DE69621828T2

DE69621828T2 - HOCHDRUCKSPRITZENPUMPE für Mikro-Volumina

Info

Publication number: DE69621828T2
Application number: DE69621828T
Authority: DE
Inventors: L. Kochersperger; B. Kowallis; A. Pham
Original assignee: PE Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1995-03-31
Filing date: 1996-03-07
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2016-03-08
Also published as: DE69621828D1; ATE219246T1; AU700597B2; EP0871875B1; US5656034A; JP2004251914A; JP3763132B2; CA2216861A1; JP2005121624A; JP3569287B2; WO1996030757A2; CA2216861C; EP0871875A2; JPH11502931A; WO1996030757A3; JP3763133B2; AU5365896A

Description

HINTERGRUND

Die Erfindung betrifft Spritzenpumpen. Insbesondere beschreibt diese Erfindung eine Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina, die für analytische Trennungen besonders geeignet ist.
Eine wichtige Entwicklung in der modernen analytischen Chemie bestand in dem Schritt hin zu Trenntechniken, die in der Lage sind, kleine Probenvolumina, d. h. Probenvolumina im Bereich von 1 bis 10 ul zu fassen. Diese Entwicklung ist insbesondere im Bereich der analytischen Biotechnologie von Bedeutung, wo Proben häufig von seltenen natürlichen Isolaten oder aus wertvollen rekombinanten Produkten abgeleitet werden. Typische Anwendungen der analytischen Biotechnologie schließen chromatographische Trennungen, die als Teil von Proteinsequenzierungsvorgängen verwendet werden, Aminosäureanalysen, Protein-/Peptid-Mapping, Qualitätsüberwachung von pharmazeutischen Produkten und dergleichen ein.
Um eine Verdünnung der Probe zu vermeiden und die Erfassbarkeit der getrennten Komponenten dadurch beizubehalten, ist der Maßstab der Trennsäulen, z. B. chromatographischer Trennsäulen, zur Anpassung an den Maßstab der Proben reduziert worden, wobei solche Mikromaßstabssäulen Innendurchmesser aufweisen, die so gering wie 50 um sind. Ein zusätzlicher Vorteil des Verkleinerns der Trenneinrichtung liegt in dem reduzierten Volumen des benötigten Arbeitsfluids, z. B. chromatographischer Lösungsmittel und/oder Elutionsmittel, was zu reduzierten Kosten für den Erwerb und die Entsorgung solcher Materialien, insbesondere im Fall von exotischen und/oder hochgiftigen Materialien, führt.
Trennungen im Mikromaßstab führen zu einer besonderen Belastung für die Pumpen, die verwendet werden, um das Arbeitsfluid an die Trennsäule zu liefern. Die Leistungskennwerte typischer HPLC-Pumpen reichen nicht aus, um den strengen Anforderungen an solche Mikrosäulen-Trennungen zu genügen, bei welchen ein Fehler von ± 1 ul bei einer HPLC-Anwendung, die bei einer Flussrate von 2 ml/min läuft, möglicherweise nicht erfassbar wäre, wobei der gleiche Fehler zu unannehmbar großen Fehlern bei einer Mikrosäulen-Anwendung führen könnte, die bei einer Flussrate von weniger als 10 ul/min läuft.
Spritzenpumpen sind für die Anforderungen chromatographischer Trennungen mit Mikrosäulen gut geeignet. Spritzenpumpen weisen gegenüber Verdrängerpumpen mehrere Vorteile auf, wenn sie für analytische Trennungen im Mikromaßstab verwendet werden, z. B. Flüssigchromatographie, Chromatographie mit überkritischem Fluid und dergleichen, einschließlich (i) im Wesentlichen pulsfreien Fluidfluss und (ii) hochreproduzierbarer und genauer volumetrischer Fluidzuführung.
Beispielsweise beschreiben Spence et al., US-PS 5,219,099, eine Spritzenpumpe, die ausgelegt ist, um praktisch alle Kräfte, die nicht koaxial mit der Achse eines Plungerkolbens ausgerichtet sind, durch Verwendung einer kinematisch auf einem Bezugselement gehaltenen Antriebswelle zu eliminieren. Die Trommel der Spritze ist auf dem Bezugselement kinematisch gehalten, wobei deren Achse mit der Achse der Antriebswelle ausgerichtet ist. Die Antriebswelle wird durch einen Kugelmutter- und Antriebswellenaufbau vorwärts bewegt, um den Kolben anzutreiben, der an einem Ende durch das Ende der Antriebswelle und an dem anderen Ende durch die Innenwand der Trommel kinematisch gehalten wird.
Derzeit erhältliche Spritzenpumpen weisen jedoch eine Zahl gravierender Mängel auf. Insbesondere sind vorhandene Spritzenpumpen nicht in der Lage, kleine Lösungsmittelflussraten bei einem hohen Druck mit der erforderlichen Genauigkeit und Präzision zu liefern, die für analytische Trennungen wünschenswert sind. Überdies übertragen vorhandene Spritzenpumpen einen hohen Grad an mechanischen Vibrationen an das Arbeitsfluid, wodurch die Erfassung der getrennten Probenbestandteile gestört wird. Ein weiterer Nachteil vorhandener Spritzenpumpen liegt darin, dass der Verschleiß an sich bewegenden Dichtungsflächen derart ist, dass Teile einschließlich der Dichtungsflächen häufig verschleißen und dabei zu schlechter Lauf-zu-Lauf-Reproduzierbarkeit führen und häufige Pumpendemontage und Austausch der verschlissenen Teile notwendig machen.
Vorhandene Spritzenpumpen sind, wenn diese in einem Mehrpumpen-Gradientenmodus verwendet werden, aufgrund der vorstehend beschriebenen Mängel nicht in der Lage, reproduzierbare Gradienten zu erzeugen, insbesondere bei sehr niedrigen Lösungsmittelflussraten und bei hohem Druck. Um niedrige Flussraten in einem Mehrpumpen- Gradientenmodus zu erreichen, erfordern vorhandene Spritzenpumpen die Verwendung eines Lösungsmittelverteilers, der dazu dient, einen Anteil des Ausflusses aus der Pumpe eher zu einem Abfallstrom als zu der Trennsäule zu leiten, z. B. Moritz et al., Journal of Chromatography 599: 119-130 (1992). Solche Teilungstechniken führen aufgrund von Änderungen in der Lösungsmitteldichte und -viskosität bei dem Lösungsmittelzufuhrprofil große Fehler ein, wenn die Zusammensetzung des Lösungsmittels über den Gradienten verändert wird. Überdies erfordern vorhandene Systeme Mischeinrichtungen, die relativ große Innenvolumina aufweisen, signifikantes Rauschen in den Durchflussstrom einführen und Partikel in den Durchflussstrom abgeben als eine Folge des Verschleißes der sich bewegenden Teile.

