DE69731593T2 - Kalibrierverfahren für eine Chromatographiesäule - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Chromatographie und insbesondere ein Verfahren zum genauen Ermitteln von charakterisierenden Parametern für Chromatographiesäulen und zum Verbessern der Chromatographiereproduzierbarkeit.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Die Chromatographie ist ein Verfahren zum Trennen von chemischen Gemischen in ihre Komponenten.
  • Bei der Chromatographieanalyse lässt man ein unbekanntes Gemisch von Chemikalien in Kontakt mit Retentionsmedien strömen. Die verschiedenen Teile des Gemisches werden durch die Medien um unterschiedliche Zeitbeträge zurückgehalten, so dass Trennungen des Gemisches ermöglicht werden. In dem Zweig der Chromatographie, der als Gaschromatographie bekannt ist, wird typischerweise ein Vorrat an Inertgas, das Trägergas genannt wird, kontinuierlich durch eine Vorrichtung, die Chromatographiesäule genannt wird, geleitet. Bei der analytischen Chromatographie ist die üblichste Form einer Säule ein sehr langes, hohles Kapillarrohr. Die Innenwände des Kapillarrohrs sehen die Retentionsoberfläche vor, deren Wechselwirkung die Trennung der chemischen Komponenten bereitstellt. Im Allgemeinen sind die Rohrinnenwände chemisch behandelt, um die Trennung zu verbessern. Der Begriff Chromatographiesäule umfasst auch Rohre mit gepackten Teilchen, die ein poröses Medium bereitstellen, um die Teile eines Gemisches festzuhalten. Der Haupttrennmechanismus in diesen Säulen beruht auf den Wechselwirkungen zwischen der Oberfläche der Teilchen und dem strömenden Gemisch. Typischerweise wird das zu analysierende Gemisch in flüssiger Form in einen Injektor gefüllt, wo es schnell auf den Dampfzustand erhitzt wird. Der Injektor liefert auch eine kontinuierliche Strömung von Trägergas in die Säule, und wenn die unbekannte Probe verdampft wird, wird sie durch den Injektor als Gasstoß in den Kopf der Säule eingeleitet. Der Stoß wird durch den Druck des Trägergases durch die Säule getrieben, und wenn sich die Gase die Säule hinabbewegen, trennen sich die Komponenten der unbekannten Probe in Bänder von gleichen Materialien, wobei gleiche Materialien mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit die Säule hinab fortschreiten. Am Ausgang der Säule verlassen die verschiedenen Komponenten folglich die Säule in kleinen zeitlich getrennten Bändern. Die Zeit, in der sich die Komponenten durch die Säule bewegen, ist ein Merkmal der speziellen Säule, der Säulentemperatur, der Trägergas-Durchflussrate und der Chemikalie der Komponente. Folglich kann eine Säule so kalibriert werden, dass die Retentionszeit einer Chemikalie in der Säule eine eindeutige, qualitative Identifikation der Chemikalie ist. Die quantitative Analyse einer Probe wird auch ermöglicht, indem die Volumina der Probe der verschiedenen Bänder ermittelt werden und indem das Signal des Detektors am Ausgang einer Säule für jeden Teil des Gemisches integriert wird.
  • Es ist bekannt, die Säulentemperatur oder andere Parameter, wie z. B. die Trägergas-Durchflussrate, während eines Chromatographiedurchlaufs zu erhöhen, hauptsächlich um die Zeit zur Durchführung der Trennung zu verkürzen oder um die Auflösung der Trennung zu verbessern. Die Wirkungen der Veränderung eines Parameters führt jedoch viele Komplexitäten ein. Es ist beispielsweise im Stand der Technik bekannt, eine Temperaturprogrammierung durchzuführen, d. h. die Temperatur während eines Durchlaufs zu verändern und berechnete Änderungen der Viskosität als Funktion der Temperatur zu verwenden, um entweder den Säuleneingangsdruck oder die Säulen-Massendurchflussrate zu steuern. Die Gleichungen, die die Temperatur, den Durchfluss und den Druck betreffen, erfordern jedoch auch eine Eingabe von Daten über die Säule. Beispielsweise für eine Kapillarsäule die Massendurchflussrate in einer Säule als Funktion des Eingangsdrucks zu berechnen, erfordert eine exakte Kenntnis des Innendurchmessers und der Länge der Säule. Obwohl die ungefähre Länge und der ungefähre Innendurchmesser gewöhnlich leicht ermittelt werden, ist es viel schwieriger, die exakten Abmessungen zu ermitteln. Die Verwendung von falschen Werten für diese Parameter führt zu signifikanten Fehlern in den berechneten Durchflussraten. Der Hersteller einer Säule liefert gewöhnlich ungefähre Abmessungsparameter, aber diese werden durch die Installation und Verwendung modifiziert.
