DE69832488T2

DE69832488T2 - Probeninjektionsvorrichtung für ein Hochleistungs-Flüssigkeitschromatograph

Info

Publication number: DE69832488T2
Application number: DE69832488T
Authority: DE
Inventors: Martin Bäuerle; Peter Stemer
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 1998-05-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2018-05-26
Also published as: US6148680A; DE69832488D1; EP0990899A1; EP0990899B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Probeninjektor für Hochdruck-Flüssigkeitschromatographen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Injektoren werden zum Einspritzen einer Probe, die chromatographisch analysiert werden soll, in eine chromatographische Säule benutzt.
Aus dem Dokument EP 0 327 658 A1 ist ein Hochdruckprobeninjektor für einen Flüssigkeitschromatographen bekannt, mit dem Proben injiziert werden können unter Benutzung einer Dosiervorrichtung und eines Kapillarsystems mit einem allgemein bekannten Ventil mit 6 Anschlüssen für die einzelnen Verfahrensschritte. Bei dem bekannten Probeninjektor wird die Nadel angehoben, um einen Probenbehälter zur Probenaufnahme unter der Nadel zu platzieren. Danach wird nach Entfernung des Probenbehälters die definierte aufgenommene Probenmenge in eine Aufnahme injiziert, um die Probenmenge in das Chromatographiesystem zu injizieren. Eine Dosiervorrichtung, die für eine Hochdruckprobeninjektion geeignet ist und permanent gespült wird, hat den Vorteil, dass kein Verlust des Probenmaterials eintritt, verglichen mit Dosiervorrichtungen, die für hohen Druck nicht geeignet sind. Jedoch hat der bekannte Probeninjektor den Nachteil, dass die Probe zur Nadel hin transportiert werden muss und demzufolge häufig viel mehr Probenmaterial erforderlich ist, als tatsächlich benutzt wird.
Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochdruckprobeninjektor vorzuschlagen, der eine in einem dreidimensionalen Probenbereich frei bewegliche Nadel aufweist mit einer Dosiervorrichtung, die für Hochdruckinjektionen geeignet ist und mit dem Hochdruckflüssigkeitspfad verbunden ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Probeninjektor gelöst, der die charakteristischen Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen dargelegt.
Dementsprechend umfasst der Probeninjektor eine Nadel, die entlang der X-, Y- und Z-Achse zu den verschiedenen Probenaufnahmepositionen auf einer Probenschale und zu einer Injektionsposition, an welcher die Probe in das Kapillarsystem injiziert wird, bewegt werden kann. Um die Nadel innerhalb des dreidimensionalen Probenbereichs zu bewegen, umfasst das Transportmittel einen Mechanismus, der X-Verfahrschlitten genannt wird und der in horizontaler Richtung beweglich ist. Der X-Verfahrschlitten besitzt einen befestigten Ausleger, der die vertikale Bewegung ausführt. Der Ausleger ist mit einem Roboterarm ausgestattet, der um ±180° in einer horizontalen Ebene rotieren kann. Die Injektionsnadel ist am Ende des Roboterarms befestigt. Außerdem ist die Nadel zu ihrer freien Bewegung in allen Richtungen in einem Probenbereich mit einer flexiblen Verbindungskapillare verbunden, welche aus einer Glaskapillare und einem Kunststoffüberzug gebildet ist. Dank der Erfindung können die Proben jetzt auch in so genannte Quellböden gegeben werden, in denen eine Vielzahl von kleinen Vertiefungen derart nebeneinander angeordnet sind, dass sie die Probenflüssigkeit aufnehmen können. Dank des Schwenkbereichs von 2 × 180° biegt sich die flexible Verbindungskapillare in beide Richtungen, jedoch ohne zu knicken und ohne den Flüssigkeitstransport zu stoppen. Zu diesem Zweck kann eine Verbindungskapillare benutzt werden, wie sie z.B. in dem Dokument EP 0 698 789 A1 zur Verbindung an eine Detektorzelle innerhalb eines Chromatomographiesystems beschrieben ist.
So ist es mit dem erfindungsgemäßen Probeninjektor möglich, die Vorteile des im Dokument EP 0 327 658 B1 beschriebenen Injektionsmodus aufrecht zu halten und gleichzeitig die Nadel zur Probe hin zu bewegen, wobei die Verbindungskapillare einerseits einen Druck bis zu 400 bar erlaubt, während gleichzeitig häufige Krümmungszyklen beibehalten werden. Gemäß einer besonderen Ausführungsform wird die Verbindungskapillare innerhalb des Roboterarms entlang geführt, der seinerseits mit dem Ausleger auf einem Tragrahmen befestigt ist, der die vertikale Bewegung und die X-Gleitbewegung des Auslegers ermöglicht. In diesem Zusammenhang bedeutet die X-Gleitbewegung, dass während eine vorgegebene Position in X-Y-Koordinaten auf polare Koordinaten, welche eine X-Richtung und einen Winkel umfassen, übertragen wird, der Ausleger Bewegungen in der X-Achse ausführt, während der Rotationswinkel zum Erreichen der Probe vom Rotationsarm ausgeführt wird. Im Bereich dieses Tragrahmens verläuft die bewegliche Glaskapillare mindestens teilweise innerhalb gebogener röhrenförmiger