DE112022000900T5

DE112022000900T5 - Strömungsteiler für Gaschromatographiesysteme

Info

Publication number: DE112022000900T5
Application number: DE112022000900.4T
Authority: DE
Inventors: Mark Firmer Merrick; David Jesse Borton
Original assignee: Leco Corp
Current assignee: Leco Corp
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2022-01-11
Publication date: 2023-12-07
Also published as: WO2022164627A1; GB2618018A; GB202311837D0; JP2024502499A

Abstract

Eine analytische Instrumentenanordnung umfasst einen Gaschromatographen, einen ersten Detektor, einen zweiten Detektor und ein pneumatisches Steuermodul. Der Gaschromatograph umfasst einen Strömungsteiler, der zum Empfangen einer Probe eingerichtet ist. Der erste Detektor ist mit dem Strömungsteiler verbunden. Der zweite Detektor ist mit dem Strömungsteiler verbunden. Das pneumatische Steuermodul ist mit dem Strömungsteiler verbunden und so konfiguriert, dass es ein Trägergas an den Strömungsteiler liefert. Der Strömungsteiler ist so konfiguriert, dass er die Probe teilt und mindestens einen ersten Teil der Probe an den ersten Detektor und mindestens einen zweiten Teil der Probe an den zweiten Detektor in einem ersten Teilungsverhältnis liefert. Das pneumatische Steuermodul ist so konfiguriert, dass es entweder (i) einen Zufuhrströmung, der einen dritten Teil des Trägergases enthält, an den Strömungsteiler liefert oder (ii) einen Abgasstrom aus dem Strömungsteiler, wobei das pneumatische Steuermodul so konfiguriert ist, dass es den Druck innerhalb des Strömungsteilers regelt, um dadurch das erste Teilungsverhältnis auf einem im Wesentlichen konstanten Wert zu halten.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf Strömungsteiler (flow splitter) für Gaschromatographiesysteme.
HINTERGRUND
Die Gaschromatographie (GC) wird üblicherweise zum Trennen und Analysieren von Verbindungen (z. B. flüchtige organische Verbindungen (VOC) (volatile organic compounds)) in einer Vielzahl von Anwendungen und in einer Reihe von Disziplinen eingesetzt. Bei der herkömmlichen Gaschromatographie wird eine zu analysierende Probe bzw. ein Gemisch von Analyten mit einem Trägergas (z. B. Helium oder Wasserstoff) in einer Säule kombiniert, um einen Abfluss (effluent) zu bilden. Während sich der Abfluss durch die Säule bewegt, können verschiedene Analyten aufgrund einer Mehrzahl von Faktoren, wie z. B. Strömungseigenschaften, Masse des Analyten usw., voneinander getrennt werden. Beim Austritt aus der Säule kann das Signal der getrennten Analyten nachgewiesen und aufgezeichnet werden.
Wenn zwei oder mehr Analyten einer Probe ähnliche Eigenschaften aufweisen, kann es schwierig sein, diese Analyten zu trennen, weil sie dazu neigen können, sich mit ähnlichen Geschwindigkeiten durch die Säule zu bewegen, so dass keine ausreichende Trennung erfolgt. Um dem entgegenzuwirken und die Auflösung der Analyse zu verbessern, wurde anstelle der Verwendung einer einzigen Säule eine Technik eingeführt, bei der zumindest Teile des Abflusses regelmäßig in eine zweite Säule injiziert werden, wobei die zweite Säule eine oder mehrere andere Eigenschaften als die erste Säule aufweisen kann, und der Abfluss von einem Detektor an einem Ende der zweiten Säule detektiert wird. Dies ist allgemein als mehrdimensionale (oder umfassende (comprehensive) zweidimensionale) Gaschromatographie (GC×GC) bekannt.
GC-MS/FID-Instrumente und GC×GC-MS/FID-Instrumente (GC und GC×GC mit doppelter Massenspektrometrie (MS) und Flammenionisationsdetektion (flame ionization detection) (FID) als Detektoren) verwenden die Gaschromatographie zum Trennen von Gemischen in einzelne Komponenten und die Massenspektrometrie und Flammenionisationsdetektion zum Identifizieren bzw. Quantifizieren jeder Komponente.
Derzeitige Strömungsteiler in der Gaschromatographie (z. B. GC-MS/FID und GC×GC-MS/FID) sind im Allgemeinen entweder ein einfaches T-Stück (passiver Teiler) oder ein Strömungsteiler mit Zufuhrströmung (make-up flow) (aktiver Teiler). In einigen Fällen kann auch ein Strömungsteiler auf der Grundlage eines Deans-Schalters eingesetzt werden. Je nach den Bedingungen und Konfigurationen bieten diese Verteiler nicht unbedingt ein konstantes Teilstrom-/Teilungsverhältnis zu dem FID und/oder sind nicht einfach zu konfigurieren oder zu bedienen.
Unterschiedliche Bedingungen (Säulenströmung, Teilungsverhältnis usw.) erfordern in der Regel unterschiedliche Durchflussbegrenzer (restrictors) (Übertragungsleitungen) von dem Strömungsteiler zu den Detektoren. Bei solchen Ausführungsformen müssen die Durchflussbegrenzer physisch geändert werden, um die gewünschten Bedingungen zu erfüllen. Das Ändern der Durchflussbegrenzer, wenn ein anderer Zustand gewünscht wird, kann zeitaufwändig, mühsam und ineffizient sein. Dementsprechend kann es wünschenswert sein, ein GC-System zu implementieren, das in der Lage ist, eine Mehrzahl verschiedener Bedingungen zu erfüllen, ohne dass die Durchflussbegrenzer ausgetauscht werden müssen.
Dieser Abschnitt enthält Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung, die nicht unbedingt zum Stand der Technik gehören.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Offenbarung stellt eine analytische Instrumentenanordnung beriet, die einen Gaschromatographen, ein Massenspektrometer, einen Flammenionisationsdetektor und ein pneumatisches Steuermodul umfasst. Der Gaschromatograph umfasst eine Primärsäule, eingerichtet zum Empfangen eines Abflusses mit einer Probe und einem ersten Teil eines Trägergases, und einen Strömungsteiler, der mit der Primärsäule verbunden und eingerichtet ist zum Empfangen des Abflusses. Das Massenspektrometer ist über einen ersten Durchflussbegrenzer mit dem Strömungsteiler verbunden. Der Flammenionisationsdetektor ist über einen zweiten Durchflussbegrenzer mit dem Strömungsteiler verbunden. Das pneumatische Steuermodul ist mit dem Strömungsteiler verbunden und eingerichtet zum Liefern eines zweiten Teils des Trägergases an den Strömungsteiler, wobei der Strömungsteiler eingerichtet ist zum Teilen des Abflusses und zum Liefern mindestens eines ersten Teils des Abflusses durch den ersten Durchflussbegrenzer an das Massenspektrometer und mindestens eines zweiten Teils des Abflusses durch den zweiten Durchflussbegrenzer an den Flammenionisationsdetektor mit einem ersten Teilungsverhältnis. Das pneumatische Steuermodul ist eingerichtet zum Liefern eines aus (i) einer Zufuhrströmung, die einen dritten Teil des Trägergases enthält, an den Strömungsteiler und (ii) einem Abgasstrom aus dem Strömungsteiler, wobei das pneumatische Steuermodul eingerichtet ist zum Regeln des Drucks innerhalb des Strömungsteilers, um dadurch das erste Teilungsverhältnis auf einem im Wesentlichen konstanten Wert zu halten.
