DE3872661T2 - Automatisches verfahren zur messwertberichtigung eines chromatographen und system zu seiner durchfuehrung. - Google Patents

Automatisches verfahren zur messwertberichtigung eines chromatographen und system zu seiner durchfuehrung.

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DE3872661T2 DE8888903275T DE3872661T DE3872661T2 DE 3872661 T2 DE3872661 T2 DE 3872661T2 DE 8888903275 T DE8888903275 T DE 8888903275T DE 3872661 T DE3872661 T DE 3872661T DE 3872661 T2 DE3872661 T2 DE 3872661T2
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein automatisches Verfahren zur Validierung der Messungen eines Chromatographen und das System zur Durchführung des Verfahrens.
  • Durch das Patent US 3 299 693 ist ein Verfahren zur chromatographischen Analyse bekannt, welches einen Schritt für die Analyse des Detektorsignals ohne vorheriges Einspeisen einer zu analysierenden Substanz aufweist, auf den ein Schritt für die Probenanalyse folgt. Eine derartige Vorrichtung ermöglicht es jedoch nicht, den Verbrauch der teuren Eichsubstanzen zu verringern und noch weniger, bestimmte Unregelmäßigkeiten zu verringern, welche bei dem Schritt für die Signalanalyse ohne Einspeisung einer Substanz festgestellt werden.
  • Durch das amerikanische Patent 4 648 260 ist ebenfalls ein Apparat für die chromatographische Analyse bekannt, bei welchem das den Detektor verlassende Signal über einen Analog-Digital-Umwandler geschickt und dann durch einen Mikroprozessor integriert wird. Nach seiner Integration wird die Änderungsgeschwindigkeit des Signals untersucht, um zu bestimmen, ob dieser ungefähr Null ist, so daß der Abführzyklus beginnen kann. Durch eine derartige Vorrichtung werden jedoch die Wartung nicht verringert und bestimmte Unregelmäßigkeiten nicht behoben.
  • Ein erstes Ziel der Erfindung ist es also, eine Perfektionierung der obigen Abschätzungsverfahren vorzuschlagen, die es außerdem ermöglicht, den Verbrauch teurer Eichsubstanzen und die Wartung zu verringern sowie bestimmte festgestellte Unregelmäßigkeiten zu beheben.
  • Dieses erste Ziel wird dadurch erreicht, daß das Verfahren zum Abschätzen und zur Validierung der Messungen eines Chromatographen die folgenden Schritte aufweist:
  • - Analyse des von dem Detektor gelieferten Signals ohne Einspeisung irgendeiner Substanz, um das Basislinienniveau, das Grundrauschen und die Abweichung des von dem Detektor gelieferten Signals zu bestimmen und um gegebenenfalls sein Niveau zu korrigieren, indem durch Einwirken auf den Heizwiderstand (32) die Temperatur des Detektors geändert wird;
  • - Validieren der Apparatur durch Einspeisen einer Substanz für die Selbstkontrolle, deren chromatographische Parameter vorher geeicht worden sind;
  • - Nutzung des Ergebnisses der Messungen durch Einwirken auf die physikalischen Parameter des Chromatographen;
  • - Analyse der Probe durch Berechnung der Konzentrationen der in der Probe vorhandenen Substanzen.
  • Gemäß einem weiteren Merkinal wird die Bestimmung der Konzentrationen durchgeführt, indem entweder Beziehungen der Signalflächen der Substanzen untereinander hergestellt werden, wenn alle Substanzen nachgewiesen worden sind, oder Beziehungen der Signalflächen jeder Substanz zu der Fläche für die Selbstkontrolle herstellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal wird die Bestimmung der Flächenbeziehung der Signale zwischen den Signalflächen der Substanzen, die die zu analysierende Probe bilden, und der Summe der Signalflächen der Substanzen, die die auf 100 normierte Probe bilden, durchgeführt.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal wird die Bestimmung der Flächenbeziehung der Signale zwischen jeder Signalfläche der Substanzen und der Signalfläche der Substanz für die Selbstkontrolle durchgeführt.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal geht der Validierung der Analyse ein Eichschritt voraus, bei welchem man Eichsubstanzen und Substanzen für die Selbstkontrolle einführt, um eine Beziehung zwischen den Flächen des Signals der Eichsubstanzen und des Signals der Substanzen für die Selbstkontrolle zu bestimmen.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal besteht das Einwirken im Falle einer Spur des der Substanz für die Selbstkontrolle entsprechenden Signals darin, ein Ansteigen der Temperatur des Injektors mittels eines Widerstands (12) zu bewirken.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal besteht das Einwirken, falls die Rückmeldungen der Signalflächen der Substanzen für die Selbstkontrolle korrekt sind, darin, die Temperatur des Ofens im Falle einer Änderung des Rückhaltezeitunterschieds einer ersten Substanz für die Selbstkontrolle, die eine über der Totraumzeit liegende Rückhaltezeit hat, und einer zweiten Substanz für die Selbstkontrolle, die von der Totraumzeit abweicht, zu modifizieren.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal besteht das Einwirken darin, einen anderen, auf dem Chromatographen montierten Injektor bereitzustellen, falls eine wesentliche Flächenänderung der Signale der Substanzen für die Selbstkontrolle festgestellt wird.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal wird während der Validierung der Apparatur n mal die Substanz für die Selbstkontrolle eingeführt, um die Standardhöhe, die Standardfläche und die Rückhaltezeit der Scheitelwerte des der Substanz für die Selbstkontrolle entsprechenden Signals zu messen.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal ermöglicht eine Berechnung der Rückmeldung nach der Formel r = /m. 2 .2 es, Probleme auf dem Niveau des Fluidkreises festzustellen.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal umfaßt das Verfahren einen Initialisierungsschritt, der die Bestimmung aller zu testenden Parameter und der Grenzen dieser Parameter ermöglicht.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal umfaßt das Verfahren einen Analyseschritt für die von der Probe gelieferten Ergebnisse, einen Schritt, in dessen Verlauf das System den Trennungsgrad der Säule im Laufe der Zeit durch eine Auflösungsberechnung abschätzt.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es auch, gemäß dem obigen Verfahren ein automatisches System zur chromatographischen Analyse und zur Abschätzung und Validierung der Ergebnisse vorzuschlagen.
  • Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß das Verfahren zum Abschätzen und zur Selbstvalidierung der Messungen eines chromatographischen Systems die folgenden Schritte aufweist:
  • - Validierung der Apparatur
  • - Kalibrierung der Apparatur
  • - Analyse der Proben
  • wobei der als Validierung bezeichnete erste Schritt die folgenden Phasen aufweist:
  • a) Initialisierung des Systems, das die Informationen bestimmt, auf welchen die Analyse beruhen wird;
  • b) Selbstkontrolle des Niveaus und des Grundrauschens des Detektorsignals, ohne daß eine Substanz zur Analyse in den Chromatographen eingespeist wird;
  • c) Einspeisen der Eichsubstanzen und der Substanzen für die Selbstkontrolle;
  • d) Messungen des Niveaus und des Grundrauschens des Detektorsignals und Berechnungen der Rückhaltezeiten, der Rückmeldung;
  • e) Selbstkontrolle der Detektoren und der Fluidkreise durch Analyse der Ergebnisse über die Rückhaltezeit der bei dem Totraum herauskommenden Substanz, über die Rückmeldung der Flächen, über das Niveau und das Grundrauschen des Signals des Detektors;
  • f) Wiederholung der vorhergehenden Schritte a, b, c, d;
  • wobei der als Kalibrierung bezeichnete zweite Schritt die folgenden Phasen aufweist:
  • - Bestimmung einer Beziehung zwischen der Fläche des Eichsubstanzscheitelwertes und der Fläche des Scheitelwertes der Substanz für die Selbstkontrolle, die während des Schritts e) der Validierungsphase eingespeist wird;
  • - Selbstkontrolle des Injektionssystems durch Vergleich der Fläche und der Höhe der Scheitelwerte der Substanzen für die Selbstkontrolle mit den Werten, die während des Schritts a) der Validierungsphase aufgezeichnet werden, und durch Abschätzung der Rückmeldung; und
  • wobei der als Analyse bezeichnete dritte Schritt die folgenden Phasen hat:
  • a) Selbstkontrolle des Niveaus und des Grundrauschens des Detektorsignals ohne Einspeisung einer Substanz;
  • b) Einspeisen einer Probe, dann der Substanzen für die Selbstkontrolle;
  • c) Messungen und Berechnungen der Rückhaltezeiten, der Flächen der Scheitelwerte, der Rückmeldung der Flächen und der Rückhaltezeiten;
  • d) Selbstkontrolle der Fluidkreise durch Analyse der Ergebnisse über die Rückhaltezeit, über die Fläche der Signalscheitelwerte, über die Höhe, über die Rückmeldung der Flächen und der Rückhaltezeiten und über die Abschätzung der Auflösung;
  • - Wiederholung der vorhergehenden Schritte a, b, c, d.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal weist das Verfahren wenigstens eine Doppelsubstanz für die Selbstkontrolle auf, von denen eine Substanz eine der Totraumzeit entsprechende Rückhaltezeit hat.
  • Ein letztes Ziel der Erfindung ist es, ein System vorzuschlagen, das die Durchführung des Verfahrens ermöglicht.
  • Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß das die Durchführung des Verfahrens ermöglichende System eine in einem Ofen (20) montierte chromatographische Säule (2), eine Vorrichtung (4, 40, 41) zur Einspeisung von Trägergas, eine Vorrichtung (1) zur Einspeisung der verschiedenen zu analysierenden Substanzen, eine Detektiervorrichtung (3), einen Rechner (5) mit der Software, die die Durchführung des Verfahrens ermöglicht, eine Schaltung zur Analog-Digital-Umsetzung (52), die mit dem Detektor (30) der chromatographischen Säule (2) verbunden ist, ein Stellglied (42) für die Vorrichtung zur Einspeisung von Trägergas, das mit einer Steuerschaltung (50) für die Stellglieder verbunden ist, die ihrerseits mit dem Rechner (5) verbunden ist und dessen Steuerung unterliegt, eine Betätigungsvorrichtung (11) für ein Einspeisventil (10), das mit der Steuerschaltung (50) für die Stellglieder verbunden ist, um durch ein Auswählventil (100) entweder Substanzen für die Selbstkontrolle, die unter einem von einem Mikrostellventil (102) bestimmten Druck aus einem Behälter (103) kommen, oder Proben abzugeben, die aus einem anderen Behälter (101) kommen, eine Vorrichtung (12) zur Erwärmung des Injektors und eine Vorrichtung (32) zur Erwärmung des Detektors aufweist, die mit einer Steuerschaltung für die Temperatur der Erwärmungsvorrichtungen (12, 32, 21), des Injektors (1), des Detektors (30) und der chromatographischen Säule (2) verbunden ist, wobei die Steuerschaltung für die Temperatur (51) ihrerseits der Steuerung des Rechners (5) unterliegt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Ansicht eines die Durchführung des Verfahrens der Erfindung ermöglichenden Systems zur chromatographischen Analyse,
  • Fig. 2 ein vereinfachtes, das Verfahren der Erfindung schematisch darstellendes Blockdiagramm,
  • Fig. 3 das Blockdiagramm für die Selbstkontrollen des Niveaus "0" des Verfahrens von Fig. 2,
  • Fig. 4 das Blockdiagramm für die Selbstkontrollen des Niveaus "1", "2", "3" des Verfahrens von Fig. 2,
  • Fig. 5 die Signale, bei welchen die Selbstkontrolle des Niveaus "0" durchgeführt wird,
  • Fig. 6A und 6B die bei dem Verfahren von Fig. 2 verwendeten zwei Schritte des Kalibrierungsverfahrens,
  • Fig. 7 ein Beispiel für ein vom Analysator geliefertes Signal, bei welchem eine Rückmeldungsberechnung vorgenommen wird,
  • Fig. 8 das vom Analysator gelieferte Signal in einer Analysephase mit Einspeisung einer Doppelsubstanz für die Selbstkontrolle,
  • Fig. 9 die vom Analysator im Falle der Entwicklung der Trennung von zwei Substanzen der zu analysierenden Probe im Verlaufe der Zeit gelieferten Signale.