Leitschienen und ist außerhalb des Tragrahmens mittels eines hochdruckresistenten Anschlussstücks mit der Dosiervorrichtung verbunden. So kann die flexible Verbindungskapillare durch die Leitschiene bis zur Nadel geführt und an die Nadel angepasst und am anderen Ende mit der Dosiervorrichtung verbunden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die flexible Verbindungskapillare aus Quarzglas und einem Polyetheretherketongehäuse hergestellt und weist eine Druckstabilität von mindestens 400 bar auf, wobei für einen Bereich von bis zu 0,6 mm des Außendurchmessers der Quarzkapillare das Durchmesserverhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser mindestens 2,4 beträgt. Diese besonderen charakteristischen Merkmale stellen die Druckfestigkeit der Verbindungskapillare bei gleichzeitiger Beweglichkeit sicher. Um auch zu gewährleisten, dass ein Mindestkrümmungsradius aufrecht erhalten bleibt, beträgt das Verhältnis des Außendurchmessers zum Mindestkrümmungsradius im Bereich des Roboterarms mindestens 0,018.
Nachstehend ist die Erfindung anhand einer Ausführungsform in mehr Einzelheiten erläutert.
1 zeigt ein Diagramm, welches das Prinzip eines Probeninjektors mit Dosiervorrichtung, Kapillarsystem, sowie Mittel zum Bewegen der Nadel darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Mittel zum Bewegen der Nadel mit dem Mechanismus für die X-, Y-, Z-Bewegung und der Probenschale.
3 zeigt die Hauptbewegung des Roboterarms in der X- und Y-Achse.
Das Diagramm der 1 zeigt das Prinzip der grundlegenden Funktion mit den einzelnen Elementen des Probeninjektors und ihre Verbindung. Dargestellt sind die Dosiervorrichtung 1, das Verteilersystem 2 mit dem Kapillarsystem und dem Mittel 3 zur Aufnahme der Probe und Injektion der Probe in das Kapillarsystem, wobei das Mittel 3 sowohl mit der Dosiervorrichtung als auch mit dem Verteilersystem verbunden ist. Die Weise, in der das Verteilersystem 2, sowie die Dosiervorrichtung 1 funktionieren, ist z.B. im Dokument EP 327 658 A1 beschrieben. Das Mittel 3 umfasst ein Gestell 4, das in senkrechter Richtung beweglich und mit der Dosiervorrichtung 1 mittels eines Leitungsrohrs 5 verbunden ist. Auf dem Gestell 4 ist ein Roboterarm 6 angeordnet, der einen Ausleger 7 und einen an das freie Ende angesetzten Rotationsarm 8 umfasst. An dem freien Ende des Rotationsarms 8 ist die Nadel 9 befestigt zur Aufnahme der Probenflüssigkeit aus dem Probenbehälter 10 und zum Injizieren der Probe in die Aufnahme 11 des Sammelgefäßes 12. Der Arm 8 ist in Bezug zum Arm 7 um ±180° schwenkbar und demzufolge ist die Nadel 9 mit dem Leitungsrohr 5 durch eine flexible Verbindungskapillare 13 verbunden. Das Probenaufnahmegefäß 10 besteht aus einer Schale mit einzelnen Vertiefungen für die Probenflüssigkeit. Die Aufnahme 11 ist mit der Verteilervorrichtung 2 über das Leitungsrohr 14 verbunden.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform mit einem Tragrahmen, an den der Roboterarm 6 befestigt ist. Ein Mechanismus 16 für die vertikale Bewegung des Roboterarms 6, sowie ein Mechanismus 17 für die Gleitbewegung des Arms 7 sind auf den Tragrahmen montiert. 2 zeigt auch die Probennadel, die am freien Ende des Arms 8 angeordnet ist. In dieser Zeichnung wird die flexible Verbindungskapillare 13 von dem Punkt, an dem die Nadel 9 am Arm 8 befestigt ist, im Roboterarm 6 zum Tragrahmen 15 hin und im Tragrahmen 15 in röhrenförmigen Leitschienen 18 geführt, so dass die flexible Verbindungskapillare den Bewegungen des Roboterarms 6 in Bezug zum Tragrahmen 15 ebenfalls folgen kann. Die röhrenförmigen Leitschienen sind teilweise gebogen, um der Verbindungskapillare eine klare Führung und Krümmung zu verschaffen. Die Verbindungskapillare 13 wird in die einzelnen Leitschienen eingeführt und mit der Nadel 9 mittels eines entsprechenden Anschlussstücks verbunden. Am anderen Ende besteht eine entsprechende (nicht gezeigte) Verbindung mit der Dosiervorrichtung 1, z.B. mittels des Leitungsrohrs 5 der 1.
In einer Ausführungsform misst die Glaskapillare etwa 1,10 m und hat einen Außendurchmesser von 350 bis 600 μm. Die Glaskapillare umfasst Quarzglas oder Borosilikatglas und der Überzug besteht aus Polyetheretherketon (PEEK). Die Kombination aus Quarzglas und Kunststoffüberzug gewährleistet Druckstabilität, insbesondere bei einem Durchmesserverhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser von mindestens 2,4 bei einem Außendurchmesser der Glaskapillare von bis zu 600 μm. Die Verbindungskapillare misst 0,8 bis 1,6 mm im Durchmesser, um die notwendige Druckresistenz sicher zu stellen.
3 zeigt die grundlegenden Bewegungen des Roboterarms 6 mit der X-Gleitbewegung des Auslegers 7, sowie der Bewegung der Nadel 9 am freien Ende des Roboterarms 2 in der X- und Y-Achse durch Bewegung des Rotationsarms 8 um einem Winkel θ und eine entsprechende Probenschale 10 mit Vertiefungen (Quellboden).