Ausführungsformen der Offenbarung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist das Teilungsverhältnis definiert als die Strömung zu dem Flammenionisationsdetektor geteilt durch die Strömung zu dem Massenspektrometer an dem Punkt, an dem der Strömungsteiler die Strömung teilt.
Der Strömungsteiler kann eingerichtet sein zum Beibehalten des ersten Teilungsverhältnisses während des gesamten Verlaufs einer temperaturprogrammierten gaschromatographischen Analyse auf einem im Wesentlichen konstanten Wert.
Das pneumatische Steuermodul kann eingerichtet sein zum Steuern eines Abgasstroms aus dem Strömungsteiler, um dadurch den Druck in dem Strömungsteiler gegendruckmäßig zu regeln.
Der Gaschromatograph kann eine Sekundärsäule umfassen, die mit der Primärsäule verbunden und eingerichtet ist zum Empfangen des Abflusses. Der Gaschromatograph kann einen Modulator zwischen der Primärsäule und der Sekundärsäule enthalten.
Der geregelte Druck und der zweite Teil des Trägergases können eingerichtet sein zum Steuern der Menge des zweiten Teils des an den Flammenionisationsdetektor gelieferten Abflusses. Der erste Teil des an den Massenspektrometer gelieferten Abflusses kann mit einem Zufuhrgas (make-up gas) verdünnt werden. Der erste Teil des an den Massenspektrometer gelieferten Abflusses kann geteilt werden, wobei zumindest ein Teil des ersten Teils des Abgases in den Auslass geleitet wird.
Der geregelte Druck und der zweite Teil des Trägergases können eingerichtet sein zum Steuern der Menge des ersten Teils des Abflusses, der an den Massenspektrometer geliefert wird.
Der Abfluss kann so eingerichtet sein, dass er von der Primärsäule zu dem Strömungsteiler mit einem konstanten Fluss geliefert wird, und das pneumatische Steuermodul ist eingerichtet zum Liefern des zweiten Teils des Trägergases an den Strömungsteiler mit einem konstanten Fluss, um den Abfluss mit dem zweiten Teil des Trägergases zu mischen und den zweiten Teil des Abflusses zu dem Flammenionisationsdetektor mit einem konstanten Fluss im Verlauf einer temperaturprogrammierten Gaschromatographieanalyse zu liefern.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung stellt eine analytische Instrumentenanordnung bereit, die einen Gaschromatographen, einen ersten Detektor, einen zweiten Detektor und ein pneumatisches Steuermodul umfasst. Der Gaschromatograph umfasst einen Strömungsteiler, eingerichtet zum Empfangen einer Probe. Der erste Detektor ist mit dem Strömungsteiler verbunden. Der zweite Detektor ist mit dem Strömungsteiler verbunden. Das pneumatische Steuermodul ist mit dem Strömungsteiler verbunden und eingerichtet zum Liefern eines Trägergases an den Strömungsteiler. Der Strömungsteiler ist eingerichtet zum Teilen der Probe und zum Liefern eines ersten Teils der Probe an den ersten Detektor und mindestens eines zweiten Teils der Probe an den zweiten Detektor in einem ersten Teilungsverhältnis. Das pneumatische Steuermodul ist eingerichtet zum Liefern eines aus (i) einer Zufuhrströmung, die einen dritten Teil des Trägergases enthält, an den Strömungsteiler und (ii) einem Abgasstrom aus dem Strömungsteiler, wobei das pneumatische Steuermodul eingerichtet ist zum Regeln des Drucks innerhalb des Strömungsteilers, um dadurch das erste Teilungsverhältnis auf einem im Wesentlichen konstanten Wert zu halten.
Ausführungsformen der Offenbarung können eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen. In einigen Ausführungsformen ist der erste Detektor ein Massenspektrometer. Der zweite Detektor kann ein Flammenionisationsdetektor sein.
Der Gaschromatograph kann einen Einlass und eine mit dem Einlass verbundene Primärsäule umfassen, wobei der Einlass eingerichtet ist zum Bereitstellen der Probe und eines ersten Teils des Trägergases an der Primärsäule. Das Teilungsverhältnis kann definiert werden als die Strömung zu dem zweiten Detektor geteilt durch die Strömung zu dem ersten Detektor an dem Punkt, an dem der Strömungsteiler die Strömung teilt. Der Gaschromatograph kann eine Sekundärsäule, die mit der Primärsäule verbunden ist und eingerichtet ist zum Empfangen der Probe, und einen Modulator zwischen der Primärsäule und der sekundären Säule umfassen.
Der Strömungsteiler kann eingerichtet zum Beibehalten des ersten Teilungsverhältnis während des gesamten Verlaufs einer temperaturprogrammierten gaschromatographischen Analyse auf einem im Wesentlichen konstanten Wert.
Das pneumatische Steuermodul kann eingerichtet sein zum Steuern eines Abgasstroms aus dem Strömungsteiler, um dadurch den Druck in dem Strömungsteiler gegendruckmäßig zu regeln.
Der geregelte Druck und das Trägergas können eingerichtet sein zum Steuern der Menge des zweiten Teils der Probe, die an den zweiten Detektor geliefert wird.
Der geregelte Druck und das Trägergas können eingerichtet sein zum Steuern der Menge des ersten Teils der Probe, die an den ersten Detektor geliefert wird.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung stellt einen Strömungsteiler bereit zum Teilen des Säulenabflusses auf zwei Detektoren mit einem konstanten Teilungsverhältnis (repräsentative Probenehmen) an dem Teilungspunkt; aus Gründen der Durchflusssteuerung kommt es jedoch während einer temperaturprogrammierten GC-Trennung zu einer Verdünnung und/oder einem zusätzlichen Teilen der Abflussströme. Insgesamt ist der Teiler eingerichtet zum Durchführen eines repräsentatives Probenehmens (representative sampling), um eine genaue Quantifizierung zu erhalten. Repräsentatives Probenehmen meint, dass die relativen Mengen der Analyten in dem Gemisch, die während einer temperaturprogrammierten GC-Trennung getrennt werden, vor und nach dem Teilen gleich sind, d. h. ein konstantes Teilungsverhältnis während einer temperaturprogrammierten GC-Trennung. Der Teilungsanteil des ersten Detektors ist repräsentativ, während der Teilungsanteil des zweiten Detektors abhängig von dem Detektortyp repräsentativ oder nicht repräsentativ sein kann. Der Teilungsanteil, der zu dem zweiten Detektor strömt, ist an dem Teilungspunkt repräsentativ, aber aus Gründen der Druck- und Strömungssteuerung wird die Teilungsströmung zu dem zweiten Detektor entweder variabel verdünnt oder weiter variabel geteilt. Diese variable Verdünnung oder Teilung kann dazu führen, dass die Antwort des zweiten Detektors nicht repräsentativ ist. Ob das Probenehmen an dem zweiten Detektor repräsentativ ist oder nicht, hängt von der Art des Detektors und seiner Steuerung ab. Im Allgemeinen macht die Variabilität des Probenehmens zu dem zweiten Detektor, sofern vorhanden, keinen großen Teil der Probenmenge aus. Das System kann für GC-MS/FID und GCxGC-MS/FID eingesetzt werden, wobei der FID als erster Detektor für quantitative Genauigkeit sorgt und der MS als zweiter Detektor zumindest eine qualitative Charakterisierung ermöglicht. Der Aufbau und die Steuerung des Systems sind eingerichtet zum Bereitstellen einer einfachen Installierung und Bedienung und zum Ermöglichen variabler Säulenströmungen und Teilungsverhältnisse mit einem einzigen Satz von Durchflussbegrenzern für den ersten und zweiten Detektor.
Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen der Offenbarung sind in den beigefügten Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften GC-MS/FID-Systems mit einem Strömungsteiler gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften GC×GC -MS/FID-Systems mit dem Strömungsteiler aus 1 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3A ist eine schematische Ansicht eines ersten beispielhaften Strömungsteilers aus 1;
3B ist eine schematische Ansicht eines zweiten beispielhaften Strömungsteilers aus 1;
3C ist eine schematische Ansicht eines dritten beispielhaften Strömungsteilers aus 1;
3D ist eine schematische Ansicht eines vierten beispielhaften Strömungsteilers aus 1;
3E ist eine schematische Ansicht eines fünften beispielhaften Strömungsteilers aus 1;
3F ist eine schematische Ansicht eines sechsten beispielhaften Strömungsteilers aus 1;
4 ist eine perspektivische Ansicht des Strömungsteilers von 1;
5 ist eine Querschnittsansicht des Strömungsteilers von 1, die entlang der Linie 5-5 in 4 aufgenommen wurde;
6 ist eine Querschnittsansicht eines ersten T-Stücks des Strömungsteilers von 5;
7 ist eine Querschnittsansicht eines zweiten T-Stücks des Strömungsteilers von 5; und
8 ist eine Querschnittsansicht eines dritten T-Stücks des Strömungsteilers von 5.

Ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen ähnliche Elemente.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Beispielkonfigurationen werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Die Beispielkonfigurationen werden bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich ist und den Umfang der Offenbarung denjenigen, die sich mit der Technik auskennen, vollständig vermittelt. Spezifische Details werden dargelegt, wie z. B. Beispiele für bestimmte Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein umfassendes Verständnis der Konfigurationen der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass Beispielkonfigurationen in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden können und dass die spezifischen Details und die Beispielkonfigurationen nicht so ausgelegt werden sollten, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränken.
In den 1 und 2 ist allgemein eine analytische Instrumentenanordnung 10 dargestellt. Die Anordnung 10 kann eine Gaschromatographievorrichtung umfassen, bei der es sich um einen Gaschromatographen (GC) 12a, wie in 1 gezeigt, oder einen umfassenden zweidimensionalen (mehrdimensionalen) Gaschromatographen (GC×GC) 12b, wie in 2 gezeigt, handeln kann. Wie sich zeigen wird, können die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung auf den GC 12a, den GC×GC 12b und/oder jede andere geeignete Gaschromatographievorrichtung angewendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die Gas-Flüssig-Chromatographie (GLC (gas-liquid chromatography)), die Gas-Fest-Chromatographie (GSC (gas-solid chromatography)) usw. Die Anordnung 10 umfasst einen ersten Detektor, d. h. ein Massenspektrometer (MS) 14, der mit der Gaschromatographievorrichtung 12a, 12b verbunden ist, einen zweiten Detektor, d. h. einen Flammenionisationsdetektor (FID) 16, der mit der Gaschromatographievorrichtung 12a, 12b verbunden ist, und ein pneumatisches Steuermodul (PCM (pneumatic control module)) 18.
Obwohl die Anordnung 10 so beschrieben ist, dass sie den MS 14 als ersten Detektor und den FID 16 als zweiten Detektor umfasst, kann der erste und zweite Detektor jeden geeigneten Detektor umfassen, wie z. B. einen Wärmeleitfähigkeitsdetektor (TCD (thermal conductivity detector)), einen Alkaliflammendetektor (AFD (alkali flame detector)), einen katalytischen Verbrennungsdetektor (CCD (catalytic combustion detector)), einen Entladungsionisationsdetektor (DID (discharge ionization detector)), einen Polyarc-Reaktor (polyarc reactor), einen flammenphotometrischen Detektor (FPD (flame photometric detector)), einen Atomemissionsdetektor (AED (atomic emission detector)), einen Elektroneneinfangdetektor (ECD (electron capture detector)), einen Stickstoff-Phosphor-Detektor (NPD (nitrogen-phosphorus detector)), einen Trockenelektrolyt-Leitfähigkeitsdetektor (DELCD (dry electrolytic conductivity detector)), einen Vakuum-Ultraviolett-Detektor (VUV (vacuum ultraviolet)), einen Hall-Elektrolyt-Leitfähigkeitsdetektor (EICD (Hall electrolytic conductivity detector)), einen Helium-Ionisationsdetektor (HID (helium ionization detector)), einen Infrarot-Detektor (IRD (infrared detector)), einen Photo-Ionisationsdetektor (PID (photo-ionization detector)), einen Impulsentladungs-Ionisationsdetektor (PDD (pulsed discharge ionization detector)), einen Thermionik-Ionisationsdetektor (TID (thermionic ionization detector)) usw. Es versteht sich, dass jeder der vorgenannten Detektoren in jeder geeigneten Kombination angeordnet werden kann.
Wie ferner in den 1 und 2 dargestellt, umfasst die Gaschromatographievorrichtung 12a, 12b einen Hauptofen 20, einen Einlass 22, eine Primärsäule 24 und einen Strömungsteiler 26. Mit Ausnahme der GC×GC 12b, die eine Sekundärsäule 28 und einen Modulator 30 umfasst, wie in 2 gezeigt und nachstehend ausführlicher beschrieben ist, können die GC 12a und die GC×GC 12b, einschließlich der Komponenten und ihrer Funktionalität, im Wesentlichen ähnlich oder gleich sein. Dementsprechend gilt die nachstehende Beschreibung sowohl für die GC 12a als auch für die GC×GC 12b, mit Ausnahme der Sekundärsäule 28 und des Modulators 30, die nur für die GC×GC 12b gelten.
Der Hauptofen 20 kann mindestens den Einlass 22, die Primärsäule 24, den Strömungsteiler 26, die Sekundärsäule 28 und den Modulator 30 beherbergen bzw. aufnehmen. Der Einlass 22 kann eingerichtet sein zum Erzeugen eines Abflusses 32, der eine Probe 34 (d. h. das Eluit (eluite)) und einen ersten Teil bzw. einen ersten Strom eines Trägergases 36a (d. h. das Eluat (eluent)) enthält. Die Probe 34 kann über eine Injektionsvorrichtung, wie z. B. eine Spritze, eine automatische Injektionsvorrichtung oder ein anderes geeignetes Mittel in den Einlass 22 injiziert werden und kann jede geeignete Probe oder jeder geeignete Analyt sein, wie z. B. Erdöl, Duftstoffe, arzneimittelhaltige Flüssigkeiten usw. Der erste Teil des Trägergases 36a kann in einem Tank enthalten sein und kann jedes geeignete Gas sein, wie z. B. ein Inertgas, wie Helium, ein nicht reaktives Gas, wie Stickstoff, usw. Der erste Teil des Trägergases 36a kann dem Einlass 22 in einem konstanten Strom zugeführt werden, und die Probe 34 kann dem Einlass als Aliquot zugeführt werden. Der Einlass 22 kann die Probe 34 und den ersten Teil des Trägergases 36a mischen, um den Abfluss 32 zu bilden, und der Einlass 22 kann den Abfluss 32 in die Primärsäule 24 injizieren.
Die Primärsäule 24 und die Sekundärsäule 28 können jeweils in einer allgemein kreisförmigen Konfiguration gewickelt sein oder eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen. Bei der GC 12a kann sich die Primärsäule 24 von dem Einlass 22 bis zu dem Strömungsteiler 26 erstrecken. Beim GC×GC 12b kann sich die Primärsäule 24 von dem Einlass 22 bis zu dem Modulator 30 erstrecken, und die Sekundärsäule 28 kann sich von dem Modulator 30 bis zu dem Strömungsteiler 26 erstrecken. In einigen Ausführungsformen können die Primärsäule 24 und die Sekundärsäule 28 unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. In einem Beispiel kann die Primärsäule 24 länger sein, einen größeren Durchmesser haben und/oder eine andere stationäre Phase enthalten als die Sekundärsäule 28. In einem anderen Beispiel kann die Primärsäule 24 einen kleineren Durchmesser als die Sekundärsäule 28 haben.