  • Fig. 1 zeigt ein die Durchführung des Verfahrens ermöglichendes chromatographisches System. Dieses System weist eine chromatographische Säule (2) auf, die in einem Ofen montiert ist, dessen Heizwiderstand (20) die Bestimmung der Temperatur in der Säule ermöglicht. Im Inneren der Säule zirkuliert ein Trägergas, das von einer Flasche mit komprimiertem Gas (4) geliefert wird, welche durch einen Druckminderer (40) mit dem Eingang der Säule (2) verbunden ist. Dieser Druckminderer (40) kann durch ein Stellglied (42) so gesteuert werden, daß die Durchflußmenge und die Zirkulationsgeschwindigkeit der Trägergase in der Säule variiert wird. Ein Manometer (41), das ein repräsentatives Signal für die Geschwindigkeit der Gase liefert, ist mit dem analog-numerischen Eingang eines Rechners (5) verbunden (diese Verbindung ist in Fig. 1 nicht gezeigt). Eine Zuführvorrichtung (1) für die zu analysierenden Substanzen oder die Substanzen für die Selbstkontrolle ist auf bekannte Weise durch ein Einspeisventil (10) oder eine (nicht gezeigte) Spritze gebildet, welches bzw. welche die Einführung dieser Substanzen in den Eingang der Säule (2) ermöglicht. Dieses Ventil (10) wird durch ein Stellglied (11) betätigt, das durch eine nicht gezeigte Verbindung an eine durch eine Steuerlogik für die Stellglieder (11) und (42) gebildete Schaltung (50) angeschlossen ist. Dieses Ventil (10) empfängt durch ein von einem Stellglied (1000) gesteuertes Auswahlventil (100) entweder die aus einem Behälter (101) kommenden Probesubstanzen oder die über ein Mikrostellventil (102) aus einer Flasche (103) mit komprimiertem Gas kommenden Substanzen für die Selbstkontrolle. Dieses Mikrostellventil (102) wird durch ein von der Schaltung (50) kontrolliertes Stellglied (1020) gesteuert.
  • Aus Gründen der Vereinfachung der Darstellung sind nur eine einzige Spritze (10) und ein einziges Stellglied (11) gezeigt. Die Erfindung umfaßt jedoch eine Vielzahl von Spritzen und Stellgliedern, so daß die Substanzen für die Selbstkontrolle, die zu analysierenden Proben sowie die Eichsubstanzen ausgewählt werden können und die Möglichkeit der Einführung der zu analysierenden Proben durch mehrere verschiedene Spritzen gegeben ist, wie es im folgenden zu sehen sein wird.
  • Die Einspeisvorrichtung (1) weist auch einen Heizwiderstand (12) auf, der mit einer Schaltung (51) verbunden ist, welche eine Steuerlogik für die Temperatur der Einspeisvorrichtung, des Ofens und des Detektors bildet. Der Widerstand (20) des Ofens der Säule (2) ist selbst auch mit dieser Schaltung (51) verbunden. Am Ausgang der Säule (2) befindet sich eine Detektorvorrichtung (3), die von klassischen Detektoren des FID-Typs (Flammenionisationsdetektor), des katharometrischen Typs oder eines anderen Typs gebildet ist. Dieser Detektor (30) ist durch Leitungen (31) mit einem Analog-Digital-Umwandler (52) verbunden, der an den Eingang des Rechners (5) angeschlossen ist. Ebenso ist ein Heizwiderstand (32) mit den Schaltungen zur Temperatursteuerung (51) verbunden. Die Schaltung (50) für die Stellglieder der Injektoren ist durch eine Alles-oder-Nichts- Karte gebildet, während der mit dem Stellglied des Druckminderers verbundene Teil der Schaltung (50) eine Vorrichtung zur Digital-Analog-Umwandlung ist. Ebenso ist die Schaltung zur Temperatursteuerung (51) von einer Vorrichtung zur Digital-Analog-Umwandlung gebildet. Der Rechner weist alle zur Durchführung des Verfahrens notwendigen Betriebsmittel auf, nämlich die Massenspeicher, welche die Speicherung der Selbstvalidierungs- und Selbstkontrollsoftware und der Software zur Untersuchung der Ergebnisse ermöglichen, sowie ein Datensichtgerät für die Meldungen und eine Vorrichtung zur Eingabe von Daten, beispielsweise eine Tastatur, die die Eingabe der zur Initialisierung des Systems notwendigen Daten ermöglicht.
  • Das Verfahren zum Abschätzen und zur Selbstvalidierung der chromatographischen Analyse umfaßt, wie in Fig. 2 gezeigt, verschiedene Schritte. Das Verfahren zur Selbstvalidierung beginnt mit einem Schritt (60) zur Initialisierung des Systems, in dessen Verlauf der Name der Datei bestimmt wird, in welcher eine bestimmte Anzahl von Ergebnissen aufbewahrt wird, um die Berechnungen zur Rückmeldung und Entwicklung der Trennung im Laufe der Zeit zu ermöglichen. Ebenso werden die Anzahl und der Typ der in diesen Dateien enthaltenen Informationen bestimmt, anschließend die durchzuführenden Selbstvalidierungstestarten, beispielsweise Kontrolle der Basislinie, der Refererenzscheitelwerte, Auflösungsberechnung etc. Außerdem werden die Werte der Signale festgelegt, auf welche sich die Analyse erstreckt, beispielweise Höhe, Fläche, Rückhaltezeit, und für jedes Signal werden zwei Wertepaare festgelegt. Ein erstes Paar mit hohem und niedrigem Wert und ein zweites Paar mit sehr hohem und sehr niedrigem Wert. Das erste Wertepaar ermöglicht ein Funktionieren der Vorrichtung in herabgesetztem Modus mit einem Alarm oder einem automatischen Eingreifen der Vorrichtung, wie im folgenden zu sehen sein wird, während das zweite Wertepaar die Vorrichtung abstellt. Wenn diese Phase zur Initialisierung des Systems abgeschlossen ist, geht das System zum Schritt (61) zur Selbstkontrolle des Niveaus "0" über.