Claims

Probeninjektor für einen Hochdruck-Flüssigkeitschromatographen umfassend: eine Probennadel (9), durch die eine Probe, die chromatographisch analysiert werden soll, durch Wirkung einer Dosiervorrichtung (1) aufgenommen werden kann; Mittel (3) zum Bewegen der Nadel in eine Probenansaugposition und in eine Probeninjektionsposition; Kapillarsystem (2, 5, 14) zum Transportieren eines von einem Lösungsmittelabgabesystem unter hohem Druck abgegebenen Lösungsmittels zu einer chromatographischen Säule und zum Übertragen von Proben zu der chromatographischen Säule; wobei die Dosiervorrichtung (1) derart angepasst ist, dass sie eine abgemessene Probenmenge durch die Probennadel (9) aufnimmt und diese Probenmenge freisetzt, wenn die Dosiervorrichtung (1) mit dem Lösungsmittelabgabesystem verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Mittel (3) zum Bewegen der Nadel in den X-, Y-, Z-Achsen die Probennadel (9) zu verschiedenen Probenansaugpositionen auf einer Probenschale und zur Injektionsposition, in der die Injektion in das Kapillarsystem stattfindet, zu bewegen ist, wobei die Mittel einen Mechanismus (16) für die vertikale Bewegung (Z) und einen Roboterarm (6) mit einem Ausleger (7) für die X-Gleitbewegung sowie einen Rotationsarm (8) umfasst, der am freien Ende des Auslegers frei schwenkbar ist und sich in einer Position befindet, so dass er ±180°-Bewegungen ausführen kann, um die am freien Ende des Rotationsarms befestigte Probennadel (9) entlang der X- und Y-Achse zu positionieren; und dass die Probennadel (9) für die Hochdruckinjektion mit einer flexiblen Verbindungskapillare (13) verbunden ist, die eine Glaskapillare und einen Kunststoffüberzug umfasst.
Probeninjektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Verbindungskapillare (13), die in einem Tragrahmen (15) liegt, in dem der Ausleger (7) in der vertikalen Achse (Z) und in der X-Achse beweglich montiert ist, zumindest teilweise innerhalb gebogener röhrenförmiger Leitschienen (18) geführt wird.
Probeninjektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb des Tragrahmens (15) die flexible Verbindungskapillare (13) mit der Dosiervorrichtung (1) über ein hochdruckresistentes Anschlussstück verbunden ist.
Probeninjektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Verbindungskapillare (13) ein Quarzglas mit einem Polyetheretherketongehäuse umfasst.
Probeninjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Verbindungskapillare (13) eine Druckstabilität von mindestens 400 bar aufweist und bei einem Bereich von bis zu 0,6 mm des Außendurchmessers der Quarzkapillare das Durchmesserverhältnis von Außendurchmesser zum Innendurchmesser mindestens 2,4 beträgt.
Probeninjektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Außendurchmessers zum Krümmungsmindestradius im Bereich der Arme mindestens 0,018 beträgt.