ES2908297T3 - Aparato y método de separación multicolumna - Google Patents

Aparato y método de separación multicolumna Download PDF

Info

Publication number
ES2908297T3
ES2908297T3 ES15701396T ES15701396T ES2908297T3 ES 2908297 T3 ES2908297 T3 ES 2908297T3 ES 15701396 T ES15701396 T ES 15701396T ES 15701396 T ES15701396 T ES 15701396T ES 2908297 T3 ES2908297 T3 ES 2908297T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
cartridge
sample
columns
multiplicity
chromatographic columns
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES15701396T
Other languages
English (en)
Inventor
Steven J Stanley
Thomas O Myers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nat Nuclear Laboratory Ltd
National Nuclear Laboratory Ltd
Original Assignee
Nat Nuclear Laboratory Ltd
National Nuclear Laboratory Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nat Nuclear Laboratory Ltd, National Nuclear Laboratory Ltd filed Critical Nat Nuclear Laboratory Ltd
Application granted granted Critical
Publication of ES2908297T3 publication Critical patent/ES2908297T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/26—Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/38—Flow patterns
    • G01N30/46—Flow patterns using more than one column
    • G01N30/461—Flow patterns using more than one column with serial coupling of separation columns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/18—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns
    • B01D15/1864—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns using two or more columns
    • B01D15/1871—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns using two or more columns placed in series
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/22—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to the construction of the column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D59/00—Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/28—Separation by chemical exchange
    • B01D59/30—Separation by chemical exchange by ion exchange
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502738—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by integrated valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502753—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by bulk separation arrangements on lab-on-a-chip devices, e.g. for filtration or centrifugation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/40—Concentrating samples
    • G01N1/405—Concentrating samples by adsorption or absorption
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/26—Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/38—Flow patterns
    • G01N30/46—Flow patterns using more than one column
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/26—Conditioning of the fluid carrier; Flow patterns
    • G01N30/38—Flow patterns
    • G01N30/46—Flow patterns using more than one column
    • G01N30/461—Flow patterns using more than one column with serial coupling of separation columns
    • G01N30/462—Flow patterns using more than one column with serial coupling of separation columns with different eluents or with eluents in different states
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6091—Cartridges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6095—Micromachined or nanomachined, e.g. micro- or nanosize
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
    • G21F9/12—Processing by absorption; by adsorption; by ion-exchange
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/30—Processing
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/34—Disposal of solid waste
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/04—Exchange or ejection of cartridges, containers or reservoirs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/08—Ergonomic or safety aspects of handling devices
    • B01L2200/082—Handling hazardous material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/16—Reagents, handling or storing thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/02—Identification, exchange or storage of information
    • B01L2300/025—Displaying results or values with integrated means
    • B01L2300/027—Digital display, e.g. LCD, LED
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809—Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829—Multi-well plates; Microtitration plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861—Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0883—Serpentine channels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0481—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure squeezing of channels or chambers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0644—Valves, specific forms thereof with moving parts rotary valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0655—Valves, specific forms thereof with moving parts pinch valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/06—Valves, specific forms thereof
    • B01L2400/0633—Valves, specific forms thereof with moving parts
    • B01L2400/0666—Solenoid valves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/74—Optical detectors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Treatment Of Liquids With Adsorbents In General (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Un aparato para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho aparato que comprende un cartucho, dicho cartucho que comprende: (a) una primera capa plana que incorpora una multiplicidad de columnas cromatográficas conectadas entre sí en serie, dicha capa que comprende, además: al menos un puerto de entrada de muestra, al menos un puerto de entrada de resina y una multiplicidad de puertos de entrada de fluido de reactivo y de purga que están conectados fluidamente a través de una multiplicidad de válvulas de control a la multiplicidad de columnas cromatográficas; (b) una segunda capa plana que comprende una multiplicidad de puertos de salida, en donde cada puerto de salida comprende adicionalmente una válvula de salida que está adaptada para controlar el flujo de fluido a través de dichos puertos de salida; en donde cada una de dicha multiplicidad de columnas cromatográficas está alineada con uno de dicha multiplicidad de puertos de salida para permitir el flujo de fluido desde dicha columna a través de dicho puerto de salida.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método de separación multicolumna
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la separación de mezclas de materiales para facilitar el análisis de los componentes de las mezclas. Más particularmente, la invención se refiere a la separación cromatográfica de mezclas de materiales, más particularmente a la separación de mezclas que comprenden componentes radiactivos.
Antecedentes de la invención
La industria nuclear tiene una necesidad constante de separar y analizar muestras de materiales que se obtienen de los reactores, instalaciones de producción, plantas de reprocesamiento y almacenes de desechos. Típicamente, estos materiales son peligrosos por su contenido radiactivo, y constantemente se buscan métodos más fiables y eficientes para separar estos materiales a escala analítica con el fin de establecer con precisión la identidad y el contenido relativo de los materiales que los componen.
La necesidad de conocer la naturaleza y la composición de estos materiales radiactivos queda ilustrada por las 43000 muestras radioquímicas que se calcula que procesan cada año los laboratorios del Reino Unido que prestan servicio a los operadores de reactores, las instalaciones de producción de combustible, las plantas de reprocesamiento y los almacenes de desechos, con un coste combinado de unos 40 millones de libras. Esta cifra se aumenta 5 veces si se tienen en cuenta las pruebas similares realizadas en más de 100 centros de Estados Unidos y Europa. De hecho, se calcula que un conjunto completo de pruebas analíticas estándar para una muestra radiactiva de la industria nuclear cuesta típicamente alrededor de 1000 libras. Por lo tanto, está claro que es necesario desarrollar procedimientos nuevos y más eficientes para atender esta demanda.
Más particularmente, las técnicas actuales típicamente exigen que las muestras se extraigan y se transporten a las instalaciones de ensayo designadas, que están equipadas para manejar dichas muestras. Evidentemente, esto plantea importantes problemas logísticos debido a la naturaleza peligrosa de los materiales. En consecuencia, la presente invención pretende proporcionar un aparato y un método que permita efectivamente llevar el laboratorio a la muestra, ofreciendo así un análisis in situ más sencillo, más barato y más rápido, que elimine la necesidad de extraer y transportar las muestras y que, en algunos casos, también pueda facilitar el análisis de muestras donde antes no era posible debido a los elevados niveles de actividad o a un mayor o menor grado de inaccesibilidad.
Las técnicas de separación que se emplean para el análisis de muestras en el laboratorio suelen basarse en la separación cromatográfica mediante el uso de técnicas como la cromatografía en columna, la cromatografía de gases/líquidos, la cromatografía de intercambio iónico, la cromatografía en fase inversa, la cromatografía de exclusión por tamaño y similares. Muchas de estas técnicas están descritas ampliamente en la literatura y se conocen bien por los expertos en la técnica de la química analítica.
Los analistas disponen ahora de métodos cromatográficos cada vez más sofisticados y automatizados. Así, por ejemplo, los dispositivos de cromatografía pueden incluir múltiples columnas, lo que permite la separación de varios componentes de una mezcla, como se describe en la patente de los Estados Unidos núm. US-A-5340543, que describe un dispositivo para separar fluidos de muestra de fluidos portadores y analizar las muestras que está configurado como una unidad modular que comprende un cartucho de cromatografía que permite realizar reparaciones rápidamente en la unidad y también simplifica enormemente la tarea de acceder a los componentes del cartucho. El cartucho está compuesto por columnas de separación para separar la muestra del portador, y adicionalmente incluye detectores para detectar las características distintivas de los fluidos que salen de las columnas. El cartucho también incluye preferiblemente conjuntos de válvulas para dirigir el flujo de los fluidos a través del cartucho y restrictores para ajustar el caudal de los fluidos. Los componentes del cartucho están configurados en un colector que tiene un medio para conectar el cartucho a las fuentes de fluidos.
El documento WO-A-2012/058559 describe un sistema de preparación y análisis de muestras que incluye una carcasa con una estación de preparación de muestras y una estación de análisis de muestras dentro de la carcasa. La estación de análisis está separada de la estación de preparación y un conjunto de transporte está configurado para mover al menos una muestra dentro de la carcasa y entre la estación de preparación y la estación de análisis.
La patente de los Estados Unidos núm. US-A-2013/260419, al igual que gran parte del estado de la técnica en este ámbito, se refiere a aplicaciones biológicas y está dirigido al desarrollo de tecnología de procesamiento continuo para la purificación de productos biofarmacéuticos y biológicos, como anticuerpos monoclonales, proteínas terapéuticas y vacunas. Se describen métodos para el procesamiento continuo de un producto biológico en una corriente de alimentación hacia la formulación de un producto a granel purificado, junto con un sistema que comprende una pluralidad de columnas de cromatografía conectadas en serie a través de módulos de válvulas intermedias.
El documento WO-A-2012/058516 se refiere a un sistema para suministrar un solvente o reactivo a un sistema de cromatografía líquida que comprende: una válvula que comprende un puerto común y una pluralidad de otros puertos, configurable de tal manera que el puerto común puede estar acoplado fluidamente a cualquiera de los otros puertos; una bomba acoplada fluidamente al puerto común de la válvula; un tapón configurado para bloquear el flujo a través de uno de los otros puertos de la válvula; un recipiente que contiene el solvente o reactivo, dicho recipiente está acoplado fluidamente a uno de los otros puertos de la válvula; una línea de tubería de fluido que tiene una resistencia conocida al flujo de fluido, acoplada fluidamente a un tercero de los otros puertos de la válvula; y un manómetro configurado para medir la presión del fluido dentro de la bomba, en donde el solvente o reactivo se suministra al sistema de cromatografía líquida por un cuarto de los otros puertos.