  • Das üblichste Verfahren des Standes der Technik zum Kalibrieren einer Säule beinhaltet das Durchführen eines Chromatographiedurchlaufs unter Verwendung einer Bezugschemikalie, die vom Trägergas verschieden ist, die jedoch auch keine chemische Wechselwirkung mit der Säule aufweist, und das Messen der Retentionszeit des Bezugsgases. Aus bekannten Formeln können dann die Länge und der Säuleninnendurchmesser berechnet werden. Dieses Verfahren beinhaltet jedoch Injektionsprozesse, die einem mechanischen und menschlichen Fehler unterliegen. Außerdem ist es nicht leicht bekannt, welche Chemikalien keine Reaktion mit einer speziellen Kapillarsäule aufweisen. Ferner sind diese früheren Kalibrierungsprozesse sehr zeitaufwändig und schwierig exakt zu wiederholen. Eine weitere Fehlerquelle entsteht bei den Berechnungen, da häufig angenommen wird, dass der Auslassdruck der Säule auf Atmosphärendruck liegt. Tatsächlich ist es im Allgemeinen erforderlich, den exakten Druckabfall zwischen dem Ende der Säule und der Atmosphäre zu ermitteln, da die Vorrichtung und Armaturen einen signifikanten Gegendruck verursachen können, der sich signifikant auf die Kalibrierung auswirkt.
  • WO 96/08718 A1 offenbart ein Chromatographiesystem mit einer Hauptsteuereinheit, einem Einlass-Durchfluss- und -Druckregler, einer Säule in einer temperaturgeregelten Umgebung und einem Auslassanalysator. Ein automatisierter Kalibrierungsprozess wird bereitgestellt, um den K-Wert für diese Vorrichtung unter Verwendung der Poiseuille-Gleichung zu ermitteln. Bei verschiedenen Einlassdrücken und einer vorgegebenen Säulentemperatur werden die druckabhängigen Massendurchflüsse durch die Säule erfasst. Ein Druck und der entsprechende Massendurchfluss werden ausgewählt, um den K-Wert zu ermitteln.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Chromatographiesystem mit einer verbesserten Genauigkeit der Durchflussregelung in einem Chromatographiesystem durch Verbessern der Genauigkeit der Kalibrierung des Verhältnisses „Durchmesser/Länge" der Chromatographiesäule bereitzustellen.
  • Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 3 bzw. 4 definiert. Spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm der Anlagenkonfiguration für die Säulenkalibrierung.
  • 2 ist ein Diagramm des bevorzugten Ablaufplans des bevorzugten Kalibrierungsverfahrens.
  • 3 ist ein Diagramm des rechnergestützten Durchflussreglers, der den kalibrierten Wert des Verhältnisses
    Figure 00050001
    im Druckregelcomputer verwendet.