ZUSAMMENFASSUNG

Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Spritzenpumpe bereitzustellen, die dazu geeignet ist, sehr niedrige Flussraten, d. h. weniger als 10 ul/min. bei hohen Drücken, d. h. mehr als 4,83 · 10&sup6; N/m² (700 psi), auf eine hochpräzise und genaue Art und Weise zu liefern.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Spritzenpumpe bereitzustellen, die einen Mechanismus aufweist, der mechanische Schwingungen minimiert, wodurch das mechanische Rauschen, das einen beliebigen angehängten Detektor erreicht, minimiert wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Spritzenpumpe bereitzustellen, die eine Konstruktion aufweist, die den Verschleiß an jedweden sich bewegenden Dichtungsflächen minimiert, wodurch die Lebensdauer der Komponenten einschließlich der sich bewegenden Dichtungsflächen verlängert wird.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Mehrspritzen-Gradientenspritzenpumpe bereitzustellen, die geeignet ist, einen Lösungsmittelzusammensetzungsgradienten bereitzustellen, der hochgradig reproduzierbar ist, d. h. der eine relative Standardabweichung von weniger als 0,25% aufweist, wenn bei niedrigen Flussraten, d. h. weniger als 10 ul/min. und bei hohen Drücken, d. h. mehr als 4,83 · 10&sup6; N/m² (700 psi), gearbeitet wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Mehrspritzen-Gradientenspritzenpumpe bereitzustellen, die geeignet ist, bei sehr niedrigen Flussraten, z. B. weniger als 10 ul/min. ohne Teilung des Lösungsmittelstromes zu arbeiten.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch eine Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina erreicht, die in einem Aspekt einen Rahmen zum Befestigen der Komponenten der Pumpe umfasst sowie einen Motor, der an dem Rahmen befestigt ist. Die Pumpe schließt ferner eine Leitspindel ein, die mit dem Motor antreibbar verbunden ist, sowie eine Abschlussdichtung, die an der Leitspindel montiert ist, wobei die Abschlussdichtung darin ausgebildete Schlitze aufweist, um das Montieren und Demontieren der Abschlussdichtung zu erleichtern. Die Abschlussdichtung erfährt eine Hin- und Herbewegung im Inneren einer zylindrischen Trommel, wobei die Trommelachse mit der Leitspindelachse koaxial ausgerichtet ist. Die Trommel ist aus einem keramischen Werkstoff hergestellt und ist an dem Rahmen an einem Ende fest befestigt und an dem Rahmen an dem anderen Ende mit Seitenspiel montiert. Schließlich ist ein Trommelkopf an einem Ende der Trommel montiert, um dieses Ende abzuschließen, wobei der Trommelkopf einen Einlass-/Auslasskanal einschließt, um dem Arbeitsfluid zu erlauben, in die Trommel einzutreten und aus dieser auszutreten.
In einem anderen Aspekt schließt die Erfindung eine Mehrspritzen-Gradientenspritzenpumpe ein, die eine Vielzahl von vorstehend beschriebenen Hochdruckspritzenpumpen für Mikrovolumina und eine Mischeinrichtung zum Mischen der Arbeitsfluide, die aus jeder Pumpe austreten, einschließt.
In noch einem weiteren Aspekt schließt die Erfindung ein Flüssigchromatographiesystem ein, das eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Hochdruckspritzenpumpen einschließt, eine chromatographische Säule, die mit dem Auslass/Einlass der Spritzenpumpen verbunden ist, eine Einspritzeinrichtung, die zwischen der Spritzenpumpe und der chromatographischen Säule angeordnet ist und mit diesen in Fluidkommunikation steht, sowie einen Detektor in Verbindung mit dem Auslass/Einlass der chromatographischen Säule, so dass Material, das die chromatographische Säule verlässt, durch den Detektor erfasst werden kann.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlicher bei Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung, die Zeichnungen und die angehängten Ansprüche.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina.
Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Antriebsaggregat der erfindungsgemäßen Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina.
Fig. 3A zeigt einen bevorzugten linearen Antrieb (drive train) der erfindungsgemäßen Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina.
Fig. 3B zeigt eine isometrische Ansicht des hinteren Abschnitts eines bevorzugten linearen Antriebs der erfindungsgemäßen Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina.
Fig. 4A zeigt eine bevorzugte Abschlussdichtung der erfindungsgemäßen Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina.
Fig. 4B zeigt die bevorzugte Abschlussdichtung von Fig. 4A, die auf einem Abschlussdichtungsmontageelement montiert ist.
Fig. 5A zeigt einen bevorzugten Trommelaufbau der erfindungsgemäßen Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina.
Fig. 5B zeigt eine expandierte Ansicht des schwimmenden Endes eines bevorzugten erfindungsgemäßen Trommelaufbaus.
Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm eines bevorzugten Ventilaufbaus der erfindungsgemäßen Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina.
Fig. 7 zeigt ein bevorzugtes Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Mehrspritzen- Gradientenspritzenpumpensystems.
Fig. 9 zeigt ein schematisches Diagramm eines bevorzugten erfindungsgemäßen Chromatographiesystems.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im Folgenden wird nun detailliert auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von welchen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Wenn auch die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben ist, liegt es auf der Hand, dass diese nicht dazu dienen sollen, die Erfindung auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr soll die Erfindung Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die in der Erfindung eingeschlossen sein können, wie diese durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
Bezugnehmend auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Ziffern gleiche Elemente bezeichnen, zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der Spritzenpumpe der vorliegenden Erfindung (100), die ein Antriebsaggregat (200) zum Bereitstellen mechanischer Rotationsleistung an die Pumpe umfasst, einen linearen Antrieb (300) zum Umwandeln der mechanischen Rotationsleistung in eine lineare Bewegung, einen Trommelaufbau (500) zum Definieren eines Hochdruckeinschließungsvolumens und eine Abschlussdichtung (400) zum Bereitstellen einer beweglichen Dichtungsfläche, um das Innenvolumen des Trommelaufbaus zu verändern. Die Spritzenpumpe schließt ferner einen Ventilaufbau (600) zum Steuern des Materialflusses ein, der die Pumpe während des Pumpens verlässt und/oder in die Pumpe während des Füllens eintritt, sowie eine Steuereinrichtung (701) zum Überwachen und Steuern verschiedener Aspekte der Pumpe.