Bei der GC×GC 12b kann der Modulator 30 eingerichtet sein zum Empfangen des Abflusses 32 aus der Primärsäule 24 und zum Durchführen einer Modulation des Abflusses 32 über einen als Modulationszeitraum bezeichneten Zeitraum. Der Modulationsprozess kann zumindest die Schritte der Probenehmens des Abflusses 32 und des Injizieren des gesamten oder eines Teils des Abflusses 32 in die Sekundärsäule 28 umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Modulationsprozess einen zusätzlichen Schritt des Fokussierens des Eluits 34 vor dem Injizieren des Eluits 34 in die Sekundärsäule 28. Die Modulationsdauer ist die Zeit, die der Modulator 30 benötigt, um den Modulationsprozess einschließlich der vorgenannten Schritte abzuschließen.
Das MS 14 kann über eine Übertragungsleitung 38 mit der Gaschromatographievorrichtung 12a, 12b verbunden sein. Der MS 14 und der FID 16 können jeweils eingerichtet sein zum Empfangen des Abflusses 32, umfassend die Probe 34, und zum Detektieren bzw. Sammeln einer Mehrzahl von Daten über die Probe 34, darunter beispielsweise die Retentionszeit, das Signal (oder die Intensität) usw. Obwohl der MS 14 und der FID 16 hier beschrieben werden, kann jeder geeignete Detektor eingesetzt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Elektroneneinfangdetektor (ECD), einen Atomemissionsdetektor (AED), einen Schwefel-Chemilumineszenzdetektor (SCD (sulfur chemiluminescence detector)), einen Stickstoff-Chemilumineszenzdetektor (NCD (nitrogen chemiluminescence detector)), einen Stickstoff-Phosphordetektor (NPD) usw.
Eine Rechenvorrichtung kann mit dem MS 14 und dem FID 16 in Verbindung stehen und Daten über die Probe 34 von dem MS 14 und dem FID 16 empfangen, analysieren und/oder verarbeiten. Bei der Rechenvorrichtung kann es sich um ein beliebiges geeignetes Gerät handeln, wie z. B. einen Computer, einen Laptop, ein Tablet, ein Smartphone usw. Die Rechenvorrichtung kann die Daten über die Probe 34 verarbeiten und ein Chromatogramm ausgeben. Die Rechenvorrichtung kann verwendet werden, um alle geeigneten Komponenten der Anordnung 10, einschließlich des PCM 18, des Modulators 30 usw., zu programmieren und zu steuern.
Wie in den 1-3E dargestellt, kann das MS 14 über einen Massenspektrometer-Durchflussbegrenzer 40, der sich zu der oder durch die Transferleitung 38 erstreckt, mit dem Strömungsteiler 26 verbunden sein. Der FID 16 kann über einen Flammenionisationsdetektor (FID)-Durchflussbegrenzer 42 mit dem Strömungsteiler 26 verbunden sein. Das PCM 18 kann über eine Durchflusssteuerkapillare (flow control capillary) 44 und eine Zufuhr-/Abflusskapillare (makeup/exhaust flow capillary) 46 mit dem Strömungsteiler 26 verbunden sein. Der MS- Durchflussbegrenzer 40 ist eingerichtet zum Empfangen eines ersten Teils des Abflusses 32a und zum Liefern des ersten Teils des Abflusses 32a an den MS 14. Der FID- Durchflussbegrenzer 42 ist eingerichtet zum Empfangen eines zweiten Teils des Abflusses 32b und zum Liefern des zweiten Teils des Abflusses 32b an den FID 16. Die Durchflusssteuerkapillare 44 ist eingerichtet zum Liefern eines zweiten Teils des Trägergases 36b an den Strömungsteiler 26, und die Zufuhr-/Abflusskapillare 46 ist eingerichtet zum Liefern eines dritten Teils (oder einer Zufuhrströmung) des Trägergases 36c an den Strömungsteiler 26 oder eines Abgasstrom (exhaust flow) 37 von dem Strömungsteiler 26. Wie in den Figuren gezeigt, wird ein Strom des Abflusses 32, enthaltend die Probe 34 und die Anteile des Trägergases 36a-36c, im Allgemeinen durch Fx dargestellt, z. B. wird ein Strom der Probe 34 durch F₃₄ dargestellt.
Unter Bezugnahme auf die 3A und 4-6 kann der Strömungsteiler 26 ein erstes T-Stück 48, ein zweites T-Stück 50, ein drittes T-Stück 52 und ein oder mehrere Verbindungsrohre 54 umfassen, die das erste T-Stück 48 mit dem zweiten T-Stück 50 und das zweite T-Stück 50 mit dem dritten T-Stück 52 verbinden. In einigen Ausführungsformen kann das Verbindungsrohr 54 ein einziges Bauteil sein, das sich von dem ersten T-Stück 48 über das zweite T-Stück 50 bis zu dem dritten T-Stück 52 erstreckt und geeignete Öffnungen aufweist, um den Durchfluss des Abflusses 32 und des Abflusses 36 zu erleichtern. Während in 3A drei T-Stücke 48, 50, 52 dargestellt sind, können die T-Stücke 48, 50, 52 in jeder geeigneten Weise kombiniert oder zusammengefasst werden. Zum Beispiel können, wie in 3C gezeigt, das zweite T-Stück 50 und das dritte T-Stück 52 zu einem einzigen Fitting kombiniert werden. In ähnlicher Weise können das zweite T-Stück 50 und das dritte T-Stück 52, wie in 3D gezeigt, zu einem einzigen, im Allgemeinen kreuzförmigen Fitting 50, kombiniert werden. Als weiteres Beispiel können, wie in 3E gezeigt, die T-Stücke 48, 50, 52 miteinander kombiniert werden, um einen einzigen Fitting zu bilden. Das erste T-Stück 48 und das zweite T-Stück 50 können in ähnlicher Weise zu einem einzigen Fitting kombiniert werden, obwohl sie in den Figuren nicht dargestellt sind. Die in den 3A-3E gezeigten Konfigurationen können den Vorteil eines geringeren Totvolumens und damit besseren chromatographischen Peakformen haben.
Unter Bezugnahme auf 3B sind die Positionen des ersten Detektors 14 und des zweiten Detektors 16 für jede der Fittingkonfigurationen möglicherweise nicht gleichwertig in Bezug auf das quantitative Ansprechverhalten jedes Detektors in Relation zu einem nicht geteilten Ansprechverhalten des Detektors, abhängig von dem Typ des Detektors (flussempfindlich, konzentrationsempfindlich oder andere). An der Position des ersten Detektors 14 wird der verdünnte Abfluss bzw. Säulenstrom F₃₂ direkt zu dem ersten Detektor-Durchflussbegrenzer 40 geteilt, und der Strom zu dem ersten Detektor 14 ist konstant, wenn der Säulenstrom F₃₂ konstant ist, der Strom F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b konstant ist und der Druck im Verlauf der chromatografischen Trennung entsprechend gesteuert (programmiert) wird. An dieser Position (erster Detektor 14) reagiert fast jeder GC-Detektor quantitativ genauso wie im Fall des Einzeldetektors mit einem reduzierten Ansprechverhalten, das dem Teilungsverhältnis und der Verdünnung des Säulenflusses F₃₂ entspricht.