  • Dieser Schritt (61) zur Selbstkontrolle des Niveaus "0" wird in Fig. 3 in groben Zügen dargestellt. Im Verlauf dieses Schritts zur Selbstkontrolle des Niveaus "0" wird das von dem Detektor (30) gelieferte Signal analysiert, ohne daß eine Substanz in die Säule eingeführt ist. Dieses Signal ist in Fig. 5 dargestellt und weist ein Niveau (N) für die Basislinie, ein Grundrauschen (B F) und eine Abweichung (D) auf. Im Verlauf der Selbstkontrolle des Niveaus "0" wird, wie in Fig. 3 gezeigt, ein erster durch den Schritt (6100) dargestellter Test durchgeführt, in dessen Verlauf das System kontrolliert, ob der Wert (N) innerhalb der festgesetzten Grenzen bleibt. Falls (N) nicht innerhalb der festgesetzten Grenzen ist, leitet die Software davon ab, daß es sich um eine Änderung der Temperatur des Detektors (hier ein Katharometer) handelt, löst mit dem Schritt (6104) ein Ansteigen der Temperatur des Detektors um einen Wert (Dt) aus und wiederholt dann diesen Vorgang nach einer Verzögerung eine bestimmte Anzahl von Malen, bis der Wert (N) erreicht ist. Wenn nach einer Anzahl von Malen (q) der Wert (N) noch immer nicht erreicht ist, verursacht der bei der Stufe (6105) durchgeführte Test, der die Überschreitung oder Nichtüberschreitung der Anzahl von Malen (q) anzeigt, das bei Schritt (6106) dargestellte Abstellen des Systems. Falls der Wert (N) korrekt ist, führt das System bei der Stufe (6101) einen Test über das Vorhandensein des Grundrauschens (B F) durch. Wenn das Grundrauschen (B F) vorhanden ist, zeigt die Stufe (6107) eine Verunreinigung des Detektors an und das System löst einen Alarm (6108) aus. Wenn das Grundrauschen akzeptabel ist, durchläuft das Programm den folgenden Schritt (6102), in dessen Verlauf bestimmt wird, ob es eine Abweichung des Signals gibt. Im Falle des Vorhandenseins einer Abweichung des Signals erzeugt das System einen Alarm (6109), der ein Problem mit der Temperatur des Ofens oder mit einem Leckverlust im Verlauf der Programmierung der Temperaturen oder mit einer Elution schwerer Substanzen anzeigt. Wenn alle diese Test passiert worden sind, knüpft das System an die folgenden Schritte des Selbstvalidierungsverfahrens an. Anschließend geht das System zum Schritt (62) über, der aus einer Einspeisung von Eichsubstanzen und Substanzen für die Selbstkontrolle besteht. Am Ende der Analyse wird das Signal integriert, und die die Eich- und Selbstkontrollscheitelwerte betreffenden Informationen werden in Form von Rückhaltezeit, Fläche, Breite und Höhe der Scheitelwerte gespeichert und mit den in der Initialisierungsphase eingegebenen Referenzwerten verglichen. Dieser Vergleich bildet den sogenannten Selbstkontrollschritt für das Niveau "1", der durch den Schritt (611) von Fig. 2 dargestellt ist. Im Falle eines Problems wird der Analysator automatisch abgestellt und der Grund für das Abstellen wird deutlich angezeigt. Wenn alles korrekt funktioniert, geht der Mikrocomputer (5) wieder zum Schritt (62) für die Einspeisung der Eichsubstanz und der Substanz für die Selbstkontrolle zurück, und der Zyklus wird n mal wiederholt, wie es durch Schritt (64) dargestellt ist.
  • Diese verschiedenen Schritte (61) bis (64) bilden das, was als Validierung der Apparatur bezeichnet wird, und ihnen folgt eine sogenannte Kalibrierungsphase der Apparatur, die aus den Stufen (65), (66) und (612) besteht. Nachdem der Analysator die Validierungsschritte durchlaufen hat, geht er zum Schritt (65) für die Kalibrierung der Substanz für die Selbstkontrolle über, welcher ermöglicht, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, durch Verwendung der Scheitelwerte der Signale, die sich aus dem Durchgang der Eichsubstanz und der Substanz für die Selbstkontrolle in der Säule ergeben, die Substanz für die Selbstkontrolle zu kalibrieren. Tatsächlich ist die Eichsubstanz mit sehr großer Genauigkeit bekannt, und folglich ist aus dem Verlauf dieses Schrittes (65) bekannt, daß der der Eichsubstanz entsprechende Scheitelwert (Se) einen bestimmten Prozentsatz (X) der eingespeisten Eichsubstanz darstellt. Man bedient sich dieser Information, um den Prozentsatz (P A C) der Substanz für die Selbstkontrolle festzustellen, der der Fläche (s1) des vom Analysators gelieferten Signals entspricht. Durch Anwendung eines Dreisatzes erhält man
  • P A C = X/se . s1.
  • Anschließend wird diese Information verwendet, um die Prozentsätze der Substanz (P 1) und die Prozentsätze der Substanz (P 2) zu bestimmen, welche durch die Flächen (S P 1) und (S P 2) des Signals von dem Analysator auf eine Einspeisung einer Probe hin dargestellt sind, die drei Substanzen (P 1), (P 2) und (P N D) aufweist, wobei (P N D) eine von dem Detektor nicht detektierte Substanz ist (externe Normierung). Da man in der Tat weiß, daß die Fläche s1 dem Prozentsatz (P A C) entspricht, leitet man durch einen Dreisatz folgendes ab:
  • P1 = SP1.PAC/s1 und P2 = SP2.PAC/s1A, wobei s1A die Fläche des Scheitelwertes der Substanz für die Selbstkontrolle während des Einspeisens der zu messenden Substanzen darstellt.
