DE4442637C2 - Verbesserte Retentionszeitstabilität in einer Gas-Chromatographie-Vorrichtung - Google Patents
Verbesserte Retentionszeitstabilität in einer Gas-Chromatographie-VorrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Chromatographie-
Analysesysteme und insbesondere auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur verbesserten Steuerung des Fluidflusses durch
eine chromatographische Säule.
Neuzeitliche analytische Gas-Chromatographie-Systeme sind
besonders anfällig für Verhaltensschwankungen aufgrund von
Schwankungen der Umgebungsbedingungen, unter denen das
analytische System betrieben wird. Z. B. ist der Auslaßdruck
der chromatographischen Säule im wesentlichen gleich dem
atmosphärischen Umgebungsdruck, der eine nicht steuerbare
Variable ist. Fig. 1 zeigt eine typische Schwankung des at
mosphärischen Umgebungsdrucks (nachfolgend als barometri
scher Druck bezeichnet), der über einen Zeitraum von 17 Ta
gen aufgezeichnet wurde. Es wurde herausgefunden, daß die
Druckschwankungen über einen Bereich von näherungsweise 4%
variieren. Außerdem werden analytische Verfahren und Prozes
se gelegentlich auf chromatographischen Systemen in zentral
gelegenen analytischen Laboren entwickelt oder durchgeführt
und danach zur fortdauernden Entwicklung, Forschung, Anwen
dung auf Fertigungsstraßenverarbeitung oder Gebietsüberwa
chung zu anderen Standorten transportiert. Sämtliche baro
metrischen Druckunterschiede zwischen solchen Standorten
haben eine bestimmte Schwankung des Verhaltens der chroma
tographischen Systeme an den jeweiligen Standorten zur Fol
ge.
Zweckmäßige analytische Testverfahren umfassen daher eine
häufige Neukalibrierung, um alle systematischen Fehler oder
Verschiebungen aufgrund von barometrischen Druckänderungen
zu korrigieren. Ferner beinhalten manche herkömmlichen chro
matographischen Ausrüstungen eine Art von Drucksteuerung
oder Massenfluß-Steuerung zum Korrigieren eines Fehlers auf
grund der Umgebungsbedingungen.
Im US-Patent 4,141,237 ist ein Verfahren und eine Vorrich
tung offenbart, bei denen Fehler bei einer chromatographi
schen Analyse, die durch Schwankungen des atmosphärischen
Umgebungsdrucks verursacht werden, korrigiert werden. Bei
einer derartigen Analyse wird das Ausgangssignal eines Chro
matographen mit dem Ausgangssignal eines Druckwandlers sum
miert. Das Ausgangssignal des Druckwandlers schwankt mit
Abweichungen des atmosphärischen Drucks von einem Referenz
druck und wird derart kalibriert, um ein korrigiertes chro
matographisches Analysatorausgangssignal zu liefern, wenn es
mit dem Ausgangssignal des Chromatographen summiert wird.
Auf diese Art und Weise wird eine Druckkompensation geschaf
fen, wenn eine Normierung des chromatographischen Analysa
torausgangssignals nicht möglich oder unerwünscht ist.
Im US-Patent 4,512,181 werden Fehler bei einer chromato
graphischen Analyse, die durch barometrische Druckschwan
kungen verursacht werden, korrigiert, indem ein tatsächlich
gemessener Analysewert (Cm) durch einen Korrekturfaktor, der
gemäß dem aktuellen atmosphärischen Druck, zu der Zeit, zu
der die Messung durchgeführt wird (Pa), berechnet wird, den
atmosphärischen Druck, bei dem das chromatographische Analy
satorsystem kalibriert wurde (Pc), und die Steigung einer
Aufzeichnung von Cm/Ca als eine Funktion von Pa/Pc, wobei Ca
die Größe ist, die Cm haben würde, wenn durch Änderungen des
barometrischen Drucks keine Fehler eingeführt würden, ge
teilt wird.
Im US-Patent 4,196,612 liefert ein Regler des absoluten
Gegendrucks einen konstanten Referenzdruck für ein chroma
tographisches Analysatorsystem, indem alle gasförmigen
Ströme des chromatographischen Analysatorsystems (die normalerweise
in die Atmosphäre entgast werden) der Eingangs
seite des Reglers des absoluten Gegendrucks zugeführt wer
den. Diese gasförmigen Ströme umfassen die Probenentlüftung
für das Probenventil des chromatographischen Analysators,
die Probenentlüftung für den Probendetektor des chromato
graphischen Analysators und die Trägerentlüftung für den
Referenzdetektor des chromatographischen Analysators. Der
Trägergasdruckregler bezieht sich ferner statt auf den
atmosphärischen Druck auf den konstanten Druck, der durch
den Regler des absoluten Gegendrucks geliefert wird. Jedoch
sind der Säulenausfluß und die Lösungsmittelbelüftung of
fensichtlich ausgebildet, um durch Fluidleitungen zu dem
Regler des absoluten Gegendrucks geleitet zu werden. Ein
derartiger Lösungsansatz erfordert einen weiteren Flußweg,
der Drucklecken und anderen Problemen unterliegen kann,
welche Fehler bei der Drucksteuerung verursachen können.
Ferner kann ein weiteres Ventil und ein Drucksensor in der
getrennten Leitung benötigt werden, wodurch eine unerwünsch
te Komplexität hinzugefügt wird. Ferner können ein Gegen
druckregler und die Fluidleitungen, die einen solchen Regler
versorgen, einer Verstopfung durch Ablagerungen von Verbin
dungen in dem Fluidstrom oder einer Korrosion vom Detektor
ausfluß der den Probenstoff zerstörenden Detektoren (z. B.
eines Flammenionisationsdetektors oder FIDs) unterliegen.
Der offenbarte Lösungsansatz kann ferner einem stillen
Fehler unterliegen, bei dem ein Ausfall in der Referenz
druckpneumatik den Verlust des gewünschten Steuersignals zur
Folge haben kann, falls z. B. der Regler des absoluten Drucks
in einem geöffneten Zustand hängenbleiben würde. Ein schwer
wiegender Ausfall der Referenzdruckpneumatik kann auftreten,
falls der gleiche Regler geschlossen würde.
Die US 47 72 388 beschreibt eine Vorrichtung für die Flüs
sigkeitschromatographie und insbesondere ein Pumpensystem
für einen Flüssigkeitschromatographen. Durch das Pumpensy
stem soll eine Flüssigkeit mit einer niedrigen Flußrate und
relativ hohen Drücken einem Chromatographen zugeführt wer
den. Aus dieser Schrift ist das prinzipielle Arbeitsverfahren
eines Chromatographen bekannt, nämlich das Einstellen
eines Fluidflusses in dem Chromatographiesystem sowie das
Beibehalten dieses Fluidflusses durch Bearbeitung von er
faßten Wandlersignalen, die beispielsweise auch den Druck in
der Säule einschließen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Verfahren und ein System zu schaffen, bei denen die Wirkung
des barometrischen Drucks auf den Durchgang des Trägerfluids
durch die chromatographische Säule genau und zuverlässig ge
steuert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Durchführen einer
chromatographischen Analyse eines Fluids in einer Trennsäule
gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung zum Durchführen
einer chromatographischen Analyse eines Fluids in einer
Trennsäule gemäß Patentanspruch 16 gelöst.
Die Retentionszeitstabilität in einem chromatographischen
System ist eine gewünschte Charakteristik, die die Fähigkeit
des Systems bestimmt, dicht eluierende Komponenten ordnungs
gemäß zu identifizieren oder eine Komponente in einem ge
wünschten "Identifikationszeitfenster" zu identifizieren.
