DE19711292C2

DE19711292C2 - Flüssigkeitschromatograph

Info

Publication number: DE19711292C2
Application number: DE1997111292
Authority: DE
Inventors: Hironori Kaji
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-18
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: DE19711292A1; JPH09264888A; JP3172429B2; US5852231A

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitschromatographen, und spezieller betrifft sie einen Flüssigkeitschromatogra phen, der zum Ausführen einer Flüssigkeitschromatographie- Analyse durch Variieren der Zusammensetzung einer Eluier flüssigkeit bei Unterdruckumgebung geeignet ist.

Bei einem Flüssigkeitschromatographen ist es eine der wichtigsten Funktionen, einer Säule eine Eluierungsflüssig keit zuzuführen, die als Mobilphasenflüssigkeit bezeichnet wird, was durch Variieren des Mischungsverhältnisses von Eluierungsflüssigkeiten und damit der Zusammensetzung der Elu ierungsmischflüssigkeit erfolgt. Ein Flüssigkeitschromato graph, der Flüssigkeitschromatographie-Analyse durch Mischen mehrerer Eluierungsflüssigkeiten bei Unterdruckbedingungen zum Variieren der Zusammensetzung der Eluierungsmischflüssig keit ausführt, wird als Unterdruckgradient-Flüssigkeitschro matograph bezeichnet. In diesem Fall kann eine Pumpe, wie z. B. im Dokument JP-A-63-3154 offenbart, als Flüssigkeitstrans portpumpe zum Mischen von Eluierungsflüssigkeiten und zum Pum pen der Eluierungsmischflüssigkeit verwendet werden. Aus Dokument JP-A-62-248482 ist ein Flüssigkeitschromatograph bekannt, bei dem für jede Eluierungsflüssigkeit eine eigene Pumpe vorgesehen ist, die jeweils über einen Druckgradienten geregelt wird.

Fig. 1 zeigt den Systemaufbau eines herkömmlichen Unterdruckgradient-Flüssigkeitschromatographen. Zwei Nocken 5 und 6 werden durch einen Motor 1 über Riemenscheiben 2 und 3 und einen auf diesen angebrachten Riemen 4 angetrieben. Wenn die Nocken gedreht werden, werden ein erster Kolben 7 und ein zweiter Kolben 8 in Pumpenzylindern hin- und herbewegt. Die Kolben sind mittels Kolbendichtungen 20 und 21 in den Zylinder eingesetzt, in dessen Inneres Flüssigkeit eingefüllt ist. Im oberen und unteren Abschnitt des ersten Pumpzylinders 9 sind Rückschlagventile 10 und 11 vorhanden, die jeweils den Auslass in einem Saughub und das Ansaugen in einem Ausgabehub sperren, damit das Ansaugen und Auslassen von Flüssigkeit abwechselnd von Hin- und Herbewegungen des Kolbens wiederholt werden.

Der zweite Kolben 8 dient dazu, die Strömung auf der Auslassseite kontinuierlich zu machen. Ferner ist in manchen Fällen ein Druckdetektor, der nicht dargestellt ist, in einem Strömungskanal auf der Auslassseite vorhanden (US- 4,128,476), und die Strömung wird auf Grundlage des Ausgangssignals unter Verwendung einer Steuerungseinheit 12 eingestellt.

Bei einem Unterdruckgradient-Flüssigkeitschromatographen werden mehrere Eluierungsflüssigkeiten gepumpt, während sie gemischt werden, und das Mischungsverhältnis wird über der Zeit geändert. Bei diesem Beispiel werden zwei Eluierungsflüssigkeiten 17, 18 gemischt. Das Vermischen der Eluierungsflüssigkeiten erfolgt durch abwechselndes öffnen von Öffnungs-Schließ-Ventilen 15 und 16 mit Magnetventilen, die in den Strömungskanälen für die jeweiligen Eluierungsflüssigkeiten vorhanden sind. Dabei erfolgt das öffnen in einer Zeitperiode, die dem tatsächlichen Saughub der Kolbenpumpe entspricht, und zwar unter Steuerung durch die Steuerungseinheit 12. Das Mischungsverhältnis wird durch die Zeitpe rioden bestimmt, in denen die Öffnungs-Schließ-Ventile offen sind. Im Strömungskanal auf der Auslassseite existiert ein Mischer 22, der die Mischlösung gleichmäßig vermischt.

Die Steuerungseinheit 12 erkennt die Betriebspositionen des Kolbens durch Erfassen des Drehwinkels der Nocken 5 und 6 zum Hin- und Herbewegen der Kolben, und der Drehwinkel der Nocken 5 und 6 wird dadurch erfasst, dass der Ausblendab schnitt einer Ausblendscheibe 13, die an der Nockenwelle be festigt ist, unter Verwendung einer Lichtschranke 14 erfasst wird.