  • Falls alle Substanzen der zu analysierenden Probe festgestellt worden sind, ist die in Fig. 6A gezeigte Kalibrierungsphase, in deren Verlauf eine Eichprobe und die Kontrollsubstanz eingespeist werden, nicht mehr notwendig. Tatsächlich genügt es, die Flächen der verschiedenen, die Probe bildenden Substanzen zu berechnen, die Summe dieser Flächen zu bilden und auf 100 zu normieren, um die Prozentsätze der durch diese Flächen dargestellten Substanz zu bestimmen.
  • In diesem Falle dient die in Fig. 6B gezeigte Einspeisung der Substanz für die Selbstkontrolle mit der Probe nur der Validierung der Analyse.
  • Wenn der Eichschritt beendet ist, geht man zum Schritt (66) zum Abschätzen der Rückmeldung der Rückhaltezeiten und der Flächen über. Dieser Schritt ermöglicht es, die Probleme auf dem Fluidniveau oder dem Temperaturniveau des Ofens der Chromatographiesäule festzustellen. Die Rückmeldung wird durch die folgende Formel abgeschätzt
  • r = /m. 2 .2, wobei r die Rückmeldung, die Abweichung der Rückhaltezeit oder der Fläche, m der Mittelwert der Rückhaltezeit oder der Fläche sind. Diese Bestimmung der Rückmeldung bildet die durch den Schritt (612) dargestellten Selbstkontrollen des Niveaus "2".
  • Danach ist die Kalibrierungsphase der Apparatur beendet und man geht zur einer sogenannten Analysephase über, die durch die Schritte (61), (67), (68), (613) und (69) gebildet ist. Diese Analysephase weist als erstes einen Schritt (61) für die Selbstkontrolle des Niveaus "0", danach einen Schritt (67) für die Einspeisung einer Probe und einer Substanz zur Selbstkontrolle, danach einen Schritt (68) zur Intergrierung auf, auf den wiederum ein Schritt (613) für die Selbstkontrolle des Niveaus "3" folgt. Schließlich ermöglicht ein Wiederholungsschritt (69) die Wiederholung dieser Analysephase für eine Anzahl von Malen p. In dieser Analysephase wird die Eichprobe durch die zu analysierende Probe ersetzt. Bei kontinuierlichem Betrieb wiederholt sich der Zyklus Probe plus Substanz für die Selbstkontrolle p mal. Das reine und integrierte Signal durchläuft die Selbstkontrolle des Niveaus "3", welche die Kontrollen der Niveaus "0" und "1" und die Tests der Rückmeldung des Niveaus "2" umfaßt. So ermöglicht die Selbstkontrolle des Niveaus "0", wie man sieht, eine Überprüfung des Niveaus des Signals, des Grundrauschens und der Abweichung. Die Selbstkontrolle des Niveaus "1" ermöglicht einen Test der Detektoren und des Fluidkreises. Die Selbstkontrolle des Niveaus "2" ermöglicht es, das Einspeisesystem und die Leckverluste zu testen. Die Selbstkontrolle des Niveaus "3" vereinigt die vorhergehenden Tests mit dem Test der Temperatur des Ofens, der Abschätzung der Säulenentwicklung und der Auflösung. Falls sehr hohe oder sehr niedrige Schwellen, die ein schweres Problem signalisieren, überschritten worden sind, blockiert das System die Analysephase und eine neue Einspeisung der Substanz zur Selbstkontrolle wird vorgenommen, um die Diagnose zu bestätigen und das System im Falle der Bestätigung anzuhalten. Das Wiederanlaufen des System nach einer Wartung wird durch die Validierungsphase der Apparatur durchgeführt.
  • Fig. 4 zeigt die verschiedenen durchgeführten Tests mit den vom System vorgenommenen Handlungen oder den angezeigten Meldungen. In dieser Figur haben die einer Selbstkontrolle des Niveaus "1" entsprechenden Tests die Bezugszeichen (611X), wobei X ein Wert von 1 bis 9 ist, die einer Selbstkontrolle des Niveaus "2" entsprechenden Tests Bezugszeichen des Typs (612X) und die einer Selbstkontrolle des Niveaus "3" entsprechenden Tests ein Bezugszeichen vom Typ (613X). Wie bereits vorher ausgeführt, schließt die Selbstkontrolle des Niveaus "3" alle Tests niedrigerer Niveaus plus die Tests mit den Bezugszeichen des Typs (613X) ein.