  • 4 ist ein Blockdiagramm des bevorzugten Chromatographieregelsystems.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Um das Verhältnis
    Figure 00050002
    einer Säule mit der für eine feine Durchflussregelung erforderlichen Genauigkeit zu ermitteln, wird die Säule 6 mit Bezug auf 1 in einem temperaturgeregelten Ofen 5 installiert. Die zum Ermitteln des Verhältnisses erforderliche Anlage umfasst ferner einen elektronischen Durchflussregler 1 unter einer digitalen Steuerung von einer Bedienpersonen-Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung 10 wie z. B. einer Tastatur. Der elektronische Durchflussregler 1 ist verbunden, um das Trägergas von einer Druckquelle zu empfangen. Für die beste Kalibrierung sollte das Trägergas dasselbe sein wie das Trägergas, das in den Tests mit der Chromatographiesäule verwendet werden soll, selbst wenn das Kalibrierungsverhältnis
    Figure 00060001
    für verschiedene Trägergase dasselbe sein sollte. Der Durchflussregler 1 ist über die Strömungsleitung 13 mit einem Injektor 2 verbunden. Der Injektor ist vorzugsweise vom gleichen Typ und noch bevorzugter der identische Injektor, mit dem die Säule verwendet werden soll. Injektoren sind gut bekannte Vorrichtungen, die dazu ausgelegt sind, eine zu analysierende flüssige Probe aufzunehmen, die die Verdampfung der flüssigen Probe ermöglichen und die Idealerweise ermöglichen, dass ein Stoß der verdampften Probe in den Kopf der Säule durch die Trägergase eingeleitet wird und die verdampfte Probe durch die Strömung des Trägergases durch die Säule bewegt wird. Die Einzelheiten des Injektors sind kein Teil dieser Erfindung, aber es ist wesentlich, zu erkennen, dass der Injektor eine Probeneinlassöffnung 17 mit einer Scheidewand (nicht dargestellt), durch die eine Spritzennadel geführt werden kann, um die flüssige Probe abzuscheiden, wo sie verdampft wird, verwendet. Typischerweise richtet ein Injektor 14 einen Teil seines Einlassgases 13 in eine Scheidenwand-Spüllüftungsöffnung 16. Es ist im Allgemeinen bevorzugt, die Gase, die aus dem Scheidwandmaterial austreten, zu spülen und zu entlüften, da diese Gase die Trennung der Gase der unbekannten Probe verdecken und/oder stören würden. Einlasssysteme wie z. B. Injektoren sind im Kapitel 4 des gut bekannten Lehrbuchs mit dem Titel Gas Chromatography with Glass Capillary Columns von Walter Jennings, Acad. Press, Inc., 1980, beschrieben. Ein Druckdetektor 3 ist mit der Spülauslass-Lüftungsöffnung 16 oder alternativ mit dem Einlass 13 gekoppelt. Aufgrund der Konstruktion des Injektors 14 ist der Druck am Einlass 13 und an den Auslässen 16 und 18 gleich. Folglich ist der am Druckdetektor 3 gemessene Druck gleich dem Druck am Einlass in die Säule 6, abgesehen von einem Druckabfall in der Rohrleitung 19. Alternativ kann die Säule 6 direkt mit dem Injektor 14 verbunden sein, oder, wenn die Rohrleitung 19 verwendet wird, weist sie einen großen Durchmesser auf und ist sehr kurz, so dass irgendein Druckabfall darin für die Zwecke dieser Anwendung vernachlässigbar ist. Vorzugsweise wird der elektronische Durchflussregler 1, der verwendet wird, vorkalibriert, so dass der Ausgang 41 des Druckmessers 72, 3, ein Maß für den Durchfluss vom Ventil 70 ist. Folglich regelt das Ventil 70 den Durchfluss von der Zufuhr 50 und das Ventil 79 regelt den Kopfdruck bei 13/15/51. Alternativ kann ein Durchflussdetektor 8 verwendet werden, um die tatsächliche Gasdurchflussrate in der Säule 6 zu messen, da das gesamte Gas in der Säule durch den Durchflussdetektor 8 und dann zur Lüftungsleitung 20 strömt.
  • Es gibt eine gut bekannte Formel, die Poiseuille-Gleichung heißt und die die Gasdurchflussrate in einer Säule mit einer Anzahl von Parametern in Beziehung setzt. Diese Gleichung lautet:
    Figure 00070001
    wobei
    Q = Säulen-Massendurchflussrate
    UTc = Gasviskosität bei Säulentemperatur
    Tc = Säulentemperatur (Kelvin)
    Ts = Standardtemperatur (Kelvin)
    ps = Dichte von Gas bei Standardtemperatur und -druck
    d = Säuleninnendurchmesser
    L = Säulenlänge
    Pi = Einlassdruck (PSIA)
    Po = Auslassdruck (PSIA)
    Ps = Standardumgebungsdruck (PSIA)
    π = 3,141592654
  • Folglich ist es möglich, das Verhältnis
    Figure 00080001
    durch Erzeugen von geeigneten Versuchsbedingungen für die Säule und durch Aufzeichnen von Daten bezüglich der Säulendurchflussrate und des Säuleneinlassdrucks und durch Durchführen von geeigneten Berechnungen experimentell zu ermitteln. Es gibt verschiedene alternative Prozeduren, die erstellt werden können und die theoretisch die Lösung von
    Figure 00080002
    ermöglichen.
