JP4248603B2 - 液体圧送システムにおける泡の検出及び回収 - Google Patents

Description

発明の分野
本願発明は、液体ポンプに関し、特に、液体ポンプによって圧送される液体の流れ内の気泡を検出し、且つ、液体の流れ内の気泡が液体ポンプによって圧送される状態から回復する方法及び装置に関する。
発明の背景
高圧で液体を送出する高圧圧送システムが、公知となっている。そのようなシステムは、米国特許第４，８８３，４０９号（’４０９特許）に説明されている。前記’４０９特許は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ：ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）の用途のためのような、高圧で液体を送出するための圧送装置を説明している。前記圧送装置は、それぞれの圧送チャンバ内で往復運動する２つのピストンを備えている。前記ピストン及び圧送チャンバは、第１の圧送チャンバのアウトプット（出力部）がバルブを介して第２の圧送チャンバのインプット（入力部）に接続されているという点で、「直列的に（すなわち、連続的に）」接続されている。前記ピストンは、線形の駆動装置（例えば、ボールねじスピンドル）によって駆動される。前記２つのピストンは、同期させられ、それによって、第１のポンプヘッド部すなわち一次側のポンプヘッド部（すなわち、揚程部）が、大気圧または雰囲気圧でその吸入流体を受け、第２のすなわちアキュムレーターのポンプヘッド部に前記流体を送出する直前に、前記吸入流体を圧縮し、すなわち、前記吸入流体をある点まで加圧する。第２のすなわちアキュムレーターのポンプヘッド部は、前記一次側のポンプヘッド部と高圧関係になるように相互に連通されており、加圧された流体をほぼ常時受けている。
前記’４０９特許の装置において、前記それぞれのピストンによって変位させられるストローク容積（行程容積）が、制御されるストロークサイクル（行程サイクル）の間、自由に調整可能になっている。制御回路構造体を作動させて、行程容積を減少させると、流量が低減し、これにより、前記圧送装置の流出において脈動が減少する。前記’４０９特許によれば、前記圧送システムは、ストローク長さ（行程長さ）すなわちストローク容積やストローク回数を変えることができる、制御手段及び機構を備えている。前記制御手段を作動させることにより、上死点と下死点との間の第１及び第２のピストンのストローク長さをそれぞれ調整することができ、これによって、圧送サイクルの間、第１及び第２のピストンによって排出される液体の量をそれぞれ調整することができ、その結果、前記圧送装置の出力に送出される液体の流れの脈動は、減少する。
前記’４０９特許によれば、出力での脈動は減少するが、前記液体の流れ中のガスの存在には、何ら考察が与えられていない。前記’４０９特許において、出力流れの脈動源が設けられていることから、ＨＰＬＣで使用される溶剤の圧縮性（率）には、問題を含む可能性があることが認められている。しかしながら、溶剤中のガスの影響は、何ら考慮がなされていないし、また、ガス、すなわち気泡の形態のガスが、前記圧送システムの出力、究極的には前記高速液体クロマトグラフィーの信頼性に与える悪影響も何ら考慮がなされていない。
当該技術において公知の少なくとも１つのシステムは、種々の問題を明らかにし、前記液体システムのガスに関連する問題に取り組むことを試みる機構を備えている。米国特許第５，３９３，４３４号（’４３４特許）は、加圧圧送システムの注入段階作動の間に減圧により遊離させられたガスが、圧送チャンバ内に蓄積する可能性があり、背圧（バックプレッシャー）の存在により前記アウトレットを介して放出されることはないということを開示している。その結果、捕捉されたガスが前記システムにとどまった場合、前記ポンプは、液体の圧送を停止することになる。他の問題は、典型的な硬質の着座部を有するチェックバルブ（逆止弁）によって生じる。前記硬質の着座部を有するチェックバルブは、粒子状物体が漏れを引き起こすことによって、開放したままとなる可能性がある。また、公知システムの通常のインレットバルブが、吸引によって注入ストロークで開放する。それは、圧送される液体から、ガスを発生させる一因となり、望ましくない。