An der Position des zweiten Detektors 16 ist die geteilte Strömung zu dem zweiten Detektor 16 an dem Teilungspunkt (d. h, der Spitze des ersten Detektor-Durchflussbegrenzers 40) ebenfalls konstant; bei der Vorwärtsdruckregelung wird die geteilte Strömung jedoch mit dem Zufuhrströmung F_36c verdünnt, bevor sie in den zweiten Detektor-Durchflussbegrenzer 42 eintritt, und bei der Gegendruckregelung wird die geteilte Strömung des zweiten Detektors 16 erneut geteilt, bevor sie in den zweiten Detektor-Durchflussbegrenzer 42 eintritt, und der Rest der geteilten Strömung zu dem zweiten Detektor 16 in den Auslass F₃₇ strömt. In beiden Fällen der Druckregelung schwankt der Durchfluss bzw. die Strömung zu dem zweiten Detektor 16 etwas (bis zu etwa (+/- 5 %) 20 % abhängig von den Bedingungen und Durchflussbegrenzern) im Verlauf der temperaturprogrammierten GC-Trennung, da der Druck so geregelt wird, dass der geeignete Druck für die gewünschten Strömungen bereitgestellt wird, die ein konstantes Teilungsverhältnis an dem Teilungspunkt während der gesamten chromatographischen Trennung aufrechterhalten.
Im Gegensatz zu dem ersten Detektor 14 hängt das Ansprechverhalten des zweiten Detektors 16 im Vergleich zu seinem Ansprechverhalten als Einzeldetektor von dem Typ des GC-Detektors und davon ab, ob der Teiler in Vorwärts- oder Gegendruck- bzw. Rückwärtsdruckregelung ist. Aufgrund einer Verdünnung (Vorwärtsdruckregelung) oder einer weiteren Teilung (Gegendruckregelung) ist die quantitative Reaktion des zweiten Detektors 16 im Vergleich zur Reaktion ohne Teilung möglicherweise nicht konsistent, d. h. die quantitative Reaktion des zweiten Detektors 16 kann im Verlauf der chromatografischen Trennung im Vergleich zu dem Fall ohne Trennung variieren. Handelt es sich bei dem zweiten Detektor 16 beispielsweise um einen FID (flussempfindlich), wird durch die Gegendruckregelung ein Teil der geteilten Probe abgesaugt, so dass das Ansprechverhalten des FID 16 nicht mit dem des nicht-geteilten Detektors übereinstimmen würde. Im Fall der Vorwärtsdruckregelung wird die Probe jedoch verdünnt, aber die gesamte geteilte Probe wird zu dem FID 16 geleitet, so dass die Reaktion des FID 16 die gleiche wäre, solange die anderen Strömungen des FID 16 (d. h. Brennstoff, Zufuhr bzw. Zufluss (makeup), Luft) entsprechend gesteuert werden. Handelt es sich bei dem zweiten Detektor 16 um einen konzentrationsempfindlichen GC-Detektor, so wäre zu erwarten, dass bei einer Gegendruckregelung die Konzentration unverändert bleibt und das Ansprechverhalten im Wesentlichen dasselbe ist wie in dem Fall ohne Teilung.
Wie in 3A dargestellt, kann das erste T-Stück 48 eine erste Öffnung 48a, eine zweite Öffnung 48b gegenüber der ersten Öffnung 48a und eine mittlere Öffnung 48c zwischen der ersten Öffnung 48a und der zweiten Öffnung 48b aufweisen. In ähnlicher Weise kann das zweite T-Stück 50 eine erste Öffnung 50a, eine zweite Öffnung 50b gegenüber der ersten Öffnung 50a und eine mittlere Öffnung 50c zwischen der ersten Öffnung 50a und der zweiten Öffnung 50b aufweisen. In ähnlicher Weise kann das dritte T-Stück 52 eine erste Öffnung 52a, eine zweite Öffnung 52b gegenüber der ersten Öffnung 52a und eine mittlere Öffnung 52c zwischen der ersten Öffnung 52a und der zweiten Öffnung 52b aufweisen. Die T-Stücke 48, 50, 52 können aber auch jede andere geeignete Konfiguration haben. Wie in 3D dargestellt, kann das Anschlussstück 50 beispielsweise eine dritte Öffnung 50c und eine vierte Öffnung 50d aufweisen. Eines der Verbindungsrohre 54 kann sich von der zweiten Öffnung 48b des ersten T-Stücks 48 zu der ersten Öffnung 50a des zweiten T-Stücks 50 erstrecken, und das andere der Verbindungsrohre 54 kann sich von der zweiten Öffnung 50b des zweiten T-Stücks 50 zu der ersten Öffnung 52a des dritten T-Stücks 52 erstrecken.
Bezugnehmend auf 6 kann das erste T-Stück 48 eine erste Klemmverschraubung 49a an oder nahe der ersten Öffnung 48a, eine zweite Klemmverschraubung 49b an oder nahe der zweiten Öffnung 48b und eine dritte Klemmverschraubung 49c an oder nahe der dritten Öffnung 48c umfassen. Bezugnehmend auf 7 kann das zweite T-Stück 50 eine erste Klemmverschraubung 51a an oder nahe der ersten Öffnung 50a, eine zweite Klemmverschraubung 51b an oder nahe der zweiten Öffnung 50b und eine dritte Klemmverschraubung 51c an oder nahe der dritten Öffnung 50c umfassen. Das dritte T-Stück 52 kann eine erste Klemmverschraubung 53a an oder in der Nähe der ersten Öffnung 52a, eine zweite Klemmverschraubung 53b an oder in der Nähe der zweiten Öffnung 52b und eine dritte Klemmverschraubung 53c an oder in der Nähe der dritten Öffnung 52c aufweisen.
Unter Bezugnahme auf 3A kann die erste Öffnung 48a des ersten T-Stücks 48 die Primärsäule 24 für den GC 12a (oder die Sekundärsäule 28 für den GC×GC 12b) aufnehmen, und die Säule 24, 28 kann sich durch die erste Öffnung 48a und die zweite Öffnung 48b erstrecken und an einer Spitze 56 jenseits der zweiten Öffnung 48b in dem Verbindungsrohr 54 enden. Die mittlere Öffnung 48c des ersten T-Stücks 48 kann die Durchflusssteuerkapillare 44 des PCM 18 aufnehmen. Die erste Klemmverschraubung 49a kann bewirken, dass die erste Öffnung 48a ausreichend abgedichtet ist, so dass der zweite Teil des Trägergases 36b nur von links nach rechts strömen kann, wie in 6 dargestellt. Insbesondere kann der zweite Teil des Trägergases 36b um die Außenseite der Säule herum in dem Ringraum zwischen der Säule (innen) und dem Verbindungsrohr 54 (außen) strömen.
Der FID-Durchflussbegrenzer 42 kann sich durch die zweite Öffnung 52b des dritten T-Stücks 52, durch die erste Öffnung 52a des dritten T-Stücks 52, durch die zweite Öffnung 50b des zweiten T-Stücks 50 und durch die erste Öffnung 50a des zweiten T-Stücks 50 erstrecken und an einer Spitze 58 im Verbindungsrohr 54 stromabwärts der Säule 24, 28 enden. Die mittlere Öffnung 50c des zweiten T-Stücks 50 kann den MS-Durchflussbegrenzer 40 aufnehmen, und die mittlere Öffnung 52c des dritten T-Stücks 52 kann die Zufuhr-/Abflusskapillare 46 des PCM 18 aufnehmen.