  • Aufgrund der Tatsache, dass, wenn sich der Injektoreinlassdruck ändert, sich kleine Injektorlecks ändern, ist jedoch das Kalibrierungsverfahren, das auf einem konstanten Säuleneinlassdruck basiert, wie nachstehend dargestellt, das bevorzugte Verfahren.
  • Insbesondere wenn man zwei Sätze von Bedingungen bei zwei verschiedenen Temperaturen erzeugt, aber den Säuleneinlassdruck Pi und -auslassdruck Po für beide Sätze gleich hält, kann die Gleichung [1] als zwei gleichzeitige Gleichungen bei zwei verschiedenen Temperaturen gelöst werden. Diese Prozedur ergibt zwei Durchflussraten Q1 und Q2, die experimentell ermittelt werden können. Unter Verwendung der Differenzen zwischen den zwei Durchflüssen kann das Verhältnis
    Figure 00080003
    durch Lösen der folgenden Gleichung ermittelt werden:
  • Figure 00090001
  • Die Herleitung von Gleichung [2] wird nachstehend dargestellt.
    Figure 00090002
    dQ = Änderung der Durchflussrate zwischen der Temperatur 1 und der Temperatur 2 für konstanten Eingangsdruck [5]daher: Q1 = Q1 – dQ [6]dann setze man [6] in [4] ein, dann [3] in [4] und löse nach
    Figure 00090003
    auf
  • Figure 00090004
  • Mit Bezug auf 2 wird das bevorzugte Kalibrierungsverfahren mit konstantem Druck dargelegt. Zuerst wird in Schritt 21 die zu kalibrierende Säule im Ofen des Kalibrierungssystems installiert. In Schritt 22 stelle man als nächstes eine erste Injektordurchflussrate Q1 bei einer ersten Säulentemperatur TC1 her und zeichne den Säulenkopfdruck P1 auf, wenn die Temperatur TC1 stabil ist.
  • Als nächstes ändere man die Temperatur im Ofen auf eine zweite Temperatur TC2 für Schritt 23 und stelle einen Säulenkopfdruck P2 her, wobei P2 < P1, und speichere/zeichne die Durchflussrate Q1 auf.
  • Bei der gleichen Temperatur TC2 stelle man in Schritt 24 einen Säulenkopfdruck P3 her, wobei P3 > P1, und speichere/zeichne die Durchflussrate Q3 auf.
  • Man interpoliere linear unter Verwendung von Q2, P2 als einen Satz von Punkten und Q3, P3 als zweiten Satz von Punkten und finde Q4 beim Druck P1. Nun finde man ΔQ = Q4 – Q1.
  • Als nächstes berechne man
    Figure 00100001
    unter Verwendung der hier erhaltenen Daten und setze es in Gleichung [2] ein.
  • Schließlich gebe man automatisch oder manuell den Wert des Verhältnisses
    Figure 00100002
    das durch Gleichung [2] ermittelt wurde, in den Speicher des Computers 80 (3 und 4) zur Verwendung beim Berechnen des Drucksollpunkts für den Kopf der Säule ein, um die Säulen-Massendurchflussrate zu erzielen, die von der Bedienperson über die E/A-Steuerung 46 ausgewählt wird. Der Eingabeschritt könnte manuell durch die Bedienpersonensteuerung 46 oder automatisch über ein vom Computer 80 ausgeführtes Kalibrierungsprogramm erfolgen.
  • Wenn der Durchflussregler 1 ein Regler mit sehr hoher Verstärkung und mit einer feinen Auflösung ist, wäre es möglich, diese Prozedur zu vereinfachen, indem einfach der Interpolationsschritt 24 von 2 übersprungen wird und ΔQ = Q2 – Q1 festgelegt wird, und dann ohne irgendwelche anderen Änderungen der Rest des Verfahrens von 2 ausgeführt wird.
