DE69622767T2

DE69622767T2 - Strömungsmodulation zur Vereinfachung einer Detektorzündung

Info

Publication number: DE69622767T2
Application number: DE69622767T
Authority: DE
Inventors: Paul B. Welsh
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2016-01-10
Also published as: US5723091A; EP0723153A3; DE69622767D1; EP0723153B1; JPH08240563A; EP0723153A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Gaschromatographie und insbesondere auf den Betrieb eines flammenbasierten Detektors.

Hintergrund der Erfindung

Flammenbasierte Detektoren werden auf dem Gebiet der Chromatographie für die Erfassung von spezifischen Bestandteilkomponenten (d. h. Analyten) einer Probe verwendet, die in einem Fluidstrom vorliegen. Zwei solcher Detektoren sind der Flammenionisationsdetektor (FID; FID = flame ionization detector) und der Flammenphotometerdetektor (FPD; FPD = flame photometric detector).
Flammenionisationsdetektoren arbeiten durch Verbrennen des Materials, das analysiert werden soll, um Ionen zu bilden. Wenn dieselben mit einem Gaschromatographen verwendet werden, werden die Gase, die von einer Trennsäule eluieren, mit einem brennbaren Gas, wie z. B. Wasserstoff, gemischt, und durch eine Düse geleitet. Eine Energiequelle, wie z. B. ein elektrischer Wärmestrom, der von einem resistiven Wärmedraht getragen wird, der in die Zündung eingebettet ist, erwärmt den Fluidstrom zu einem Zündungszustand, woraufhin eine Flamme hergestellt wird. An dem Umfang der Düse wird Luft eingeführt, um eine stabile Flamme zu bilden, wenn die Düse gezündet wird. Benachbart zu der Düse ist eine Sammelröhre positioniert, und ein Elektrometer ist in einer Schaltung mit dem Sammler und der Düse verbunden, um die Ionen zu sammeln, die in der Flamme gebildet werden. Für eine Messung durch das Elektrometer wird ein Strom proportional zu der Rate erzeugt, mit der die Ionen gesammelt werden.
Obwohl die FID-Zündung von einem ausreichenden Luftfluß abhängt, zündet die Flamme nicht bei normal betriebenen Luftflußraten, und daher ist es bekannt, eine feste Reduzierung des Luftflusses (typischerweise etwa 70% bis 80%) zu liefern, der durch den Detektor empfangen wird, um die Zündung zu unterstützen. Eine herkömmliche thermionische Erfassungstechnik versucht daher, den Luftstrom während der Zündung der Flamme von dem Detektor umzuleiten. Ein herkömmlicher Flammendetektor verwendet ein "Luftentladungs"- Ventil, das durch den Betreiber manuell betätigt wird. Der Luftauszug leitet einen Teil des Luftflusses zu der Atmosphäre um, wenn eine Zündung versucht wird.
Der Flammenphotometerdetektor wird auf ähnliche Weise gezündet wie der Flammenionisationsdetektor. Weil jedoch ein FPD eine Flamme verwendet, die im wesentlichen mit Wasserstoff und nicht mit Luft angereichert ist, wird die Zündung in einem FPD typischerweise durch Erhöhen des Luftflusses unterstützt, während der Wasserstoff-Fluß konstant gehalten wird, um eine Explosion zu verhindern, wenn die Flamme gezündet wird. Einige herkömmliche thermionische Erfassungstechniken versuchen daher, wenn eine Zündung versucht wird, den Luftstrom zu erhöhen, der zu einem FPD geliefert wird.
Die vorher erwähnten Lösungsansätze weisen jedoch wesentliche Nachteile auf. Das Hinzufügen eines Ventils, um den Luftfluß umzuleiten oder zu erhöhen, ist außerdem teurer und komplexer zu implementieren als wünschenswert. Die Praxis des Umleitens oder Verstärkens von einem oder mehreren Gasflüssen wird typischerweise durch manuelle Intervention durch einen Betreiber gesteuert, die mühsam, unpraktisch und fehleranfällig ist. Eine Vorrichtung zum Liefern der Automatisierung der Umleitung eines Gasflusses wurde offenbart; siehe beispielsweise das U.S.-Patent Nr. 4,396,055.
Selbst wiederholte Zündungs-(oder Neuzündungs-)Versuche können manchmal ohne Erfolg sein, wenn die Betriebsbedingungen des Chromatographen für die Zündung nur am Rande geeignet oder ungeeignet sind. Ferner ist sich der Betreiber typischerweise nicht über optimale Bedingungen klaren, die für die Zündung erforderlich sind, was die Schwierigkeit erhöht. Der Betreiber muß typischerweise wiederholte Zündungsversuche durchführen, bevor eine erfolgreiche Zündung auftritt, und tut dies ohne Kenntnis der optimalen Bedingungen für die Zündung, und daher kann die Zündungsprozedur wesentlich länger und mühsamer sein als annehmbar. Diese Nachteile finden sich ebenfalls in der vorher erwähnten automatischen Flußumleitungsvorrichtung.