  • Die Selbstkontrolle beginnt mit einem Schritt von Flächentests (6120). Wenn die Fläche größer als irgendein Wert ist, testet das System die Höhe des Scheitelwertes bei einem Schritt (6122). Wenn die Höhe korrekt ist, stellt der Schritt (6126) das System ab, denn dies entspricht einer praktischen Unmöglichkeit. Wenn sich im Verlauf des Tests (6122) die Höhe als höher als irgendein Wert herausstellt, schließt das System daraus, daß es einen Überdruck bei der Einspeisung gibt, welcher bei dem Schritt (6123) ein Mikrostellventil (102) in Gang setzt, durch das aufgrund seines von der Schaltung (50) gesteuerten Stellglieds (1020) der Zuführdruck des Gases für die Selbstkontrolle reduziert werden kann. Wenn die Höhe niedriger als irgendein Wert ist, schließt das System daraus, daß es ein Problem mit der Einspeisegeschwindigkeit gibt und setzt bei der Stufe (61230) einen neuen Injektor in Gang. Falls die Fläche niedriger als irgendein Wert ist, fährt das System mit einem Höhentest (6124). Wenn die Höhe in Ordnung ist, stellt sich das System beim Schritt (6126) ab, weil dies einer Unmöglichkeit entspricht. Falls die Höhe niedriger ist, schließt das System daraus, daß es eine Injektorverstopfung gibt, und setzt beim Schritt (6125) einen neuen Injektor ein. Falls bei dem Schritt (6120) die Fläche S in Ordnung war, geht man zum Schritt (6121) über, bei dem die Höhe H getestet wird. Wenn diese Höhe in Ordnung ist, geht das System zum Schritt (6110) über, bei dem die Rückhaltezeit einer ersten Substanz für die Selbstkontrolle (T A C 1) getestet wird. Im Verlauf dieses Texts überprüft das System, ob (T A C 1) gleich (T V M) ist, wobei (T V M) die Totraumzeit ist. Die Totraumzeit ist die Zeit, an deren Ende eine Substanz für die Selbstkontrolle, die keine Affinität zur Trennsäule hat, diese verläßt und durch den Detektor (30) festgestellt wird. Wenn dieser Test nicht zufriedenstellend ist, zeigt das System bei dem Schritt (6111) eine Meldung über ein Durchflußmengenproblem des Trägergases in der Säule an und vergrößert oder verkleinert durch das Stellglied (42) die Durchflußmenge des Trägergases. Falls dieser Text (6110) zufriedenstellend verläuft, geht das System zum Test (6130) über, in dessen Verlauf es überpüft, ob die Rückhaltezeit einer zweiten Substanz für die Selbstkontrolle (T A C 2) höher oder niedriger als ein erwarteter Wert ist. In diesem Fall zeigt das System bei dem Schritt (6131) an, daß es ein Trennungsproblern aufgrund der Temperaturen der Säule oder aufgrund ihrer Alterung wegen Leckverlustproblemen gibt. Falls der Test (61271) korrekt verläuft, geht das System zum Schritt (6132) über, bei dem es die Temperatur (D t) des Ofens über die Schaltung (L C T) und den Widerstand (20) ansteigen läßt. Der Schritt (6133) bildet einen Test bezüglich der Anzahl y von ausgeführten Schleifen und kehrt zum Schritt (6130) zurück, wenn die Anzahl von Schleifen nicht erreicht worden ist. Wenn die Anzahl y erreicht worden ist, wird zum Schritt (6134) übergegangen, der das System abstellt. Falls (T A C 2) dem erwarteten Wert entspricht, geht das System zu einem Abschätzschritt für die Spur des Signals über, das der Substanz für die Selbstkontrolle entspricht. Wenn dieses Signal eine dem Zweig (6128) entsprechende Aufwärtsspur (Kurve 3, Fig. 7) aufweist, zeigt das System bei dem Schritt (61280) eine Meldung an, daß die Temperatur des Injecktors zu schwach ist, und steuert bei dem Schritt (61281) ein Ansteigen der Injektortemperatur über die Schaltung (51) und den Widerstand (12), dann kommt es wieder auf den Spurtest zurück.
  • Falls das Signal eine durch den Zweig (6135) dargestellte Abwärtsspur (Kurve 4, Fig. 7) aufweist, zeigt das System bei dem Schritt (6136) eine Meldung "Substanz zu konzentriert" an, und dem Schritt des Spurtests folgt ein Schritt (66), bei dem die Werte der Flächen, Höhe und Rückhaltezeit und der Breite w, wenn die Scheitelwerte bei 0,604 der Höhe der Substanz liegen, in den Speicher gegeben werden, um zu ermöglichen, daß anschließend diese verschiedenen Werte in den verschiedenen Rückmeldungs- oder Auflösungsberechnungen verwendet werden. Diesem Schritt schließt sich ein Schritt (6127) zur Berechnung der Auflösung auf der Fläche und der Rückhaltezeit an. Diesem Schritt folgt ein Test beim Schritt (61270), der die Rückmeldung der Messung n mit der Rückmeldung n - 1 vergleicht. Falls dieser Test eine schlechte Entwicklung der Rückmeldung anzeigt, meldet das System bei dem Schritt (61271) einen Alarm und eine Meldung über ein Problem auf dem Fluidniveau oder einen Leckverlust in der Säule. Falls der Test gut verläuft, geht das System zum Schritt (6137) über, in dessen Verlauf die Auflösung berechnet wird, dann zum Schritt (6138) in dessen Verlauf nach der Abschätzung der Auflösung bestimmt wird, ob die Säule beispielsweise regeneriert oder abgestellt werden muß. Die Auflösung (res) ist:
  • res = (T 2 - T 1)²/w 1 + w 2, wobei T 2 die Rückhaltezeit einer Substanz "2" ist, T 1 die Rückhaltezeit einer Substanz "1" ist, w1 gleich der Länge ist, wenn die Höhe der Substanz "1" bei 0,604 ist, w2 die Länge ist, wenn die Höhe der Substanz "2" bei 0,604 ist. Diese Werte (T 2), (T 1), (w1), (w2) sind in Fig. 9 dargestellt, und durch die Berechnung der Auflösung können solche Entwicklungen festgestellt werden, wie sie zwischen den bei der Analyse (1) auftretenden Scheitelwerten und den bei der Analyse (2) und der Analyse (3) auftretenden Scheitelwerten dargestellt sind.