  • Es gibt verschiedene Alternativen zum bevorzugten Verfahren von 2 zum Ermitteln des Verhältnisses
    Figure 00110001
    Daten können beispielsweise aus n Mehrfachpunkten bei verschiedenen Temperaturen, Aufzeichnen sowohl der Durchflussrate als auch des entsprechenden Drucks und Berechnen von
    Figure 00110002
    für jeden Satz von Punkten (Qn, Pn) für jede Temperatur und Mitteln von
    Figure 00110003
    für alle verschiedenen Temperaturen erhalten werden. Eine weitere Alternative besteht darin, bei jeder Temperatur n Datenpunkte zu erhalten, indem der Durchfluss konstant Qn gehalten wird und das entsprechende Pn aufgezeichnet wird und
    Figure 00110004
    mit den Gleichungen berechnet wird und
    Figure 00110005
    gemittelt. wird.
  • Jedes von diesen nicht-bevorzugten Verfahren weist jedoch den Nachteil auf, dass verschiedene Säuleneinlassdrücke Änderungen sowohl in der Scheidewand-Durchflussrate im Injektor als auch Änderungen in den Injektorlecks induzieren, wobei die Änderungen und Lecks kompensiert werden müssen oder diese einen Fehler in die Ergebnisse einführen.
  • Das Verfahren dieser Erfindung zum experimentellen Ermitteln des Verhältnisses
    Figure 00110006
    ist sowohl genauer als auch viel schneller als die Prozedur des Standes der Technik des Durchführens von Verweilzeitmessungen mit nicht-festgehaltenen Chemikalien. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass das Verfahren dieser Erfindung vollständig automatisiert werden kann, was einen menschlichen Fehler beseitigt und eine erneute Kalibrierung in festgelegten Intervallen ermöglicht.
  • Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass, wenn die Säulenkalibrierung unter Verwendung desselben Chromatographiesystems ausgeführt wird, das später mit der Säule verwendet werden soll, der Prozess automatisch einen Fehler zwischen erforderlichen und hergestellten Säulenofentemperaturen während der Kalibrierung kompensiert. Da die Kalibrierung unter Verwendung der durch das Chromatographiesystem gemessenen und hergestellten Temperaturen durchgeführt wird, verursacht irgendeine Ungenauigkeit zwischen der tatsächlichen Säulentemperatur und dem Säulentemperaturmesswert eine entsprechende Änderung der Konstante
    Figure 00120001
    Folglich ist die nachfolgende Verwendung des Verhältnisses
    Figure 00120002
    für die verwendete Temperatur gewöhnlich korrekt. Unter der erneuten Annahme, dass das Verwendungssystem dasselbe ist wie das Kalibrierungssystem, umfasst der Wert von
    Figure 00120003
    auch ebenso eine Kompensation eines Fehlers, der auf irgendeiner Gegendruckdifferenz zwischen dem Säulenausgang und dem Atmosphärendruck aufgrund der Anwesenheit von Detektoren und anderen Vorrichtungen, die die Ausgangsströmung einschränken, basiert.
  • Mit Bezug auf 3 ist ein Diagramm eines typischen rechnergestützten Chromatographiesystems gezeigt, wobei das System sowohl zur Kalibrierung einer Säule als auch zur Verwendung der Säule bei vielen Arten von Chromatographieversuchen verwendet werden kann. Im Betrieb tritt Trägergas in das System 50 mit einem relativ hohen Druck, wie z. B. 2,7–6,9 bar (40–100 psig) am Einlass 50 ein und strömt dann durch ein Proportionalregelventil 70 und eine Durchflussdrossel 73. Wenn das Gas durch die Drossel 73 strömt, erzeugt es einen Druckabfall, der vom Sensor 72 erfasst wird. Eine elektronische Regelschaltung 71 bildet einen Regler in geschlossener Schleife durch Einstellen der Ansteuerspannung 40 für das Ventil 70 als Reaktion auf das Signal 41. Die Zentralverarbeitungseinheit 80 sieht eine Steuersignaleinstellung als Reaktion auf die Anforderung 46 eines Benutzers für eine festgelegte Durchflussrate vor. Die CPU 80 empfängt auch kontinuierlich die Säulentemperaturinformation auf dem Bus 81 und folglich kann die CPU unter Verwendung der bekannten Temperatur 7 und des bekannten Drucks 42 ein Temperaturkorrektursignal und einen Drucksollpunkt berechnen, der zum Druckregler 78 gesandt wird. Der Druckregler 78 stellt die Lüftungsöffnung 79 ein, um den Kopfdruck 51 zu regeln. Der elektronische Durchflussregler 71 wird zum Aufrechterhalten einer gewünschten Massendurchflussrate durch den Computer 80 korrigiert. Die Kalibrierungsdaten für diese Kompensation, die den Druck 51 und das Drucksignal 41 betreffen, werden im Speicher des Computers 80 gespeichert.