Die vorher erwähnten Nachteile sind noch lästiger bei einem Versuch, einen Detektor während eines Flamme-Aus-Zustands, der während einem laufenden Betrieb des Chromatographen aufgetreten ist, neu zu zünden. Der Verlust einer Flamme erfordert beispielsweise während eines Analysedurchgangs eine unmittelbare Neuzündung, um eine schnelle Wiederaufnahme des Betriebs des Detektors zu erreichen. Andernfalls sind die Ergebnisse eines wesentlichen Teils des Analysedurchgangs beeinträchtigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung liefert ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Verbesserung bei der flammenbasierten Erfassung von einem oder mehreren Analyten in einer Probe.
Bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann ein Analysegerät zum Erfassen des Vorliegens eines Analyts in einem ersten Fluid aufgebaut sein, um folgende Merkmale zu umfassen: einen pneumatischen Verteiler zum Liefern eines wählbaren Flusses von zumindest einem von einer Mehrzahl von Fluiden, wobei die Mehrzahl das erste Fluid, ein erstes Detektorfluid und ein zweites Detektorfluid umfaßt; eine pneumatische Steuerung, die auf ein Steuersignal anspricht, um zu bewirken, daß der wählbare Fluß moduliert wird; einen flammenbasierten Detektor, der zum Empfangen des modulierten wählbaren Flusses wirksam mit dem pneumatischen Verteiler verbunden ist; und einen programmierbaren Computer zum Liefern des Steuersignals in einer vorbestimmten Zündungssequenz, um die Modulation gemäß vorbestimmten Flußmodulationskriterien, die die Zündung ermöglichen, zu bewirken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vereinfachte, schematische Darstellung eines Chromatographen, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 2 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung eines Teils des Chromatographen von Fig. 1, die eine erste Konfiguration eines pneumatischen Steuerabschnitts und einen flammenbasierten Detektor umfaßt, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 3 ist eine vereinfachte Querschnittsdarstellung des Teils des Chromatographen von Fig. 1, die eine zweite Konfiguration des pneumatischen Steuerabschnitts zeigt.
Fig. 4 und 5 sind Darstellungen von aufeinanderfolgenden Schritten, die bei einer Zündungssequenz verwendet werden, die in dem Chromatographen von Fig. 1 vorgesehen ist.
Fig. 6 bis 9 sind graphische Darstellungen von erfolgreichen Zuständen zum Erstellen von Zündung bei einem experimentellen Test eines flammenbasierten Detektors, der gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 betrieben wird, gemäß der Erfindung und mit dem Vorteil eines erfindungsgemäßen Merkmals der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Erfindung können insbesondere verwendet werden, um die Erfassung eines Analyts zu verbessern, das in einer Vielzahl von Fluiden vorliegen kann. gemäß der Praxis der vorliegenden Erfindung sind Gase die bevorzugten Fluide, und daher umfaßt die folgende Beschreibung der Erfindung eine Beschreibung der Anordnung, des Aufbaus und des Betriebs von pneumatischen Geräten, und bezieht sich auf die Steuerung einer Mehrzahl von gasförmigen Strömen in einem Detektor in einem gaschromatographischen Analysesystem (hierin nachfolgend ein Chromatograph). Für die Zwecke der folgenden Beschreibung wird jedoch davon ausgegangen, daß sich der Begriff "pneumatisch" auf alle Arten von Fluiden bezieht.
Weitere Beispiele, die aus der Verwendung der vorliegenden Erfindung einen besonderen Nutzen ziehen, umfassen überkritische Fluidchromatographie und Hochdruckgaschromatographie (HPGC; HPGC = high-pressure gas chromatography). Es sollte jedoch klar sein, daß die Lehren hierin auch auf andere Analysegeräte anwendbar sind, einschließlich Flüssigchromatographen, Hochdruckflüssigchromatographen (HPLC; HPLC = high-pressure liquid chromatographs), klinische Analysatoren, Fließinjektionsanalysatoren, Laborwasserreinigungssysteme, Spritzentypreagenzspender, manuelle und automatische Festphasenextraktionsinstrumente (SPE-Instrumente; SPE = solid phase extraction), überkritische Fluidextraktionsinstrumente (SCF-Instrumente; SCF = supercritical fluid extraction), Stopped-Flow-Spektrophotometer, automatische Protein- oder Nukleinsäuresequenzer und Festphasenprotein- oder Nukleinsäuresynthetisierer.