Als weiteres Beispiel kann sich, wie in 3B gezeigt, der MS-Durchflussbegrenzer 40 durch die zweite Öffnung 52b des dritten T-Stücks 52, durch die erste Öffnung 52a des dritten T-Stücks 52, durch die zweite Öffnung 50b des zweiten T-Stücks 50, durch die erste Öffnung 50a des zweiten T-Stücks 50 erstrecken und an einer Spitze 60 im Verbindungsrohr 54 stromabwärts der Säule 24, 28 enden, und die mittlere Öffnung 50c des zweiten T-Stücks 50 kann den FID-Durchflussbegrenzer 42 aufnehmen.
Wie in 3A dargestellt, liefert die Durchflusssteuerkapillare 44 des PCM 18 eine konstante Strömung F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b, wie von dem PCM 18 vorgegeben. Die Strömung F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b fließt durch das erste T-Stück 48 und durch den Ringraum um die Säule 24, 28 herum. Der Abfluss oder Säulenstrom F₃₂ aus der Säule 24, 28 und die Strömung F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b vermischen sich innerhalb des Verbindungsrohrs 54, bevor sie die Spitze 58 des FID-Durchflussbegrenzers 42 erreichen. Die Länge des Verbindungsrohrs 54 zwischen dem ersten T-Stück 48 und dem zweiten T-Stück 50 kann ausreichend lang sein, damit sich die Strömungen F₃₂, F_36b vermischen können.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3A befindet sich ein Teilungspunkt des Abflusses F₃₂ an oder nahe der Spitze 58 des FID-Durchflussbegrenzers 42 zwischen dem ersten T-Stück 48 und dem zweiten T-Stück 50 in dem Verbindungsrohr 54. Der Abfluss 32 wird am Teilungspunkt geteilt, wobei der zweite Teil des Abflusses 32b dem FID-Durchflussbegrenzer 42 und dem FID 16 zugeführt wird, und wobei der Rest des Abflusses 32, d. h. der erste Teil des Abflusses 32a, um den FID-Durchflussbegrenzer 42 herum durch das mittlere T-Stück 50 strömt, wo er mit dem Zufuhrströmung F_36c des Trägergases 36c gemischt wird, um einen dritten Teil des Abflusses 32c zu bilden. Im Falle der Gegendruckregelung wird der Abfluss 32a geteilt, wobei ein Teil zu dem Abgasstrom F₃₇ und ein Teil zu dem MS-Durchflussbegrenzer 40 als dritter Teil des Abflusses 32c geleitet wird. Der Strom F_32c des dritten Teils des Abflusses 32c wird zu dem MS-Durchflussbegrenzer 40 und zu dem MS 14 geleitet. Die zweite Klemmverschraubung 53b kann bewirken, dass die zweite Öffnung 52b ausreichend abgedichtet ist, so dass der dritte Teil des Trägergases 36c nur von rechts nach links strömen kann, wie in 8 dargestellt. Insbesondere kann der dritte Teil des Trägergases 36c um die Außenseite der Säule in dem Ringraum herum zwischen der Säule (innen) und dem Verbindungsrohr 54 (außen) strömen. Da die Probe 34 über die Außenseite des FID-Durchflussbegrenzers 42 fließt, kann der FID-Durchflussbegrenzer 42 aus einer Metallkapillare bestehen, die sowohl innen als auch außen mit einem inerten Material beschichtet ist, um die Adsorption zu minimieren.
Die Zufuhr-/Abflusskapillare 46 des PCM 18 kann den Druck innerhalb des Verbindungsrohrs 54 regeln, wobei die Zufuhrströmung F_36c in den Strömungsteiler 26 fließt. Der gewünschte Druck kann an dem PCM 18 programmiert sein. Dieser Druck kann der Einlassdruck in den FID-Durchflussbegrenzer 42 sein und die Strömung in dem FID-Durchflussbegrenzer 42 auf der Grundlage des Einlassdrucks, des Auslassdrucks (atmosphärischer Druck oder ein anderer geeigneter Druck), der Abmessungen des FID-Durchflussbegrenzers 42 und der Temperaturzonen des FID-Durchflussbegrenzers 42 bestimmen. Dieser gesteuerte Druck innerhalb des Strömungsteilers 26 kann auch den Auslassdruck der Säule 24, 28 bestimmen, wodurch der Einlassdruck der Säule 24, 28 für einen konstanten Abfluss F₃₂ aus der Säule 24, 28 programmiert sein kann. Mit einem konstanten Abfluss F₃₂ aus der Säule 24, 28, der in den Strömungsteiler 26 fließt, und einem konstanten Fluss F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b, der sich mit dem Abfluss F₃₂ mischt, kann eine konstante Strömung F₃₄ der Probe 34 zu der Spitze 58 des FID-Durchflussbegrenzers 42 bereitgestellt werden.
In einigen Ausführungsformen kann das PCM 18 den Druck innerhalb des Verbindungsrohrs 54 mit dem aus dem Strömungsteiler 26 ausströmenden Abgasstrom F₃₇ regeln, wie durch den Pfeil des aus dem Strömungsteiler 26 ausströmenden Stroms F₃₇ in 3A angedeutet. Bei solchen Ausführungen ist die Druckregelung eine Gegendruckregelung anstatt eine Vorwärtsdruckregelung, und der Strom F_32a des ersten Teils des Abflusses 32a teilt sich teilweise in die Strömung F_32c des dritten Teils des Abflusses 32c auf, und der andere aufgeteilte Teil ist der Abgasstrom F₃₇.
Die konstante Strömung F₃₄ der Probe 34 kann in eine konstante Strömung F_34a eines ersten Teils der Probe 34a in den FID-Durchflussbegrenzer 42 und eine konstante Strömung F_34b eines zweiten Teils der Probe 34b um die Außenseite des FID-Durchflussbegrenzers 42 herum geteilt werden. Bei diesem Prozess wird die Probenströmung F₃₄ aus der Säule 24, 28 durch die Strömung F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b verdünnt, aber in einigen Ausführungsformen ist der FID 16 ein strömungsbasierter Detektor, so dass die Reaktion des FID 16 die gleiche sein kann wie bei einer unverdünnten Probe. Die Zufuhrströmung F_36c kann entsprechend auf der Grundlage der Strömung F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b eingestellt werden. In einigen Konfigurationen kann die Strömung F_32a des ersten Teils des ausströmenden Gases 32a an dem Teilungspunkt (der Spitze 58 des FID-Durchflussbegrenzers 42) ebenfalls konstant sein.
Durch Steuern der Zufuhrströmung F_36c oder des Abgasstroms F₃₇ und der PCM-Druckregelung kann das PCM 18 die Säulenströmung und das Teilungsverhältnis mit demselben Satz von Durchflussbegrenzern (d. h. des MS-Durchflussbegrenzers 40 und des FID-Durchflussbegrenzers 42) für den MS 14 und den FID 16 variieren. Dies vereinfacht die Verwendung des Strömungsteilers 26, da die Durchflussbegrenzer für verschiedene Bedingungen weniger oder gar nicht mehr gewechselt werden müssen. Darüber hinaus kann das PCM 18 durch ein Steuern des Drucks in dem Strömungsteiler 26 den Einlassdruck zu den Durchflussbegrenzern und den Auslassdruck der Säule in geeigneter Weise steuern, um ein konstantes Teilungsverhältnis im Verlauf der temperaturprogrammierten GC-Analyse aufrechtzuerhalten. In einigen Ausführungsformen kann das Teilungsverhältnis definiert werden als die Strömung zu dem FID 16 geteilt durch die Strömung zu dem MS 14 an dem Punkt, an dem der Strömungsteiler 26 die Strömung teilt. Der geregelte Druck und die Zufuhrströmung F_36c oder der Abgasstrom F₃₇ sind eingerichtet zum Bereitstellen unterschiedlicher Teilungsverhältnisse bei unterschiedlichen Säulenströmungen und Temperaturen mit denselben MS-Durchflussbegrenzer 40 und FID-Durchflussbegrenzer 42 und angemessen niedrigen geregelten Drücken.