  • 3 stellt einen Injektor 74 mit einer Aufteilungsbetriebsart und einer aufteilungslosen Betriebsart dar. In der Aufteilungsbetriebsart wird das Dreiwege-Umleitventil 76 als Reaktion auf die CPU-Steuerung 44 so umgeschaltet, dass Gas durch den Filter 77 und die Lüftungsöffnung über das Proportionalregelventil 79 strömen kann. Ein Drucksignal 42 wird vom Druckwandler 65 erzeugt und stellt den Säulenkopf-Einlassdruck 51 dar. Der Druckregler 78 reagiert auf den Drucksensor 65 und auf die CPU 80. Die CPU führt die Säulen-Strömungsgleichungsberechnungen durch, um den Drucksollpunkt auf dem Bus 82 zum Druckregler 78 zu liefern. Der Druckregler sendet das Steuersignal 43 zum Proportionalventil 79 und regelt dadurch den Druck am Säulenkopf und dadurch den Durchfluss durch die Säule 6. In der aufteilungslosen Betriebsart wird das Ventil 76 deaktiviert und die Leitung 52 wird direkt mit dem Proportionalregler verbunden. Die Regelung des Injektordrucks wird immer noch auf dieselbe Weise durch den Druckregelcomputer 78 ausgeführt. Der Aufteilungsdurchfluss-Injektor wird verwendet, um einen kleinen Teil einer Probe zur Einführung nur eines kleinen Stoßes einer unbekannten Probe zum Durchlauf in die Säule durch das Trägergas abzuteilen. Im Allgemeinen wird der Teiler nach der Injektion deaktiviert und die Injektor-Durchflussrate wird verringert, um Trägergas zu sparen.
  • Mit Bezug auf 4 wird das allgemeine Blockdiagramm des bevorzugten Chromatographiesystems weiter erläutert. Die CPU 80 ist programmiert und eingerichtet, um die Poiseville-Gleichung [1] als Reaktion auf die vom Benutzer eingegebenen Daten 46, die Viskositätsgleichung 95 für das gegebene Gas und den Parameter 94
    Figure 00140001
    zu lösen. Auf der Basis der obigen Daten berechnet und speichert die CPU ein Drucksollprofil im Speicher 100 und ein Temperatursollprofil im Speicher 101 für den Durchlauf. Als Funktion der Zeit werden die geeigneten Sollpunkte 97 und 98 für Druck bzw. Temperatur aus der CPU an ihre jeweiligen Druck- und Temperaturregler 93 und 92 ausgegeben. Die Regler verwenden elektronische Rückführungsregelungen, um die erforderlichen Sollpunkte herzustellen und auch die tatsächlichen gemessenen Werte des tatsächlichen Säuleneinlassdrucks 36 und der tatsächlichen gemessenen Ofentemperatur 92 an die CPU zurückzuführen.
  • Es ist selbstverständlich, dass die Säulendurchflussrate auch durch Auswählen von Viskositätsdaten aus einer Tabelle für spezielle Gase und Temperaturen und Durchführen des Sollpunkt-Säulenkopfdrucks während der Übertragung vorgesehen werden könnte. Jede Vorgehensweise erfordert ein genau kalibriertes Verhältnis
    Figure 00150001
    um auf der Basis von Poiseville-Gleichungsberechnungen reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.