Ein neues und neuartiges Analysegerät ist in Fig. 1 gezeigt und wird allgemein als Chromatograph 10 bezeichnet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Chromatograph ein Hewlett-Packard-HP6890-Gaschromatograph. Um eine chromatographische Trennung einer bestimmten Probenmischung durchzuführen, wird eine Probe durch einen Injektor 12 mit einem unter Druck gesetzten Trägergas injiziert. Das Trägergas, das zu dem Injektor 12 zugeführt wird, wird von einer Quelle 12A durch eine oder mehrere pneumatische Verteileranordnungen 13 geliefert, von denen jede teilweise dazu dient, eine Mehrzahl von Gasflüssen zu steuern und umzuleiten, einschließlich des Trägergases und einer Mehrzahl von Detektorgasen von geeigneten Typen, wie z. B. Luft, Wasserstoff und Zusatzgas. Die Detektorgase werden von jeweiligen Quellen (eine solche Quelle 24A ist gezeigt) zu der pneumatischen Verteileranordnung 13 geliefert. Geeignete Fluidhandhabungsgeräte in der pneumatischen Verteileranordnung 13, wie z. B. Ventile, Sensoren und dergleichen, werden unter der Steuerung des Computers 22 durch Steuersignale betrieben, die auf Daten- und Steuerleitungen 28, 30 geliefert werden. Beispielsweise bewirkt die pneumatische Steuerung 26 die Steuerung unter anderem der Fluidflußrate, des Fluiddrucks, der Fluidflußregulierung und der Kontinuität oder Diskontinuität des Flusses. Als weiteres Beispiel steuert dieselbe die Zeit, während der ein spezielles Ventil in der pneumatischen Verteileranordnung 13 in Bezug zu Steuersignalen, die auf der Daten- und Steuerleitung 28 empfangen werden, und gemäß bestimmten Betriebsbedingungen des Chromatographen 10 offen und geschlossen bleibt. Die Steuer- und Datenleitung 30 ermöglicht außerdem die Rückgabe von Erfassungsinformationen von geeigneten Sensoren und Signalschnittstellenelektronik, die in der pneumatischen Verteileranordnung 13 vorgesehen sind. Dementsprechend können der Computer 22, die pneumatische Steuerung 26 und der pneumatische Verteiler 13 betrieben werden, um eine Modulation von einem der vorher erwähnten Gasflüsse zu bewirken, entweder einzeln oder in Kombination.
Eine Säule 14 ist ein einem Ofen 16 positioniert. Die Trägergas-/Probenkombination, die durch die Säule 14 verläuft, wird einem Temperaturprofil ausgesetzt, das sich zum Teil von dem Betrieb einer Heizvorrichtung 18 in dem Ofen 16 ergibt. Während diesem Profil sich ändernder Temperaturen trennt sich die Probe in ihre Komponenten, überwiegend aufgrund der Unterschiede bei der Interaktion jeder Komponente mit der Säule 14 bei einer bestimmten Temperatur. Wenn die getrennten Komponenten die Säule 14 verlassen, werden sie durch den Detektor 24 erfaßt.
Wenn die Komponenten die Säule 14 verlassen, werden sie durch einen flammenbasierten Detektor (hierin nachfolgend Detektor) 24 erfaßt. Insbesondere und gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung moduliert die pneumatische Steuerung 26 den Fluß von einem oder mehreren der Detektorgase, die während einer Zündungssequenz an den Detektor 24 geliefert werden, wie es nachfolgend beschrieben wird.
Der Computer 22 behält die Gesamtsteuerung aller Systeme bei, die dem Gaschromatographen 10 zugeordnet sind. Es ist klar, daß jeder spezielle Gaschromatograph mehr Systeme umfassen kann als diejenigen, die bezüglich der vorliegenden Erfindung beschrieben sind. Obwohl der Computer 22 als einzelner Block dargestellt ist, ist es außerdem klar, daß ein solcher Computer eine zentrale Verarbeitungseinheit und alle zugeordneten Peripheriegeräte umfaßt, wie z. B. Direktzugriffsspeicher, Nur-Lese-Speicher, Eingabe- /Ausgabetrennvorrichtungen, Takte und andere verwandte Elektronikkomponenten. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der zentrale Prozessor, der in dem Computer 22 verwendet wird, ein Mikroprozessor. Als solcher umfaßt der Computer 22 einen Speicher, in dem Informationen und Programmierungen durch bekannte Verfahren gespeichert und abgerufen werden können. Es ist jedoch klar, daß die programmierte Steuerung der pneumatischen Steuerung 26 durch andere Recheneinrichtungen implementiert sein kann, wie z. B. einen eingebetteten Mikroprozessor oder eine zweckbestimmte Steuerschaltung, die in der pneumatischen Steuerung 26 eingebaut ist. Außerdem wird die Programmierung, die dem Computer 22 zugeordnet ist, die in Bezug zu der vorliegenden Erfindung verwendet wird, von der Beschreibung hierin ohne weiteres verständlich sein.