Die gleichmäßig vermischte Eluierungsflüssigkeit wird einer Säule 26 über einen Probeneinlassstutzen 25 zugeführt. Durch den Probeneinlassstutzen 25 wird eine Probe in die Säule 26 eingeführt, und sie wird eluiert, während sie durch die Säu le 26 läuft, so dass die Probenkomponenten voneinander ge trennt werden. Die so getrennten Komponenten werden von einem Detektor 27 erfasst.

Wenn beim obenbeschriebenen System der Druck auf der Aus lassseite der Kolbenpumpe niedrig ist, kann ein genaues Mi schungsverhältnis erzielt werden. Wenn jedoch der Druck auf der Auslassseite zunimmt, verändert sich das Mischungsver hältnis wegen eines Zusammendrückens der Abdichtung, wegen eines Zusammendrückens der Flüssigkeit und einer Betriebs verzögerung der Öffnungs-Schließ-Ventile. Der Grund besteht darin, dass die tatsächliche Saugzeit am Umkehrpunkt der Kolbenbewegung, d. h. am Punkt, an dem die Kolbenbewegung vom Auslasshub in den Saughub wechselt, aufgrund einer Kom pression der Flüssigkeit, einer Verformung der Abdichtung und einer Betriebsverzögerung des Öffnungs-Schließ-Ventils kurz wird, obwohl der Kolben bewegt wird. Das Ausmaß der Verkürzung der tatsächlichen Saugzeit wird größer, wenn der Druck auf der Auslassseite höher wird. Wenn das Mischungs verhältnis abhängig vom Druck auf der Auslassseite geändert wird, wird es schwierig, Komponenten zu erkennen, da sich die Verweilzeit ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Flüssig keitschromatographen zu schaffen, der eine Änderung des Mi schungsverhältnisses von Eluierungsflüssigkeiten aufgrund einer Druckänderung auf der Auslassseite einer Flüssigkeits transportpumpe korrigieren kann.

Diese Aufgabe wird durch Flüssigkeitschromatographen gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Flüssigkeitschromatographen kann die Änderung des Mischungsverhältnisses aufgrund einer Druckän derung auf der Auslassseite der Flüssigkeitstransportpumpe korrigiert werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 6 beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines herkömmlichen Flüssigkeitschromatographen.

Fig. 2 ist eine schematische Seitenansicht, die ein Ausfüh rungsbeispiel eines Flüssigkeitschromatographen gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 3 ist ein Diagramm zum Erläutern des Betriebs von Kol ben in Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen der Bewegung von Kolben, der Bewegung von Öffnungs-Schließ-Ven tilen und Zeitpunkten beim Ansaugen von Flüssigkeiten beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 zeigt.

Fig. 5 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse hinsichtlich der Genauigkeit des Mischungsverhältnisses bei der herkömm lichen Technologie zeigt.

Fig. 6 ist ein Kurvenbild, das Messergebnisse hinsichtlich der Genauigkeit des Mischungsverhältnisses bei einem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung zeigt.

In Fig. 2 sind Elemente, die mit solchen in Fig. 1 überein stimmen, mit denselben Bezugszahlen gekennzeichnet. Ein Un terscheidungspunkt des Ausführungsbeispiels von Fig. 2 ge genüber dem Chromatographen von Fig. 1 besteht darin, dass ein Druckdetektor 19 auf der Auslassseite der Flüssigkeits transportpumpe vorhanden ist, dessen Ausgangssignal in die Steuerungseinheit 12 eingegeben wird, um die Zeitpunkte zum Öffnen der Öffnungs-Schließ-Ventile 15 und 16 auf Grundlage dieses Signals zu steuern.

Fig. 3 veranschaulicht den Betrieb des ersten Kolbens 7 und des zweiten Kolbens 8. In Fig. 3 entspricht die durchgezoge ne Linie 31 den Saug- und Auslassvorgängen des ersten Kol bens 7, und die gestrichelte Linie 32 entspricht den Saug- und Auslassvorgängen des zweiten Kolbens 8. Fig. 3 zeigt einen Zyklus des Flüssigkeitstransportvorgangs der Pumpe, wie in Beziehung zum Drehwinkel der Nocken 5 und 6 darge stellt. Wenn sich der erste Kolben 7 im Saugbetrieb befin det, befindet sich der zweite Kolben 8 im Auslassbetrieb, und umgekehrt. Dieses Beispiel umfasst Prozesse, bei denen beide Kolben Auslassvorgänge ausführen. Wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde, erkennt die Steuerungseinheit 12 die Betriebspositionen der Kolben durch Erfassen der Drehwinkel der Nocken 5 und 6 zum Hin- und Herbewegen der Kolben, wobei der Drehwinkel der Nocken 5 und 6 dadurch er fasst wird, dass der Ausblendabschnitt einer an der Nocken welle befestigten Ausblendscheibe 13 unter Verwendung der Lichtschranke 14 erfasst wird.