Die Retentionszeit wird hierin als eine Funktion der Durch
schnittslineargeschwindigkeit des Fluids betrachtet, die
wiederum eine Funktion der Betriebszustandsparameter, wie
z. B. der Säulenabmessungen oder der -Temperatur, dem Einlaß-
oder Auslaß-Druck und der Gasviskosität, ist. Eine Reten
tionszeitstabilität wird dann erreicht, wenn die tatsäch
liche Durchschnittslineargeschwindigkeit des Fluids auf
einem ausgewählten Pegel gehalten wird. Wenn die Charakte
ristika einer gegebenen Probenverbindung, einer Säule und
eines Trägerfluids bekannt sind, kann die Retentionszeit
primär durch eine verbesserte Steuerung der Durchschnittsli
neargeschwindigkeit des Trägerfluids in der Säule stabili
siert werden.
Demgemäß liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Durchführen einer chromatographischen
Analyse eines Fluids, bei denen der Fluidfluß des Fluids in
einer Trennsäule mit einem Auslaß, der einem barometrischen
Druck patm unterworfen ist, geliefert wird. Eine Mehrzahl
von tatsächlichen Betriebszustandsparametern, die den baro
metrischen Druck patm einschließen, werden erfaßt. Infor
mationen, die einen gewünschten Betriebszustandsparameter
darstellen, werden empfangen. Gemäß dem gewünschten Be
triebszustandsparameter wird eine gewünschte Durchschnitts
lineargeschwindigkeit des Fluidflusses bestimmt. Als Reak
tion auf eine Änderung des erfaßten barometrischen Druckes
wird eine Einstellung des Fluidflusses derart bestimmt, daß
durch die Einstellung bewirkt wird, daß die tatsächliche
Durchschnittslineargeschwindigkeit im wesentlichen gleich
der gewünschten Durchschnittslineargeschwindigkeit ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird
ein Steuersignal verwendet, das die Fluidflußeinstellung
darstellt, um den Fluidfluß am Säuleneinlaß einzustellen, um
die gewünschte Durchschnittslineargeschwindigkeit des Fluid
flusses in der Säule zu bewirken.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel und gemäß
einem speziellen Merkmal der vorliegenden Erfindung wird der
Unterschied des tatsächlichen barometrischen Drucks gegen
über Standardbedingungen gemessen. Dann wird der Säulenein
laßdruck eingestellt, um die Wirkung der barometrischen
Schwankungen zu kompensieren.
Das hierin gelehrte Verfahren und die Vorrichtung bieten
eine verbesserte Stabilität der Retentionszeit eines chro
matographischen analytischen Systems, selbst während das
System durch Schwankungen des barometrischen Druckes patm
beeinflußt ist. Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der
Erfindung erfordern weder ein vollständiges Wirken einer
Absolutdrucksteuerung für einen Normalbetrieb, noch das
zusätzliche pneumatische Verplomben, das im Stand der Tech
nik aufzufinden ist. Ein Ausfall der Sensoren bei dem bevor
zugten Ausführungsbeispiel ist ein erfaßbarer Zustand. Der
Ausfall eines barometrischen Drucksensors hat z. B. nur den
Verlust der barometrischen Druckkompensation zur Folge, und
nicht einen stillen Ausfall des Drucksteuersystems.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung des Schwankungsbereichs
des barometrischen Drucks gemäß einer Messung des
National Weather Service am Wilmington Delaware Airport
im März 1991 über einen Zeitraum von siebzehn
Tagen;
Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines be
vorzugten Ausführungsbeispiels eines Gas-Chromatogra
phie-Analysesystems, das gemäß den Lehren der vorlie
genden Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines wei
teren bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Gas-
Chromatographie-Analysesystems, das gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
Fig. 4 eine vereinfachte schematische Darstellung einer
elektronischen Drucksteuerung, die für das System,
das in den Fig. 2 oder 3 dargestellt ist, kennzeich
nend ist;
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Wirkung der Schwan
kung des barometrischen Drucks auf die Durchschnitts
lineargeschwindigkeit eines Säulenfluidflusses, wobei
die Wirkung einer barometrischen Druckänderung nicht
gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung kompen
siert ist;
Fig. 6 eine graphische Darstellung von Säulenkopfdruck-Kor
rekturwerten, die gemäß der vorliegenden Erfindung
bestimmt wurden, um in einer typischen Säule eine
konstante Durchschnittslineargeschwindigkeit eines
Säulenfluidflusses beizubehalten.
Die Vorrichtung und die Verfahren der vorliegenden Erfindung
können verwendet werden, um die Steuerung einer Vielzahl von
komprimierbaren Fluids in einem analytischen chromatogra
phischen System zu steuern. Solche Fluids umfassen Gase,
Flüssigkeiten, Mehrkomponenten-Gase und -Flüssigkeiten und
Gemische derselben, die für einen geregelten Fluß geeignet
sind. Gase sind gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung
die bevorzugten Fluids. Deshalb richtet sich die
folgende Beschreibung der Erfindung auf ein Gas-Chromato
graphie-Analysesystem. Es sollte jedoch offensichtlich sein,
daß die hierin gegebenen Lehren auf die Analyse anderer kom
primierbarer Fluids anwendbar sind.
In der analytischen Chemie wurden Flüssigkeitschromatogra
phie- (LC; LC = Liquid Chromatography) und Gas-Chromatogra
phie- (GC; GC = Gas Chromatography) Techniken wichtige Werk
zeuge bei der Identifizierung von chemischen Probenkomponen
ten. Der elementare Mechanismus, der der chromatographischen
Analyse zugrunde liegt, ist die Trennung eines chemischen
Probengemisches in einzelne Komponenten, indem das Gemisch
in einem Trägerfluid durch eine speziell vorbereitete Trenn
säule mit einem retentiven Medium in derselben transportiert
wird. Das Trägerfluid wird als mobile Phase und das retenti
ve Medium als stationäre Phase bezeichnet. Der grundlegende
Unterschied zwischen Flüssigkeits- und Gas-Chromatographie
besteht darin, daß die mobile Phase in dem einen Fall eine
Flüssigkeit bzw. in dem anderen Fall ein Gas ist. Die analy
tische Auswahl zwischen Flüssigkeits- und Gas-Chromatogra
phietechniken hängt stark von dem molekularen Gewicht der
Komponenten, die analysiert werden sollen, ab. Flüssigkeits
chromatographie-Vorrichtungen sind in der Lage, viel schwe
rere Komponenten als Gas-Chromatographie-Vorrichtungen zu
analysieren. Jedoch sind Gas-Chromatographie-Erfassungs
techniken empfindlicher und daher im allgemeinen bevorzugt.
Bei einer Gas-Chromatographieanalyse wird ein inertes Trä
gergas durch eine Temperatur-gesteuerte Säule, die eine sta
tionäre Phase in der Form eines porösen sorptiven Mediums
enthält, oder durch eine hohle Kapillarröhre mit einem inne
ren Durchmesser im Bereich einiger hundert Mikrometer, die
mit der stationären Phase beschichtet ist, geleitet. Eine
Probe des zu prüfenden Gemisches wird in den Trägergasstrom
injiziert und durch die Säule geleitet. Während sich das zu
prüfende Gemisch durch die Säule bewegt, trennt es sich in
seine verschiedenen Komponenten auf. Die Trennung findet
primär aufgrund von Unterschieden in den partiellen Drücken
jeder Probenkomponente in der stationären Phase gegenüber
der mobilen Phase auf. Diese Unterschiede sind eine Funktion
der Temperatur in der Säule. Ein Detektor, der am Auslaßende
der Säule positioniert ist, erfaßt jede der getrennten Kom
ponenten, die in dem Trägerfluid enthalten sind, wenn diese
die Säule verlassen.