Ein elektronisches Steuerbedienfeld 50 ist so gezeigt, daß es zumindest zwei Haupteingabe-/Ausgabekomponenten umfaßt, nämlich eine Tastatur 58 und eine Anzeige 60. Durch Überwachen des Betriebs des Chromatographen 10 durch Signale von bestimmten Komponenten, wie z. B. dem Detektor 24, kann der Computer 22 bestimmte Funktionen, die für einen Analysedurchgang erforderlich sind, auslösen und beibehalten. Folglich kann das Anzeigen oder Aufrufen von Nachrichten durch den Computer 22 erzeugt werden und auf der Anzeige 60 angezeigt werden. Betriebsbefehle und andere Informationen werden durch die Tastatur 58 in den Computer 22 eingegeben. Ein spezieller Datentyp sind Detektorzündungseinstellwerte, und ein spezieller Betriebsbefehl ist ein Detektorzündungsbefehl, die beide durch Nachrichten, die auf der Anzeige 60 angezeigt sind, aufgerufen werden, und der erforderliche Befehl oder die erforderlichen Daten werden durch die Tastatur 58 eingegeben. Ein weiterer spezieller Datentyp ist ein Detektorzündungseinschaltversatzwert, der durch Nachrichten, die auf der Anzeige 60 angezeigt sind, bestätigt werden kann, und durch Befehle und Daten, die durch die Tastatur 58 eingegeben werden, modifiziert werden kann. Die folgende Zündungssequenz, die sich auf die vorliegende Erfindung bezieht, wird dann automatisch unter der Steuerung des Computers 22 geliefert, wie es nachfolgend mit Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 beschrieben ist.
Die Steuerung von einem oder mehreren Fluidflußcharakteristika ist vorgesehen, wie es in Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Bei den in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen steuert der Computer 22 den Fluß des Zusatzfluids, des ersten Fluids, des ersten Detektorfluids und des zweiten Detektorfluids durch Übertragen eines geeigneten Signals zu der pneumatischen Steuerung 26, die wiederum jeweilige Signale zu einem jeweiligen Ventil in der pneumatischen Verteileranordnung 13 liefert, um die Menge an Fluid, die durch dieselbe zu dem Detektor 201 fließt, zu erhöhen oder zu verringern. Insbesondere wird die Fluidflußsteuerung bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel vorzugsweise über eine elektronische pneumatische Steuerung (EPO; EPC = electronic pneumatic control) geliefert. Für weitere Einzelheiten von elektronischen pneumatischen Steuertechniken siehe beispielsweise Klein u. a., U.S.-Patent Nr. 4,994,096 und U.S.-Patent Nr. 5,108,466, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Detektors 201, der vorzugsweise als ein FID aufgebaut ist, und einen pneumatischen Steuerabschnitt 202, der am besten für den Betrieb in einer Nicht-EPC-Konfiguration geeignet ist. Der Detektor 201 ist so aufgebaut, daß er eine Zündvorrichtung 211, eine Zündungsleitung 212 und eine Sammelelektrode 213 enthält. Die Zündvorrichtung 211 und die Sammelelektrode 213 sind in dem Inneren einer Düse 214 ausgerichtet, die in einem Durchgang befestigt ist, der durch eine Fluidleitstruktur 210 definiert ist. Eine elektronische Leistungsversorgung (nicht gezeigt) liefert eine gesteuerte Menge an elektrischem Strom oder Spannung auf der Zündungsleitung 212, um eine wählbare Wärmemenge in der Zündvorrichtung 211 zu bewirken. Ansprechend darauf erreicht der Fluidfluß in der Nähe einer Düse 214 eine erhöhte Temperatur und wird gezündet. Ein Entlüftungsrohr 232 ermöglicht die Verbrennung und den weiteren Durchgang der Fluidmischung von dem Detektor 201. Die Sammelelektrode 213 ist elektrisch mit einem Ionenstrommeßgerät (nicht gezeigt), wie z. B. einem Elektrometer, verbunden, der verwendet wird, um die Größe des Ionisationsstroms zu messen, der von der Düse 214 zu der Sammelelektrode 213 fließt. Der resultierende Ionisationsstrom wird gemessen, um ein Chromatogramm zu liefern.
Eine Fluidmischstruktur 222 kommuniziert mit der Fluidleitstruktur 210 zum Leiten der folgenden Fluide zu der Zündungsvorrichtung 211: ein erstes Fluid, das auf einer ersten Fluidzufuhrleitung 224 geliefert wird, ein Zusatzfluid, das auf einer Zusatzfluidleitung 225 geliefert wird, ein erstes Detektorfluid, das auf einer ersten Detektorfluidleitung 226 geliefert wird, und ein zweites Detektorfluid, das auf einer zweiten Detektorfluidleitung 227 geliefert wird. Vorzugsweise ist die erste Fluidleitung 224 ist einstückig mit der Säule 14, und somit umfaßt das erste Fluid eine erwärmte gasförmige Kombination (unter Druck) der Probe, die analysiert werden soll, und ein Trägergas. Das Zusatzfluid umfaßt außerdem vorzugsweise Trägergas; das erste Detektorfluid umfaßt unter Druck gesetzten Wasserstoff (H&sub2;), und das zweite Detektorfluid umfaßt Luft bei Umgebungsdruck und -temperatur. Das Zusatzfluid und das erste Detektorfluid sind über eine Leitung 229 kombiniert, die zwischen der Fluidmischstruktur 222, der Zusatzfluidleitung 225 und der ersten Detektorfluidleitung 226 verbunden ist. Außerdem sind ein Zusatzfluiddruckregler 235, ein Zusatzgasventil 225V und ein Zusatzfluidbegrenzer 225R, ein erstes Detektorfluidventil 226V und ein Begrenzer 226R, und ein zweites Detektorfluidventil 227V und ein Begrenzer 227R enthalten. In dem Fall, in dem der Detektor 201 als ein FID aufgebaut ist, wird in Betracht gezogen, daß ein vorbestimmtes pneumatisches Volumen in der zweiten Detektorfluidleitung 227 zwischen dem Ventil 227V und dem Begrenzer 227R geliefert wird. (In dem alternativen Fall, in dem der Detektor 201 als ein FPD aufgebaut ist, wird in Erwägung gezogen, daß ein vorbestimmtes pneumatisches Volumen in der ersten Detektorfluidleitung 226 zwischen dem Ventil 226V und dem Begrenzer 226R geliefert wird.) Die Ventile 225V, 226V und 227V sind vorzugsweise Solenoidventile, die der Steuerung der pneumatischen Steuerung 26 unterworfen sind, wie es nachfolgend näher beschrieben wird.
