, Komponenten, Module oder Untermodule zwischen den ersten und zweiten Systemen, Vorrichtungen, Komponenten, Modulen oder Untermodulen einschließen.
Allgemeiner gesagt, werden hierin Begriffe wie „kommunizieren“ und „in Kommunikation mit“ (zum Beispiel eine erste Komponente „kommuniziert mit“ oder „ist in Kommunikation mit“ einer zweiten Komponente) verwendet, um eine strukturelle, funktionelle, mechanische, elektrische, Signal-, optische, magnetische, elektromagnetische, ionische oder fluide Beziehung zwischen zwei oder mehreren Komponenten oder Elementen anzugeben. Als solches ist nicht beabsichtigt, dass die Tatsache, dass seine Komponente mit einer zweiten Komponente kommuniziert, die Möglichkeit ausschließt, dass zusätzliche Komponenten zwischen und/oder operativ verbunden oder gepaart mit den ersten und zweiten Komponenten vorhanden sein können.
Es ist offensichtlich, dass verschiedene Aspekte oder Details der Erfindung geändert werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. Weiterhin dient die vorhergehende Beschreibung lediglich zum Zweck der Illustration und nicht zum Zweck der Beschränkung der Erfindung, die durch die angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims

Ein Verfahren zur Durchführung einer Gaschromatographie (GC) mit einer Probe, wobei das Verfahren umfasst: Durchfließen eines Trägergases durch eine GC-Säule; während der Durchlaufzeit der Probe, Aufheizen der GC-Säule entsprechend einem Heizprogramm, wobei das Heizprogramm das Ansteigen der Säulentemperatur der GC-Säule von einer Ausgangstemperatur zu einer Endtemperatur umfasst; während der Durchlaufzeit der Probe Injizieren der Probe in den Trägergas-Durchfluss, um eine Mischung der Probe und des Trägergases zu erzeugen, und die Mischung durch die GC-Säule fließen zu lassen; und nach der Durchlaufzeit der Probe Abkühlen der GC-Säule entsprechend einem Kühlprogramm, wobei das Kühlprogramm umfasst: Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur auf eine Verweiltemperatur; Halten der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für eine isotherme Verweilzeit; und nach der isothermen Verweilzeit Verringern der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur auf die Anfangstemperatur.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verweiltemperatur eine Temperatur ist, die kalt genug ist, um das Zersetzen einer stationären Phase der GC-Säulenphase weitgehend zu vermeiden, und warm genug ist, um die in der GC-Säule existierenden Zersetzungsprodukte vor der Probenlaufzeit wegzuspülen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verweiltemperatur in einem Bereich von etwa 20 °C bis etwa 100 °C unter der Endtemperatur liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die isotherme Verweilzeit ein Zeitraum ist, der wirksam ist, um die in der GC-Säule existierenden Zersetzungsprodukte vor der Probenlaufzeit aus der GC-Säule wegzuspülen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das Definieren der Zeit für das Ausspülen als Summe eines Zeitraums, bei dem die Verminderung der Säulentemperatur von der Endtemperatur zur Verweiltemperatur auftritt und der isothermen Verweilzeit, wobei die Zeit für das Ausspülen ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: einem Zeitraum im Bereich von etwa dem Einfachen bis Vierfachen einer Leerzeit der GC-Säule; und einem Zeitraum im Bereich von etwa 1 Minute bis 5 Minuten.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verminderung der Säulentemperatur von der Endtemperatur zur Verweiltemperatur, oder die Verminderung der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur bis zur Anfangstemperatur, oder beides Vorhergehende, durchgeführt wird bei einer Kühlgeschwindigkeit im Bereich von 100 °C/Min bis 1000 °C/Min.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verminderung der Säulentemperatur von der Endtemperatur zur Verweiltemperatur durchgeführt wird bei einer ersten Kühlgeschwindigkeit, die Verminderung der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur bis zur Anfangstemperatur durchgeführt wird bei einer zweiten Kühlgeschwindigkeit, und die erste Kühlgeschwindigkeit größer ist als die zweite Kühlgeschwindigkeit.
Das Verfahren nach Anspruch 1, welches bei oder nach der Startzeit des Haltens der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für die isotherme Verweilzeit ein Ansteigen der Säulendurchflussrate von einer anfänglichen Durchflussrate auf eine erhöhte Durchflussrate, und das Halten der Säulendurchflussrate bei der erhöhten Durchflussrate für eine Durchflussraten-Verweilzeit umfasst, die mindestens einen Teil der isothermen Verweilzeit einnimmt.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei die ansteigende Säulendurchflussrate einen ansteigenden Säuleneingangsdruck umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 1, welches während der Durchlaufzeit der Probe, das Fließen der Mischung von der GC-Säule zu einem Detektor umfasst, um chromatographische Daten von der Probe zu erlangen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abkühlen der GC-Säule entsprechend dem Kühlprogramm durchgeführt wird, nachdem die Analyten von Interesse aus der Säule eluiert worden sind.