Elementare Techniken für die Steuerung des Flusses eines
Fluids in einem chromatographischen Analysesystem sind Fach
leuten bekannt. Für Details eines elektronischen Druck
steuersystems können z. B. die U.S.-Patente 4,994,096 und
5,108,466, deren Offenbarungen hiermit durch Bezugnahme
aufgenommen sind, herangezogen werden. U.S.-Patent 4,994,096
offenbart ferner eine Technik, um zumindest einen Abschnitt
der chromatographischen Säule einem Temperaturprofil zu
unterwerfen. Klein u. a. offenbaren eine elektronische Druck
steuerung von Fluids in "CGC Using a Programmable Electronic
Pressure Controller," J. High Resolution Chromatography
13: 361, Mai 1990. Larson, J. R. u. a. erörtern im Journal of
Chromatography; 1987, 405, von 163-168 eine fortlaufende
Flußprogrammiertechnik für ein Verfahren der Kapillargas
chromatographie. Frühere Steuersysteme können z. B. bei
Scott, R. P. W., "New Horizons in Column Performance", Gas
Chromatography, 1964; Costa Neto, C., u. a., Journal of
Chromatography, 1964, 15; und Ziatkis, A., Journal of Gas
Chromatography, März 1965, 75-81, gefunden werden.
Demgemäß und wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, rich
tet sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur verbesserten Steuerung der Fluidflußmenge
durch eine chromatographische Säule. Die bevorzugte Fluid
flußsteuerung wird vorzugsweise durch ein geregeltes elek
tronisches Drucksystem erreicht, das, wie in den Fig. 2 und
3 gezeigt ist, durch den Typ der verwendeten Druckrückkopp
lung charakterisiert sein kann: entweder Vorwärtsdruckrege
lung oder Rückwärtsdruckregelung.
Wie in Fig. 2 zu sehen ist, empfängt ein Vorwärtsdruckregler
eine Rückkopplung, um den Druck strommäßig nach dem Steuer
ventil zu steuern. Wenn der stromabwärts gelegene Druck mo
mentan unter den Einstellpunkt abfällt, bewirkt ein Rück
kopplungssignal (vorzugsweise ein elektronisches Steuersi
gnal), daß die Flußsteuerung eine größere Menge des Fluids
durchläßt. Genauso wird das Ventil weiter schließen, wenn
der Druck über den Einstellpunkt ansteigt. Wie in Fig. 3 zu
sehen ist, steuert ein Gegendruckregler den Druck strömungs
mäßig vor der Flußsteuerung. Wenn der stromaufwärts gelegene
Druck momentan unter den Einstellpunkt abfällt, bewirkt z. B.
ein Rückkopplungssignal, daß die Steuerung den Fluß redu
ziert.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 darge
stellt ist, ist ein Gas-Chromatographie-Analysesystem (10A),
das in einer Vorwärtsdruckregel-Konfiguration angeordnet
ist, das zur Verwendung mit sogenannten direkten Techniken
mit Kühlung auf der Säule, mit Packungen und mit großem
Durchmesser (d. h. etwa 530 Mikrometer) zugänglich ist. Um
eine chromatographische Trennung einer gegebenen Probenver
bindung durchzuführen, wird die Probe (11) mittels einer
Einspritzöffnung (12) in ein Fluid, vorzugsweise in der Form
eines unter Druck gesetzten Trägergases, eingespritzt. Das
Trägergas wird der Einlaßöffnung (12) von einer Quelle durch
eine Fluidflußsteuerung, vorzugsweise in der Form eines Ven
tils (14), zugeführt. Für Fachleute ist es offensichtlich,
daß gemäß den nachfolgenden Lehren der Betrieb der Fluß
steuerung dazu dient, den Druck und/oder die volumetrische
Flußrate des Trägergases in dem GC-System zu steuern. Das
Trägergas kann Gase einer oder mehrerer Komponenten enthal
ten, wie z. B. Wasserstoff, Stickstoff oder Helium, abhängig
von der speziellen chromatographischen Trennung, die durch
geführt werden soll. Ein Gemisch von Argon und 4% Metan ist
ein gängiges Trägergas, das mit Elektronenaufnahmededektoren
verwendet wird.
Eine Mehrzahl von Wandlern erzeugt Erfassungssignale, die
tatsächliche Betriebszustandsparameter darstellen, zur Ver
wendung in dem Steuersystem, das nachfolgend beschrieben
wird. Vorzugsweise ist ein erfaßter Parameter der Einlaß
druck des Trägergases, der an der Einspritzöffnung (12)
vorliegt. Dieses Einlaßdruck-Erfassungssignal wird über
einen Einlaßdrucksensor (16) zu einer Schnittstelle (42) ge
liefert. Danach wird das Signal einem Prozessor (40) ge
liefert, der dem Ventil (14) wiederum ein Steuersignal lie
fert. Der Betrieb des Ventils (14) regelt dann den Druck des
Trägergases als Reaktion auf das Steuersignal. Der spezielle
Entwurf des Ventils (14) stellt kein erforderliches Merkmal
der vorliegenden Erfindung dar. Z. B. ist ein Druckventil des
Modells Nr. 001-1014, das von der Porter Instrument Company,
Inc. of Hatfield, Pennsylvania, verkauft wird, geeignet. Ein
geeigneter Sensor (16) ist der Wandler 1210-A100G3L, der von
I.C. Sensors of Milpitas, CA, verkauft wird.
Die Einspritzöffnung (12) liefert einen Teil des Proben-/-
Träger-Gasgemisches zu einer Trennsäule (18), wobei der Rest
durch einen nicht-analysierten Ausgang (20) geleitet wird.
Der Fluß, der durch den Ausgang austritt, ist als der Sep
tum-Auslaßfluß (septum purge flow) bekannt. Durch Beibehal
ten eines relativ konstanten Auslaßflusses durch eine strom
abwärts-bezogene Flußsteuerung (22) ist es möglich, "fal
sche" Spitzen von dem Einspritzöffnungs-Septum (nicht ge
zeigt) zu minimieren und ferner eine Luftdiffusion in der
Säule (18) zu minimieren. Die Säule (18) ist in einer Tempe
raturgesteuerten Thermokammer, oder einem Ofen (24) posi
tioniert. Der Ofen (24) umfaßt vorzugsweise eine Heizeinheit
(26) und einen Temperatursensor (28). Um sicherzustellen,
daß sich die Temperatur in dem Ofen (24) auf einem gewünsch
ten Pegel befindet, erzeugt ein weiterer Wandler in Form
eines Temperatursensors (28) ein weiteres Erfassungssignal,
das einen tatsächlichen Betriebszustandsparameter darstellt,
d. h. die Temperatur in dem Ofen (24), wobei dieses Signal
ebenfalls der Schnittstelle (42) und dem Prozessor (40)
zugeführt wird. Die Heizeinheit (26), die auf das Steuersi
gnal anspricht, das durch den Prozessor (40) erzeugt wird,
bewahrt in dem Ofen (24) eine gesteuerte Temperatur. Die
Trägergas-/Proben-Kombination, die die Säule (18) durch
läuft, wird dadurch einem Temperaturprofil ausgesetzt, das
ein Ergebnis des Betriebs der Heizeinrichtung (26) in dem
Ofen (24) ist. Typischerweise wird die Temperatur in dem
Ofen (24) gemäß einem ausgewählten Programm derart gesteu
ert, daß sich die Probe (11) in ihre Komponenten trennt.