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wird die Eluierungsflüs sigkeit intermittierend angesaugt. Jedoch kann ein gewünsch tes Mischungsverhältnis der Eluierungsflüssigkeit und damit der Zusammensetzung der Eluierungsmischflüssigkeit dadurch erhalten werden, dass die Öffnungs-Schließ-Ventile 15 und 16 so gesteuert werden, dass die Zeitperioden abwechselnd umge schaltet werden, in denen die Öffnungs-Schließ-Ventile 15 und 16 während eines tatsächlichen Saugzeitintervalls geöff net sind, wobei diese Zeitperioden dem gewünschten Mi schungsverhältnis entsprechen.

Fig. 4 zeigt den Betrieb der Öffnungs-Schließ-Ventile 15 und 16 während eines Saughubs. Die Verstellung des ersten Kol bens 7 ist oben in Fig. 4 dargestellt. Der Kolben 7 führt im durch P gekennzeichneten Zeitintervall einen Saugvorgang aus. Wenn der Auslassdrück niedrig ist, stimmt der tatsäch liche Saugvorgang mit der Bewegung des Kolbens 7 überein, d. h., dass auch das tatsächliche Saugzeitintervall P ent spricht. Dabei entspricht das Mischungsverhältnis dem Ver hältnis a0, während der das Öffnungs-Schließ-Ventil 15 offen ist, und der Zeit b0, in der das Öffnungs-Schließ-Ventil 16 offen ist. Wenn jedoch der Auslassdruck erhöht wird, stimmt das tatsächliche Flüssigkeitssaug-Zeitintervall aufgrund einer Verformung der Abdichung, einer Kompression der Flüs sigkeit und einer Betriebsverzögerung des Öffnungs-Schließ- Ventils nicht mit der Bewegung eines jeweiligen Kolbens überein, und es ist der Startzeitpunkt eines Saugvorgangs verzögert. Die Verzögerungszeit ist als d angenommen, und das tatsächliche Saugzeitintervall ist mit s1 dargestellt. Wenn der Auslassdruck zunimmt, wird die Verzögerung größer.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung werden die Schaltzeitpunkte der Öffnungs-Schließ-Ventile 15 und 16 va riiert, wie es im unteren Teil von Fig. 4 dargestellt ist. D. h., dass dann, wenn das Mischungsverhältnis durch R aus gedrückt wird, die Öffnungs-Schließ-Ventile 15 und 16 für die durch die folgenden Gleichungen ausgedrückten Zeiten ge öffnet werden:

- Das Zeitintervall, in dem das Magnetventil 15 geöffnet wird, ist das folgende:
a1 = R × s1.
- Das Zeitintervall, in dem das Magnetventil 16 geöffnet wird, ist das folgende:
b1 = (1 - R) × s1.

Dabei ist der Wert s1 das tatsächliche Saugzeitintervall, das durch s1 = P - d ausgedrückt ist. Der Wert d drückt das Zeitintervall vom Zeitpunkt, zu dem ein Kolben mit einem Saugvorgang beginnt, bis zum Zeitpunkt aus, zu dem der Saug vorgang tatsächlich beginnt. Der Wert d ist eine Funktion des Auslassdrucks. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfin dung ist angenommen, dass der Wert d ein Wert proportional zum Auslassdruck ist.

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, dass der Zeit punkt des Wechsels der Bewegung eines Kolbens von einer Saug- auf eine Auslassbewegung durch ein Zeiterfassungssys tem erfasst wird, das aus der Ausblendscheibe 13, der Licht schranke 14 und der Steuerungseinheit 12 besteht, und dass das Zeitintervall ab dem Zeitpunkt des Wechsels bis zum Öff nen der Öffnungs-Schließ-Ventile 15 und 16 auf Grundlage des vom Druckdetektor 19 erfassten Signals gesteuert wird.

Die Fig. 5 und 6 zeigen Beispiele von Messergebnissen zur Genauigkeit des Mischungsverhältnisses der Eluierungsmisch flüssigkeit. Fig. 5 zeigt Messergebnisse für die herkömmli che Technik. Wenn der Auslassdruck hoch ist, ist der Fehler groß. Andererseits zeigt Fig. 6 Messergebnisse, wie sie beim Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wurden. Es ist ersichtlich, dass selbst dann, wenn der Auslassdruck hoch ist, genaue Mischungsverhältnisse erhalten werden können.

Das Folgende sind Ausführungsbeispiele der Erfindung, die vom obigen Ausführungsbeispiel abweichen.