La patente de los Estados Unidos núm. US-A-2013/206653 se refiere a un cartucho para separaciones cromatográficas que comprende una carcasa, al menos una primera y una segunda columna de cromatografía que pasan al menos parcialmente a través de la carcasa, en donde cada columna de cromatografía comprende un primer y un segundo accesorio de extremo operable para conectar la cromatografía a la tubería externa de un sistema de cromatografía. Los accesorios de conexión sobresalen de la carcasa en cada extremo de cada columna y permiten la conexión fluida con un sistema de tuberías del cromatógrafo y/o con el detector del espectrómetro de masas. El cartucho puede comprender calentadores y sensores de temperatura y sensores opcionales para monitorear el caudal de fluido o el pH, y una característica de identificación pasiva, como un código de barras o un módulo RFID, puede identificar el cartucho y sus métodos de cromatografía asociados a un software externo. Además, un módulo de memoria a bordo y un chip controlador se pueden usar para registrar activamente información del módulo legible por ordenador, incluida la información del historial del módulo, dicha información se puede transferible a través de una interfaz estándar, como un puerto USB.
La patente de los Estados Unidos núm. US-A-2009/218286 describe un dispositivo para separaciones cromatográficas que comprende un colector que comprende una pluralidad de conectores para conectarse a una o más columnas de separación cromatográfica y/o tubos de alimentación o extracción. Al menos un conducto central se forma entre al menos dos conectores que forman una entrada y una salida respectivamente, dicho conducto central comprende una válvula de conducto que se puede cerrar y una pluralidad de conductos de derivación que se ramifican desde el conducto central hasta un conector de derivación. El conducto de bifurcación comprende una válvula de bifurcación que se puede cerrar, en donde al menos un conducto de bifurcación está situado entre la entrada y la válvula del conducto central y en donde al menos un conducto de bifurcación está situado entre la salida y la válvula del conducto central. El dispositivo está diseñado para llevar a cabo separaciones cromatográficas de una columna y de varias columnas (continuas), lo que permite de esta manera la purificación de productos biofarmacéuticos sin tener que desarrollar, demostrar y validar procedimientos de limpieza para las válvulas.
Los presentes inventores, sin embargo, se ocupan de las aplicaciones en el campo de la tecnología nuclear y tratan de proporcionar un sistema y un método que facilite la separación segura y eficiente de los materiales radiactivos generados por los reactores, las instalaciones de producción de combustible, las plantas de reprocesamiento y los almacenes de desechos. Específicamente, la presente invención pretende proporcionar un sistema de separación cromatográfica que permita una separación in situ sencilla, eficiente y barata, así como la realización de pruebas de materiales radiactivos y, de esta manera, que dé lugar a una reducción de los requerimientos de transporte de muestras y a una reducción significativa de los costes de procesamiento. Los sistemas típicos del estado de la técnica para la separación y el análisis de muestras radiactivas requieren la transportación de muestras a laboratorios específicos en donde se llevan a cabo procedimientos de separación prolongados y separados para aislar materiales específicos de las muestras. El análisis de estas muestras se lleva a cabo usando una variedad de técnicas para establecer los componentes exactos, y el contenido relativo de estos, que están contenidos en la muestra. Todo este esfuerzo típicamente da lugar a un procedimiento que tarda varios días en llevarse a cabo y que, en consecuencia, es caro.
La invención, sin embargo, usa esencialmente los principios de la tecnología microfluídica para proporcionar una única unidad que combina las tecnologías de extracción y separación para permitir el aislamiento de las especies emisoras de rayos alfa, beta y gamma, y el posterior análisis espectroscópico de estas especies para proporcionar una ruta significativamente más rápida y más barata a la información requerida. El sistema se puede implementar en un laboratorio convencional en el punto de la muestra, eliminando de esta manera los problemas de gastos y seguridad/ambientales/contención asociados con el transporte de muestras. El sistema también se puede usar para proporcionar información crítica a lo largo del ciclo del combustible nuclear en aplicaciones como la fabricación de combustible, la operación de los reactores, el reprocesamiento y el almacenamiento de desechos, ya que ofrece un sistema de monitoreo en línea capaz de proporcionar análisis espectroscópicos alfa, beta y gamma in situ de las muestras que tiene una aplicabilidad universal en todo el ciclo del combustible nuclear. Así, por ejemplo, el sistema se puede usar asociado al control de calidad en línea en las instalaciones de producción de combustible, el análisis en línea del material del ciclo de refrigeración en el emplazamiento de un reactor, el análisis en línea del material dentro de una instalación de reprocesamiento con posible retroalimentación de control, la caracterización in-situ del material de desecho para determinar las estrategias de sentencia, así como también los requisitos de caracterización asociados con el almacenamiento de desechos provisional e incluso a largo plazo.
Resumen de la invención
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención se proporciona un aparato para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho aparato comprende un cartucho que comprende: (a) una primera capa plana que incorpora una multiplicidad de columnas cromatográficas conectadas fluidamente en serie, dicha capa comprende, además:
al menos un puerto de entrada de muestra, al menos un puerto de entrada de resina y una multiplicidad de puertos de entrada de fluido de reactivo y de purga que están conectados fluidamente a través de una multiplicidad de válvulas de control a la multiplicidad de columnas cromatográficas;
(b) una segunda capa plana que comprende una multiplicidad de puertos de salida, en donde cada puerto de salida comprende adicionalmente una válvula de salida que está adaptada para controlar el flujo de fluido a través de dichos puertos de salida; en donde cada una de dicha multiplicidad de columnas cromatográficas está alineada con uno de dicha multiplicidad de puertos de salida para permitir el flujo de fluido desde dicha columna a través de dicho puerto de salida.
Dichas válvulas de salida se encuentran típicamente en el extremo aguas arriba de dichos puertos de salida.
En ciertas modalidades de la invención, dicha primera capa comprende una capa superior y dicha segunda capa comprende una capa inferior.
Dicho cartucho está formado típicamente de un material plástico que es químicamente resistente a las diversas muestras y reactivos que se usan en relación con el sistema. Un material particularmente adecuado a este respecto es la resina de policarbonato.
Las dimensiones típicas del cartucho se determinan por la aplicación particular en donde el cartucho se va a desplegar y el cartucho puede ser de cualquier tamaño que sea adecuado para la aplicación particular. Sin embargo, las dimensiones típicas son generalmente del orden de 50-500 mm de longitud, 25-350 mm de ancho y 2-40 mm de profundidad. En las modalidades de la invención, dichas dimensiones están en el orden de 75-300 mm de longitud, de 50-250 mm de ancho y de 5-30 mm de profundidad. En otras modalidades de la invención, dichas dimensiones están en el orden de 100-200 mm de longitud, de 75-200 mm de ancho y de 10-20 mm de profundidad. En ciertas aplicaciones específicas se han encontrado dimensiones adecuadas de aproximadamente 140 mm de longitud x 100 mm de ancho x 15 mm de profundidad.
Las columnas cromatográficas pueden ser lineales y/o no lineales, en dependencia de la longitud de la trayectoria deseada a través de la columna. Se pueden conseguir trayectorias más largas incorporando una serie de curvas en U en las columnas. Las columnas son canales capilares que suelen tener volúmenes de 0,1 a 50 ml, más típicamente de 2 a 25 ml y más típicamente de 5 a 15 ml. El grado de no linealidad y el número de codos de la columna se pueden usar para controlar su volumen.
Dichas columnas cromatográficas contienen resinas cromatográficamente activas, elegidas para proporcionar una separación de la muestra de material en sus componentes constitutivos. Las resinas se introducen en las columnas mediante el uso de procedimientos estándar de empaque de lodos, bien conocidos para los expertos en la técnica, y entran en el cartucho por medio de al menos un puerto de entrada de resina situado en la primera capa superior de dicho cartucho. La densidad de empaquetado se controla en la producción mediante el monitoreo/control del caudal, la turbidez y la contrapresión del empaque.
Dicho cartucho está adaptado para permitir la introducción y la retirada de la resina cromatográfica de manera conveniente. Así, los puertos de entrada de la resina están fijados de forma removible, de manera que pueden ser desmontados del cartucho, ya sea manualmente o por medio de un método mecanizado, tras el uso del cartucho. De esta manera es posible, mediante el uso de los puertos de entrada y salida de fluidos, usar un líquido para facilitar el lavado de la resina contaminada, de manera que pueda almacenarse y/o eliminarse remotamente del cartucho.
Cada columna de cromatografía incluye medios para evitar el escape de dichos materiales de resina de dichas columnas. Por ejemplo, dichos medios pueden comprender tapones de materiales inertes. Lo más conveniente, sin embargo, es que dichos medios puedan estar formados por fritas de un material inerte adecuado, ejemplos particulares de los cuales son las fritas de policarbonato poroso y las fritas de PTFE poroso.
Los distintos puertos de entrada se presentan en la superficie superior del cartucho. Típicamente, se proporciona un único puerto de entrada de muestra. En las modalidades de la invención, dicho puerto de entrada comprende medios para la entrega de una muestra fluida en el cartucho. Los sistemas de suministro de fluidos adecuados pueden comprender, por ejemplo, un acoplamiento de fluidos que comprende un accesorio de presión, adaptado para facilitar la presentación de la muestra al cartucho a través de, por ejemplo, medios de pipeteo que comprenden un muestreador medido, cuya punta se puede mantener sometido a una fuerza en la entrada del cartucho para que la muestra de fluidos sea bombeada al cartucho. En ciertas modalidades de la invención, el medio de pipeteo/muestreador comprende un cabezal de pipeteo desechable, que se sustituye para cada muestra diferente con el fin de evitar cualquier posibilidad de contaminación. En modalidades alternativas de la invención, los medios de pipeteo o el muestreador pueden comprender una jeringa desechable.