Wenn das Trägergas (das die Probe enthält) die Säule (18)
verläßt, wird das Vorliegen einer oder mehrerer die Probe
bildender Komponenten durch einen Detektor (30) erfaßt. Der
Detektor (30) kann einer der bekannten GC-Detektoren sein,
solange er in der Lage ist, zumindest eine physikalisch-
chemische Eigenschaft des Trägerfluids, das die Säule (18)
verläßt, zu bestimmen. Für Fachleute ist es offensichtlich,
daß der Ausdruck "Detektor" eine große Vielfalt brauchbarer
chromatographischer Detektoren einschließt, wie z. B. einen
Flammenionisationsdetektor (FID), einen Photoionisationsde
tektor (PID), einen Stickstoff-Phosphor-Detektor (NPD), ei
nen Flammenphotometriedetektor (FPD), einen Wärmeleitfähig
keitsdetektor (TCD), einen Atomemissionsdetektor (AED), ei
nen Elektrolytleitfähigkeitsdetektor (ELCD) und, einen Elek
troneneinfangdetektor (ECD). Ferner sind Massenspektrumsde
tektoren und Infrarotspektrumsdetektoren bekannt.
Wie nachfolgend beschrieben wird, liefert ein weiterer Wand
ler in der Form eines Sensors des absoluten Umgebungsdrucks
(29) ein Signal, das den barometrischen Umgebungsdruck patm
darstellt, zum Auslaß der Schnittstelle (42) und dem Prozes
sor (40). Das Erfassungssignal kann zu Zwecken der Erfindung
ferner als darstellend für den Säulenauslaßdruck po, der als
absoluter Druck bezeichnet wird, betrachtet werden. Ein ge
eigneter Absolutdruckwandler (29) kann mit einer Membran
aufgebaut sein, die über einem Volumen befestigt ist, das
ein Vakuum enthält, wodurch der Wandler (16, 32) ein Signal
liefert, das die Druckdifferenz über der Membran darstellt.
Eine kommerzielle Fassung eines solchen Wandlers, erhältlich
von IC Sensors, kann in der Form eines 3,45 N/cm2-Sensors
(5 psi) elektrisch abgestimmt sein, um seine Null-Ausgabe
bei einem absoluten Druck von 6.9 N/cm2 (10 psia) und seinen
vollen Ausschlag bei einem absoluten Druck von 10.35 N/cm2
(15 psia) zu erzeugen.
Ohne von den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung abzu
weichen, kann der Druck des Trägergases ferner gemäß einem
Gegendruckmodus geregelt werden, wobei das Ventil (14) den
Druck regelt, der in dem Bereich, der strömungsmäßig ober
halb des Ventils liegt, erfaßt wird. Das chromatographische
Analysesystem (10B), das in Fig. 3 dargestellt ist, ist z. B.
in einem Gegendruck-Regelentwurf angeordnet, der für soge
nannte geteilte Einspritzungen geeignet ist. Bei einer ge
teilten Einspritzung wird ein Teil der Probe (11), die ana
lysiert werden soll, in die Säule (18) eingespritzt, während
der Rest der Probe (11) von der Säule (18) "abgetrennt" und
zu der Entlüftung (23) geleitet wird. Gemäß Fig. 3 wird das
Trägergas direkt von einer Flußsteuerung (31) zur Einspritz
öffnung (12) geliefert. Der Druck des Trägergases wird durch
den Druckwandler (32) bestimmt, der den Druck der Träger
gas-/Proben-Kombination in der nicht-analysierten Ausgabe
(20) erfaßt. Der Druck des Trägergases, das die Einspritz
öffnung (12) verläßt, wird durch ein Ventil (34), das auf
ein geeignetes Signal vom Prozessor (40) anspricht, gesteu
ert. Das Verhältnis zwischen dem Teil des Proben-/Träger-Ga
ses, das zum Ausgang (20) geliefert wird, und dem Rest, der
zur Säule (18) geliefert wird, ist als das Teilverhältnis
bekannt. Das Teilverhältnis regelt die Menge der Träger
gas-/Proben-Kombination, die sich durch die Säule (18) be
wegt. Während der Druck des Trägergases in der Säule (18)
durch den Betrieb des Ventils (34) gesteuert wird, ist die
Trägergas-Flußrate ebenfalls gesteuert.
Abhängig von der speziellen Wahl des Detektors (30) kann das
bevorzugte Ausführungsbeispiel ferner eine Einrichtung zum
Liefern eines Hilfsgases zu dem Detektor umfassen. Es ist
offensichtlich, daß das Hilfsgas Gase einer oder mehrerer
Komponenten, wie z. B. Wasserstoff, Stickstoff, Helium, Luft
oder Sauerstoff, umfassen kann, abhängig vom verwendeten
Detektor. Der Druck des Hilfsgases, das in den Detektor (30)
eintritt, wird von einem Wandler (38) erfaßt, um ein weite
res Signal, das diesen Betriebszustandsparameter darstellt,
zur Schnittstelle (42) und dem Prozessor (40) zu liefern.
Der Druck des Hilfsgases wird dann durch ein Ventil (36) als
Reaktion auf ein geeignetes Signal durch die Schnittstelle
(42) vom Prozessor (40) gesteuert. Geeignete Hilfsgasquel
len, -ventile und -wandler, zusammen mit dazugehörigen Vor
richtungen, die nicht gezeigt sind, können entsprechend dem
Stand der Technik ausgewählt sein.
Bezugnehmend nun auf Fig. 4 wird die Fluidflußsteuerung in
dem chromatographischen System (10A, 10B) nachfolgend de
taillierter beschrieben. Der Prozessor (40) kann aus Be
rechnungsvorrichtungen, die der Durchführung dieser Erfin
dung zugänglich sind, z. B. einer oder mehreren Berechnungs
vorrichtungen wie Computern, Mikroprozessoren, Mikrosteue
rungen, Schaltern, logischen Gattern oder beliebigen äqui
valenten logischen Vorrichtungen, die in der Lage sind, die
nachfolgend beschriebenen Berechnungen durchzuführen, aus
gewählt werden. Der Prozessor (40) ist vorzugsweise mit
einer Informationseingabeeinrichtung (38A), die vorzugsweise
in der Form einer Tastatur, einer Handtastatur oder einer
Computermaus vorliegt, oder einem weiteren Prozessor (nicht
gezeigt) gekoppelt, um zusätzliche Betriebszustandsparame
ter, Systemkalibrierungsdaten und dergleichen einzugeben.
Ferner kann eine Informationsausgabeeinrichtung (38B), wie
z. B. eine alphanumerische, eine Video-Anzeige oder ein
Drucker, verwendet werden. Der bevorzugte Prozessor (40)
kann ferner einen Speicher (41) in der Form von flüchtigen
und nicht-flüchtigen Speichervorrichtungen einschließen, in
dem Eingabe- und Ausgabe-Informationen, Betriebszustandspa
rameter, Systeminformationen und Programme gespeichert und
wiedergewonnen werden können. Mitteilungen, die den Benutzer
auffordern, bestimmte Informationen, wie z. B. einen ge
wünschten Betriebsparameter, z. B. den Einlaßdruck oder den
linearen Fluidfluß in der Säule, einzugeben, können vom Prozessor
(40) erzeugt und von der Anzeige (38B) angezeigt wer
den. Der Prozessor (40) kann ferner Netzwerk- und Bussy
stem-Steuerungen (Eingabe/Ausgabe oder E/A), Isolationsvor
richtungen, Taktgeber u. a. verwandte elektronische Komponen
ten zur Durchführung der Steuerung, der Verarbeitung und der
Kombinationsaufgaben einschließen, die hierin nicht be
schrieben sind.
Eine weitere Funktion des Prozessors (40) besteht darin, die
Temperatur des Ofens (24) zu steuern. Um dies durchzuführen,
sendet der Prozessor (40) ein Steuersignal zu der Heizein
richtung (26), um den Wärmebetrag, der von der Heizeinrich
tung zu dem Ofen (24) übertragen wird, zu erhöhen oder zu
senken. Der Sensor (28) erfaßt die Temperatur in dem Ofen
(24) und sendet ein Rückkopplungssignal, das eine solche
Temperatur darstellt, zu dem Prozessor (40). Durch Über
wachen des Temperaturrückkopplungssignals von dem Sensor
(28) kann der Prozessor (40) die Temperatur in dem Ofen (24)
durch Steuern der Heizeinrichtung (26) auf einem gewünschten
Pegel halten. Die vorliegende Erfindung vollzieht die Steue
rung der Ofentemperatur gemäß den Berechnungen, die nachfol
gend bezüglich der Fig. 5 bis 6 beschrieben sind.
Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung ist es offen
sichtlich, daß die Flußsteuerungen, die in den Fig. 2 und 3
(in Form der Ventile (14, 34, 36)) dargestellt sind, aus
gebildet sind, um zu öffnen oder zu schließen, um einen oder
mehrere gewünschte Systembetriebszustandsparameter beizu
behalten, die durch den Systembediener auf der Handtastatur
(38) eingegeben oder vom Speicher (41) zurückgewonnen wur
den. Gemäß Fig. 4 umfaßt das bevorzugte Ausführungsbeispiel
ein elektronisches Drucksteuersystem (39) (EPC-System; EPC =
Electronic Pressure Control) zur genauen und wiederholbaren
Steuerung des Fluidflusses zu der Säule (18). Die aktive
elektronische Drucksteuerung bewirkt vorzugsweise eine ak
tive Steuerung des Betriebs der Ventile (14, 34, 36), um
sowohl den Einlaßdruck als auch die Flußrate des Träger
fluids zu steuern. Der Prozessor (40) erzeugt geeignete
Steuersignale von der Schnittstelle (44), um zu bewirken,
daß eines oder mehrere Ventile den Druck oder die Flußrate
des Fluids, das dieselben durchströmt, erhöhen oder ernied
rigen. Z. B. kann das Ventil (14) in Fig. 2 über die Offen-
Zeit einer Öffnung (im Falle eines modulierenden Steuerven
tils) oder die Höhe der Lücke über einer Öffnungsfläche (im
Falle eines Proportional-Steuerventils) betrieben werden, um
den Einlaßdruck des Trägerfluids, das der Trennsäule (18)
geliefert wird, zu regeln. Die Fluidflußsteuerung im vor
wärts geregelten System, das in Fig. 2 gezeigt ist, kann
folglich unter anderem gemäß dem Druck, der durch den Druck
sensor (16), der strömungsmäßig unterhalb des Steuerventils
(14) liegt, erreicht werden. Ein Ansteigen des erfaßten
Drucks bewirkt, daß das Ausgangssignal des Drucksensors
(vorzugsweise eine Spannung) ansteigt. Diese Spannung wird
über eine Verkabelung zu dem EPC-System (39) gesendet. In
Erwiderung wird eine neue und geringfügig kleinere Steuer
spannung gemäß den Berechnungen, die durch den Prozessor
(40) durchgeführt werden, von der Schnittstelle (42) zu dem
Steuerventil (14) zurückgeführt. Die Lücke im Steuerventil
wird dann leicht reduziert, was einen etwas kleineren Fluß
durch das Ventil und einen etwas geringeren Druck am Druck
sensor zur Folge hat. Dieser Rückkopplungsprozeß tritt mit
relativ hohen Frequenzen auf, was eine sehr glatte und wie
derholbare Drucksteuerung zur Folge hat.
Wie oben erwähnt wurde, können bestimmte gewünschte System
betriebszustandsparameter, vorzugsweise der gewünschte Ein
laßdruck, vom Bediener durch eine digitale Eingabe an der
Tastatur (38) oder durch ein anderes Steuerungsdatensystem
eingegeben werden. Tatsächliche Betriebssystemparameter
werden erfaßt und zur Verwendung bei Berechnungen dem Pro
zessor geliefert. Gemäß einem speziellen Merkmal der Erfin
dung wird der barometrische Druck patm als ein solcher tat
sächlicher Betriebszustandsparameter betrachtet, der mit dem
Absolutdrucksensor (29) derart erfaßt werden soll, daß ein
Wert, der diesen Parameter darstellt, dann bei Berechnungen,
die von dem EPC-System durchgeführt werden, verwendet wird,
um Steuersignale zum Bewirken von Einlaßdruckänderungen
abzuleiten. Der Prozessor (40) kann den Einlaßdruck gemäß
einer Steuerschleifen-Firmware, die sich in dem Speicher
(41) befindet, durch Erzeugen von Steuersignalen, die den
Betrieb der Ventile (14) leiten, auf einem berechneten Pegel
halten. Die erzeugten Steuersignale besitzen eine digitale
Form und können dem Ventil (14) geliefert werden oder vor
dem Übertragen zu dem Ventil (14) durch einen Digital-/Ana
log-Wandler (46) (D/A-Wandler) in eine analoge Form umge
wandelt und durch einen Verstärker (48) geeignet verstärkt
werden. Abhängig vom Charakter der Erfassungssignale (ob
analog oder digital) können analoge Erfassungssignale von
den Wandlern zu dem Prozessor (40) geliefert werden, indem
zuerst die analogen Signale, die von den Druckwandlern (16)
erzeugt werden, durch einen Mehrkanal-Analog-/Digital-Wand
ler (50) von einem analogen in ein digitales Signal umge
wandelt werden. Die digitalen Signale, die von dem A/D-
Wandler erzeugt werden, werden dann dem Prozessor (40) zu
geführt. Digitale Erfassungssignale, können direkt zu dem
Prozessor (40) geleitet werden. Weitere Details über die
Auswahl und den Betrieb von Komponenten, wie z. B. die Wand
ler (46, 50), den Prozessor (40), die Schnittstelle (44) und
die Wandler (16, 29, 32) können gemäß bekannter Steuersy
steme überdacht werden.
Bezugnehmend nun auf die Fig. 5 und 6 ist es offensichtlich,
daß die Gleichungen, die den Fluß durch eine Säule regeln,
auf absoluten Drücken (und keinen Manometerdrücken) basieren
müssen. Folglich und gemäß der vorliegenden Erfindung kann
die Retentionszeitstabilität als eine Funktion des Säulen
fluidflusses betrachtet werden und somit als eine Funktion
der tatsächlichen Betriebszustandsparameter, wie z. B. der
Säulentemperatur, des Einlaßdrucks und des Auslaßdrucks.
Außerdem sind diese Betriebszustandsparameter zu einer Dif
ferenzierung tauglich, um die Wirkung jedes Parameters auf
die Retentionszeit herauszufinden.
In dem speziellen Rückkopplungssteuersystem, das oben beschrieben
ist, empfängt der Prozessor (40) ein oder mehrere
gewünschte Betriebszustandsparameter in der Form des ge
wünschten Einlaßdruckes, des gewünschten Säulen-Massenfluß-
Einstellpunktes oder der gewünschten Säulendurchschnitts
lineargeschwindigkeit. Weitere Betriebszustandsparameter,
die andere Daten, die zu dem Betrieb des Systems (10A, 10B)
gehören, wie z. B. der Gastyp und die Säulenabmessungen, dar
stellen, können aus dem Speicher (41) wiedergewonnen werden.