1. Antriebsaggregat

Fig. 2 zeigt eine detaillierte Zeichnung eines bevorzugten Antriebsaggregats der Spritzenpumpe der vorliegenden Erfindung. Im Allgemeinen schließt das bevorzugte Antriebsaggregat (200) eine Einrichtung ein, um eine Leitspindel zu bewegen, vorzugsweise einen Motor (205), der mit einer Schraubenmutter (245) über eine Leistungsübertragung (211) antreibbar verbunden ist, wobei die Drehung der Schraubenmutter an den linearen Antrieb Energie überträgt.
Der Motor sollte dazu geeignet sein, durch eine elektronische Steuereinrichtung gesteuert zu werden, und eine Ausgangsleistung bereitstellen, die in kleinen Drehinkrementen, z. B. Inkrementen in der Größenordnung von 0,03º/Schritt abgegeben werden kann. Die kleinen Drehinkremente, die mit dem kleinen Innendurchmesser des Trommelaufbaus gekoppelt sind, erlauben eine sehr genaue Flüssigkeitslieferung bei niedrigen Flussraten.
Vorzugsweise ist der Motor ein Schrittmotor, d. h. ein Motor, bei dem der Bereich der Drehung in diskreten Schritten steuerbar ist. Noch bevorzugter ist der Motor ein Schrittmotor, der für einen Mikroschrittbetrieb geeignet ist, d. h. zu schrittweisen Bewegungen in Inkrementen von 10000 Schritten oder mehr pro Umdrehung. Überdies sollte der bevorzugte Motor in der Lage sein, ein statisches Drehmoment von wenigstens 0,424 Nm (60 oz-in) zu erzeugen. Ein beispielhafter Motor ist der Schrittmotor Modell 23H-530A, der von American Precision Industries, Inc., Rapidsyn Division, Oceanside, CA bezogen werden kann.
Vorzugsweise sollte die Leistungsübertragung (211), die den Motor (205) und die Schraubenmutter (245) antreibbar verbindet, (i) die effektive Schrittgröße der Ausgangsdrehung des Motors herabsetzen, wobei die "effektive Schrittgröße", wie sie hier verwendet wird, als das Verhältnis der Winkeldrehung der Schraubenmutter zu der Winkeldrehung des Motors definiert ist, (ii) das von dem Motor erzeugte und an die Schraubenmutter übertragene Drehmoment erhöhen, und (iii) mechanische Dämpfung bereitstellen, um den von dem Motor (205) an die Schraubenmutter (245) übertragenen Schwingungsbetrag zu reduzieren. Eine bevorzugte Leistungsübertragung schließt eine erste Synchronscheibe (215) ein, die an einer Motorantriebswelle (210) montiert ist, eine zweite Synchronscheibe (225), die an einer Zwischenwelle (230) montiert ist, sowie einen Synchronriemen (220), der die erste Synchronscheibe (215) und die zweite Synchronscheibe (225) antreibbar verbindet. Die Drehbewegung wird von der Zwischenwelle (230) auf ein Antriebsrad (240) über ein auf der Zwischenwelle (230) montiertes Antriebsritzel (235) übertragen. Das Antriebsrad (240) ist auf der Schraubenmutter (245) montiert, wodurch es seine Drehbewegung an die Schraubenmutter überträgt.
Der optimale Betrag an Untersetzung zwischen dem Motor (205) und der Schraubenmutter (245) basiert auf einem Kompromiss zwischen der Minimierung der effektiven Schrittgröße der Motorausgangsleistung und der Minimierung der Zeit, die benötigt wird, um die Pumpe zu füllen. Folglich wird dann, wenn der Betrag an Untersetzung angehoben wird, die effektive Schrittgröße des Motors herabgesetzt, die Zeit hingegen, die zum Nachfüllen der Pumpe benötigt wird, erhöht. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe beträgt eine bevorzugte Untersetzung 5 : 1, wobei eine solche Untersetzung erreicht wird, indem der Durchmesser des Antriebsrades fünfmal so groß wie der des Antriebsritzels gefertigt wird, die Durchmesser der ersten und der zweiten Synchronscheibe hingegen gleich groß gefertigt werden.
Die Drehbewegung des bevorzugten vorstehend beschriebenen Antriebsaggregates wird in eine lineare Bewegung einer Leitspindel (303, Fig. 3A) durch die Schraubenmutter (245) übertragen, wobei die Schraubenmutter eine Schraubenmutter-Rotationsachse (246) und die Leitspindel eine Leitspindel-Translationsachse (304) aufweist. Das auf der inneren Bohrungswandung ausgebildete Gewinde der Schraubenmutter nimmt die Leitspindel (303) derart antreibbar in Eingriff, dass die Drehung der Schraubenmutter (245) durch das Antriebsrad (240) der Leitspindel (303) eine lineare Translation entlang einer Leitspindelachse (304) erteilt. Vorzugsweise ist die Schraubenmutter (245) aus einem Werkstoff hergestellt, der sowohl (i) nachgiebig ist als auch (ii) einen niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist. Die Nachgiebigkeit des Werkstoffs dient dazu, das mechanische Rauschen in dem System zu dämpfen, während der niedrige Reibungskoeffizient erlaubt, dass die Schraubenmutter ohne Außenschmierung funktioniert. Durch Eliminierung der Außenschmierung kann die Pumpe leichter gewartet werden und, was noch wichtiger ist, werden die Möglichkeiten für die Verunreinigung des Arbeitsfluids in hohem Maße reduziert. Bevorzugte Werkstoffe zum Ausbilden der Schraubenmutter schließen ölgefüllte Bronze, Rulon®, Delrin® und dergleichen ein. Noch bevorzugter ist die Schraubenmutter aus Telflon®-gefülltem Delrin® hergestellt, z. B. Turcite-X®, z. B. Produkt-Merkblatt, Turcite Internally Lubricated Materials, W. S. Shamban & Co., Newbury Park, CA (1989), das hiermit unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Die Schraubenmutter ist auf einem vorderen Lager (250) und einem hinteren Lager (255) derart montiert, dass sich die Schraubenmutter frei drehen kann, jedoch daran gehindert ist, eine Translationsbewegung zu erfahren. Eine oder mehrere Speicherfedern (330) dienen dazu, die Schraubenmutter gegen das hintere Lager (255) zu drücken, wodurch die mechanischen Toleranzen des Systems aufgenommen werden. Außerdem dienen die Lager dazu, die Ausrichtung der Schraubenmutter in Bezug auf den Trommelaufbau (500) derart beizubehalten, dass die Leitspindel (303) in Bezug auf den Trommelaufbau (500) koaxial gehalten wird.