前記’４３４特許によれば、液体ポンプを有する液体クロマトグラフィーシステムが、開示されている。前記液体ポンプは、圧送チャンバと、インレットポートと、アウトレットポートと、パージポートとを備えており、これら全ては、前記圧送チャンバに連通している。パージバルブ（ガス抜き弁）が、前記パージポートに接続されており、前記システムからガスを取り除くことができるようになっている。前記システムの開示された作動方法は、前記液体ポンプの圧送能力を監視して前記圧送チャンバ内の空気の存在を検出するステップと、前記パージバルブを開放するステップと、前記ピストンの前進ストローク（フォワードストローク、前進行程）を引き起こして、前記パージバルブを介して、検出された空気を排出するステップとを備えている。前記’４３４特許においては、前記圧送チャンバからのガスの取り除きにより、空気が液相に捕捉されたことから生じる欠陥のあるポンプ能力を迅速に修正できる旨主張されている。前記圧送能力は、圧送チャンバの圧力を監視することによって監視されている。というのは、圧送チャンバの圧力が、捕捉された空気の存在を示すことができると主張されているからである。
前記’４３４特許の二重式圧送の並列運転において、各液体ポンプは、圧送チャンバと；液体を受けるためのインレットバルブと、分離カラムに液体を排出するためのアウトレットバルブと；後退ストローク（すなわち、バックストローク、後退行程、退衝）の間に前記インレットバルブを介して液体を引き込み、前進ストローク（フォワードストローク、前進行程）の間に前記アウトレットバルブを介して液体を排出するためのピストンと；前記圧送チャンバ内の圧力を感知するための圧力センサーと；を備えている。そのような装置の作動方法は、前記ピストンの前進ストロークの間に、前記圧力センサーで前記圧送チャンバ内の圧力を監視して、前記圧送チャンバ内での空気の存在を検出するステップと；前記圧送チャンバ内で空気が検出されたという理由により、前記ポンプによって引き起こされる液体の流れの欠陥を決定するステップと；前記ポンプの作動を調整して、欠陥を補償するステップと；を備えている。
ポンプ作動の調整により、ポンプの前進ストロークの長さを補償することによって、ポンプに所望の能力が与えられるようになっている。前記調整ステップは、前記ピストンの前進ストローク速度を調整するステップ、または前記ピストンの後退ストロークの速度を調整するステップを備えてもよい。そのような方法を遂げるために、監視は、前記前進ストロークの早い部分の間で行われる。ストロークを早く監視することによって、ポンプの作動の所望の調整を容易に行うことができる。
前記’４３４特許の二重の並列ポンプ形態において、監視は、第１の圧力センサーで行われる。前記第１の圧力センサーは、第１の圧送チャンバの圧力を監視して、前記第１のピストンによる前進ストロークの終わりを検出することができる。前記第２のピストンの前進ストロークは、前記第１の圧送チャンバの圧力の監視に応答して開始される。第２の圧力センサーは、前記第２の圧送チャンバの圧力を感知して、前記第２のピストンによる前記前進ストロークの終わりを検出することができる。前記第１のピストンの前進ストロークは、前記第２の圧送チャンバの圧力の感知に応答して引き続いて起こる。したがって、ポンプの並列運転は、効果的に制御されている。