El cartucho tiene una multiplicidad de puertos de entrada de reactivos y de purga que, en las modalidades típicas de la invención, comprende acoplamientos fluídicos que comprenden accesorios de presión. El número de puertos se determina típicamente por la aplicación particular para la que se destina el cartucho, pero puede estar típicamente en el intervalo de 2 a 40, más típicamente de 2 a 20, lo más típicamente de 2 a 12.
Opcionalmente, la superficie superior del cartucho puede estar recubierta por un colector que incorpora puertos a través de los cuales se puede acceder a los puertos de entrada del cartucho.
Las columnas cromatográficas están conectadas entre sí en serie por una multiplicidad de dichas válvulas de control y el flujo de fluido a través de las columnas es controlado por dichas válvulas de control. Así, las válvulas de control están adaptadas para acoplar los puertos de entrada, a través de canales fluídicos, a las columnas cromatográficas, e interconectar las columnas cromatográficas para permitir que la muestra fluya a través de las columnas, y luego desacoplar las columnas para que cada columna pueda ser procesada individualmente usando los diversos reactivos. En ciertas modalidades de la invención, las válvulas de control pueden comprender válvulas de membrana incorporadas, que pueden comprender membranas maleables o deformables; ejemplos de tales válvulas son las válvulas de Viton.
Los puertos de salida se pueden presentar convenientemente en la superficie inferior del cartucho que comprende una multiplicidad de estos puertos. El número de puertos se determina típicamente por la aplicación particular a la que se destina el cartucho, pero puede estar típicamente en el intervalo de 2 y 20. Como se ha señalado anteriormente, los puertos de salida comprenden válvulas de salida que están adaptadas para controlar el flujo de fluido a través de dichos puertos de salida. En ciertas modalidades de la invención, dichas válvulas de salida pueden comprender válvulas de membrana, que por ejemplo, pueden comprender una cámara de membrana que contiene una membrana. Las válvulas de salida están situadas típicamente en el extremo aguas arriba de dichos puertos de salida.
Típicamente, los fluidos que salen se recogen en depósitos de recogida adecuados, que pueden ser depósitos fijos o móviles. En otras modalidades de la invención, dichos puertos de salida pueden controlar el flujo de fluido hacia otras columnas cromatográficas o hacia la instrumentación aguas abajo.
En las modalidades de la invención en donde las válvulas de salida en los puertos de salida comprenden válvulas de membrana, se pueden proporcionar actuadores que cooperan con las membranas en los puertos de salida para permitir el flujo de fluido a través de los puertos de salida. Dichos actuadores son típicamente operados por medios mecánicos, electromecánicos o electromagnéticos, o mediante el uso de aire comprimido. En ciertas modalidades de la invención, dichos actuadores, por ejemplo, mecánicos, pueden estar comprendidos en depósitos de recogida. En ciertas modalidades de la invención, los actuadores pueden comprender miembros móviles, como varillas, que se acoplan a las membranas.
En algunas modalidades de la invención, los depósitos de recogida pueden estar comprendidos en recipientes de recogida separados. En modalidades alternativas de la invención, los depósitos de recogida están comprendidos en recipientes de recogida que incluyen una multiplicidad de compartimentos separados. Los recipientes de recogida se colocan típicamente en un arreglo lineal o rotativo.
En varias modalidades de la invención, el cartucho de la invención puede comprender de 2 a 40 columnas cromatográficas, típicamente de 2 a 20 columnas, más típicamente de 2 a 12 columnas. En las modalidades más típicas de la invención, los cartuchos contienen 2, 3 o 4 columnas.
Se prevé que el aparato del primer aspecto de la invención sea un sistema desechable de un solo uso, de manera que la vida útil de un cartucho individual se pueda medir en términos de minutos. De este modo, se puede evitar la contaminación cruzada y no es necesario limpiar los cartuchos, lo que mejora aún más la eficiencia del sistema.
Los cartuchos que comprenden el aparato del primer aspecto de la invención proporcionan una integridad estructural a efectos de su funcionamiento y manejo. Sin embargo, los cartuchos están típicamente adaptados para ser desechados de manera que, después de su uso, puedan ser comprimidos en un volumen menor que su volumen funcional. Típicamente, la compresión de los cartuchos se lleva a cabo tras la retirada de la resina de las columnas.
En las modalidades típicas de la invención, el cartucho está adaptado para su uso asociado con sistemas analíticos adecuados y diversos programas informáticos de control y experimentación. Los ejemplos de sistemas analíticos incluyen instrumentos analíticos diseñados para llevar a cabo análisis espectroscópicos y espectrométricos, incluidos, por ejemplo, espectrofotómetros para llevar a cabo análisis espectrofotométricos infrarrojos o ultravioletas/visibles de muestras obtenidas del sistema. Los sistemas analíticos alternativos pueden comprender, por ejemplo, espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), o contadores alfa, beta o gamma.
Se puede proporcionar un software de control y experimentación para automatizar los procesos de introducción de la muestra en el cartucho, la adición de reactivos y materiales de purga al aparato y la subsecuente recogida de muestras de este. Se puede usar un software adecuado para controlar la operación de las válvulas en todo el sistema. Convenientemente, los contenedores de reactivos se pueden conectar a un cartucho como el definido anteriormente para que la adición de reactivos al cartucho pueda ser automatizada por medio del software. De manera similar, los depósitos de recogida también se pueden conectar al cartucho, permitiendo de esta manera que la recogida de los fluidos que salen del cartucho sea controlada automáticamente por el software del sistema. Proporcionar un software apropiado para estos fines sería una operación rutinaria para un experto en la técnica.
Así, de acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho sistema comprende:
(a) un cartucho de acuerdo con el primer aspecto de la invención;
(b) una pluralidad de contenedores de reactivos;
(c) una pluralidad de depósitos de recogida;
(d) medios para la mezcla de reactivos y la transferencia controlada de reactivos desde los contenedores de reactivos al cartucho; y
(e) medios para controlar la recogida de muestras del cartucho.
Opcionalmente, dicho sistema facilita adicionalmente el análisis de dichos componentes y comprende al menos una instalación analítica. Dicha instalación analítica puede comprender al menos un instrumento analítico, por ejemplo, un espectrofotómetro, un espectrómetro o un espectrómetro de masas de plasma acoplado inductivamente, o un contador alfa, beta o gamma.
Dichos medios para la mezcla de reactivos y la transferencia controlada de reactivos desde los contenedores de reactivos al cartucho y los medios para controlar la recogida de muestras del cartucho pueden comprender adecuadamente válvulas, que opcionalmente pueden comprender membranas y están controladas por medio de software.
En modalidades específicas, los sistemas de la invención comprenden medios para el bombeo de reactivos y la purga de fluidos a través del sistema. Típicamente, dichos sistemas pueden incluir bombas de jeringa.
Las modalidades de la invención también contemplan sistemas en donde se facilita la mezcla de reactivos antes de su entrada en las columnas cromatográficas mediante la incorporación de medios para efectuar dicha mezcla de fluidos. Típicamente, tales modalidades incluyen válvulas rotativas y cámaras de mezcla.
Típicamente, el control de los medios para el bombeo y la mezcla de los diversos fluidos se efectúa automáticamente por medio de un software adecuado.
Más concretamente, los medios para la mezcla de reactivos y su transferencia controlada desde los contenedores de reactivos al cartucho comprenden típicamente una pluralidad de bombas y válvulas, por ejemplo, bombas de jeringa, válvulas de selección de flujo y válvulas rotativas. Dichos medios facilitan la mezcla de varios reactivos individuales para proporcionar una multiplicidad de reactivos mezclados y su transferencia al cartucho. Así, por ejemplo, en una modalidad de la invención se pueden mezclar cinco reactivos concentrados para proporcionar diecisiete reactivos mezclados diferentes que pueden emplearse como lavados y eluyentes para las columnas del cartucho. La mezcla se realiza típicamente en cámaras de mezcla que están conectadas fluidamente a las columnas.
En las modalidades típicas de la invención, cada columna de un cartucho está conectada fluidamente en serie a una cámara de mezcla, una válvula de selección rotativa, una bomba de jeringa y una válvula de selección de flujo, dichos contenedores de reactivos están conectados a las válvulas de selección de flujo. Así, en una modalidad, una columna está conectada a una cámara de mezcla que a su vez se conecta a una válvula de selección de flujo multivía a través de una válvula de selección rotativa multivía que también está conectada a una bomba de jeringa. Así, durante la operación, la bomba de jeringa extrae los reactivos deseados de los contenedores de reactivos a través de la válvula de selección de flujo y la válvula de selección rotativa. A continuación, la jeringa llena descarga su contenido a través de la válvula de selección rotativa hacia la cámara de mezcla y, de ahí, hacia la columna. La válvula de selección rotativa comprende, opcionalmente, canales de entrada de aire y de salida de desechos que se pueden usar para lavar la válvula con aire y/o agua desionizada de un contenedor de reactivos, que luego se puede descargar a los desechos.
La presente invención prevé particularmente la aplicación del aparato y el sistema de la invención a la separación de, o la separación y el análisis de, muestras de materiales radiactivos. Más concretamente, el aparato y el sistema encuentran aplicación en la realización de análisis espectroscópicos alfa, beta y gamma in situ de muestras generadas en el ciclo del combustible nuclear.
En dichas aplicaciones, el cartucho de la invención incluye típicamente 2, 3 o 4 columnas cromatográficas. En ciertas modalidades de la invención, el cartucho incluye 4 columnas cromatográficas.