2. Linearer Antrieb

Fig. 3A und Fig. 3B zeigen eine detaillierte Ansicht eines bevorzugten linearen Antriebs der vorliegenden Erfindung, der die Leitspindel (303) einschließt, wobei die Leitspindel ein vorderes Ende (301) und ein hinteres Ende (302) aufweist, ein Montageelement für die Abschlussdichtung (305), eine Abschlussdichtung (400) sowie einen Leitspindel-Mitnehmer (320). Vorzugsweise ist die Gewindeform der Leitspindel derart gewählt, dass unnötige(r) Verschleiß und Beanspruchung der Schraubenmutter auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Noch bevorzugter ist das Leitspindelgewindeprofil ein Acmetrapezgewindeprofil, z. B. Machinery's Handbook, 24. Auflage, Seiten 1604-1607, Industrial Press, Inc., N. Y. (1992), das hiermit unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Sogar noch bevorzugter ist das Leitspindelgewindeprofil ein Acmetrapezgewindeprofil, das einen Hauptnenndurchmesser von 4,7625 mm (3/16 Inch) und eine Ganghöhe aufweist, die in 787 Windungen pro Meter (20 Windungen pro Inch) resultiert, und das aus Edelstahl hergestellt ist.
Vorzugsweise schließt das hintere Ende (302) der Leitspindel eine Sperreinrichtung ein, um die Drehung der Leitspindel zu verhindern, die Translation der Leitspindel hingegen zu erlauben. In der in Fig. 3A gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist das hintere Ende der Leitspindel an einem Mitnehmer (320) befestigt, der ein Paar von Führungsblöcken (326) aufweist, die daran befestigt sind. Der Mitnehmer (320) und die Führungsblöcke (326) sind in einer Mitnehmerführung (327) angeordnet, wobei die Mitnehmerführung einen rechtwinkligen inneren Querschnitt aufweist. In Betrieb, wenn die Rotationskraft an die Leitspindel (303) angelegt wird, nehmen die Führungsblöcke (326) die Mitnehmerführung (327) in Eingriff, wodurch die Drehung der Leitspindel verhindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Positionssensormarkierung (325) an dem Ende des Mitnehmers (320) angeordnet, an dem die Gegenmuttern (326) montiert sind. Die Positionssensormarkierung dient dazu, einem Leitspindelpositionssensor (331) anzuzeigen, wenn die Leitspindel (303) das Ende ihres vorgegebenen Wegbereichs erreicht hat. Der Positionssensor (331) kann ein optischer Sensor, ein elektrischer Sensor oder ein anderer gleichartiger Sensor sein, der geeignet ist, die Anwesenheit oder Abwesenheit der Leitspindel (303) an einer definierten Position anzuzeigen. Noch bevorzugter ist der Sensor ein optischer Sensor.
An dem vorderen Ende (301) der Leitspindel (303) ist ein Abschlussdichtungsmontageelement (305) montiert. Das Abschlussdichtungsmontageelement dient dazu, die Abschlussdichtung (400) an der Leitspindel (303) auf eine demontierbare Art und Weise zu montieren. Vorzugsweise schließt das Abschlussdichtungsmontageelement einen Rückhaltewiderhaken (306) und eine Führungsbuchse (307) ein. Der Rückhaltewiderhaken (306) dient dazu, die Abschlussdichtung (400) auf der Fassung auf eine entfernbare Art und Weise zu halten, während die Führungsbuchse (307) dazu dient, die radiale Querbelastung auf die Abschlussdichtung zu reduzieren und dazu beizutragen, die genaue Ausrichtung zwischen dem linearen Antrieb (300) und dem Trommelaufbau (500) beizubehalten. Die Führungsbuchse (307) ist in einer Montagerille (340) für die Führungsbuchse derart montiert, das die Führungsbuchse (307) mit der äußeren Oberfläche des Abschlussdichtungsmontageelements bündig ist. Vorzugsweise ist die Führungsbuchse (307) aus einem elastischen Polymer hergestellt, welches (i) verschleißbeständig ist, (ii) nicht die innere Oberfläche der Trommel verkratzen wird und (iii) chemisch inert ist hinsichtlich Lösungsmitteln, wie sie typischerweise bei der Chromatographie verwendet werden, z. B. Polyetheretherketon PEEK, z. B. Materialspezifikation für Compound 1043 von American Variseal, Broomfield, CO, die hiermit unter Bezugnahme eingeschlossen ist.

3. Abschlussdichtung

Die Fig. 4A und 4B zeigen eine expandierte Ansicht einer bevorzugten Abschlussdichtung (400) der vorliegenden Erfindung. Die bevorzugte Abschlussdichtung schließt einen Körper (405) mit einem darin ausgebildeten Hohlraum (415) ein, wobei der Hohlraum so bemessen ist, dass er über das Abschlussdichtungsmontageelement (305) passt. An der Stirnseite des Umfangs der Abschlussdichtung ist eine Vielzahl von Dichtungsrippen (430) vorgesehen, um eine bessere Dichtung zwischen dem Trommelaufbau (500) und der Abschlussdichtung bereitzustellen. In der Stirnseite der Abschlussdichtung ist eine Montagerille (440) ausgebildet, um Raum für einen Energieverstärker (energizer) (435) zu haben, um eine radial nach außen gerichtete Kraft zum Zwecke des Haltens einer Dichtung zwischen der Abschlussdichtung (400) und dem Trommelaufbau (500) bereitzustellen. Vorzugsweise ist der Energieverstärker ein O-Ring, der aus einem elastischen Polymer ausgebildet ist, eine Rundstreifen-Vorspannfeder, eine kreisförmige U/V- Vorspannfeder, eine Schraubenfeder oder eine andere gleichartige Einrichtung zum Bereitstellen einer Radialkraft. Vorzugsweise ist der Energieverstärker eine Schraubenfeder. Der Energieverstärker (435) dient dazu, die Dichtungsrippen (430) radial nach außen gerichtet zu zwingen, um eine positive Abdichtung zwischen den Dichtungsrippen und der Innenwand des Trommelaufbaus (500) bereitzustellen, wenn die Dichtung nicht unter Druck steht.
Die äußere Oberfläche (420) des Körpers (405) der Abschlussdichtung weist darin ausgebildete Rillen (425) auf, wobei die Rillen in einer axialen Richtung verlaufen. Die Rillen (425) dienen dazu, die Ausdehnung des Innendurchmessers des Hohlraums (415) zu erleichtern, wenn die Abschlussdichtung montiert oder von dem Abschlussdichtungsmontageelement (305) entfernt wird. Wenn die Abschlussdichtung jedoch im Inneren des Trommelaufbaus (500) angeordnet ist, wird die Abschlussdichtung fest auf dem Abschlussdichtungsmontageelement (305) gehalten, da die Wände des Trommelaufbaus die Ausdehnung des Hohlraumes verhindern. Diese bevorzugte Ausgestaltung erleichtert den manuellen Austausch verschlissener Abschlussdichtungen.
Vorzugsweise ist die Abschlussdichtung aus einem elastischen Werkstoff hergestellt, der dem Verschleiß durch Reibung standhält, der ein Minimum an Rutsch-Gleiten (stick-slip) aufweist, wenn er sich in Kontakt mit keramischen Oberflächen befindet, und der nicht kalt fließt. Bevorzugte Werkstoffe schließen Teflon, Kel-F®, Tefcel® und dergleichen ein. Noch bevorzugter ist die bevorzugte Abschlussdichtung aus ultrahochmolekularem Polyethylen hergestellt, z. B. Compound 1103, das von der American Veriseal Company, Broomfield, CO bezogen werden kann, wobei die Materialspezifikation für Compound 1103 hiermit unter Bezugnahme eingeschlossen ist.