Ein Gaschromatographie-(GC)-System, umfassend eine GC-Säule; eine Trägergasquelle, konfiguriert für das Fließen einer Mischung aus einer Probe und dem Trägergas durch die GC-Säule; eine Heizvorrichtung, konfiguriert für das Heizen der GC-Säule; und eine Kontrollvorrichtung, konfiguriert für das Kontrollieren der Trägergasquelle zum Durchfließen der Mischung durch die GC-Säule während einer Laufzeit der Probe; Kontrollieren der Heizvorrichtung, um die GC-Säule während einer Laufzeit der Probe entsprechend dem Heizprogramm aufzuheizen, wobei das Heizprogramm das Ansteigen einer Säulentemperatur der GC-Säule von einer Anfangstemperatur auf eine Endtemperatur umfasst; und Kontrollieren der Heizvorrichtung, um die GC-Säule nach der Laufzeit der Probe entsprechend dem Kühlprogramm abzukühlen, wobei das Kühlprogramm das Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur auf eine Verweiltemperatur umfasst; Halten der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für eine isotherme Verweilzeit; und nach der isothermen Verweilzeit, Verringern der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur auf die Anfangstemperatur umfasst.
Das GC-System nach Anspruch 12, wobei die Kontrollvorrichtung für das Aufrechterhalten der Verweiltemperatur in einem Bereich von etwa 20 °C bis etwa 100 °C unterhalb der Endtemperatur konfiguriert ist.
Das GC-System nach Anspruch 12, wobei die Zeit für das Ausspülen definiert ist als Summe eines Zeitraums, bei dem die Verminderung der Säulentemperatur von der Endtemperatur zur Verweiltemperatur auftritt, und der isothermen Verweilzeit, wobei die Kontrollvorrichtung für das Kontrollieren der Heizvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Zeit für das Ausspülen ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einem Zeitraum im Bereich von etwa dem Einfachen bis Vierfachen einer Leerzeit der GC-Säule; und einem Zeitraum im Bereich von etwa 1 Minute bis 5 Minuten.
Das GC-System nach Anspruch 12, wobei die Kontrollvorrichtung für das Kontrollieren der Heizvorrichtung so konfiguriert ist, dass das Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur zu der Verweiltemperatur, oder die Verminderung der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur bis zur Anfangstemperatur, oder beides Vorhergehende, durchgeführt wird bei einer Kühlgeschwindigkeit im Bereich von 100 °C/Min bis 1000 °C/Min.
Das GC-System nach Anspruch 12, wobei die Kontrollvorrichtung für das Kontrollieren der Heizvorrichtung so konfiguriert ist, dass das Verringern der Säulentemperatur von der Endtemperatur zu der Verweiltemperatur durchgeführt wird bei einer ersten Kühlgeschwindigkeit, die Verminderung der Säulentemperatur von der Verweiltemperatur bis zur Anfangstemperatur durchgeführt wird bei einer zweiten Kühlgeschwindigkeit, und die erste Kühlgeschwindigkeit größer ist als die zweite Kühlgeschwindigkeit.
Das GC-System nach Anspruch 12, wobei die Kontrollvorrichtung so konfiguriert ist, dass bei oder nach der Startzeit des Haltens der Säulentemperatur bei der Verweiltemperatur für die isotherme Verweilzeit ein Ansteigen der Säulendurchflussrate von einer anfänglichen Durchflussrate auf eine erhöhte Durchflussrate und das Halten der Säulendurchflussrate bei der erhöhten Durchflussrate für eine Verweilzeit erfolgt, die mindestens einen Teil der isothermen Verweilzeit einnimmt.
Das GC-System nach Anspruch 12, umfassend eine Kühlvorrichtung, die so konfiguriert ist, dass die GC-Säule aktiv gekühlt wird, wobei die Kontrollvorrichtung so konfiguriert ist, dass die Kühlvorrichtung die GC-Säule nach der Laufzeit der Probe entsprechend dem Kühlprogramm abkühlt.
Ein Verfahren zur Durchführung einer Gaschromatographie (GC) mit einer Probe, wobei das Verfahren umfasst: Durchfließen eines Trägergases durch eine GC-Säule; während der Laufzeit der Probe Aufheizen der GC-Säule auf eine vorbestimmte Temperatur oder entsprechend einem vorbestimmten Temperaturprofil; während der Durchlaufzeit der Probe Injizieren der Probe in den Trägergas-Durchfluss, um eine Mischung der Probe und des Trägergases zu erzeugen, und die Mischung durch die GC-Säule fließen zu lassen; und nach der Durchlaufzeit der Probe Abkühlen der GC-Säule während einer Abkühlzeit; und während mindestens einem anfänglichen Teil der Abkühlzeit Reduzieren oder Beenden des Durchflusses des Trägergases durch die GC-Säule.
Ein nicht-transitorisches, computerlesbares Medium mit darauf gespeicherten Instruktionen, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, das Abkühlen der der GC-Säule entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 1 kontrolliert oder durchführt.