  • Diese Abschätzung der Auflösung ist insbesondere in bestimmten Fällen nützlich. Wenn man das Beispiel der bei einem Molekularsieb auftretenden Trennung der Luft nimmt, wobei Stickstoff und Sauerstoff getrennt werden, verschmutzt die Anwesenheit von Wasser in der Probe schrittweise das Molekularsieb, und die Trennungsqualität dieses Siebs nimmt ab. Falls man sich darauf beschränken würde, die weiteren Kontrollen des Niveaus "2" mit den Substanzen für die Selbstkontrolle durchzuführen, ohne das Niveau "3" bei der Analyse zu kontrollieren, würde das System anzeigen, daß alles gut läuft, während sich in Wirklichkeit die Ergebnisse der Trennungsmessungen weiter verschlechtern würden. Durch Berechnung der Auflösung zwischen zwei, zwei verschiedenen Substanzen entsprechenden Schei telwerten stellt man eine solche Situation fest und kann beispielsweise das Molekularsieb regenerieren, indem die Zufuhr von Proben unterbrochen und die Temperatur des Ofens der Säule angehoben wird, so daß das in dem Sieb enthaltene Wasser desorbiert wird. Sobald diese Regeneration durchgeführt worden ist, wird das System in der Kalibrierungsphase (65) wieder neu gestartet. Fig. 8 zeigt das von dem Analysator im Laufe des Schrittes (67) des Blockdiagramms von Fig. 2 gelieferte Signal. Bei diesem Schritt werden die aus sechs Substanzen bestehende Probe und eine Substanz für die Selbstkontrolle eingespeist, welche tatsächlich zwei Selbstkontrollsubstanzen (A C 1), (A C 2) aufweist, wobei die erste eine der Totraumzeit (T V M) entsprechende Rückhaltezeit (T A C 1) hat.
  • Fig. 7 zeigt in Abschnitt 1 eine Gesamtheit von Scheitelwerten, die der Feststellung einer gegebenen Substanz während der aufeinanderfolgenden Analysephasen entsprechen. In diesem Abschnitt 1 ist festzustellen, daß die Gesamtheit der drei Scheitelwerte innerhalb der Grenzen des festgelegten Wertes (H) bleibt und daß die Höhe dieser Scheitelwerte ein wenig variiert. Man kann sagen, daß in diesem Abschnitt 1 die Rückmeldung gut ist. Im Abschnitt 2 der Figur ist eine Gesamtheit von der gleichen Substanz entsprechenden Scheitelwerten dargestellt, wobei jeder dieser Scheitelwerte in einer anderen Analysephase erhalten worden ist. Es ist festzustellen, daß einer der Scheitelwerte innerhalb der während des Initialisierungsschrittes des Systems festgelegten Grenzen bleibt. Berechnet man aber den Rückmeldungskoeffizienten, wird klar, daß mit derartigen Messungen die Rückmeldung sehr schlecht sein wird. Und dies ermöglicht den Schluß, daß es ein Problem auf dem Fluidniveau gibt.
  • Ebenso kann eine Berechnung über die Abweichung der Rückhaltezeit einer Substanz für die Selbstkontrolle die Feststellung der Temperatur des Ofens der Trennsäule 2 oder die Überprüfung ermöglichen, ob sie gut programmiert ist. So weiß man aufgrund des Clapeyron-Gesetzes, daß log T = f(K/t), wobei T die Rückhaltezeit, t die Temperatur des Ofens in Grad Kelvin und K eine von der Substanz abhängige Konstante sind. Die Änderungen des Logarithmus der Rückhaltezeit sind umgekehrt proportional zu den Temperaturänderungen des Ofens.
  • Man versteht, daß das beschriebene System und Verfahren es nicht nur ermöglichen, teure Eichsubstanzen zu einzusparen, sondern auch eine Kontrolle und permanente Validierung der Probenanalysen sicherzustellen und die Wartung des System zu verringern, indem bestimmte Fehler automatisch behoben werden und eine Meldung angezeigt wird, die die Maßnahme gegen die Fehler erläutert, die nicht automatisch behoben werden können.
  • Weitere dem Experten zugängliche Modifikationen sind ebenfalls Teil der Erfindungsidee.

Claims (17)

1. Verfahren zum Abschätzen und zur Selbstvalidierung der Messungen eines Chromatographen durch Feinuntersuchung des chromatographischen Signals und der Substanzen für die Selbstkontrolle, um das richtige Funktionieren der Apparatur zu kontrollieren und um eventuelle Abweichungen der chromatographischen Parameter zu korrigieren, das die folgenden Schritte aufweist:
- Analyse des von dem Detektor (30) gelieferten Signals ohne Einspeisung irgendeiner Substanz, um das Basislinienniveau, das Grundrauschen und die Abweichung des von dem Detektor (30) gelieferten Signals zu bestimmen und um gegebenenfalls sein Niveau zu korrigieren, indem durch Einwirken auf den Heizwiderstand (32) die Temperatur des Detektors (30) geändert wird;
- Validieren der Apparatur durch Einspeisen einer Substanz für die Selbstkontrolle, deren chromatographische Parameter vorher geeicht worden sind;
- Nutzung des Ergebnisses der Messungen durch Einwirken auf die physikalischen Parameter des Chromatographen;
- Analyse der Probe durch Berechnung der Konzentrationen der in der Probe vorhandenen Substanzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Konzentrationen durchgeführt wird, indem entweder Beziehungen der Signalflächen der Substanzen untereinander hergestellt werden, wenn alle Substanzen nachgewiesen worden sind, oder Beziehungen der Signalflächen jeder Substanz zu der Fläche der Substanz für die Selbstkontrolle herstellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Flächenbeziehung der Signale zwischen den Signalflächen der Substanzen, die die zu analysierende Probe bilden, und der Summe der Signalflächen der Substanzen, die die auf 100 normierte Probe bilden, durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der Flächenbeziehung der Signale zwischen jeder Signalfläche der Substanzen und der Signalfläche der Substanz für die Selbstkontrolle durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schritt für die Validierung der Analyse ein Eichschritt vorausgeht, in welchem man Eichsubstanzen und Substanzen für die Selbstkontrolle einführt, um eine Beziehung zwischen den Flächen des Signals der Eichsubstanzen und des Signals der Substanzen für die Selbstkontrolle zu bestimmen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwirken im Falle einer Spur des der Substanz für die Selbstkontrolle entsprechenden Signals darin besteht, ein Ansteigen der Temperatur des Injektors mittels eines Widerstands (12) zu bewirken.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwirken im dem Falle, wo die Rückmeldung der Signalflächen der Substanzen für die Selbstkontrolle korrekt ist, darin besteht, die Temperatur des Ofens im Falle einer Änderung des Rückhaltezeitunterschieds einer ersten Substanz für die Selbstkontrolle, die eine Rückhaltezeit hat, die über der Totraumzeit liegt, und einer zweiten Substanz für die Selbstkontrolle, die von der Totraumzeit abweicht, zu modifizieren.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einwirken darin besteht, einen anderen, auf dem Chromatographen (2) montierten Injektor bereitzustellen, falls eine wesentliche Änderung der Fläche der Signale der Substanzen für die Selbstkontrolle festgestellt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Validierungsschritts für die Apparatur n mal die Substanzen für die Selbstkontrolle eingeführt werden, um die Standardhöhe, die Standardfläche und die Rückhaltezeit der Scheitelwerte des den Substanzen für die Selbstkontrolle entsprechenden Signals zu messen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Berechnung der Rückmeldung (r) nach der Formel r = /m. 2 .2 aufweist, um Probleme auf dem Niveau des Fluidkreises feststellen zu können.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Initialisierungsschritt umfaßt, der die Bestimmung aller zu testenden Parameter und der Grenzen dieser Parameter ermöglicht.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schritt zur Analyse der von der Probe gelieferten Ergebnisse umfaßt, einen Schritt, in dessen Verlauf das System den Trennungsgrad der Säule im Laufe der Zeit durch eine Auflösungsberechnung abschätzt.