Nach dem Bestimmen der gewünschten Durchschnittslinearge
schwindigkeit des Trägergases bei einem ausgewählten ge
wünschten Betriebszustandsparameter, wie z. B. dem gewünsch
ten Säuleneinlaßdruck, bezogen auf eine normierte Temperatur
und einen normierten Druck, wird das Ergebnis als eine "Re
ferenz" zum Vergleich mit den Ergebnissen nachfolgender Be
rechnungen gespeichert. Schließlich kann (können) durch Be
rechnen eines oder mehrerer neuer Betriebszustandsparameter
(wie z. B. des Einlaßdruckes), die die tatsächliche Durch
schnittslineargeschwindigkeit auf die gewünschte Durch
schnittslineargeschwindigkeit einstellen, der (die) geeigne
te(n) Betriebszustandsparameter eingestellt werden. Als ein
Zwischenergebnis einer derartigen Steuerung ist die ge
wünschte Durchschnittslineargeschwindigkeit in Wirklichkeit
realisiert und folglich konstant gemacht. Das nachfolgende
Ergebnis des Realisierens der gewünschten Durchschnittsli
neargeschwindigkeit ist es jedoch, die Retentionszeit des
Systems (10A, 10B) zu stabilisieren, selbst während das Sy
stem durch Schwankungen des barometrischen Drucks patm be
einflußt ist. Die vorliegende Erfindung betrachtet die Ver
wendung eines oder mehrerer gewünschter Betriebszustandspa
rameter, vorzugsweise in der Form des gewünschten Einlaß
drucks, des gewünschten Säulenflusses oder der gewünschten
Säulendurchschnittslineargeschwindigkeit, als bestimmend für
den gewünschten Durchschnittslinearfluß des Trägerfluids.
Bei den folgenden Berechnungen wurde der gewünschte Einlaß
druck als der gewünschte Betriebszustandsparameter ausge
wählt. Die Auswahl des Einlaßdrucks sollte jedoch nicht als
begrenzend betrachtet werden, da andere Betriebszustandspa
rameter zur Verwendung in den folgenden Berechnungen ausgewählt
werden können.
Um einen Wert für die Durchschnittslineargeschwindigkeit des
Fluidflusses in einer gegebenen Trennsäule zu berechnen,
wird die Lineargeschwindigkeit des Säulenflusses am Säulen
ausgang µo gemäß folgender Gleichung auf die Säulen-Einlaß-
und -Auslaß-Drücke bezogen:
in der Fc(o) die volumetrische Auslaßflußrate ist, η die
Viskosität ist, pi und po die Säuleneinlaß- und -auslaß-
Drücke sind und r und L der Säulenradius bzw. die Säulen
länge sind. Die Durchschnittslineargeschwindigkeit µ bezieht
sich durch einen Korrekturfaktor, j, auf die Auslaßlinear
geschwindigkeit:
µ = µo × j (2)
daher
und Kombinieren der Gleichungen für die Durchschnittsli
neargeschwindigkeit und die Auslaßgeschwindigkeit ergibt,
in der pi der absolute Einlaßdruck ist, po der Auslaßdruck
ist, η der Viskositätskoeffizient des Gases ist, L die Länge
der Säule ist und r der innere Radius der Säule ist.
Es ist nun offensichtlich, daß das betrachtete elektronische
Drucksteuersystem programmiert werden kann, um die Berech
nungen basierend auf der vorhergehenden Definition der
Durchschnittslineargeschwindigkeit des Fluidflusses in der
Trennsäule durchzuführen. Wie nachfolgend zu sehen ist,
führt das bevorzugte Ausführungsbeispiel die Berechnungen,
die sich auf zwei unterschiedliche Interpretationen der
Durchschnittslineargeschwindigkeit, die oben definiert ist,
beziehen, durch. Erstens existiert eine gewünschte Durch
schnittslineargeschwindigkeit des Fluids, das gesteuert
wird. Zweitens existiert eine tatsächliche Durchschnitts
lineargeschwindigkeit des Fluids, das gesteuert wird. Ferner
kann man, während vom Systembediener erwartet wird, den
gewünschten Manometerdruck pgd als einen gewünschten Be
triebszustandsparameter einzugeben, pgd + patm = pi und im
nominellen Betrieb patm = po betrachten.
Demgemäß kann die gewünschte Durchschnittslineargeschwindig
keit folgendermaßen definiert werden.
wobei pid = der Einlaßdruck, der als ein gewünschter Be
triebszustandsparameter vorgesehen ist, und po1atm gleich
eine Atmosphäre ist. Die tatsächliche Durchschnittslinearge
schwindigkeit kann folgendermaßen definiert werden:
wobei pi = pg + por und por = der erfaßte barometrische
Druck (der der Schwankung unterworfen ist) gilt. Das Ziel
der Fluidflußsteuerung ist es, eine gewünschte Beziehung
zwischen µref und µtatsächlich zu erreichen, die folgender
maßen definiert ist:
µref ∼ µtatsächlich (8)
Durch Kombinieren und Vereinfachen der Gleichungen (6) bis
(8) erhält man die gewünschte Beziehung:
wobei gilt: pi = pg + por
Durch Auflösen der Gleichung (9) nach pg erhält man einen
korrigierten Wert des Einlaßdrucks, der die tatsächliche
Durchschnittslineargeschwindigkeit auf einem konstanten Wert
hält.
Beim Betrieb des bevorzugten Ausführungsbeispiels, während
sich por mit der Zeit ändert, ändert die elektronische
Drucksteuerung entsprechend pg, so daß µgewünscht =
µtatsächlich, wobei µgewünscht der Wert ist, der aus zu
mindest einem gewünschten Betriebsparameter (z. B. einem
Wert, der als eine Eingabe durch den Bediener vorgesehen
ist) berechnet ist. Solche Bestimmungen durch den Prozessor
können gemäß einem eingebetteten Programm bewirkt werden,
das die obigen Gleichungen gemäß bekannter Berechnungstech
niken benutzt (z. B. kann die notwendige Bestimmung durch
Wiedergewinnung vorbestimmter Werte aus einer Zugriffsta
belle erhalten werden). Korrekturfaktoren können derart
vorbestimmt sein, daß der Wert von pg für ein gegebenes po
im Speicher (41) zur Umwandlung und Verwendung durch den
Mikroprozessor als ein Korrekturfaktor gespeichert sein
kann. Durch derartiges Handeln wird die tatsächliche Durch
schnittslineargeschwindigkeit konstant gemacht, mit einer
begleitenden Verbesserung der Retentionszeitstabilität des
chromatographischen Systems.
In dem betrachteten analytischen System wird die Durch
schnittslineargeschwindigkeit des Fluidflusses in einer
Trennsäule einer Analyse unterworfen, wie oben gezeigt ist,
um eine Korrektur des Trennsäulen-Einlaßdruckes zu errei
chen, um eine verbesserte Retentionszeitstabilität zu er
halten. Das Verhalten einer experimentellen Fassung des
bevorzugten Ausführungsbeispiels wurde demgemäß in einem
modifizierten Gerät des Modells Hewlett-Packard HP 5890A
modelliert, um die Wirkung von barometrischen Druckände
rungen auf die Retentionszeit zu bestimmen. Die Ergebnisse
sind in den Fig. 5 und 6 gezeigt.
Fig. 5 zeigt die Wirkung des barometrischen Drucks auf die
tatsächliche Durchschnittsgeschwindigkeit einer typischen zu
prüfenden Kapillarsäule. Fig. 6 veranschaulicht berechnete,
experimentelle Korrekturfaktoren für die Änderung eines ge
gebenen Einlaßdrucks in einer typischen zu prüfenden Kapil
larsäule. Die dargestellten Faktoren wurden berechnet, um
eine konstante Durchschnittssäulengeschwindigkeit, relativ
zu einem Auslaßdruck von 1 bar, für verschiedene Einlaß
drücke zu berechnen. Fig. 6 zeigt die Korrekturfaktoren als
Säulendruck in mpsi (1 psi = 0,69 N/cm2) für einen Bereich
von 0.138 N/cm2 (0.2 psi) der barometrischen Druckschwan
kung. Z. B. würde eine barometrische Änderung von 10% (eine
Reduzierung von 1.0 bar auf 0.9 bar) bei einem Einlaßdruck
von 3.5 bar eine Korrektur des Einlaßdrucks von -0.276 N/cm2
(-0.460 psi) erfordern. Es ist zu bemerken, daß der gezeigte
Korrekturfaktor für höhere Einlaßdrücke im Vergleich zum
Korrekturfaktor für geringere Einlaßdrücke größer ist. Die
Fig. 5 und 6 zeigen folglich, daß die Wirkung einer barome
trischen Druckschwankung auf das Verhalten des analytischen
Systems bei höheren Einlaßdrücken größer wird. Dies ist ein
wichtiger Faktor, wenn der zulässige Einlaßdruck erhöht
wird, wie dies in Gaschromatographie-Analysesystemen der
Fall ist, die von stark erhöhten Einlaßdrücken abhängen, um
die als "Hochgeschwindigkeits"-Chromatographie bekannte
Chromatographie zu erhalten.