Fig. 3 stellt ein alternatives Ausführungsbeispiel 202A des pneumatischen Steuerabschnitts 201 von Fig. 2 dar, das für den Betrieb als eine EPC-Konfiguration am besten geeignet ist. Das heißt, in Fig. 3 sind die Ventile 225V, 226V und 227V vorzugsweise in der Form von Proportionalventilen vorgesehen, die der Steuerung der pneumatischen Steuerung 26 gemäß Signalen unterworfen sind, die durch den Computer 22 von den Sensoren 225S, 226S und 227S empfangen werden, wie es nachfolgend näher beschrieben wird. Solche Sensoren sind vorzugsweise Drucksensoren, die Erfassungssignale liefern, die den jeweiligen Druck in der Zusatzfluidleitung 225, der ersten Detektorfluidleitung 226 und der zweiten Detektorfluidleitung 227 anzeigen.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen die Sensoren 225S, 226S, 227S jeweils einen speziellen Fluidparameter, wie z. B. Fluiddruck oder Fluidfluß, und übertragen ein Rückkopplungssignal, das solche Parameter darstellt, an den Computer 22. Durch Überwachen der Erfassungssignale von den Sensoren 225S, 226S, 227S kann der Computer 22 zu jeder gewünschten Zeit eine beinahe sofortige Änderung des Flusses jedes Fluids bewirken, das an den Detektor 201 geliefert wird.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Computers 22 sind die Prozeduren, die notwendig sind, um den Chromatographen 10 einzurichten oder zu betreiben, so daß ein spezieller Gaschromatographietrennungstest oder analytischer Analysedurchgang durchgeführt werden kann, automatisiert. Die in Erwägung gezogene Automatisierung ermöglicht es dem Betreiber, Ereignisse unter Verwendung einer Tabelle von Fluidflußeinstellungen, einer Ablauftabelle und durch Taktzeitprogrammierung zu programmieren. Eine Mehrzahl von zeitlich festgelegten Ereignissen können in jeder Ablauftabelle zum Ausführen während einem Analysedurchgang programmiert sein. Eine Laufzeitprogrammierung ermöglicht es, daß sich bestimmte Einstellwerte automatisch während einem Durchgang ändern, als eine Funktion der chromatographischen Durchgangzeit. Beispielsweise kann ein Ereignis, wie z. B. Detektorzündung, programmiert sein, um vor der Injektion aufzutreten. Eine solche Programmierung wird als anwendbar für den Betrieb der pneumatischen Steuerung in Erwägung gezogen, und insbesondere für die Steuerung von zumindest entweder dem ersten Detektorfluidfluß oder dem zweiten Detektorfluidfluß.
Bestimmte programmierte Schritte, die durch den Computer 22 beim Steuern des Betriebs der pneumatischen Steuerung 26 bewirkt werden, die sich auf die vorliegende Erfindung beziehen und gemäß derselben sind, sind in Fig. 4 und 5 dargestellt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der Betreiber Daten bezüglich des Betriebs der pneumatischen Steuerung 26 unter Verwendung der Tastatur 48 in den Computer 22 eingeben. Der Computer 22 arbeitet, um die eingegebenen Informationen in dem Speicher zu speichern. Die Daten, die so eingegeben werden, können einen oder mehrere Befehle umfassen, die unmittelbar implementiert werden sollen, oder, falls nötig, können die angegebenen Daten für einen späteren Zugriff in der Form einer oder mehrerer Tabellen gespeichert werden. Die programmierten Ereignisse können beispielsweise in der Reihenfolge der Ausführungszeit in einer Ablauftabelle angeordnet sein. Text, der die Charakteristika jedes Ereignisses bezeichnet, kann auf der Anzeige 60 angezeigt werden.
Bei den in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen kombinieren sich einzelne Fluidströme, um eine Fluidmischung zu bilden, die darauf begrenzt ist, die Zündungsvorrichtung 211 und die Sammelelektrode 213 zu passieren. Die Flußcharakteristika und die Zusammensetzung der Fluidmischung, die die Zündvorrichtung 211 passiert, bestimmt den Erfolg oder das Versagen des Zündungsmechanismus, der an der Zündvorrichtung 211 auftritt. Somit wird bei einer Abweichung von dem Stand der Technik der Inhalt der Fluidmischung temporär während bestimmter Schritte an einer Zündungssequenz geändert, um den Zündungsmechanismus zu begünstigen und dadurch die Zündung zu ermöglichen. Insbesondere wird der Fluß von zumindest einem der Fluidströme moduliert, um entweder eine Erhöhung oder eine Verringerung bei dem Fluidfluß zu bewirken.