4. Trommelaufbau

Ein bevorzugter Trommelaufbau (500) ist in den Fig. 5A und 5B gezeigt. Eine Trommel (510) ist in einem Trommelgehäuse (505) eingeschlossen, wobei ein Ende mit einem Zylinderkopf (525) abgedeckt ist und das andere Ende offen ist, um ein lineares Getriebe (300) aufzunehmen, wobei die Trommel ein schwimmendes Ende (511) und ein feststehendes Ende (512) aufweist. Ein Zylinderkopf (525) ist an einem Trommelgehäuse (505) montiert, wobei vorzugsweise eine Haltemutter (515) verwendet wird, die auf die Außenseite des Trommelgehäuses (505) geschraubt ist. Der Zylinderkopf (525) weist einen darin ausgebildeten Einlass-/Auslasskanal (530) auf, um die Fluidverbindung der Pumpe zu dazugehörigen Schlauchleitungen zu erleichtern. Vorzugsweise ist eine Hochdruckdichtung zwischen dem Zylinderkopf (525) und dem Trommelgehäuse (505) durch eine Kopfdichtung (520) ausgebildet.
In einem wesentlichen Merkmal des Trommelaufbaus (500) "schwimmt" ein Ende der Trommel, nämlich das schwimmende Ende (511), wohingegen das gegenüberliegende Ende (512) schwenkbar an dem Rahmen montiert ist. Indem dem schwimmenden Ende erlaubt wird, zu schwimmen bzw. Seitenspiel zu haben, kann sich die Trommel (510) anpassen, um jedwede Ungleichförmigkeit in der Drehung der Leitspindel (303), der Schraubenmutter (245) oder des vorderen Lagers (250) auszugleichen. Idealerweise sind die Rotationsachse (246) der Schraubenmutter und die Translationsachse (304) der Leitspindel (304) koaxial. Aufgrund von Fehlern in der Fertigung der Schraubenmutter (245) und der Leitspindel (303) sind diese Achsen jedoch nicht vollkommen koaxial. Die Drehung der Schraubenmutter (245) kann daher eine seitliche Belastung auf die Leitspindel (303) bewirken, welche wiederum eine seitliche Belastung auf die Abschlussdichtung (400) bewirken kann. Diese seitliche Belastung auf die Abschlussdichtung kann zu übermäßigem Verschleiß der Abschlussdichtung (400) und/oder Leckage des Fluids über die Abschlussdichtung in den Mechanismus der Pumpe führen, was zu Korrosion der Pumpe und verringerter Genauigkeit der Pumpe führt.
Fig. 5B zeigt das schwimmende Ende der Trommel (511) und wie es mit Seitenspiel an dem Trommelgehäuse (505) montiert ist. Indem ein angemessenes Spiel (513) zwischen der Trommel (510) und dem Trommelgehäuse (505) zugelassen wird, führen die von der Schraubenmutter an die Leitspindel (303) übertragenen seitlichen Belastungen eher zu einer Radialbewegung der Trommel in Bezug auf das Trommelgehäuse als zu einer erhöhten seitlichen Belastung auf die Abschlussdichtung (400).
Ein weiteres wesentliches Merkmal des bevorzugten Trommelaufbaus (500) liegt darin, dass die Trommel (510) aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist, wobei sich der Ausdruck "keramisch", wie er hier verwendet wird, auf Werkstoffe bezieht, die Zusammensetzungen metallischer und nicht metallischer Elemente sind, z. B. Al&sub2;O&sub3;, Cu-Zn, Cu- Sn, Al-Cu, Al-Mg, Fe-O und dergleichen, z. B. Van Vlack, Elements of Materials Science and Engineering, vierte Auflage, Kapitel 9 (Addision-Wesley, Menlo Park, 1980), wobei diese Referenz hiermit unter Bezugnahme eingeschlossen ist. Keramische Werkstoffe sind bevorzugt aufgrund von (i) deren glatter Oberfläche, die den Verschleiß an der Abschlussdichtung reduziert und die Abdichtung zwischen der Abschlussdichtung und der Trommel verbessert, (ii) deren extremer chemischer Beständigkeit und (iii) deren Kratzbeständigkeit. Vorzugsweise ist der keramische Werkstoff 99,8% Al&sub2;O&sub3;. Noch bevorzugter werden die in der vorliegenden Erfindung verwendeten keramischen Werkstoffe durch ein Verfahren hergestellt, welches keine flussverstärkenden Agenzien verwendet, um die Verarbeitung zu erleichtern, z. B. elastomere Additive oder Emulgatoren. Indem solche Additive nicht verwendet werden, weist das resultierende keramische Produkt eine kleinere Körnung auf, was zu einem Werkstoff führt, der härter und glatter ist. Noch bevorzugter sind die in der vorliegenden Erfindung verwendeten keramischen Werkstoffe durch ein isostatisches Pressverfahren ausgebildet, z. B. Richerson, Modern Ceramic Engineering, Seiten 438-489, Marcel Dekker, N. Y. (1992), wobei diese Referenz hiermit unter Bezugnahme eingeschlossen ist.
Vorzugsweise sind der Innendurchmesser der Trommel (510) und alle dazugehörigen Elemente des Trommelaufbaus und der lineare Antrieb gewählt, um Mikrovolumen- Pumpanwendungen Rechnung zu tragen. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser der Trommel kleiner als 6,35 mm (0,25 Inch). Indem eine Trommel mit geringem Durchmesser zur Verfügung steht, führen beliebige Fehler in der linearen Translation des linearen Antriebs (300) zu lediglich kleinen Fehlern in dem Volumen des gepumpten Fluids.