13. Verfahren zum Abschätzen und zur Selbstvalidierung der Messungen eines chromatographischen Systems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen ersten, als Validierung bezeichneten Schritt aufweist, der die folgenden Phasen hat:
a) Initialisierung des Systems, das die Informationen bestimmt, auf welchen die Analyse beruhen wird;
b) Selbstkontrolle des Niveaus und des Grundrauschens des Detektorsignals, ohne daß eine Substanz zur Analyse in den Chromatographen eingespeist wird;
c) Einspeisen der Eichsubstanzen und der Substanzen für die Selbstkontrolle;
d) Messungen des Niveaus und des Grundrauschens des Detektorsignals und Berechnungen der Rückhaltezeiten, der Rückmeldung;
e) Selbstkontrolle der Detektoren und der Fluidkreise durch Analyse der Ergebnisse über die Rückhaltezeit der bei dem Totraum herauskommenden Substanz, über die Rückmeldung der Flächen, über das Niveau und das Grundrauschen des Signals des Detektors;
f) Wiederholung der vorhergehenden Schritte a, b, c, d.
14. Verfahren zum Abschätzen und zur Selbstvalidierung der Messungen eines chromatographischen Systems nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß es einen zweiten, als Eichung bezeichneten Schritt aufweist, der die folgenden Phasen hat:
- Bestimmung einer Beziehung zwischen der Fläche des Eichsubstanzscheitelwertes und der Fläche des Scheitelwertes der Substanz für die Selbstkontrolle, die während des Schritts e der Validierungsphase eingespeist wird;
- Selbstkontrolle des Injektionssystems durch Vergleich der Fläche und der Höhe der Scheitelwerte der Substanzen für die Selbstkontrolle mit den Werten, die während des Schritts a der Validierungsphase aufgezeichnet werden, und durch Abschätzung der Rückmeldung.
15. Verfahren zum Abschätzen und zur Selbstvalidierung der Messungen eines chromatographischen Systems nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß es einen dritten, als Analyse bezeichneten Schritt aufweist, der die folgenden Schritte hat:
a) Selbstkontrolle des Niveaus und des Grundrauschens des Detektorsignals ohne Einspeisung einer Substanz;
b) Einspeisen einer Probe, dann der Substanzen für die Selbstkontrolle;
c) Messungen und Berechnungen der Rückhaltezeiten, der Flächen der Scheitelwerte, der Rückmeldung der Flächen, der Rückhaltezeiten;
d) Selbstkontrolle der Fluidkreise durch Analyse der Ergebnisse über die Rückhaltezeit, über die Fläche der Signalscheitelwerte, über die Höhe, über die Rückmeldung der Flächen und der Rückhaltezeiten und über die Abschätzung der Auflösung;
- Wiederholung der vorhergehenden Schritte a, b, c, d.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß es wenigstens eine Doppelsubstanz für die Selbstkontrolle aufweist, von denen eine Substanz eine der Totraumzeit entsprechende Rückhaltezeit hat.
17. System, das die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ermöglicht,
- mit einer in einem Ofen (20) montierten chromatographischen Säule (2),
- mit einer Vorrichtung (4, 40, 41) zur Einspeisung von Trägergas,
- mit einer Vorrichtung (1) zur Einspeisung der verschiedenen zu analysierenden Substanzen,
- mit einer Detektiervorrichtung (3)
- mit einem Rechner (5) mit der Software, die die Durchführung des Verfahrens ermöglicht,
- mit einer Schaltung zur Analog-Digital-Umsetzung (52), die mit dem Detektor (30) der chromatographischen Säule (2) verbunden ist,
- mit einem Stellglied (42) für die Vorrichtung zur Einspeisung von Trägergas, das mit einer Steuerschaltung (50) für die Stellglieder verbunden ist, die ihrerseits mit dem Rechner (5) verbunden ist und dessen Steuerung unterliegt,
- mit einer Betätigungsvorrichtung (11) für ein Einspeisventil (10), das mit der Steuerschaltung (50) für die Stellglieder verbunden ist, um durch ein Auswählventil (100) entweder Substanzen für die Selbstkontrolle, die unter einem von einem Mikrostellventil (102) bestimmten Druck aus einem Behälter (103) kommen, oder Proben abzugeben, die aus einem anderen Behälter (101) kommen,
-mit einer Vorrichtung (12) zur Erwärmung des Injektors (1) und
-mit einer Vorrichtung (32) zur Erwärmung des Detektors (30), die mit einer Steuerschaltung für die Temperatur der Erwärmungsvorrichtungen (12, 32, 20), des Injektors (1), des Detektors (30) und der chromatographischen Säule (2) verbunden ist, wobei die Steuerschaltung für die Temperatur (51) ihrerseits der Steuerung des Rechners (5) unterliegt.
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