En modalidades particulares de la invención, diferentes columnas cromatográficas contienen diferentes resinas cromatográficamente activas. En modalidades particulares de la invención, dichas resinas se aplican específicamente a la separación de materiales radiactivos, tales como isótopos radiactivos. Así, cuando se aplican a la separación de muestras de materiales radiactivos, las resinas cromatográficamente activas adecuadas pueden incluir, por ejemplo, resinas adsorbentes o resinas químicamente activas como las resinas de intercambio iónico, entre las que se incluyen, como ejemplos específicos, las resinas de intercambio aniónico, la resina UTEVA® (pentilfosfonato de dipentilo cargado en un soporte inerte), la resina TRU (óxido de octilfenil-N,N-di-isobutil carbamoilfosfina/tri-n-butil fosfato cargado en un soporte inerte) y la resina Sr (4,4'-(5')-di-t-butilciclohexano 18-corona-6 (éter de corona)/1-octanol cargado en un soporte inerte).
En aplicaciones relacionadas con la separación y el análisis posterior opcional de muestras radiactivas, la pluralidad de contenedores de reactivos comprende típicamente de 4 a 8 contenedores de reactivos de entrada, mientras que la pluralidad de depósitos de recogida incluye adecuadamente de 8 a 15 depósitos de recogida de salida. En modalidades específicas de la invención, los cartuchos comprenden típicamente un único puerto de entrada de muestras, cuatro columnas, cuatro puertos de entrada de reactivos y cuatro puertos de salida. En otras modalidades específicas de la invención, se pueden proporcionar sistemas que incluyen 5 contenedores de reactivos. En las modalidades específicas adicionales de la invención, se pueden proporcionar sistemas que incluyan 11 depósitos de recogida.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un método para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho método comprende las etapas de:
(a) insertar dicha muestra en un aparato de acuerdo con el primer aspecto de la invención a través de un puerto de entrada;
(b) procesar la muestra a través de dicho aparato; y
(c) recoger los fluidos de los puertos de salida de dicho aparato.
Si es necesario, dicha muestra puede ser digerida en al menos un solvente adecuado antes de la inserción en dicho aparato.
La invención también prevé modalidades en donde dicho método proporciona adicionalmente el análisis de dichos fluidos recogidos de dichos puertos de salida. Así, se proporciona también un método para la separación y el análisis de los componentes de una muestra de material, dicho método comprende realizar las etapas del método del tercer aspecto de la invención, junto con la etapa adicional de:
(d) analizar los fluidos recogidos de dichos puertos de salida de dicho aparato.
En las modalidades de la invención, dicho método para la separación y el análisis de los componentes de una muestra de material comprende la etapa de espectrofotometría o espectrometría, espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), o análisis de recuento alfa, beta o gamma de los fluidos recogidos de dichos puertos de salida de dicho aparato. Dichas modalidades de la invención se pueden llevar a cabo convenientemente usando el sistema de acuerdo con el segundo aspecto de la invención.
En las modalidades de la invención, dicho método de acuerdo con el tercer aspecto de la invención comprende la separación de, o la separación y análisis de, muestras de materiales radiactivos. Más particularmente, el método comprende la separación y el análisis espectroscópico alfa, beta y gamma de muestras generadas a lo largo del ciclo del combustible nuclear.
Dichas modalidades de la invención implican típicamente el uso de cartuchos que incluyen 2, 3 o 4 columnas cromatográficas. En ciertas modalidades de la invención, los cartuchos incluyen 4 columnas cromatográficas.
En las modalidades de la invención que implican la separación de, o la separación y el análisis de, muestras de materiales radiactivos, las columnas cromatográficas pueden, por ejemplo, contener resinas cromatográficamente activas que se seleccionan opcionalmente de tales resinas de intercambio iónico, ejemplos específicos de las cuales pueden incluir resinas de intercambio aniónico, la resina UTEVA® (pentilofosfonato de dipentilo cargado en un soporte inerte), la resina TRU (óxido de octilfenil-N,N-di-isobutil carbamoilfosfina/tri-n-butil fosfato cargado en un soporte inerte) y la resina Sr (4,4'-(5')-di-t-butilciclohexano 18-corona-6 (éter de corona)/1-octanol cargado en un soporte inerte).
En las modalidades relacionadas con la separación y el análisis posterior opcional de las muestras radiactivas, se puede emplear un aparato que típicamente comprende de 4 a 8 contenedores de reactivos de entrada y de 8 a 15 depósitos de recogida de salida. En modalidades específicas de la invención, se pueden usar sistemas que incluyan 5 contenedores de reactivos y/o 11 depósitos de recogida.
En las modalidades de la invención en donde se lleva a cabo la separación y el análisis posterior opcional de las muestras radiactivas, los reactivos adecuados para efectuar la separación cromatográfica de los componentes de la muestra incluyen ácidos inorgánicos como el ácido nítrico y el ácido clorhídrico, ácidos orgánicos como el ácido oxálico, y sales inorgánicas que incluyen sales de amonio, más particularmente haluros de amonio como el yoduro de amonio. El agua desionizada también se usa típicamente como reactivo que se puede usar para ajustar las concentraciones de otros reactivos; el agua desionizada también encuentra aplicación como reactivo de purga.
En las modalidades típicas de la invención que implican la separación y el análisis posterior opcional de muestras radiactivas, la separación de las muestras proporciona diferentes corrientes de salida que comprenden por separado componentes que comprenden torio, plutonio, neptunio, tecnecio, uranio, americio/curio y estroncio.
Cada una de las columnas cromatográficas individuales incluidas en el aparato de acuerdo con la invención producirán sus propias corrientes de desechos. Así, en modalidades específicas de la invención en donde se emplean aparatos que comprenden 2, 3 o 4 columnas de cromatografía separadas, se producirán 2, 3 o 4 flujos de desechos adicionales. Por lo tanto, en las modalidades de la invención en donde hay 4 columnas de cromatografía separadas y se lleva a cabo la separación y el análisis posterior opcional de las muestras radiactivas, se producirán 4 flujos de desechos, junto con los 7 flujos de salida de componentes separados mencionados anteriormente, lo que de esta manera requiere la provisión de 11 depósitos de recogida.
En las modalidades, el método de la invención comprende adicionalmente la etapa de retirar la resina contaminada de las columnas tras el uso del aparato de la invención para la separación de los componentes de una muestra de material, y/o la etapa de comprimir dicho aparato para su eliminación. La etapa de compresión se lleva a cabo típicamente después de dicha retirada de la resina.
El aparato y el método de la invención proporcionan un sistema en donde el laboratorio se acerca efectivamente a la muestra, ofreciendo de esta manera un análisis in situ más simple, más barato y más rápido y eliminando la necesidad de extraer y transportar las muestras, proporcionando así un coste adicional significativo, seguridad y beneficios ambientales. El aparato y el método tienen una aplicación particular en la separación y el análisis posterior opcional de muestras radiactivas, en particular las generadas en el ciclo del combustible nuclear.
Breve descripción de los dibujos
Las modalidades de la invención se describen además de aquí en adelante con referencia a las figuras acompañantes, en las que:
La Figura 1 es una vista general esquemática de un sistema de separación que incorpora el aparato de la invención para realizar el método de la invención;
La Figura 2 es una visión general esquemática de un sistema de separación y análisis que incorpora el aparato de la invención para realizar el método de la invención;
La Figura 3 muestra una vista despiezada de un cartucho de acuerdo con la invención que comprende puertos de salida con válvulas de membrana junto con actuadores;
La Figura 4 muestra una vista plegada del cartucho de acuerdo con la invención que comprende puertos de salida que tienen válvulas de membrana junto con actuadores;
La Figura 5 proporciona una vista en planta simplificada de un cartucho de acuerdo con la invención que incorpora dos columnas cromatográficas;
La Figura 6 proporciona una vista en planta simplificada de un cartucho de acuerdo con la invención que incorpora cuatro columnas cromatográficas;
La Figura 7(a) representa una vista en sección transversal de un puerto de entrada de resina abierto en la capa superior de un cartucho de acuerdo con la invención antes de llenar las columnas cromatográficas con resina;
La Figura 7(b) representa una vista en sección transversal de un puerto de entrada de resina cerrado en la capa superior de un cartucho de acuerdo con la invención después de llenar las columnas cromatográficas con resina; La Figura 8(a) ilustra en sección transversal el puerto de entrada de la muestra en la capa superior de un cartucho de acuerdo con la invención y una pipeta antes del acoplamiento en el puerto;
La Figura 8(b) ilustra en sección transversal el puerto de entrada de muestra en la capa superior de un cartucho de acuerdo con la invención y una pipeta acoplada en el puerto;
La Figura 9 muestra una vista de un recipiente de recogida rotativo típico que comprende depósitos de recogida separados situados debajo de un puerto de salida de un cartucho de acuerdo con la invención;
La Figura 10 muestra un automuestreador que se puede usar como medio de pipeteo para la transferencia de muestras desde los contenedores a un cartucho de la invención;
a Figura 11 ilustra un arreglo de almacenamiento adecuada para las muestras en espera de ser analizadas, las puntas de pipeta del automuestreador listas para su uso y las puntas de pipeta usadas (de desecho);
La Figura 12 proporciona una ilustración esquemática de una disposición de válvulas que se puede usar para efectuar la mezcla y el bombeo de reactivos en las columnas cromatográficas de un cartucho de acuerdo con la invención; La Figura 13(a) proporciona una representación de un recipiente de recogida que comprende una multiplicidad de depósitos de recogida que se pueden usar junto con el aparato de acuerdo con la invención;
La Figura 13(b) proporciona una ilustración esquemática de la disposición de los depósitos de recogida en el recipiente de recogida de la Figura 13(a);
La Figura 14 ilustra un protocolo típico usado por un operador para realizar una separación de acuerdo con un método de la invención; y
La Figura 15 proporciona una ilustración de las visualizaciones en pantalla que ve un usuario que opera el aparato de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de la invención
La presente invención proporciona un aparato para la separación de los componentes de una muestra de material, de acuerdo con la reivindicación 1.