Obwohl beim obigen Ausführungsbeispiel das Öffnungs-Schließ- Ventil in der Zeitperiode geschlossen gehalten wird, in der kein tatsächlicher Saugvorgang ausgeführt wird, kann das Öffnungs-Schließ-Ventil geöffnet werden.

Obwohl beim obigen Ausführungsbeispiel zwei Eluierungsflüs sigkeiten gemischt werden, kann derselbe Vorgang in einem Fall ausgeführt werden, in dem drei oder mehr Arten von Eluierungsflüssigkeiten gemischt werden. In diesem Fall wird das Zeitintervall, in dem jedes der Öffnungs-Schließ-Ventile geöffnet wird, entsprechend dem Zeitintervall s1 eines tat sächlichen Saugvorgangs bestimmt.

Ferner ist oben der Wert d als Wert proportional zum Aus lassdruck angenommen, jedoch kann eine Funktion mit beliebi ger Form, wie aus Versuchen erhalten, für den Wert d verwen det werden.

Das obige Ausführungsbeispiel korrigiert die zeitliche Dif ferenz zwischen dem Startzeitpunkt der Bewegung des Kolben saughubs und dem tatsächlichen Startzeitpunkt des Ansaugens von Flüssigkeit. Jedoch existiert eine Zeitdifferenz zwi schen dem Endzeitpunkt der Bewegung des Kolbensaughubs und dem tatsächlichen Endzeitpunkt des Ansaugens von Flüssig keit. Auch diese Zeitdifferenz kann auf dieselbe Weise kor rigiert werden.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, einen Flüssigkeitschromatographen zu schaffen, der eine Än derung des Mischungsverhältnisses von Eluierungsflüssigkei ten aufgrund einer Druckänderung auf der Auslassseite einer Flüssigkeitstransportpumpe korrigieren kann.

Da es offensichtlich ist, dass an den obenbeschriebenen Ein zelheiten viele Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne von der Art und dem Grundgedanken der Erfindung abzuweichen, ist es zu beachten, dass die Erfin dung nicht auf die hier beschriebenen Einzelheiten be schränkt ist.

Claims

1. Flüssigkeitschromatograph mit

1. einer Säule (26);
2. einer Flüssigkeitstransportpumpe (7, 8) zum Mischen und Liefern mehrerer Eluierungsflüssigkeiten über jeweilige Öff nungs-Schließ-Ventile (15, 16) an die Säule, um eine Probe zu eluieren und deren Komponenten voneinander zu trennen, wenn die Probe in die Säule eingebracht wurde;
3. einem Probendetektor (27) zum Erfassen der getrennten Kompo nenten;
4. einem Druckdetektor (19) zum Erfassen des Auslassdrucks der Flüssigkeitstransportpumpe; und
5. einer Steuerung (12) zum Steuern des Mischungsverhältnisses der Eluierungsflüssigkeiten durch Variieren der Öffnungs- und/oder Schließzeitpunkte der Öffnungs-Schließ-Ventile;

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (12) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Druckdetektors die Öffnungszeiten der Öffnungs-Schließ-Ventile verkürzt, wenn der erfasste Auslassdruck steigt.

2. Flüssigkeitschromatograph nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass die Flüssigkeitstransportpumpe eine Kol benpumpe (8, 9) aufweist und die Steuerung (12) die Öff nungs-Schließ-Ventile (15, 16) während einer Zeitperiode abwechselnd öffnet und schließt, die einem Saughub der Kol benpumpe entspricht, um die mehreren Eluierungsflüssigkeiten zu mischen.

3. Flüssigkeitschromatograph nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Kolbenpumpe einen Zylinder, einen Kolben (7 oder 8), der hin- und herbewegt wird, um die mehre ren Eluierungsflüssigkeiten durch das jeweilige Öffnungs- Schließ-Ventil (15 oder 16) in den Zylinder zu saugen und um die angesaugten Eluierungsflüssigkeiten auszugeben, und Rückschlagventile (10, 11) aufweist, um das Auslassen der Eluierungsflüssigkeiten während des Saughubs und das Ansaugen der Eluierungsflüssigkeiten während des Auslasshubs der Kol benpumpe zu sperren.

4. Flüssigkeitschromatograph nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenpumpe einen Nocken (5 oder 6) zum Hin- und Herbewegen des Kolbens (7 oder 8) aufweist und die Steuerung (12) einen Zeitpunktsde tektor zum Erfassen des Zeitpunkts, zu dem sich die Bewegung des Kolbens am Umkehrpunkt befindet, auf Grundlage des Dreh winkels des Nockens aufweist, wobei sie das Zeitintervall vom Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal des Zeitpunktsde tektors erfasst wird, bis zum Zeitpunkt, zu dem das Öff nungs-Schließ-Ventil (15 oder 16) entsprechend dem Ausgangssi gnal des Druckdetektors (19) einstellt.