  • Es besteht keine Absicht, den Schutzbereich der Erfindung auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel zu beschränken, sondern vielmehr sollte der Schutzbereich der Erfindung im Hinblick auf die Ansprüche ausgelegt werden.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Durchführen von Chromatographie, wobei das Verfahren umfasst: Installieren einer zu kalibrierenden Chromatographiesäule in einem computergesteuerten Chromatographiesystem, wobei das computergesteuerte Chromatographiesystem ein Mittel zum Herstellen und Aufrechterhalten sowohl ausgewählter Säulentemperaturen als auch Fluiddurchflussraten in der Säule umfasst und ferner einen Druckdetektor zum Vorsehen eines Messwerts des Drucks am Kopf der Säule und einen Durchflussratenmesser zum Vorsehen von Säulen-Fluiddurchflussraten-Messungen umfasst; experimentelles Ermitteln des Verhältnisses
    Figure 00160001
    der Säule, wobei der Schritt des Ermittelns des Verhältnisses den Schritt umfasst (a) Herstellen einer ersten stabilen Temperatur TC1 in der Säule und einer ersten Durchflussrate Q1 in der Säule und Speichern des entsprechenden Drucks P1 am Kopf der Säule; gekennzeichnet durch die Schritte (b) Herstellen einer zweiten stabilen Temperatur TC2 in der Säule und eines zweiten Säulenkopfdrucks P2, wobei P2 > P1, und Speichern der entsprechenden zweiten Säulendurchflussrate Q2 in der Säule; (c) Herstellen eines dritten Säulenkopfdrucks P3 bei der zweiten stabilen Temperatur TC2 in der Säule, wobei P3 < P1, und Speichern der dritten Säulendurchflussrate Q3 in der Säule; (d) unter Verwendung der Punkte Q2, P2 und Q3, P3, die aus den Schritten (b) bzw. (c) ermittelt wurden, lineares Interpolieren, um eine Säulendurchflussrate Q4 beim Kopfdruck P1 für die Säulentemperatur TC2 zu ermitteln; (e) Ermitteln von ΔQ = Q4 – Q1 und Berechnen des Verhältnisses
    Figure 00170001
    unter Verwendung der Gleichung
    Figure 00170002
    wobei Q = Säulen-Massendurchflussrate UTc = Gasviskosität bei festgelegter Säulentemperatur Tc = Säulentemperaturen (Kelvin) Ts = Standardtemperatur (Kelvin) ps = Dichte des Trägergases bei Standardtemperatur und -druck d = Säuleninnendurchmesser L = Säulenlänge Pi = Einlassdruck (PSIA) Po = Auslassdruck (PSIA) Ps = Standardumgebungsdruck (PSIA) π = 3,141592654 Tc1 = Säulentemperatur in Schritt (a) P1 = Säulen-Einlasskopfdruck in Schritt (a) Tc2 = Säulentemperatur in Schritten (b) und (c) P2 & P3 = Säulen-Einlasskopfdruck in Schritten (b) bzw. (c) (f) Eingeben des Verhältnisses
    Figure 00180001
    in das computergesteuerte System; und (g) Ausführen von Chromatographiedurchläufen durch Injizieren von Proben und durch Einstellen von Sollpunktdrücken, die unter Verwendung des in obigem Schritt (e) ermittelten Verhältnisses
    Figure 00180002
    berechnet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Regeln der Säulen-Fluiddurchflussraten in einer kalibrierten Chromatographiesäule, umfassend: (A) Veranlassen, dass ein digitaler Rechner die Strömungsgleichung
    Figure 00180003
    löst; (B) Veranlassen, dass der digitale Rechner ein Drucksollpunktprofil berechnet, um den Säuleneinlassdruck Pi gemäß der Lösung der Strömungsgleichung von Schritt (A) zu regeln, um die Massendurchflussrate Q ungeachtet von Änderungen der Säulentemperatur Tc konstant zu halten; (C) Veranlassen, dass der digitale Rechner wiederholt in kurzen Intervallen neue Drucksollpunkte zu einem elektronischen Druckservoregler liefert, wobei der elektronische Druckservoregler die Drucksollpunkte als Reaktion auf den digitalen Rechner herstellt und aufrechterhält.