En ciertas modalidades de la invención, dicho aparato que comprende un cartucho comprende una multiplicidad de capas diferentes, y comprende al menos dicha primera capa y dicha segunda capa.
En ciertas modalidades de la invención, dicha primera capa comprende una capa superior y dicha segunda capa comprende una capa inferior.
La invención también proporciona un sistema para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho sistema comprende:
(a) un cartucho como el definido anteriormente;
(b) una pluralidad de contenedores de reactivos;
(c) una pluralidad de depósitos de recogida;
(d) medios para la mezcla de reactivos y la transferencia controlada de reactivos desde los contenedores de reactivos al cartucho; y
(e) medios para controlar la recogida de muestras del cartucho.
Opcionalmente, dicho aparato facilita adicionalmente el análisis de dichos componentes y el cartucho está adaptado para su uso en asociación con sistemas analíticos y diversos programas informáticos de control y experimentación. Los sistemas analíticos adecuados incluyen instrumentos analíticos diseñados para realizar análisis espectroscópicos y espectrométricos, incluidos, por ejemplo, espectrofotómetros para realizar análisis espectrofotométricos infrarrojos o ultravioleta/visible de las muestras obtenidas del sistema, espectrómetros de masas de plasma acoplado inductivamente, o contadores alfa, beta o gamma. En ciertas modalidades de la invención, dicho sistema analítico comprende al menos un espectrofotómetro o espectrómetro.
Además, la invención proporciona un método para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho método comprende las etapas de:
(a) insertar dicha muestra en un aparato de acuerdo con el primer aspecto de la invención a través de un puerto de entrada;
(b) procesar la muestra a través de dicho aparato; y
(c) recoger los fluidos de los puertos de salida de dicho aparato.
En las modalidades de la invención, dicho método prevé adicionalmente el análisis de dichos fluidos recogidos de dichos puertos de salida y, por lo tanto, también se proporciona un método para la separación y el análisis de los componentes de una muestra de material, dicho método comprende realizar las etapas del método como se ha definido anteriormente, junto con la etapa adicional de:
(d) analizar los fluidos recogidos de dichos puertos de salida de dicho aparato.
La invención prevé particularmente la aplicación del aparato y del sistema de la invención a la separación de, o a la separación y análisis de, muestras de materiales radiactivos. Más concretamente, el aparato y el sistema encuentran aplicación en la realización de análisis espectroscópicos alfa, beta y gamma in situ de muestras generadas en el ciclo del combustible nuclear.
En las modalidades de la invención, el método para la separación y el análisis de los componentes de una muestra de material comprende la etapa de un análisis espectrofotométrico, espectrométrico, espectrométrico de masas de plasma acoplado inductivamente o espectroscópico alfa, beta o gamma de los fluidos recogidos de dichos puertos de salida de dicho aparato. Dichas modalidades de la invención se pueden llevar a cabo convenientemente usando el sistema de acuerdo con el segundo aspecto de la invención.
Considerando ahora la Figura 1, se ve una visión general esquemática de un sistema de separación que incorpora el aparato de la invención en donde las columnas 1 tienen entradas 2 y salidas 3. Una muestra 4 se introduce en la primera de las columnas y se suministran reactivos concentrados 5 que se someten a mezcla y bombeo 6 a través de las entradas 2. Tras la separación cromatográfica, la recogida de desechos y muestras 7 se realiza a través de las salidas 3.
Volviendo a la Figura 2, se proporciona una visión general esquemática de un sistema de separación y análisis que incorpora el aparato de la invención en donde un cartucho 8 se puede insertar en una platina 9 de un aparato y superponerse mediante un colector 10. El ensamble se coloca sobre un colector de desechos y muestras 11 y las muestras almacenadas en un cajón de muestras 12 se pueden introducir en el cartucho por medio de un brazo manipulador robótico 13. A continuación, se introducen en el cartucho los reactivos almacenados en los frascos de reactivos 14 para lograr la separación cromatográfica. La operación del aparato se puede lograr por medio de la pantalla de la interfaz del usuario 15, que también permite conocer el estado de funcionamiento del aparato.
En la Figura 3 se ve una vista despiezada de un cartucho de acuerdo con la invención en donde se muestran columnas 16 en la capa superior, mientras que la capa inferior comprende puertos de salida 17 que incluyen válvulas de salida que comprenden cámaras de membrana 18 en cuya parte superior se colocan membranas 19. El extremo inferior de los puertos de salida proporciona agujeros de acceso para los actuadores mecánicos 20 que incluyen varillas que sobresalen verticalmente y que interactúan con las membranas 19 para permitir que el fluido fluya a través de los puertos de salida 17.
La Figura 4 proporciona una vista plegada del arreglo de la Figura 3 después de que los actuadores hayan sido acoplados al cartucho.
La Figura 5 muestra una vista en planta de un cartucho de acuerdo con la invención que incorpora dos columnas cromatográficas conectadas en serie e ilustra los puertos de entrada de resina 21 y los tapones de fritas de policarbonato 22 usados para retener las resinas cromatográficas en las columnas. Cada columna tiene también múltiples entradas 23 y múltiples salidas 24.
La Figura 6 muestra una vista en planta de un cartucho de acuerdo con la invención que incorpora cuatro columnas cromatográficas en donde cada columna solo tiene una entrada y una salida. Así, el cartucho tiene una entrada de muestra 25 desde la que se controla la entrada de la muestra en las columnas mediante una serie de válvulas 26. El reactivo entra en la columna A través de la entrada 27 y proporciona una fracción de salida en la salida 28. De manera similar, otro reactivo entra en la columna B a través de la entrada 29 y proporciona una fracción de salida en la salida 30, mientras que otro reactivo entra en la columna C a través de la entrada 31 y proporciona una fracción de salida en la salida 32 y otro reactivo entra en la columna D a través de la entrada 33 y proporciona una fracción de salida en la salida 34.
En las Figuras 7(a) y 7(b) se pueden ver vistas en sección transversal de los puertos de entrada de resina abiertos y cerrados en la capa superior de un cartucho de acuerdo con la invención antes y después de llenar las columnas cromatográficas con resina. Así, la resina se puede colocar en el orificio de llenado 35 y entra en la columna a través de la trayectoria de flujo 36 antes de que el orificio se selle con el tapón 37
Las figuras 8(a) y 8(b) proporcionan ilustraciones en sección transversal del puerto de entrada de muestra en la capa superior de un cartucho de acuerdo con la invención y un dispositivo de pipeteo tanto antes del acoplamiento en el puerto como después de haberse acoplado al puerto. Así, una muestra a procesar está contenida en el dispositivo de pipeteo 38 que incluye la junta tórica 39 para proporcionar un sellado fluido. El dispositivo de pipeteo 38 se introduce en la cámara de entrada de muestra 40, permitiendo de esta manera que la muestra se libere y entre en el aparato a través del canal de entrada de muestra 41. En la modalidad ilustrada, la junta tórica está situada en el dispositivo de pipeteo; en modalidades alternativas, la junta tórica puede estar situada en una superficie del cartucho.
La Figura 9 ofrece una ilustración de un recipiente de recogida rotativo 42 que comprende depósitos de recogida separados 43 que están situados debajo de un puerto de salida 44 de un cartucho de acuerdo con la invención. Mediante la manipulación del recipiente de recogida, se pueden presentar diferentes depósitos de recogida debajo de diferentes puertos de salida (no mostrados).
La Figura 10 muestra un medio de pipeteo en forma de un automuestreador que se usa para transferir muestras de los recipientes a un cartucho de la invención. Así, se representa un cabezal de pipeteo 45 a la que está conectada una punta de pipeta desechable 46 y el automuestreador comprende además un actuador lineal 47 y un émbolo 48 que, durante la operación, puede ser presionado para hacer que la muestra fluya hacia el aparato de la invención.
En la Figura 11 se ilustra un arreglo de almacenamiento que es adecuada para los automuestreadores, en donde una punta de pipeta puede recoger una muestra del área de almacenamiento de la muestra 49, que se introduce entonces en un cartucho (no mostrado), antes de que la punta de pipeta se dispense en el contenedor de desechos 50 y se recoja una nueva punta de pipeta del área de almacenamiento de la punta de pipeta 51.
La Figura 12 proporciona una representación de un arreglo de válvulas usado para efectuar la mezcla y el bombeo de reactivos en las columnas cromatográficas de un cartucho de acuerdo con la invención. Así, se representa una serie de cuatro válvulas de selección de flujo que incluyen la válvula de selección de 6 vías 52 y las válvulas de selección de 4 vías 53-55 en las que se pueden introducir selectivamente reactivos seleccionados entre agua desionizada 56, ácido nítrico concentrado 57, ácido clorhídrico concentrado 58, yoduro de amonio 59 y ácido oxálico 60. Dichas válvulas de selección de flujo 52-55 están conectadas fluidamente a cuatro válvulas de selección rotativas correspondientes 61-64 que interactúan con cuatro bombas de jeringa correspondientes 65-68. Cada una de dichas válvulas de selección rotativa comprende adicionalmente, puertos de entrada de aire 69-72 y puertos de salida de desechos 73-76 y cada válvula de selección rotativa está conectada fluidamente a una cámara de mezcla 79-82 que, a su vez, está conectada fluidamente a una columna de cromatografía situada en un cartucho (no mostrado).