5. Einzelpumpen-Ventilaufbau

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spritzenpumpe schließt die Spritzenpumpe einen Ventilaufbau (600) ein, um den Fluss in die oder aus der Spritzenpumpe zu leiten. Ein detailliertes Flussdiagramm des bevorzugten Ventilaufbaus ist in Fig. 6 gezeigt, wobei der Ventilaufbau geeignet ist, Fluss aus der Spritzenpumpe zum Abfall oder zu einer Anwendung zu leiten, z. B. einer Flüssigchromatographiesäule, einer Säule für Chromatographie mit überkritischem Fluid oder dergleichen, oder Fluss aus einem Lösungsmittelreservoir in die Spritzenpumpe zum Füllen der Pumpe zu leiten.
Der in Fig. 6 gezeigte bevorzugte Ventilaufbau schließt ein erstes (610) und ein zweites (630) 3-Wege-Ventil ein, einen Druckwandler (605), einen Durchflussverteiler (650) sowie eine Steuereinrichtung (701). Vorzugsweise schließt das 3-Wege-Ventil (610) einen gemeinsamen Port bzw. Anschluss (615), einen ersten auswählbaren Port (620) und einen zweiten auswählbaren Port (625) ein, wobei der gemeinsame Port (615) alternativ mit dem ersten auswählbaren Port (620) oder dem zweiten auswählbaren Port (625) verbunden ist. In der in Fig. 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der gemeinsame Port (615) mit dem Auslass der Pumpe verbunden, der erste auswählbare Port (620) ist mit dem zweiten Ventil (630) verbunden und der zweite auswählbare Port (625) ist mit dem Verteiler (650) verbunden. Ein beispielsweise bevorzugtes Ventil ist das Rheodyne Modell 7030S Ventil (Rheodyne, Inc., Cotati, CA).
Gleichermaßen schließt das zweite 3-Wege-Ventil (630) einen gemeinsamen Port (635), einen ersten auswählbaren Port (640) und einen zweiten auswählbaren Port (645) ein, wobei der gemeinsame Port (635) alternativ mit dem ersten auswählbaren Port (640) oder dem zweiten auswählbaren Port (645) verbunden ist. In der in Fig. 6 gezeigten bevorzugten Ausführungsform ist der gemeinsame Port (635) mit dem ersten auswählbaren Port des ersten Ventils (620) verbunden, der erste auswählbare Port (640) ist mit der Anwendung verbunden und der zweite auswählbare Port (645) ist mit dem Verteiler (650) verbunden.
Vorzugsweise ist wenigstens einer der Ventilports mit dem Durchflussverteiler (650) verbunden, der eine Abfallposition (655) und eine Lösungsmittelposition (660) aufweist.
Ein Druckwandler (605) ist in dem bevorzugten Ventilaufbau (600) eingeschlossen, um auf einen Überdruck- und/oder Unterdruckzustand in dem Durchflussweg warnend hinzuweisen, der durch Verstopfung und/oder Ventilversagen verursacht worden ist.
In einer noch bevorzugteren Ausführungsform wird die Steuereinrichtung (701) verwendet, um Ein- und Ausgänge zum Überwachen und Leiten des Betriebs der Pumpe und dazugehöriger Systeme zu steuern. Typische Eingänge schließen Eingänge von (i) einer Benutzerschnittstelle, (ii) dem Druckwandler, (iii) einem externen Startsignal, (iv) Ventilpositionssensoren und (v) dem Leitspindelpositionssensor ein. Typische Ausgänge aus der Steuereinrichtung schließen (i) Ausgänge an den Motor zum Steuern der Motorgeschwindigkeit, (ii) Ausgänge an eine Benutzerschnittstelle, (iii) Ausgänge an Ventilpositionsstellantriebe und (iv) Ausgänge an eine serielle Schnittstelle des RS232-Typs ein. Eine typische Steuereinrichtung ist jede geeignete PC-basierte Steuereinrichtung, z. B. das Turbochrome System von Perkin-Elmer Corporation, Norwalk, CT.
Um die Trommel (510) unter Verwendung des in Fig. 6 gezeigten bevorzugten Ventilaufbaus (600) zu füllen, wird das erste Ventil (610) so positioniert, dass der gemeinsame Port (615) mit dem zweiten auswählbaren Port (625) verbunden ist, wodurch das zweite Ventil (630) aus dem Durchflussweg entfernt und die Trommel (500) mit dem Lösungsmittelport (660) des Verteilers (650) verbunden wird. Daher wird dann, wenn ein negativer Druck in der Spritzenpumpe durch Einziehen der Abschlussdichtung erzeugt wird, Lösungsmittel von dem Lösungsmittelport (660) des Verteilers (650) in die Trommel (510) der Pumpe fließen.
Um den Inhalt der Spritzenpumpe (100) zu dem Abfall zu pumpen, wird das erste Ventil (610) so positioniert, dass der gemeinsame Port (615) mit dem ersten auswählbaren Port (620) verbunden ist, wodurch das erste Ventil (610) mit dem zweiten Ventil (630) verbunden wird, und das zweite Ventil wird so positioniert, dass der gemeinsame Port (635) mit dem zweiten auswählbaren Port (645) verbunden ist. Alternativ, und zwar, um den Fluidinhalt der Trommel (510) zu einer Anwendung zu pumpen, wird das erste Ventil (610) so positioniert, dass der gemeinsame Port (615) mit dem ersten auswählbaren Port (620) verbunden ist, wodurch das erste Ventil (610) mit dem zweiten Ventil (630) verbunden wird, und das zweite Ventil (630) wird so positioniert, dass der gemeinsame Port (635) mit dem ersten auswählbaren Port (640) verbunden ist.