Dementsprechend, und bei einem speziellen Merkmal der vorliegenden Erfindung, wurde herausgefunden, daß eine spezielle Modulation des Flusses des ersten oder zweiten Detektorfluids während einer Zündungssequenz die Detektorzündung ermöglicht. Eine solche Zündung war in Fällen erfolgreich, die andernfalls aufgrund des Einflusses des Inhalts und anderer Charakteristika der Fluidmischung ohne Erfolg sind. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, und wie es in Fig. 4 und 5 dargestellt ist, wird entweder die Luftflußrate oder die Wasserstoff-Flußrate während einem Teil der Zündungssequenz moduliert. Die Implementierung der Modulation unterscheidet sich leicht, abhängig davon, ob die Ausführungsbeispiele von Fig. 2 oder 3 vorgesehen sind. Weil der Fluß durch die Solenoidventile, die in der Konfiguration in Fig. 2 gezeigt sind, nur ein- oder ausgeschaltet werden kann, und nicht fortlaufend variiert werden kann, wird ein modulierter Fluß vorzugsweise durch periodisches Ein- und Ausschalten des Ventils (Ventil 227 für FID, Ventil 226 für PFD) erreicht, beginnend bei einem niedrigen Lastzyklus und Erhöhen desselben (vorzugsweise bei einer festen Frequenz), bis ein voller Fluß erhalten wird. Bei der in Fig. 3 dargestellten Konfiguration erreicht die in Betracht gezogene EPC einen modulierten Fluß durch Öffnen des geeigneten Ventils (Ventil 227 für FID, Ventil 226 für FPD) in einer fortlaufenden Rampe, beginnend bei einem niedrigen Wert und Erhöhen desselben, bis ein voller Fluß erreicht wird.
Bei einem Fall einer Nicht-EPC-Steuerung wird der Fluß des zweiten Detektorfluids am besten durch ein Solenoidventil gemäß folgender Praxis moduliert:
a) Festlegen des Flußlastzyklus und Variieren der Frequenz der Modulation;
b) Festlegen der Modulationsfrequenz und Variieren des Flußlastzyklus; oder
c) Variieren sowohl des Flußlastzyklus und der Modulationsfrequenz.
Vorzugsweise wird eine feste Frequenzoption ausgewählt, weil dieselbe am leichtesten in Firmware, die sich in dem Computer 22 befindet, zu implementieren ist. Die bevorzugte Modulationsfrequenz ist ausgewählt, um folgendes zu liefern:
d) für alle Betriebsbedingungen einen vorbestimmten Bereich von Arbeitszyklen, die zu einer Zündung führen, und
e) für die schwierigsten Zustände (wie sie z. B. während einem sehr hohen zweiten Detektorfluidfluß auftreten, und wenn Helium als Zusatzgas verwendet wird), die größte Spanne von Arbeitszyklen, die zu einer Zündung führen.
Bei einem anderen Merkmal der vorliegenden Erfindung können die vorher erwähnten Kriterien an einen speziellen Chromatographen 10 angelegt werden, so daß eine Modulationshüllkurve vorbestimmt werden kann, um die erforderliche Flußmodulation zu liefern, die eine erfolgreiche Zündung auch unter den schlechtesten Bedingungen ermöglicht, wenn nicht sogar sicherstellt.
Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei der Zündung eines FID der Zusatzfluidfluß während eines Teils der Zündungssequenz unterbrochen und dann wieder aufgenommen, nachdem die Flamme brennt.
Bei noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der erste Fluidfluß bei der Zündung eines FID, während eines Teils der Zündungssequenz unterbrochen, und dann wieder aufgenommen, nachdem die Flamme brennt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel des Chromatographen 10 ist der Detektor 24 als eine Mehrzahl von getrennt positionierten Detektoren vorgesehen, z. B. einen Vorderdetektor und einen Rückdetektor. Außerdem ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel das erste Detektorfluid als ein Wasserstoffgas vorgesehen. Fig. 5 stellt eine erste bevorzugte Zündungssequenz dar, die zu dem Betrieb des Chromatographen 10 gehört, wenn ein solcher Detektor 24 in der Form eine FID vorgesehen ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist sowohl die erste, die zweite als auch die dritte Verzögerungsperiode etwa zwei bis drei Sekunden. Fig. 6 stellt eine zweite bevorzugte Zündungssequenz dar, die zu dem Betrieb des Chromatographen 10 gehört, wenn ein solcher Detektor 24 in der Form eines FPD vorgesehen ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel betragen sowohl die erste, die zweite als auch dritte Verzögerungsperiode etwa eine bis zwei Sekunden.