Durante la operación, la bomba de jeringa aspira los componentes del reactivo deseado desde la válvula de selección de flujo de seis vías 52. Así, por ejemplo, un reactivo que comprende ácido clorhídrico 4,5 M se puede producir aspirando de los depósitos de ácido clorhídrico concentrado 58 y de agua desionizada 56. Luego, la jeringa 65 llena puede descargarse en la cámara de mezcla correspondiente 79, y de ahí a una columna del cartucho, por medio de la válvula de selección rotativa 61. Luego, la válvula de selección rotativa 61 se puede emplear para conectarse al suministro de aire 69 para lavar a través de la columna, o el agua desionizada 56 se puede cargar en la válvula de selección rotativa 61, a través de la válvula de selección de flujo 52 y usarse para limpiar la jeringa, antes de ser descargada a través del puerto de desechos 73.
Las figuras 13(a) y 13(b) se refieren a un recipiente de recogida específico proporcionado para su uso en una modalidad particular de la invención en donde el aparato incluye 4 columnas cromatográficas y se usa para la separación de los componentes comprendidos en las muestras radiactivas. Se representa un recipiente de recogida 83 que tiene 11 depósitos de recogida separados 84-94, cuyos volúmenes específicos también se muestran. Así, el depósito 84 (volumen = 40 ml) es para la recogida de desechos de la columna 1, mientras que el depósito 85 (volumen = 40 ml) es para la recogida de eluyente que contiene torio, el depósito 86 (volumen = 20 ml) es para la recogida de eluyente que contiene plutonio, el depósito 87 (volumen = 30 ml) es para la recogida de eluyente que contiene neptunio, el depósito 88 (volumen = 10 ml) es para la recogida de eluyente que contiene tecnecio, el depósito 89 (volumen = 60 ml) es para la recogida de desechos de la columna 2, el depósito 90 (volumen = 20 ml) es para la recogida de eluyente que contiene uranio, el depósito 91 (volumen = 10 ml) es para la recogida de desechos de la columna 3, el depósito 92 (volumen = 20 ml) es para la recogida de eluyente que contiene americio y curio, el depósito 93 (volumen = 145 ml) es para la recogida de desechos de la columna 4 y el depósito 94 (volumen = 50 ml) es para la recogida de eluyente que contiene estroncio.
Por último, las Figuras 14 y 15 proporcionan una vista general de un protocolo típico usado por un operador para llevar a cabo una separación de acuerdo con un método de la invención y de las posibles visualizaciones en pantalla que puede ver un usuario cuando opera el aparato de acuerdo con la invención. Todos los aspectos de control e instrumentación del sistema tienen un enfoque modular y cada uno de ellos comprende controladores independientes de bajo nivel. El software secuencial y de procedimiento de alto nivel ordena órdenes que instruyen a los controladores de bajo nivel y, al hacerlo, hacen que el sistema realice funciones y operaciones específicas.
El software se organiza en dos modos: modo desarrollador y modo usuario. En el modo desarrollador, un operador, como un radioquímico, puede crear protocolos que otros usuarios pueden usar (en el modo usuario) para hacer funcionar el sistema de una manera predefinida para realizar una rutina de separación.
El protocolo es básicamente un conjunto de comandos repetidos y, en la modalidad ilustrada en la Figura 14, tiene una plantilla predefinida. El protocolo tiene un nombre que subsecuentemente, en el modo usuario, actúa como una variable desde la que localizar y cargar el protocolo. Todo el protocolo se compone de una serie de etapas repetidas. Así, por ejemplo, la etapa 1 puede ser un comando de cebado del sistema, no necesariamente un comando de carga de muestra, de modo que cualquier línea podría ser una carga de muestra.
En la modalidad ilustrada, la "entrada" describe qué columna/jeringa/válvula de selección de flujo se debe usar, mientras que la "trayectoria" configura los émbolos para hacer la trayectoria de flujo correcta y la "salida" configura los émbolos para dirigir el fluido al recipiente de recogida deseado. El "fluido" indica a la válvula de selección de flujo (identificada en la entrada) qué fluido se debe introducir en la jeringa y en qué concentración, y el "volumen" indica a la jeringa la cantidad de fluido que se debe introducir (opcionalmente compensado por los volúmenes muertos del sistema). El "caudal" indica a la jeringa el caudal al que debe fluir el fluido hacia la cámara de mezcla (mezclador) y, subsecuentemente, hacia la columna. Todas estas instrucciones y su secuencia se almacenan para que el "usuario" pueda usarlas.
Las pantallas de la interfaz del usuario ilustradas en la Figura 15 permiten al usuario diario ejecutar únicamente rutinas predefinidas, basadas en la base de datos de protocolos anteriormente creada. Las únicas opciones adicionales que el usuario puede elegir son qué muestra seleccionar y qué volumen de esa muestra cargar. El usuario puede entonces seleccionar el protocolo que desea ejecutar y, siempre y cuando se hayan completado todas las comprobaciones y medidas de seguridad necesarias (como la carga de un cartucho y el cierre de todos los cajones del aparato), comenzará la operación del aparato.
En una modalidad específica de la invención, el cartucho es un cartucho desechable compuesto de resina de policarbonato y se usa para la separación de muestras de materiales radioquímicos. El cartucho contiene 4 columnas de separación que se requieren para realizar el procedimiento de separación secuencial, y las resinas incluidas en las columnas son, en secuencia, polvo de intercambio aniónico, resina UTEVA® resina TRU y resina Sr, todas ellas disponibles en Eichrom® Technologies LLC, 1955 University Lane, Lisle, IL 60532, Estados Unidos.
Las resinas se empaquetan en las respectivas columnas mediante un procedimiento estándar de empaquetado de lodos y, a continuación, se insertan fritas de policarbonato de 10 pm de poro en el extremo de cada columna para evitar el escape de resina. La densidad/repetibilidad de empaquetado se controla mediante el monitoreo y el control del caudal, la turbidez y la contrapresión de empaquetado durante la inserción de las resinas. El cartucho tiene unas dimensiones de aproximadamente 140 mm de largo x 100 mm de ancho x 15 mm de profundidad. La columna de resina de intercambio aniónico tiene un volumen de 2,2 ml y las columnas siguientes tienen un volumen de 0,7 ml cada una. Durante la operación, la muestra se introduce para que pase a través de cada una de las 4 columnas, tras lo cual los isótopos contenidos en ellas se eluyen haciendo pasar a su vez un solvente de elución a través de cada una de ellas. Por lo tanto, las 4 columnas están configuradas para estar conectadas fluidamente en serie, de manera que un solo puerto de inyección de muestra purgue las 4 columnas.
En la parte superior del cartucho hay puertos de entrada de muestras y reactivos. El cartucho comprende una única entrada de muestra. El acoplamiento fluídico se logra mediante un accesorio de presión, en donde la muestra se presenta al cartucho a través de una punta de automuestreador medido que, durante la operación, se mantiene bajo fuerza a la entrada del cartucho para que la muestra fluida pueda ser bombeada al cartucho. El cartucho está provisto de 4 entradas para la introducción de reactivos y líquidos de purga, y los acoplamientos fluídicos son de nuevo accesorios de presión.
El control de los caudales y las direcciones se consigue mediante el uso de válvulas incorporadas -que pueden comprender válvulas de membrana de Viton- que, durante la operación, actúan para acoplar las columnas de manera que permitan la etapa de la muestra, y luego desacoplan las columnas para que cada una de ellas pueda ser procesada individualmente. Las válvulas de Viton tienen un buen grado de compatibilidad química con los reactivos de procesamiento y son capaces de soportar las presiones de procesamiento que se encuentran durante la operación del aparato.
Los puertos de salida están comprendidos en la parte inferior del cartucho. El cartucho contiene 11 salidas que comprenden, por orden, salidas para los desechos de la columna 1, el eluyente que contiene torio, el eluyente que contiene plutonio, el eluyente que contiene neptunio, el eluyente que contiene tecnecio, los desechos de la columna 2, el eluyente que contiene uranio, los desechos de la columna 3, el eluyente que contiene americio/curio, los desechos de la columna 4 y el eluyente que contiene estroncio. Cada puerto de salida tiene un director de fluido moldeado y los puertos de salida guían el flujo de eluyente hacia los depósitos de recogida. Es importante que, durante la operación, el líquido que fluye del chip no contamine la infraestructura fija del sistema.
El aparato incorpora adicionalmente un PC y un monitor integrados o externos, o está provisto de conexiones USB y Ethernet para facilitar la interacción del usuario para la configuración del aparato y la visualización de los resultados experimentales.
Los reactivos necesarios para la extracción y elución de la muestra se presentan en forma de concentrados almacenados que se mezclan dinámicamente de acuerdo con sea necesario, y el subsistema de mezcla comprende un sistema como el representado en la Figura 12 que actúa como mecanismo de bombeo para hacer fluir los reactivos a través del cartucho. El cartucho reside en una platina de cartuchos y las salidas del cartucho fluyen hacia abajo a través de la platina y hacia un contenedor de desechos y de recogida de muestras desechable/extraíble.
Durante la operación, se introduce una muestra y se bombea a través del cartucho de forma robótica por medio de un automuestreador diseñado a medida, tal y como se representa en la Figura 10. El modo de introducción de la muestra en el cartucho es más crítico que en el caso de los reactivos, ya que, en este último caso, no existe el riesgo de contaminación. El automuestreador está dispuesto de manera que una pipeta desechable puede cooperar con un contenedor de muestra fluido en un cajón de muestras como se muestra en la Figura 11. En ciertas modalidades, el automuestreador recoge automáticamente una nueva punta de pipeta de la sección de puntas del cajón de muestras, se desplaza, se sumerge en la muestra y extrae un volumen fijo (que solo reside en la parte desechable de la pipeta). A continuación, el brazo del automuestreador se desplaza sobre la entrada de la muestra en el cartucho y baja con fuerza, lo que de esta manera hace que se forme un sello de presión fluídica entre la junta tórica de la pipeta y la entrada de la muestra del cartucho empotrado, como se muestra en las Figuras 8(a) y 8(b). Una vez que se ha producido la conexión fluídica, la muestra se inyecta en el cartucho mediante la acción del émbolo que se presiona. Tras la inyección de la muestra, el brazo se desplaza sobre el contenedor de desechos de la pipeta y la expulsa, de modo que el automuestreador queda disponible para procesar otra muestra.