6. Mehrpumpen-Ventilaufbau

In einer alternativen Ausführungsform ist der Ventilaufbau der vorliegenden Erfindung so angeordnet, dass mehrere Spritzenpumpen in Kombination verwendet werden können, um Lösungsmittelzusammensetzungsgradienten zu erzeugen. Fig. 7 zeigt einen solchen Mehrpumpen-Ventilaufbau mit zwei Spritzenpumpen. Es liegt auf der Hand, dass es möglich wäre, drei oder mehr Pumpen zu verwenden, um Lösungsmittelgradienten auf Basis der gleichen Prinzipien bereitzustellen.
Im Allgemeinen schließt der in Fig. 7 gezeigte bevorzugte Mehrpumpen-Ventilaufbau (700) ein erstes (720) und ein zweites (755) Doppel-3-Wege-Ventil ein, einen Druckwandler (715), einen Durchflussverteiler (790), eine Steuereinrichtung (701), ein Misch-T- Stück (794) und eine Lösungsmittelmischeinrichtung (800).
Vorzugsweise schließt das erste Doppel-3-Wege-Ventil (720) eine erste Gruppe von drei Ports ein, die aus einem ersten auswählbaren Port (725), einem zweiten auswählbaren Port (735) und einem ersten gemeinsamen Port (730) besteht, wobei der erste gemeinsame Port (730) alternativ mit dem ersten auswählbaren Port (725) oder dem zweiten auswählbaren Port (735) verbunden ist, und eine zweite Gruppe von drei Ports, die aus einem dritten auswählbaren Port (740), einem vierten auswählbaren Port (750) und einem zweiten gemeinsamen Port (745) besteht, wobei der zweite gemeinsame Port (745) alternativ mit dem dritten auswählbaren Port (740) oder dem vierten auswählbaren Port (750) verbunden ist. In der in Fig. 7 gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die Ports der ersten Gruppe von Ports des ersten Doppel-3-Wege-Ventils (720) wie folgt verbunden: der erste gemeinsame Port (730) ist mit dem Ausgang der ersten Spritzenpumpe (705) verbunden, der erste auswählbare Port (725) ist mit dem zweiten Doppel-3- Wege-Ventil (755) verbunden und der zweite auswählbare Port (735) ist mit dem Verteiler (790) an einer Lösungsmittel-"A"-Position (792) verbunden. Gleichermaßen sind die Ports der zweiten Gruppe von Ports des ersten Doppel-3-Wege-Ventils (720) wie folgt verbunden: der zweite gemeinsame Port (745) ist mit dem Ausgang der zweiten Spritzenpumpe (710) verbunden, der dritte auswählbare Port (740) ist mit dem zweiten Doppel-3-Wege- Ventil (755) verbunden und der vierte auswählbare Port (750) ist mit dem Verteiler (790) an einer Lösungsmittel-"B"-Position (793) verbunden.
Auf analoge Weise zu dem ersten Doppel-3-Wege-Ventil (720) schließt das zweite Doppel-3-Wege-Ventil (755) eine erste Gruppe von drei Ports ein, die aus einem ersten auswählbaren Port (760), einem zweiten auswählbaren Port (770) und einem ersten gemeinsamen Port (765) besteht, wobei der erste gemeinsame Port (765) alternativ mit dem ersten auswählbaren Port (760) oder dem zweiten auswählbaren Port (770) verbunden ist, und eine zweite Gruppe von drei Ports, die aus einem dritten auswählbaren Port (775), einem vierten auswählbaren Port (785) und einem zweiten gemeinsamen Port (780) besteht, wobei der zweite gemeinsame Port (780) alternativ mit dem dritten auswählbaren Port (775) oder dem vierten auswählbaren Port (785) verbunden ist. In der in Fig. 7 gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind die Ports der ersten Gruppe von Ports des zweiten Doppel-3-Wege-Ventils (755) wie folgt verbunden: der erste gemeinsame Port (765) ist mit dem ersten Doppel-3-Wege-Ventil (720) verbunden, der erste auswählbare Port (760) ist mit der Mischeinrichtung (800) durch das Misch-T-Stück (794) verbunden, und der zweite auswählbare Port (770) ist mit dem Verteiler (790) an einer Abfallposition (791) verbunden. Gleichermaßen sind die Ports der zweiten Gruppe von Ports des zweiten Doppel-3-Wege-Ventils (755) wie folgt verbunden: der zweite gemeinsame Port (780) ist mit dem ersten Doppel-3-Wege-Ventil (720) verbunden, der dritte auswählbare Port (775) ist mit der Mischeinrichtung (800) durch das Misch-T-Stück (794) verbunden und der vierte auswählbare Port (785) ist mit dem Verteiler (790) an der Abfallposition verbunden.
Jedwede geeignete Mischeinrichtung kann in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Vorzugsweise weist die Mischeinrichtung (i) ein kleines Innenvolumen auf, d. h. ein Innenvolumen, das kleiner ist als zweimal das durch das System in einer Minute gepumpte Fluidvolumen, (ii) mischt mehrere Durchflussströme gründlich, (iii) führt einen minimalen Rauschbetrag, d. h. Hochfrequenz-Druckschwankungen, in den Durchflussstrom ein und (iv) führt keine Partikeltrümmer in den Durchflussstrom als eine Folge der Zersetzung der sich bewegenden Komponenten ein.
Zweifellos können andere geeignete Mischeinrichtungen mit dem allgemeinen Pumpensystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Mögliche alternative Mischeinrichtungen schließen statische Mischeinrichtungen ein, z. B. INSTAC/LIF Technical Handbook, Seiten 66-69, The Lee Company, Los Angeles, CA (1987).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Misch-T-Stück (794) stromaufwärts der Mischeinrichtung (800) angebracht, um die zusammenlaufenden Durchflussströme "vorzumischen".
In Betrieb werden, um einen Lösungsmittelgradienten mit dem in Fig. 7 gezeigten bevorzugten Zweipumpen-Ventilaufbau (700) auszubilden, Flüsse von sowohl der ersten Spritzenpumpe (705) als auch der zweiten Spritzenpumpe (710) gemischt, wobei jede Pumpe mit einer unterschiedlichen Lösungsmittelzusammensetzung gefüllt ist. Der Gradient wird erreicht, indem die Flussraten jeder Pumpe derart verändert werden, dass der kombinierte volumetrische Durchfluss von den Pumpen im Wesentlichen konstant gehalten wird, während die Zusammensetzung durch Verändern der Flussraten jeder Pumpe geändert wird. Um simultanen Fluss von beiden Pumpen zu erreichen, geht das Lösungsmittel von der ersten Spritzenpumpe (705) durch die offenen Ventilports (730), (725), (765) und (760), während das Lösungsmittel von der zweiten Spritzenpumpe (710) durch die offenen Ventilports (745), (740), (780) und (775) geht, dann weiter zu der Mischeinrichtung (800), wo die von beiden Spritzenpumpen stammenden Flüsse gemischt und dann zu der Anwendung übertragen werden.