Claims (29)
1. Verfahren zur chromatographischen Analyse, bei dem ein
Fluid durch eine Trennsäule (18) geleitet wird, deren
Auslaß einem Schwankungen unterworfenen barometrischen
Umgebungsdruck (patm) ausgesetzt ist, das folgende
Schritte aufweist:
Bereitstellen von Daten, die einen gewünschten Betriebs zustandsparameter der Trennsäule (18) darstellen;
Bestimmen einer gewünschten Durchschnittslineargeschwin digkeit des Fluidflusses gemäß dem gewünschten Betriebs zustandsparameter;
Erzeugen eines Fluidflusses in der Trennsäule (18);
Erfassen einer Mehrzahl von tatsächlichen Betriebszu standsparametern, denen der Fluidfluß unterworfen ist, wobei die Mehrzahl der tatsächlichen Betriebszustands parameter den barometrischen Umgebungsdruck (patm) ein schließt;
Bestimmen der tatsächlichen Durchschnittslineargeschwin digkeit des Fluidflusses gemäß der erfaßten Mehrzahl von tatsächlichen Betriebszustandsparametern; und
Steuern des Fluidflusses als eine Funktion einer vorbe stimmten Beziehung der gewünschten Durchschnittslinear geschwindigkeit zu der tatsächlichen Durchschnittsline argeschwindigkeit, um zu bewirken, daß die tatsächliche Durchschnittslineargeschwindigkeit im wesentlichen gleich der gewünschten Durchschnittslineargeschwindig keit ist.
Bereitstellen von Daten, die einen gewünschten Betriebs zustandsparameter der Trennsäule (18) darstellen;
Bestimmen einer gewünschten Durchschnittslineargeschwin digkeit des Fluidflusses gemäß dem gewünschten Betriebs zustandsparameter;
Erzeugen eines Fluidflusses in der Trennsäule (18);
Erfassen einer Mehrzahl von tatsächlichen Betriebszu standsparametern, denen der Fluidfluß unterworfen ist, wobei die Mehrzahl der tatsächlichen Betriebszustands parameter den barometrischen Umgebungsdruck (patm) ein schließt;
Bestimmen der tatsächlichen Durchschnittslineargeschwin digkeit des Fluidflusses gemäß der erfaßten Mehrzahl von tatsächlichen Betriebszustandsparametern; und
Steuern des Fluidflusses als eine Funktion einer vorbe stimmten Beziehung der gewünschten Durchschnittslinear geschwindigkeit zu der tatsächlichen Durchschnittsline argeschwindigkeit, um zu bewirken, daß die tatsächliche Durchschnittslineargeschwindigkeit im wesentlichen gleich der gewünschten Durchschnittslineargeschwindig keit ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die Daten, die einen
gewünschten Betriebszustandsparameter darstellen, einen
gewünschten Einlaßdruck (pi) darstellen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Daten,
die einen gewünschten Betriebszustandsparameter darstel
len, eine Fluidflußrate darstellen.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die
Daten, die einen gewünschten Betriebszustandsparameter
darstellen, eine gewünschte Durchschnittslineargeschwin
digkeit (µo) des Fluids am Säulenauslaß darstellen.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die
Fluidflußsteuerung durch ein Signal-gesteuertes Einlaß
druckventil (14; 34) geliefert wird und der Schritt des
Steuerns des Fluidflusses ferner das Berechnen eines
eingestellten Einlaßdruckes einschließt, der die tat
sächliche Durchschnittslineargeschwindigkeit auf die
gewünschte Durchschnittslineargeschwindigkeit einstellt,
und ferner den Schritt des Zuführens eines Steuersig
nals, das den eingestellten Einlaßdruck darstellt, zu
dem Einlaßdruckventil (14; 34) einschließt.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die
Fluidflußsteuerung durch eine Signal-gesteuerte volu
metrische Flußsteuerung (14; 34) geliefert wird und der
Schritt des Steuerns des Fluidflusses ferner das Berech
nen einer eingestellten volumetrischen Flußrate ein
schließt, die die tatsächliche Durchschnittslinearge
schwindigkeit auf die gewünschte Durchschnittslinearge
schwindigkeit einstellt, und ferner den Schritt des Zu
führens eines Steuersignals, das die eingestellte volu
metrische Flußrate darstellt, zu der Flußsteuerung (14;
34).
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der
Schritt des Bestimmens der tatsächlichen Durchschnitts
lineargeschwindigkeit gemäß einem tatsächlichen Betriebszustandsparameter,
der aus der folgenden Gruppe
ausgewählt ist, durchgeführt:
Tc = Säulentemperatur (absolute Temperatur),
Ts = Standardumgebungstemperatur (absolute Temperatur),
Ps = Standardumgebungsdruck (bezogen auf 1 atm = 760 torr),
d = Säulendurchmesser,
L = Säulenlänge,
pi = Einlaßdruck,
po = Auslaßdruck,
µo = Lineargeschwindigkeit des Fluids am Säulenauslaß,
µ = Durchschnittslineargeschwindigkeit des Fluids,
Fco = volumetrischer Säulenfluß
n = Fluidviskosität.
Tc = Säulentemperatur (absolute Temperatur),
Ts = Standardumgebungstemperatur (absolute Temperatur),
Ps = Standardumgebungsdruck (bezogen auf 1 atm = 760 torr),
d = Säulendurchmesser,
L = Säulenlänge,
pi = Einlaßdruck,
po = Auslaßdruck,
µo = Lineargeschwindigkeit des Fluids am Säulenauslaß,
µ = Durchschnittslineargeschwindigkeit des Fluids,
Fco = volumetrischer Säulenfluß
n = Fluidviskosität.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die
Beziehung gemäß folgender Gleichung geliefert wird:
µref ∼ µtatsächlich (8)
wobei µref die gewünschte Durchschnittslineargeschwin digkeit und µtatsächlich die tatsächliche Durchschnitts lineargeschwindigkeit jeweils des Fluidflusses ist.
µref ∼ µtatsächlich (8)
wobei µref die gewünschte Durchschnittslineargeschwin digkeit und µtatsächlich die tatsächliche Durchschnitts lineargeschwindigkeit jeweils des Fluidflusses ist.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das
Fluid ein Trägergas ist.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, bei dem der Schritt des Er
fassens einer Mehrzahl von Betriebszustandsparametern
das Empfangen eines ersten Erfassungssignals, das den
Trennsäulen-Einlaßdruck pi darstellt, und eines zweiten
Erfassungssignals, das den Trennsäulen-Auslaßdruck po
darstellt, einschließt.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem der Schritt des
Erfassens einer Mehrzahl von Betriebszustandsparametern
das Beziehen des ersten Erfassungssignals auf das zweite
Erfassungssignal einschließt.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem
die Beziehung gemäß folgender Gleichung geliefert wird:
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, das ferner
folgende Schritte aufweist:
Liefern des Fluidflusses von dem Trennsäulenauslaß zu einem Detektor (30); und
Kombinieren eines Hilfsgases mit dem Fluidfluß zu dem Detektor (30), wobei der Schritt des Erfassens einer Mehrzahl von Betriebszustandsparametern das Empfangen eines dritten Erfassungssignals, das einen Detektor hilfsgasdruck darstellt, einschließt.