El aparato incorpora cinco reactivos separados para su uso en el método de la invención. Los reactivos se almacenan en contenedores externos o en depósitos internos en un cajón como el representado en la Figura 2, y los depósitos individuales contienen ácido clorhídrico, ácido nítrico, ácido oxálico, yoduro de amonio y agua desionizada. El agua desionizada se usa como solvente, como lavado/purga y como diluyente de los demás solventes concentrados para facilitar la preparación de eluyentes de la concentración correcta. Mediante el uso de estos componentes, una sección de mezcla y bombeo de reactivos como la representada en la Figura 12 puede preparar y distribuir todos los diversos lavados y eluídos. Específicamente, en una modalidad de la invención los cinco reactivos especificados se mezclan para obtener diecisiete composiciones diferentes que luego se usan como lavados y eluyentes.
Cada una de las columnas cromatográficas (resina de intercambio aniónico, UTEVA, TRU y SR) tiene una bomba de jeringa asociada, y cada una de estas bombas de jeringa tiene una válvula de selección rotativa de varias vías, como se ilustra en la Figura 12. Esto facilita, por ejemplo, el suministro de ácido clorhídrico 4,5 M a la columna de intercambio aniónico mediante el uso del bombeo con una bomba de jeringa para extraer una cantidad medida de ácido clorhídrico y una cantidad complementaria de agua desionizada para proporcionar la concentración correcta. A continuación, la válvula se puede cambiar al modo de salida para que la bomba de jeringa empuje los fluidos hacia el cartucho, a través del mezclador, y los bombee a través del cartucho hasta que los eluyentes salgan del cartucho a través de los puertos de salida hacia los depósitos de recogida. A continuación, la jeringa se puede conmutar para aspirar agua desionizada y expulsarla a los desechos para preparar la siguiente mezcla de reactivos.
En la presente modalidad, los reactivos mezclados se pueden introducir en el cartucho a través de un colector de suministro al que están conectadas fluidamente las válvulas de selección rotativa. A continuación, el cartucho cargado es forzado hacia arriba en la parte inferior del colector, formando de esta manera un accesorio de compresión en cada una de las entradas de reactivos.
El cartucho se carga en una platina que permite introducirlo en un aparato como el que se muestra en la Figura 2 mediante el uso de un mecanismo de deslizamiento. En esta modalidad, la platina puede alojar también los émbolos de la válvula para añadir reactivos, estos émbolos están diseñados para alinearse con los agujeros de la válvula en el cartucho y están controlados en la secuencia correcta a través de un software adecuado. Los émbolos de activación de las válvulas suelen ser de retorno por muelle y están basados en solenoides electromagnéticos.
Durante la operación, la muestra eluida y los fluidos de desecho se recogen de los puertos de salida del cartucho en depósitos de recogida en un recipiente de recogida que comprende un recipiente de policarbonato moldeado por inyección. El recipiente de recogida está formado por once depósitos de recogida separados, como se representa en las Figuras 13(a) y 13(b), cada uno de los cuales recoge los desechos o el eluyente de la muestra. Después de terminar un ciclo operativo, el recipiente de recogida puede ser tapado y retirado de la unidad. El recipiente se puede diseñar de manera que los depósitos individuales que contienen las muestras se puedan separar para su uso en análisis posteriores. De la misma manera que para el automuestreador y el cargador de cartuchos, la carga y descarga de los depósitos de desechos y de recogida de muestras puede ser automatizada.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta descripción, las palabras "comprender" y "contener" y las variaciones de ellas significan "que incluyen, pero no se limitan a", y no se pretende excluir (y no se excluyen) otras porciones, aditivos, componentes, enteros o etapas. A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta descripción, el singular abarca el plural a menos que el contexto de cualquier otra manera lo requiera. En particular, donde se usa el artículo indefinido, la descripción debe entenderse como que contempla la pluralidad, así como también la singularidad, a menos que el contexto de cualquier otra manera lo requiera.
Los elementos, los enteros, las características, los compuestos, las porciones o grupos químicos descritos junto con un aspecto particular, la modalidad o el ejemplo de la invención deben entenderse como aplicables a cualquier otro aspecto, modalidad o ejemplo descrito en la presente descripción a menos que sean incompatibles con el mismo. Todas las características descritas en esta memoria descriptiva (que incluyen cualquier reivindicación, resumen y figuras adjuntos), y/o todas las etapas de cualquier procedimiento o procedimiento de esta manera divulgado, pueden combinarse en cualquier combinación, excepto las combinaciones donde al menos algunas de tales características y/o etapas son mutuamente excluyentes. La invención no está restringida a los detalles de cualquiera de las modalidades anteriores, sino que solo está limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho aparato que comprende un cartucho, dicho cartucho que comprende:
(a) una primera capa plana que incorpora una multiplicidad de columnas cromatográficas conectadas entre sí en serie, dicha capa que comprende, además:
al menos un puerto de entrada de muestra, al menos un puerto de entrada de resina y una multiplicidad de puertos de entrada de fluido de reactivo y de purga que están conectados fluidamente a través de una multiplicidad de válvulas de control a la multiplicidad de columnas cromatográficas;
(b) una segunda capa plana que comprende una multiplicidad de puertos de salida, en donde cada puerto de salida comprende adicionalmente una válvula de salida que está adaptada para controlar el flujo de fluido a través de dichos puertos de salida; en donde cada una de dicha multiplicidad de columnas cromatográficas está alineada con uno de dicha multiplicidad de puertos de salida para permitir el flujo de fluido desde dicha columna a través de dicho puerto de salida.
2. Un aparato como se reivindicó en la reivindicación 1, en donde dichas válvulas de salida están situadas en el extremo aguas arriba de dichos puertos de salida.
3. Un aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores en donde dichas columnas cromatográficas contienen resinas cromatográficamente activas, que se aplican a la separación de isótopos radiactivos; opcionalmente
dichas resinas cromatográficas se seleccionan entre resinas de intercambio iónico, resinas que comprenden pentilofosfonato de dipentilo cargado en un soporte inerte, resinas que comprenden óxido de octilfenil-N,N-diisobutil carbamoilfosfina/tri-n-butil fosfato cargado en un soporte inerte y resinas que comprenden 4,4'-(5')-di-tbutilciclohexano 18-corona-6 (éter de corona)/1-octanol cargado en un soporte inerte; además, opcionalmente dichas resinas de intercambio iónico comprenden resinas de intercambio aniónico.
4. Un aparato como se reivindicó en
la reivindicación anterior en donde dichas columnas cromatográficas incluyen medios para evitar el escape de dichos materiales de resina de dichas columnas;
opcionalmente, en donde dichos medios comprenden tapones de materiales inertes; además, opcionalmente, dichos tapones de materiales inertes comprenden fritas.
5. Un aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichas columnas cromatográficas están conectadas en serie por una multiplicidad de válvulas de control y el flujo de fluido a través de las columnas está controlado por dichas válvulas de control; y/o
las válvulas de control están adaptadas para interconectar las columnas cromatográficas para permitir que la muestra fluya a través de las columnas y para desacoplar las columnas de manera que éstas puedan ser procesadas individualmente mediante el uso de diversos reactivos; y/o
las válvulas de control están adaptadas para acoplar los puertos de entrada a través de canales fluidos a las columnas cromatográficas y para interconectar las columnas cromatográficas.
6. Un aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichas válvulas de control comprenden válvulas de membrana; y/o
dichas válvulas de salida adaptadas para controlar el flujo de fluido a través de dichos puertos de salida comprenden cámaras de membrana que contienen membranas; opcionalmente
comprenden actuadores que cooperan con las membranas en los puertos de salida para permitir el flujo de fluido a través de los puertos de salida.
7. Un aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende de 2 a 40 columnas cromatográficas; o
comprende 2, 3 o 4 columnas cromatográficas.
8. Un sistema para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho sistema que comprende:
(a) un aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7;
(b) una pluralidad de contenedores de reactivos;
(c) una pluralidad de depósitos de recogida;
(d) medios para la mezcla de reactivos y la transferencia controlada de reactivos desde los contenedores de reactivos al cartucho; y
(e) medios para controlar la recogida de muestras del cartucho.
9. Un sistema como se reivindicó en la reivindicación 8, en donde dichos medios para la mezcla de reactivos y la transferencia controlada de reactivos desde los contenedores de reactivos al cartucho comprenden válvulas controladas mediante software; y/o dichos medios para controlar la recogida de muestras del cartucho comprenden válvulas controladas por medio de software.
10. Un sistema como se reivindicó en la reivindicación 8 o 9, configurado para la separación y análisis de muestras de materiales radiactivos, en donde:
dichas columnas cromatográficas contienen al menos una resina cromatográficamente activa seleccionada de resinas de intercambio iónico, resinas que comprenden pentilofosfonato de dipentilo cargado en un soporte inerte, resinas que comprenden óxido de octilfenil-N,N-di-isobutil carbamoilfosfina/tri-n-butil fosfato cargado en un soporte inerte y resinas que comprenden 4,4'-(5')-di-t-butilciclohexano 18-corona-6 (éter de corona)/1-octanol cargado en un soporte inerte.
11. Un método para la separación de los componentes de una muestra de material, dicho método que comprende las etapas de:
(a) insertar dicha muestra en un aparato como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 a través de un puerto de entrada;
(b) procesar la muestra a través de dicho aparato; y
(c) recoger los fluidos de los puertos de salida de dicho aparato.