In einer Ausführungsform kann die Abflussströmung F₃₂ zwischen 0,5 und 20 ml/min fließen, die Strömung F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b kann zwischen 1 und 20 ml/min fließen, der Zufuhrströmung F_36c des Trägergases 36c kann zwischen 0,1 und 0,3 ml/min fließen bei einem Vorwärtsdruck von 1 bis 5 psig, und die Strömung F_32c des dritten Teils des Abflusses 32c kann zwischen 1 und 1,5 ml/min fließen.
Unter Bezugnahme auf 3B kann der Betrieb des Strömungsteilers 26 im Wesentlichen ähnlich wie in 3A dargestellt funktionieren, aber der geregelte Druck aus der Zufuhrströmung F_36c kann die Teilung des Abflusses 32 steuern, indem die Strömung F_32a des ersten Teils des Abflusses 32a in dem MS-Durchflussbegrenzer 40 gesteuert wird und der Rest des Abflusses 32, d.h., die Strömung F_32b des zweiten Teils des Abflusses 32b, kann sich mit der Zufuhrströmung F_36c des Trägergases 36c mischen, um einen vierten Teil des Abflusses 32d zu bilden. Der vierte Teil des Abflusses 32d kann dem FID 16 zugeführt werden. In dieser Konfiguration kann die Zufuhrströmung F_36c während des Verlaufs der temperaturprogrammierten Trennung variieren, was, wenn sie zu der Strömung F_32b des zweiten Teils des Abflusses 32b hinzugefügt wird, die kombinierte Strömung F_32b des zweiten Teils des Abflusses 32b und der Zufuhrströmung F_36c zu dem FID 16 verändern kann. In einigen Ausführungsformen kann die Zufuhrströmung (bei Heliumträgergas) oder Brenngas (bei Wasserstoffträgergas), das Teil des FID 16 und nicht des Teilers 26 ist, so programmiert werden, dass eine konstante Gesamtströmung (FID-Zufuhrströmung bzw. Brennstoffströmung plus der Strömung zu dem FID von dem Teiler) zu dem FID 16 aufrechterhalten wird.
Wie in 3F dargestellt, kann diese Konfiguration einer Dean's Switch-Konfiguration ähnlich sein, die als Teiler beschrieben wird. Der Hauptunterschied besteht in der Steuerung von Strömung und Druck. Der Teiler wird mit einer konstanten Eingangsströmung und einer Druckregelung (vorwärts oder rückwärts) gesteuert. Der resultierende Teiler hat einige der gleichen Eigenschaften wie die Konfigurationen in den 3A-3E, die Leistung ist jedoch in mancher Hinsicht anders. Abhängig von der Art der Detektoren, auf die geteilt wird, kann die eine Konfiguration der anderen vorgezogen werden. Die Konfiguration in 3F kann auch mit Fittingen konfiguriert werden, bei denen die Säule und der Detektor-Durchflussbegrenzer durch die Fittinge eingeführt werden. Solche Verbindungen können den Vorteil eines geringeren Totvolumens und damit einer besseren chromatographischen Peakform haben. Die reduzierten Totvolumina können insbesondere für die schmalen chromatographischen Peaks der GCxGC von Vorteil sein.
In den oben beschriebenen Konfigurationen macht die einströmende Strömung F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b den ersten Detektor-Durchflussbegrenzer 40 zu einem variablen Durchflussbegrenzer. Durch das Steuern der Strömung F_36b des zweiten Teils des Trägergases 36b und die PCM-Druckregelung können die Säulenströmung F₃₂ und das Teilungsverhältnis mit demselben Satz von Durchflussbegrenzern für den ersten und zweiten Detektor variiert werden. Dies vereinfacht die Verwendung des Teilers, da die Notwendigkeit, die Durchflussbegrenzer für verschiedene Bedingungen zu wechseln, verringert oder beseitigt wird. Ferner wird durch das Steuern des Drucks in dem Teiler außerdem der Einlassdruck zu den Durchflussbegrenzern und der Auslassdruck der Säule entsprechend gesteuert, um ein konstantes Teilungsverhältnis aufrechtzuerhalten.
Aufgrund des großen Empfindlichkeitsunterschieds zwischen MS und FID kann die Teilungsströmung von der Säule recht klein sein, was die Steuerung einer solchen kleinen Strömung erschwert. Durch die Erfindung wird die Probe verdünnt, so dass die Teilungsströmung zu dem MS größer und leichter zu steuern ist, während die Verdünnung der Probe die Empfindlichkeit des FID nicht beeinträchtigt, da der FID ein strömungsempfindlicher Detektor ist.
Darüber hinaus können die hier beschriebenen Systeme und Verfahren folgende Vorteile bieten: (i) konstantes Teilungsverhältnis zu dem FID während der gesamten chromatographischen Trennung; (ii) ein einziges Durchflussbegrenzerpaar (zu dem MS und zu dem FID) ist für einen Bereich von Betriebsbedingungen (Säulenströmung, Teilungsverhältnis) ausreichend, und die Berechnung und der Wechsel von Durchflussbegrenzern ist nicht erforderlich, wie bei einigen anderen Strömungsmodulatoren; (iii) die erforderlichen Eingaben des Bedieners sind nur grundlegende chromatographische Parameter (Säulenströmung, Teilungsverhältnis, Temperaturbedingungen, Säulenabmessungen); (iv) der Betriebsdruck an dem Strömungsteiler liegt in einem Bereich von Säulenströmungen und Teilungsverhältnissen nahe der Atmosphäre (~ 1 bis 5 psig), was die schnellstmögliche Chromatographie stromaufwärts des Strömungsteilers ermöglicht; (v) die Säulenströmung und die FID-Teilungsströmung werden in einem Konstantströmungsmodus betrieben; (vi) MS- und FID-Peak-Retentionszeiten können durch einen einfachen konstanten Offset- und Proportionalfaktor angeglichen werden; und (vii) die Spitzen der Säule und die Durchflussbegrenzer und Strömungen sind so konfiguriert, dass Totvolumina minimiert werden.
Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung bestimmter beispielhafter Konfigurationen und ist nicht als einschränkend zu verstehen. Die hier verwendeten Singularartikel „ein“, und „die“ schließen auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Die Ausdrücke „umfasst“, „enthaltend“, „einschließend“ und „aufweisend“ sind allumfassend und spezifizieren daher das Vorhandensein von Merkmalen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten, schließen aber nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Prozesse und Operationen sind nicht so auszulegen, dass sie unbedingt in der besprochenen oder dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden müssen, es sei denn, sie sind ausdrücklich als Reihenfolge der Durchführung gekennzeichnet. Es können zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden.
Wenn ein Element oder eine Schicht als „auf“, „in Eingriff mit“, „verbunden mit“, „befestigt an“ oder „gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, kann es direkt auf, in Eingriff mit, verbunden, befestigt oder gekoppelt mit dem anderen Element oder der anderen Schicht sein, oder es können dazwischen liegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu kann ein Element, das als „direkt auf”, „direkt in Eingriff mit“, „direkt verbunden mit“, „direkt befestigt an“ oder „direkt gekoppelt mit“ einem anderen Element oder einer anderen Schicht bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten aufweisen. Andere Wörter, die zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten in gleicher Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen“ im Gegensatz zu „direkt zwischen“, „angrenzend“ im Gegensatz zu „direkt angrenzend“ usw.). Wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ alle Kombinationen von einem oder mehreren der aufgeführten Elemente ein.