Liefern des Fluidflusses von dem Trennsäulenauslaß zu einem Detektor (30); und
Kombinieren eines Hilfsgases mit dem Fluidfluß zu dem Detektor (30), wobei der Schritt des Erfassens einer Mehrzahl von Betriebszustandsparametern das Empfangen eines dritten Erfassungssignals, das einen Detektor hilfsgasdruck darstellt, einschließt.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem
eine Probe (11) durch eine Einspritzöffnung (12) in das
Fluid eingespritzt wird und bei dem der Fluß des Träger
gases strömungsmäßig vor der Einspritzöffnung (12) ge
steuert wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem
die Probe (11) durch eine Einspritzöffnung (12) in das
Fluid eingespritzt wird und bei dem der Fluß des Fluids
strömungsmäßig nach der Einspritzöffnung (12) gesteuert
wird.
16. Vorrichtung (10A; 10B) zur chromatographischen Analyse,
bei der ein Fluid durch eine Trennsäule (18) geleitet
wird, deren Auslaß einem Schwankungen unterworfenen ba
rometrischen Umgebungsdruck (patm) ausgesetzt ist, die
folgende Merkmale aufweist:
eine Einrichtung zum Bereitstellen von Daten, die einen gewünschten Betriebszustandsparameter der Trennsäule (18) darstellen;
eine Fluidflußsteuerung (14; 34) zum Erzeugen eines wählbaren Fluidflusses in der Trennsäule (18);
eine Mehrzahl von Wandlern (16, 29; 32) zum Erfassen ei ner entsprechenden Mehrzahl von tatsächlichen Betriebs zustandsparametern, denen der Fluidfluß unterworfen ist, wobei die Mehrzahl von Wandlern einen Wandler (29) ein schließt, um den barometrischen Umgebungsdruck (patm) zu erfassen;
einen Prozessor (40) zum:
eine Einrichtung zum Bereitstellen von Daten, die einen gewünschten Betriebszustandsparameter der Trennsäule (18) darstellen;
eine Fluidflußsteuerung (14; 34) zum Erzeugen eines wählbaren Fluidflusses in der Trennsäule (18);
eine Mehrzahl von Wandlern (16, 29; 32) zum Erfassen ei ner entsprechenden Mehrzahl von tatsächlichen Betriebs zustandsparametern, denen der Fluidfluß unterworfen ist, wobei die Mehrzahl von Wandlern einen Wandler (29) ein schließt, um den barometrischen Umgebungsdruck (patm) zu erfassen;
einen Prozessor (40) zum:
- a) Bestimmen einer gewünschten Durchschnittslinearge schwindigkeit des Fluidflusses gemäß dem gewünschten Betriebszustandsparameter,
- b) Bestimmen der tatsächlichen Durchschnittslinearge schwindigkeit des Fluidflusses gemäß der erfaßten Mehrzahl von tatsächlichen Betriebszustandsparame tern; und
- c) Steuern des Fluidflusses als eine Funktion einer vor bestimmten Beziehung der gewünschten Durchschnitts lineargeschwindigkeit zu der tatsächlichen Durch schnittslineargeschwindigkeit, um zu bewirken, daß die tatsächliche Durchschnittslineargeschwindigkeit im wesentlichen gleich der gewünschten Durchschnitts lineargeschwindigkeit ist; und
17. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß Anspruch 16, bei der die
Einrichtung zum Bereitstellen von Daten ferner eine Da
teneingabevorrichtung (38A) umfaßt.
18. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß Anspruch 16 oder 17, die
ferner eine Datenausgabevorrichtung (38B) einschließt.
19. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß einem der Ansprüche 16 bis
18, die ferner eine Speichervorrichtung (41) zum Liefern
eines Programms einschließt, das die vorbestimmte Bezie
hung der gewünschten Durchschnittslineargeschwindigkeit
zu der tatsächlichen Durchschnittslineargeschwindigkeit
darstellt.
20. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß einem der Ansprüche 16 bis
19, bei der die Fluidflußsteuerung ferner ein Einlaß
druckventil (14; 34) aufweist und die bestimmte Fluid
flußmenge ferner einen eingestellten Einlaßdruck auf
weist.
21. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß einem der Ansprüche 16 bis
19, bei der die Fluidflußsteuerung ferner eine volu
metrische Flußsteuerung aufweist und die bestimmte
Fluidflußmenge ferner eine eingestellte volumetrische
Flußrate aufweist.
22. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß einem der Ansprüche 16 bis
21, bei der das Fluid ein Trägergas ist.
23. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß Anspruch 22, bei der die
Mehrzahl von Wandlern (16, 29; 32) einen Drucksensor
(16; 32) zum Liefern eines ersten Erfassungssignals, das
den Trennsäuleneinlaßdruck pi darstellt, einschließt.
24. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß Anspruch 22, bei der die
Mehrzahl von Wandlern (16, 29; 32) einen Drucksensor zum
Liefern eines zweiten Erfassungssignals, das den Trenn
säulen-Auslaßdruck po darstellt, einschließt.
25. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß einem der Ansprüche 22 bis
24, bei der die vorbestimmte Beziehung gemäß folgender
Gleichung geliefert wird:
µref = µtatsächlich (8)
wobei µref die gewünschte Durchschnittslineargeschwin digkeit und µtatsächlich die tatsächliche Durchschnitts lineargeschwindigkeit jeweils des Fluidflusses ist.
µref = µtatsächlich (8)
wobei µref die gewünschte Durchschnittslineargeschwin digkeit und µtatsächlich die tatsächliche Durchschnitts lineargeschwindigkeit jeweils des Fluidflusses ist.
26. Vorrichtung (10A; 10B) gemäß einem der Ansprüche 22 bis
25, bei der die vorbestimmte Beziehung ferner gemäß fol
gender Gleichung geliefert wird:
wobei gilt: pi = pg + por
wobei gilt: pi = pg + por
27. Vorrichtung (10A) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26,
die ferner eine Einspritzöffnung (12) aufweist, in der
eine Probe (11) in das Fluid eingespritzt werden kann
und bei der die Fluidflußsteuerung (14) angeordnet ist,
um den Fluidfluß strömungsmäßig vor der Einspritzöffnung
zu steuern.
28. Vorrichtung (10B) gemäß einem der Ansprüche 22 bis 26,
die ferner eine Einspritzöffnung (12) einschließt, in
der eine Probe (11) in das Fluid eingespritzt werden
kann, und bei der die Fluidflußsteuerung (34) angeordnet
ist, um den Fluidfluß strömungsmäßig nach der Einspritz
öffnung zu steuern.
29. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 22 bis 28, die
ferner folgende Merkmale aufweist:
einen Detektor (30) zum Empfangen des Fluidflusses vom Trennsäulenauslaß;
eine Einrichtung zum Kombinieren eines Hilfsgases mit dem Fluidfluß zu dem Detektor (30); und
einen Drucksensor (38) zum Liefern eines dritten Erfas sungssignals, das einen tatsächlichen Betriebsparameter in der Form des Detektorhilfsgasflusses darstellt.
einen Detektor (30) zum Empfangen des Fluidflusses vom Trennsäulenauslaß;
eine Einrichtung zum Kombinieren eines Hilfsgases mit dem Fluidfluß zu dem Detektor (30); und
einen Drucksensor (38) zum Liefern eines dritten Erfas sungssignals, das einen tatsächlichen Betriebsparameter in der Form des Detektorhilfsgasflusses darstellt.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/220,432 US5476000A (en) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | Retention time stability in a gas chromatographic apparatus |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4442637A1 DE4442637A1 (de) | 1995-10-05 |
DE4442637C2 true DE4442637C2 (de) | 2002-06-27 |
Family
ID=22823525
Family Applications (1)
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