12. Un método como se reivindicó en la reivindicación 11, que comprende la separación, o la separación y análisis, de muestras de materiales radiactivos.
13. Un método como se reivindicó en las reivindicaciones 11 a 12, en donde dicho procesamiento comprende efectuar la separación cromatográfica de los componentes de la muestra usando reactivos seleccionados entre ácidos inorgánicos, ácidos orgánicos, sales inorgánicas y agua desionizada; opcionalmente, en donde dichos ácidos inorgánicos se seleccionan entre ácido nítrico y ácido clorhídrico y/o dicho ácido orgánico es ácido oxálico y/o dicha sal inorgánica es yoduro de amonio.
14. Un método como se reivindicó en la reivindicación 12 o 13 que comprende la separación de muestras radiactivas para proporcionar corrientes de salida que comprenden por separado componentes que comprenden torio, plutonio, neptunio, tecnecio, uranio, americio/curio y estroncio.
ES15701396T 2014-01-21 2015-01-21 Aparato y método de separación multicolumna Active ES2908297T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1401010.2A GB201401010D0 (en) 2014-01-21 2014-01-21 Improved separation apparatus and method
PCT/GB2015/050130 WO2015110806A1 (en) 2014-01-21 2015-01-21 Multi-column separation apparatus and method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2908297T3 true ES2908297T3 (es) 2022-04-28

Family

ID=50239254

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES15701396T Active ES2908297T3 (es) 2014-01-21 2015-01-21 Aparato y método de separación multicolumna

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11022586B2 (es)
EP (1) EP3097413B1 (es)
JP (1) JP6594886B2 (es)
ES (1) ES2908297T3 (es)
GB (2) GB201401010D0 (es)
WO (1) WO2015110806A1 (es)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201704758D0 (en) * 2017-01-05 2017-05-10 Illumina Inc Reagent channel mixing systema and method
CA3066247A1 (en) * 2017-06-07 2018-12-13 University Of Maryland, Baltimore County Factory-on-a-chip for production of biologically derived medicines/biopharmaceuticals/biologics/ biotherapeutics
CN107785090B (zh) * 2017-09-22 2020-08-21 中核兰州铀浓缩有限公司 一种去除测量传感器六氟化铀污沾物的装置及方法
CN108226327A (zh) * 2017-12-20 2018-06-29 中国原子能科学研究院 液质联用测定purex后处理流程1aw中铀、镎、钚含量的方法
EP3743143A4 (en) 2018-01-24 2021-10-27 Fisher & Paykel Healthcare Limited MEDICAL TUBES FOR A VENTILATION CIRCUIT
EP3886116A4 (en) * 2018-11-21 2022-07-20 Korea Atomic Energy Research Institute NUCLEID SEPARATION DEVICE
US20200319217A1 (en) * 2019-04-08 2020-10-08 Molecular Devices, Llc Incubation System and Method for Automated Cell Culture and Testing
JP7347645B2 (ja) * 2020-02-27 2023-09-20 株式会社島津製作所 カラム収容装置及び液体クロマトグラフ
US20220168668A1 (en) * 2020-11-30 2022-06-02 PAK Biosolutions Inc. End-to-End Continuous Purification System
CN113311468B (zh) * 2021-04-12 2022-08-16 中国辐射防护研究院 一种使用uteva树脂分析气溶胶中铀同位素含量的方法
WO2023080870A1 (en) * 2021-11-05 2023-05-11 Eczacibaşi Monrol Nükleer Ürünler Sanayi̇ Ve Ti̇caret Anoni̇m Şi̇rketi̇ Separation column with separate compartment
CN116626742B (zh) * 2023-07-18 2023-11-07 清华大学 一种放射性溶液中超铀α核素、90Sr和137Cs快速组分离的方法及其应用

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51144896A (en) * 1975-06-06 1976-12-13 Asahi Chem Ind Co Ltd New separation process
DE3436095A1 (de) * 1984-10-02 1986-04-10 Merck Patent Gmbh, 6100 Darmstadt Chromatographiesaeule
US5340543A (en) 1990-08-22 1994-08-23 The Foxboro Company Modular gas chromatography device
EP0552529A1 (en) 1992-01-24 1993-07-28 The Foxboro Company Gas chromatography device
US5238556A (en) 1992-05-13 1993-08-24 Hamid Shirkhan Chromatography tube for use within a pressurized circuit
US20020187557A1 (en) 2001-06-07 2002-12-12 Hobbs Steven E. Systems and methods for introducing samples into microfluidic devices
WO2004015411A1 (en) 2002-08-08 2004-02-19 Nanostream, Inc. Systems and methods for high-throughput microfluidic sample analysis
US20060171855A1 (en) * 2005-02-03 2006-08-03 Hongfeng Yin Devices,systems and methods for multi-dimensional separation
EP1775001A1 (en) 2005-10-13 2007-04-18 Xendo Holding B.V. Device for chromatographic separations
DE102006026998A1 (de) 2006-06-08 2007-12-13 Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Vorrichtung und Verfahren zur Subfraktionierung von einer gegen ein Polypeptid gerichteten Antikörpermischpopulation nebst Halterungssteckplatzsystem
US8807164B2 (en) * 2006-08-30 2014-08-19 Semba Biosciences, Inc. Valve module and methods for simulated moving bed chromatography
DK2155347T3 (da) 2007-04-17 2013-10-21 Xendo Holding B V Fremgangsmåde og apparat til kontinuerlig membranadsorption
DE102009052234A1 (de) 2009-11-06 2011-05-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Auf Waferebene herstellbarer Chip für Flüssigchromatographie sowie Verfahren für seine Herstellung
WO2011110345A1 (en) 2010-03-12 2011-09-15 Services Petroliers Schlumberger Micro-fabricated chromatograph column with sputtered stationary phase
EP2618904A1 (en) * 2010-09-20 2013-07-31 AbbVie Inc. Purification of antibodies using simulated moving bed chromatography
HUE055674T2 (hu) 2010-10-29 2021-12-28 Thermo Fisher Scientific Oy Rendszerelrendezés automatizált mintaelõkészítõ és -elemzõ rendszerhez
WO2012058516A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 Thermo Finnigan Llc Method and system for liquid chromatograph with compressibility and viscosity monitoring to identify fluids
CN203577372U (zh) * 2010-10-29 2014-05-07 赛默菲尼根有限责任公司 模块式多柱色谱盒
CN103221105B (zh) 2010-12-03 2015-11-25 通用电气健康护理生物科学股份公司 生物聚合物色谱的系统和工艺
CN103562145B (zh) 2010-12-06 2016-09-21 颇尔公司 生物制品的连续加工方法
EP2578286A1 (en) 2011-10-04 2013-04-10 Merck Patent GmbH Method and apparatus for chromatographic purification
CN103301654A (zh) 2012-03-14 2013-09-18 江苏汉邦科技有限公司 基于动态轴向压缩柱技术的模拟移动床色谱装置
EP2656892A1 (en) 2012-04-23 2013-10-30 Merck Patent GmbH Chromatography method
CN103007576A (zh) 2012-12-11 2013-04-03 聊城万合工业制造有限公司 原料药连续纯化提取系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP3097413A1 (en) 2016-11-30
EP3097413B1 (en) 2022-02-16
US20170023535A1 (en) 2017-01-26
GB2544143B (en) 2021-03-10
JP6594886B2 (ja) 2019-10-23
WO2015110806A1 (en) 2015-07-30
US11022586B2 (en) 2021-06-01
JP2017511874A (ja) 2017-04-27
GB201401010D0 (en) 2014-03-05
GB2544143A (en) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2908297T3 (es) Aparato y método de separación multicolumna
Cerdá et al. Flow analysis: a practical guide
US8071035B2 (en) Microfluidic radiosynthesis system for positron emission tomography biomarkers
CA2823918C (en) Modular system for radiosynthesis with multi-run capabilities and reduced risk of radiation exposure
US9649632B2 (en) Disposable world-to-chip interface for digital microfluidics
KR101176710B1 (ko) 양전자 방출 단층촬영용 바이오마커를 위한 미세유체 방사합성 시스템
EP3198284B1 (en) Palette-based systems for analyte characterization
US9884266B2 (en) Fluoropolymer pneumatically/hydraulically actuated liquid chromatographic system for use with harsh reagents
US20120184722A1 (en) Chromatography components
US7727403B2 (en) Automated simultaneous separation system for radionuclides in multiple samples and a method for automatically separating uranium (U) using the same
US11846621B2 (en) Method of determining radiation characteristic of a sample
CN103189119A (zh) 用于具有可压缩性和黏度监控以标识流体的液相色谱仪的方法和系统
CN111132724A (zh) 真空液体提取和纯化系统及方法
US20120076692A1 (en) Modular Component Synthesis Unit
JP2017511874A5 (es)
US20060083663A1 (en) Fluid processing devices with multiple sealing mechanisms and automated methods of use thereof
EP3803377B1 (en) Online sample manager
Egorov et al. Automation of radiochemical analysis by flow injection techniques: Am-Pu separation using TRU-resin™ sorbent extraction column
KR100606599B1 (ko) 방사성핵종 자동분리장치 및 그를 이용한 플루토늄자동분리방법
US20210404998A1 (en) Apparatus and methods for multidimensional chromatography analysis
KR101795494B1 (ko) 토양 오염 자동화 분석 장치
KR101063917B1 (ko) 자동 분리 장치
CN104062169A (zh) 一种自动在线微量样品稀释混合装置及混合方法
CN203908856U (zh) 一种自动在线微量样品稀释混合装置
CN102004135A (zh) 解吸池及分子印迹搅拌棒微萃取-高效液相色谱在线联用系统