Experimentelle Ergebnisse

Die Vorteile der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wurden in einer Reihe von Zündungswiederholbarkeitsexperimenten demonstriert, die bei einer Testvorrichtung durchgeführt wurden, die einen FID enthielt, der in einem Hewlett- Packard-HP5890-Gaschromatographen befestigt ist. Eine pneumatische Steuerung wurde gemäß der in Fig. 2 dargestellten Nicht-EPC-Konfiguration geliefert. Es wurde herausgefunden, daß eine beständige Zündung gemäß bestimmten Kriterien auftritt, wie es nun beschrieben wird.
Eine Modulationsfrequenz, von der herausgefunden wurde, daß sie diese Kriterien in dem zu testenden Chromatographen erfüllt, betrug 0,5 Zyklen/Sekunde.
Es wurde herausgefunden, daß ein langsamer Lastzyklus vorzuziehen ist, weil die Zeitanforderungen der Firmware in dem Computer 22 verringert sind, und es weniger wahrscheinlich ist, daß irgendwelche Unterschiede bei der Ventilbetätigungsgeschwindigkeit den Erfolg der Zündung beeinträchtigen. Auf der Basis der Testdaten begann der bevorzugte Lastzyklus bei 10% und durchschritt mehrere Arbeitszyklen bis zumindest 60%, und zu diesem Punkt kann das relevante Ventil vollständig ein bleiben.
Es wurde herausgefunden, daß das Hinzufügen eines pneumatischen Volumens zwischen dem Ventil 227V und einer Fritte 227F die notwendige Frequenz der Betätigung reduziert und außerdem den Bereich des Lastzyklus erhöht, bei dem die Flamme zündet. Es wurde herausgefunden, daß ein Volumen von 1.500 mm³ die bevorzugte Menge ist.
Fig. 6 bis 9 stellen die Testergebnisse dar, die den Effekt bestimmter Betriebsbedingungen bei dem Chromatographen auf die Zündung hin anzeigen, gemäß einer Beziehung zwischen Flußlastzyklus und Modulationsfrequenz. In jedem Fall wurde herausgefunden, daß eine erfolgreiche Zündung innerhalb einer oder mehrerer spezieller Modulationshüllkurven auftritt, von denen sich jede auf einen Bereich von Flußarbeitszyklen und Modulationsfrequenzen bezieht. Die dargestellten Modulationshüllkurven sind als Beispiele von Modulationshüllkurven vorgesehen, die besonders erfolgreich beim Erreichen einer beständigen Zündung bei dem FID der Testvorrichtung waren, und sollten auf keinen Fall als beschränkend angesehen werden.
Fig. 6 zeigt eine erste (A), eine zweite (B) und eine dritte (C) Modulationshüllkurve, die bei der vorher erwähnten Testvorrichtung gemäß einer Variation bei dem pneumati schen Volumen realisiert wurden. Die Antwortkurven (A), (B) und (C) entsprechen dem pneumatischen Volumen, das als 1.500 mm³, 3000 mm³ bzw. 785 mm³ implementiert ist.
Fig. 7 zeigt eine Modulationshüllkurve, die bei der vorher erwähnten Testvorrichtung realisiert wurde, gemäß einer Unterbrechung bei dem Zusatzgas während der Zündungssequenz.
Fig. 8 zeigt eine erste (A) und eine zweite (B) Modulationshüllkurve, die bei der vorher erwähnten Testvorrichtung realisiert wurden, gemäß unterschiedlicher Luftflußraten während der Zündungssequenz. Die erste und die zweite Antwortkurve (A) und (B) entsprechen den Luftflußraten, die als 400 ml/Minute bzw. 650 ml/Minute implementiert sind.
Fig. 9 zeigt eine erste (A) und eine zweite (B) Modulationshüllkurve, die bei der vorher erwähnten Testvorrichtung realisiert sind, gemäß unterschiedlichen Düsenöffnungsgrößen, die während der Zündungssequenz verwendet wurden. Die erste und die zweite Antwortkurve (A) und (B) entsprechen der Düsenöffnung, die als 0,030 Zoll bzw. 0,011 Zoll implementiert ist. Fig. 9 stellt zumindest zwei ungünstigste Zündungszustände dar.