  3. Verfahren zum Durchführen von Chromatographie, wobei das Verfahren umfasst: Installieren der zu kalibrierenden Chromatographiesäule in einem computergesteuerten Chromatographiesystem mit einem Mittel zum Herstellen und Aufrechterhalten sowohl einer ausgewählten Säulentemperatur als auch Fluiddurchflussrate in der Säule und ferner mit einem Druckdetektor zum Vorsehen eines Messwerts des Drucks am Kopf der Säule und einem Mittel zum Vorsehen von Säulen-Fluiddurchflussraten-Messungen; experimentelles Ermitteln des Verhältnisses
    Figure 00190001
    der Säule, wobei der Schritt des experimentellen Ermittelns des Verhältnisses
    Figure 00190002
    den Schritt umfasst: (a) Herstellen eines ersten stabilen Durchflusses Q1 in der Säule und einer ersten Temperatur Tc1 in der Säule und Aufzeichnen des Drucks P1 am Kopf der Säule; gekennzeichnet durch die Schritte (b) Herstellen eines zweiten stabilen Durchflusses Q2 in der Säule bei einer zweiten Temperatur Tc2 in der Säule, wobei Q2 > Q1, und Aufzeichnen des entsprechenden Drucks P2 am Kopf der Säule; (c) Herstellen eines dritten stabilen Durchflusses Q3 in der Säule bei der zweiten Temperatur Tc2, wobei Q3 < Q1, und Aufzeichnen des zweiten entsprechenden Drucks P3 am Kopf der Säule; (d) unter Verwendung der Punkte Q2, P2 und Q3, P3, die aus den Schritten (b) bzw. (c) ermittelt wurden, lineares Interpolieren, um eine Säulendurchflussrate Q4 beim Kopfdruck P1 für die Säulentemperatur Tc2 zu ermitteln; (e) Ermitteln von ΔQ = Q4 – Q1 und Berechnen des Verhältnisses
    Figure 00200001
    unter Verwendung der Gleichung
    Figure 00200002
    wobei Q = Säulen-Massendurchflussrate UTc = Gasviskosität bei festgelegter Säulentemperatur Tc = Säulentemperatur (Kelvin) Ts = Standardtemperatur (Kelvin) Ps = Dichte des Trägergases bei Standardtemperatur und -druck d = Säuleninnendurchmesser L = Säulenlänge Pi = Einlassdruck (PSIA) Po = Auslassdruck (PSIA) Ps = Standardumgebungsdruck (PSIA) π = 3,141592654 Tc1 = Säulentemperatur in Schritt (a) P1 = Säulen-Einlasskopfdruck in Schritt (a) Tc2 = Säulentemperatur in Schritten (b) und (c) P2 & P3 = Säulen-Einlasskopfdruck in Schritten (b) bzw. (c) (f) Eingeben des Verhältnisses
    Figure 00200003
    in das computergesteuerte Chromatographiesystem; und (g) Durchführen von Chromatographiedurchläufen unter Verwendung des Verhältnisses
    Figure 00200004
    beim Herstellen der Säuleneinlassdrücke.
  4. Gaschromatographiesystem mit: einem Computer mit einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (46) mit einer Bedienperson, einer CPU (80) und einem Speicher (100, 101); einem Einlass-Gasmassendurchflussregler (70, 73); einem elektronischen Servodruckregler (65); einem Ofen und einem Ofentemperaturregler (5); einer Säule (6) und einem Injektor (74), wobei die Säule in dem Ofen montiert ist; einem Mittel (70, 73; 8) zum Erfassen und Messen des Durchflusses in der Säule (6); einem Mittel (80) zum Kalibrieren des Verhältnisses
    Figure 00210001
    der Säule gemäß dem Verfahren von Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Mittel ein Mittel zum Herstellen entweder des Drucks am Kopf der Säule oder der Durchflussrate in der Säule bei verschiedenen Temperaturen und ein Mittel zum Messen der entsprechenden Durchflussrate oder des entsprechenden Drucks, einschließlich eines Mittels zum Verwenden der Messungen, um das Säulenkalibrierungsverhältnis
    Figure 00210002
    zu berechnen, umfasst; einem Mittel zum Speichern des Säulenkalibrierungsverhältnisses
    Figure 00210003
    im CPU-Speicher (100, 101); einem Mittel zum Veranlassen, dass die CPU (80) das gespeicherte kalibrierte Säulenkalibrierungsverhältnis
    Figure 00210004
    verwendet und ein Druck-Sollpunktprofil entsprechend einem Temperaturprofil, das über die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (46) eingegeben wird, berechnet; und wobei die CPU (80) programmiert ist, um das Einspritzen, den Temperaturregler, den Durchflussregler, den Injektor und den elektronischen Servodruckregler zu steuern, um einen Chromatographiedurchlauf unter Verwendung des berechneten Druck-Sollpunktprofils auszuführen.
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