7. Flüssigchromatographiesystem

In einer besonders bevorzugten Anwendung kann die Spritzenpumpe der vorliegenden Erfindung in einem Flüssigchromatographiesystem (900) verwendet werden, insbesondere in einem Mikrovolumen-Chromatographiesystem.
Das in Fig. 9 gezeigte bevorzugte Chromatographiesystem schließt ein Pumpensystem (905) ein, wobei das Pumpensystem eine oder mehrere vorstehend beschriebene Spritzenpumpen umfasst, eine Probeneinspritzeinrichtung (910) zum Einspritzen einer Probe auf eine Chromatographiesäule (915), einen Detektor (920) sowie eine Datenausgabevorrichtung (925). Eine vollständige Diskussion, wie Flüssigchromatographiesysteme zusammengesetzt sind, ist an anderer Stelle gegeben, z. B. Krstulovic et al., Reversed- Phase High-performance Liquid Chromatography, Kapitel 3, John Wiley & Sons, New York (1982), und Modell 172 Serie HPLC Trennsystem Installationshandbuch, Teil Nummer 0054-0012, Applied Biosystems Division of the Perkin-Elmer Corporation, Foster City, CA (Mai 1992).
Obwohl nur einige wenige Ausführungsformen vorstehend detailliert beschrieben worden sind, wird der Fachmann auf dem Gebiet der Chromatographie oder der Pumpenkonstruktion zweifellos verstehen, dass viele Modifikationen in der bevorzugten Ausführungsform möglich sind, ohne deren Lehren zu verlassen. Alle derartigen Modifikationen sollen von den nachfolgenden Ansprüchen umfasst sein.

Claims

1. Hochdruckspritzenpumpe für Mikrovolumina (100; 705; 710) zum Pumpen eines Arbeitsfluids, umfassend:

eine längliche Trommel (510), die an einem Trommelgehäuse (505) zum Schwenken um ein vorderes Ende (512) der Trommel montiert ist und die an dem Trommelgehäuse an einem hinteren Ende (511) der Trommel mit Seitenspiel montiert ist, wobei die Trommel eine Trommelachse aufweist und ein Einschließungsvolumen definiert, das sich durch die Trommel erstreckt;

einen Trommelkopf (525), der an dem vorderen Ende (512) der Trommel (510) montiert ist, um dieses Ende der Trommel abzuschließen, wobei der Trommelkopf einen Einlass-/ Auslasskanal (530) einschließt, um dem Arbeitsfluid zu erlauben, in die Trommel einzutreten und aus dieser auszutreten;

eine Leitspindel (303), die in der Trommel (510) für eine axiale Hin- und Herbewegung darin angeordnet ist, wobei die Spindel ein vorderes Ende (301) und eine Translationsachse (304) der Leitspindel aufweist;

eine Abschlussdichtung (400), die an dem vorderen Ende (301) der Leitspindel (303) montiert ist und die eine für Fluide undurchlässige Dichtung mit dem Einschließungsvolumen bereitstellt; und

eine Einrichtung (205), um die Leitspindel (303) axial in der Trommel (510) zu bewegen, wobei die Ausrichtung zwischen der Trommelachse und der Translationsachse (304) der Leitspindel beibehalten wird, indem die Trommel um das vordere Ende (512) geschwenkt wird.

2. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, wobei die Trommel (510) zylindrisch ist.

3. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 2, wobei die Trommel (510) aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist.

4. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Bewegen (205) ein Motor ist.

5. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, wobei die Abschlussdichtung (400) Rillen (425) aufweist, die in ihrer äußeren Oberfläche ausgebildet sind, um das Montieren und Demontieren der Abschlussdichtung zu erleichtern.

6. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, die ferner eine Zwangseinrichtung (320; 326, 327) einschließt, um die Drehung der Leitspindel (303) zu verhindern, die Translation der Leitspindel hingegen zu erlauben.

7. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, die ferner eine Steuereinrichtung (701) einschließt.

8. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, die ferner eine Leistungsübertragung (211) einschließt, die antreibbar zwischen die Einrichtung zum Bewegen (205) und die Leitspindel geschaltet ist.

9. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 8, wobei die Leistungsübertragung (211) eine Schraubenmutter (245) einschließt, die aus Teflon-gefülltem Delrin hergestellt ist.

10. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, die ferner einen Ventilaufbau (600) in Fluidverbindung mit dem Auslass-/Einlasskanal (530) einschließt.

11. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Bewegen (205) ein Schrittmotor ist.

12. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 11, wobei der Schrittmotor für einen Mikroschrittbetrieb geeignet ist.

13. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 1, wobei die Leitspindel (303) ein Acmetrapezgewindeprofil aufweist.

14. Hochdruckspritzenpumpe nach Ansprüch 1, wobei die Abschlussdichtung (400) aus einem elastischen Werkstoff hergestellt ist.

15. Hochdruckspritzenpumpe nach Anspruch 14, wobei die Abschlussdichtung (400) aus ultrahochmolekularem Polyethylen hergestellt ist.

16. Mehrspritzen-Gradientenspritzenpumpe, umfassend:

eine Vielzahl von Hochdruckspritzenpumpen für Mikrovolumina (705, 710) nach Anspruch 1 zum Pumpen mehrerer Arbeitsfluide; und

eine Mischeinrichtung (800) zum Mischen der Arbeitsfluide, die aus jeder Pumpe austreten.

17. Mehrspritzen-Gradientenspritzenpumpe nach Anspruch 16, die ferner eine Steuereinrichtung (701) einschließt.

18. Mehrspritzen-Gradientenspritzenpumpe nach Anspruch 16, die ferner eine Leistungsübertragung (211) einschließt, die antreibbar zwischen die Einrichtung zum Bewegen (205) und die Leitspindel (303) geschaltet ist.

19. Mehrspritzen-Gradientenspritzenpumpe nach Anspruch 16, die ferner einen Ventilaufbau (700) in Fluidverbindung mit dem Auslass-/Einlasskanal (530) jeder der Hochdruckspritzenpumpen (705, 710) einschließt.

20. Mehrspritzen-Gradientenspritzenpumpe nach Anspruch 16, wobei die Einrichtung zum Bewegen (205) ein Schrittmotor ist, wobei der Schrittmotor für einen Mikroschrittbetrieb geeignet ist.

21. Flüssigchromatographiesystem, umfassend:

eine oder mehrere Hochdruckspritzenpumpen (100; 705, 710) nach Anspruch 1;

eine chromatographische Säule (915) in Fluidkommunikation mit dem Auslass/Einlass (530) der Spritzenpumpen (100; 705, 710);

eine Einspritzeinrichtung (910), die zwischen der Spritzenpumpe (100; 705, 710) und der chromatographischen Säule (915) angeordnet ist und mit diesen in Fluidkommunikation steht; und

einen Detektor (920) in Verbindung mit dem Auslass/Einlass der chromatographischen Säule (915), so dass Material, das die chromatographische Säule verlässt, durch den Detektor erfasst werden kann.