Die Begriffe „erste“, „zweite“, „dritte“ usw. können hier verwendet werden, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte zu beschreiben. Diese Elemente, Bauteile, Regionen, Schichten und/oder Abschnitte sollten durch diese Begriffe nicht eingeschränkt werden. Diese Begriffe dürfen nur verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und andere numerische Begriffe implizieren keine Reihenfolge, es sei denn, dies geht aus dem Kontext eindeutig hervor. So könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, von dem im Folgenden die Rede ist, auch als zweites Element, zweite Komponente, zweiter Bereich, zweite Schicht oder zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne dass dies von der Lehre der Beispielkonfigurationen abweicht.
Es wurde eine Reihe von Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich jedoch von selbst, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass der Geist und der Anwendungsbereich der Offenbarung beeinträchtigt werden. Dementsprechend fallen auch andere Ausführungsformen in den Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche.

Claims

Analytische Instrumentenanordnung, umfassend: einen Gaschromatographen, umfassend: eine Primärsäule, eingerichtet zum Empfangen eines Abflusses mit einer Probe und einem ersten Teil eines Trägergases; und einen Strömungsteiler, der mit der Primärsäule verbunden ist und eingerichtet ist zum Empfangen des Abflusses; ein Massenspektrometer, das über einen ersten Durchflussbegrenzer mit dem Strömungsteiler verbunden ist; einen Flammenionisationsdetektor, der über einen zweiten Durchflussbegrenzer mit dem Strömungsteiler verbunden ist; und ein pneumatisches Steuermodul, das mit dem Strömungsteiler verbunden ist und eingerichtet ist zum: Liefern eines zweiten Teils des Trägergases an den Strömungsteiler, wobei der Strömungsteiler eingerichtet ist zum Teilen des Abflusses und zum Liefern mindestens eines ersten Teils des Abflusses durch den ersten Durchflussbegrenzer zu dem Massenspektrometer und mindestens einen zweiten Teil des Abflusses durch den zweiten Durchflussbegrenzer zu dem Flammenionisationsdetektor mit einem ersten Teilungsverhältnis; und Liefern eines aus (i) einer Zufuhrströmung, die einen dritten Teil des Trägergases enthält, zu dem Strömungsteiler oder (ii) einem Abgasstrom aus dem Strömungsteiler, wobei das pneumatische Steuermodul eingerichtet ist zum Regeln des Drucks innerhalb des Strömungsteilers, um dadurch das erste Teilungsverhältnis auf einem im Wesentlichen konstanten Wert zu halten.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 1, wobei das Teilungsverhältnis definiert ist als die Strömung zu dem Flammenionisationsdetektor geteilt durch die Strömung zu dem Massenspektrometer an dem Punkt, an dem der Strömungsteiler die Strömung teilt.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Strömungsteiler eingerichtet ist zum Aufrechthalten des ersten Teilungsverhältnis während des gesamten Verlaufs einer temperaturprogrammierten gaschromatographischen Analyse auf einem im Wesentlichen konstanten Wert.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 1, wobei das pneumatische Steuermodul eingerichtet ist zum Steuern eines Abgasstroms aus dem Strömungsteiler, um dadurch den Druck in dem Strömungsteiler gegendruckmäßig zu regeln.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Gaschromatograph eine Sekundärsäule umfasst, die mit der Primärsäule verbunden ist und eingerichtet ist zum Empfangen des Abflusses.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 5, wobei der Gaschromatograph einen Modulator zwischen der Primärsäule und der Sekundärsäule umfasst.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 1, wobei der geregelte Druck und der zweite Teil des Trägergases eingerichtet sind zum Steuern der Menge des zweiten Teils des Abflusses, der an den Flammenionisationsdetektor geliefert wird.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 7, wobei der erste Teil des an den Massenspektrometer gelieferten Abflusses mit einem Zufuhrgas verdünnt wird.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 1, wobei der geregelte Druck und der zweite Teil des Trägergases eingerichtet sind zum Steuern der Menge des ersten Teils des an den Massenspektrometer gelieferten Abflusses.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Abfluss so konfiguriert ist, dass er von der Primärsäule mit einer konstanten Strömung an den Strömungsteiler geliefert wird, und das pneumatische Steuermodul eingerichtet ist zum Liefern des zweiten Teils des Trägergases mit einer konstanten Strömung an den Strömungsteiler, um den Abfluss mit dem zweiten Teil des Trägergases zu mischen und den zweiten Teil des Abflusses mit einer konstanten Strömung während des Verlaufs einer temperaturprogrammierten Gaschromatographieanalyse an den Flammenionisationsdetektor zu liefern.
Analytische Instrumentenanordnung, umfassend: einen Gaschromatographen mit einem Strömungsteiler, der eingerichtet ist zum Empfangen einer Probe; einen ersten Detektor, der mit dem Strömungsteiler verbunden ist; einen zweiten Detektor, der mit dem Strömungsteiler verbunden ist; und ein pneumatisches Steuermodul, das mit dem Strömungsteiler verbunden ist und eingerichtet ist zum: Liefern eines Trägergases zu dem Strömungsteiler, wobei der Strömungsteiler eingerichtet ist zum Teilen der Probe und zum Liefern mindestens eines ersten Teils der Probe an den ersten Detektor und mindestens eines zweiten Teils der Probe an den zweiten Detektor in einem ersten Teilungsverhältnis; und Liefern eines aus (i) einer Zufuhrströmung, die einen dritten Teil des Trägergases enthält, zu dem Strömungsteiler oder (ii) einem Abgasstrom aus dem Strömungsteiler, wobei das pneumatische Steuermodul eingerichtet ist zum Regeln des Drucks innerhalb des Strömungsteilers, um dadurch das erste Teilungsverhältnis auf einem im Wesentlichen konstanten Wert zu halten.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 11, wobei der erste Detektor ein Massenspektrometer ist.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 11, wobei der zweite Detektor ein Flammenionisationsdetektor ist.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 11, wobei der Gaschromatograph einen Einlass und eine mit dem Einlass verbundene Primärsäule umfasst, wobei der Einlass eingerichtet ist zum Bereitstellen der Probe und eines ersten Teils des Trägergases an die Primärsäule.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 14, wobei das Teilungsverhältnis definiert ist als die Strömung zu dem zweiten Detektor geteilt durch die Strömung zu dem ersten Detektor an dem Punkt, an dem der Strömungsteiler die Strömung teilt.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 14, wobei der Gaschromatograph eine Sekundärsäule, die mit der Primärsäule verbunden ist und eingerichtet ist zum Empfangen der Probe, und einen Modulator zwischen der Primärsäule und der Sekundärsäule umfasst.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 11, wobei der Strömungsteiler so konfiguriert ist, dass er das erste Teilungsverhältnis während des gesamten Verlaufs einer temperaturprogrammierten GaschromatographieAnalyse auf einem im Wesentlichen konstanten Wert hält.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 11, wobei das pneumatische Steuermodul eingerichtet ist zum Steuern eines Abgasstroms aus dem Strömungsteiler, um dadurch den Druck im Strömungsteiler gegendruckmäßig zu regeln.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 11, wobei der geregelte Druck und das Trägergas eingerichtet sind zum Steuern der Menge des zweiten Teils der Probe, die an den zweiten Detektor geliefert wird.
Analytische Instrumentenanordnung nach Anspruch 11, wobei der geregelte Druck und das Trägergas eingerichtet sind zum Steuern der Menge des ersten Teils der Probe, die an den ersten Detektor geliefert wird.