Vorteile der Erfindung

Durch Erfüllen der Zündungsflußanforderungen über die Ventilmodulation anstatt durch das Umleiten von Fluidfluß kann das bevorzugte Ausführungsbeispiel ohne ein Schaltventil und die entsprechenden Kosten von Röhrenanordnungen und Einpassungen, zusätzlicher Zusammenbauarbeit und maschineller Bearbeitung von Teilen aufgebaut werden. Die Zuverlässigkeit und leichte Verwendung sind erhöht.
Das Vorliegen von Zusatzgas und/oder Trägergas, die jeweils durch Verdünnen des Wasserstoffs und Sauerstoffs in der Fluidmischung und durch Kühlen der Zündvorrichtung eine erfolgreiche Zündung unterminieren, können während einem Teil der Zündungssequenz eliminiert werden.
Im Gegensatz zu Systemen, die gemäß dem Stand der Technik aufgebaut sind, ist eine erfolgreiche Zündung bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nicht so stark den Herstellungsproduktionsschwankungen unterworfen. Bisher würde eine normale Schwankung, beispielsweise bei dem Gasquellendruck, die außerhalb des Bereichs streuen kann, der durch eine Betriebsbedingung für eine richtige Zündung erforderlich ist, bewirken, daß der Betreiber mit unterschiedlichen Quelldrücken experimentiert, um zu versuchen, eine zuverlässige Betriebsregion zu finden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der erste oder der zweite Detektorfluidfluß während der Zündungssequenz moduliert, und verläuft daher durch die optimale: Fluidmischung, die eine Zündung ermöglicht. Die Modulation wird während der Zündungssequenz automatisch beeinträchtigt, auf eine Weise, die von dem Betreiber normalerweise nicht bemerkt wird, und stellt dadurch eine zuverlässige Flammenzündung sicher.
Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, werden Variationen und Modifikationen als innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung gesehen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Ein Analysegerät zum Erfassen des Vorliegens eines Analyts in einem ersten Fluid, wobei das Gerät folgende Merkmale aufweist:

einen pneumatischen Verteiler (13) zum Liefern eines wählbaren Flusses von zumindest einem von einer Mehrzahl von Detektorfluiden, wobei die Mehrzahl ein erstes Detektorfluid und ein zweites Detektorfluid umfaßt;

eine pneumatische Steuerung (26), die auf ein elektronisches Steuersignal anspricht, um zu bewirken, daß der wählbare Fluß moduliert wird;

einen flammenbasierten Detektor (24), der zum Empfangen des modulierten wählbaren Flusses wirksam mit dem pneumatischen Verteiler verbunden ist;

einen programmierbaren Computer (22) zum Liefern des elektronischen Steuersignals, wobei der Computer eine Flußmodulationssequenzeinrichtung zum Bestimmen von Flußmodulationskriterien umfaßt, die die Zündung ermöglichen, und eine Signalerzeugungseinrichtung zum Liefern des elektronischen Steuersignals in einer vorbestimmten Zündungssequenz, wobei der modulierte Fluß gemäß einem fortlaufenden Übergang von einer ersten vorbestimmten Flußrate zu einer zweiten vorbestimmten Flußrate und gemäß den Flußmodulationskriterien bewirkt wird.

2. Das Analysegerät gemäß Anspruch 1, bei dem das erste Fluid in einer Trennsäule (224) vorgesehen ist.

3. Das Analysegerät gemäß Anspruch 1, bei dem der flammenbasierte Detektor (24) ein FID (Flammenionisationsdetektor) ist, und das erste Detektorfluid Wasserstoff ist, und bei dem die Flußmodulation auf den ersten Detektorfluidfluß angewendet wird.

4. Das Analysegerät gemäß Anspruch 1, bei dem der flammenbasierte Detektor (24) ein FPD (Flammenphotometerdetektor) ist, und das zweite Detektorfluid Luft ist, und bei dem die Flußmodulation auf den zweiten Detektorfluidfluß angewendet wird.

5. Das Analysegerät gemäß Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von Detektorfluiden ferner ein Zusatz-Gas umfaßt, und bei dem der Fluß des Zusatz-Gases während eines Abschnitts der Zündungssequenz reduziert ist.

6. Das Analysegerät gemäß Anspruch 1, bei dem der Computer (22) eine programmierbare Tabelle umfaßt, und bei dem die Flußmodulation gemäß der Tabelle vorgesehen ist.

7. Das Analysegerät gemäß Anspruch 1, bei dem der flammenbasierte Detektor (24) ferner folgende Merkmale aufweist:

eine Fluidmischstruktur (222) zum Empfangen der Mehrzahl von Fluiden;

eine Zündvorrichtung (211), die in der Lage ist, die Fluidmischung zu erwärmen, um einen Zündungszustand zu erzeugen;

eine Sammelelektrode (213) zum Empfangen des Ionenstroms; und

eine Fluidleitstruktur (210) zum Ausrichten der Zündvorrichtung und der Sammelelektrode in einer beabstandeten Beziehung und zum Leiten der Fluidmischung, so daß dieselbe die Zündvorrichtung (211) und die Sammelelektrode (213) kontaktiert.