前記並列運転における一様なシステム圧力は、前記分離システムのシステム圧力を決定することによって、したがって、前記第１のピストンの前進ストロークを開始して、前記第２のピストンにより、前進ストロークの終わりに前記第１の圧送チャンバに前記システム圧力を供給することによって、遂げられる。前記第２のピストンの前進ストロークは、前記第１のピストンの前進ストロークの終わりで開始され、これによって、前記第２の圧送チャンバに前記システム圧力を供給することができる。前記第２のピストンの前進ストロークは、前記第１のピストンの前進ストロークの終わりで開始され、前記第１のピストンの前進ストロークは、前記第２のピストンの前進ストロークの終わりで開始される。これによって、ポンプの並列運転が同期させられる。
前記’４３４特許に開示されたような並列運転されるポンプは、固有の問題点を備えている。並列運転されるポンプ形態は、ポンプヘッド部の間の交互の送出によって、高いレベルの非行程容積（すなわち、非圧送容積）のレベルがより高くなる傾向にある。デッドボリュームすなわち非圧送容積が、送出されないままとなっている。そして、傾斜運動の間、すなわち、交互のポンプヘッド部の容積の送出後、非圧送容積は不適切に送出され、複合脈動及び／又は不正確なクロマトグラフィーのピークが生じる。
さらにまた、前記’４３４特許で実施されている機構は、ばね荷重が加えられたアウトレットチェックバルブを備えているが、これには不都合がある。というのは、前記アウトレットチェックバルブは、前記液体の流れのガスに関連する問題に対処するために追加の機械的な部品を必要としているからである。ガスが前記圧送チャンバに捕捉されたとき、前記アウトレットチェックバルブは、前記ポンプのアウトレットからパルス緩衝装置への流体の通過を妨げる。流体の流れの完全停止を防止するために、別体のパージバルブを作動させることにより、ガスの排出を容易にしている。大きな圧力降下が圧力トランスデューサー（変換器）によって感知されたとき、ガスが圧送チャンバに存在すると想定される。圧力降下の始まりで、パージバルブは、開放し、すなわち作動し、そして、気泡が放出される。ガス排除の記録は保存されていない。また、ガス排除を、特定のクロマトグラフィーの実施と比べてクロスチェックし、誤る可能性のある実施に対してフラグをたてて警告を行う機構もない。前記システムの効能に有害な衝撃を与える可能性のあるチェックバルブの過度の開放を避けるために、入力での溶剤の調節の程度を適切に高くすることが要求される。そのうえ、前記’４３４特許の並列設計は、２つの追加のチェックバルブと２つの追加のパージバルブとを必要としている。そして、各バルブは、６あるいはそれ以上の追加の運動部品を備えている。これらの部品により、さらにコスト高になる。これらの追加の全部品の長期性能及び長期信頼性を維持するのは困難である。
チェックバルブ及びパージバルブの形態における追加された機構が、前記’４３４特許に係わる前記システムにおいて、不必要な機械的な複雑さとコストを示しているという事実に加えて、前記’４３４特許で説明されたような前記チェックバルブは、ガスが前記システムに入り込み及び／又は漏れが発生する機会を提供してしまう。前記機械的なチェックバルブによる前記システムからのガスの放出に失敗すると、ポンプのプライミングの失敗につながり、前記システムの運転を停止する可能性が生じる。前記パージバルブやインレットチェックバルブは、クロマトグラフィーのピークの拡がりを結束させるのに貢献しない非圧送容積や流れ面積を備えている。チェックバルブやパージバルブによる前記ポンプヘッド部での容積の増大により、前記’４３４特許の設計に係わるポンプでは、圧縮率がより低下し、泡を排斥することがより困難となる。
発明の概要
本願発明は、機械的なバルブや流体通路を追加する必要性がなく、前記流体の流れ中のガスにより生じる故障を解決する、直列の二重ピストンによる高圧流体圧送システムを提供するものである。
本願発明によれば、泡検出及び回収機構は、圧縮容積及び減圧容積を監視し、また、直列的に（すなわち、連続的に）形成された二重のポンプヘッド部の全体にわたるシステムの送出圧力を監視する。泡の検出は、減圧に対する圧縮の容積率を感知することによって、そして、前記容積率が、溶離剤の、液体に対するガスの含有量の率を示す経験的なしきい値を越えるか否かを決定することによって、または、前記システムにおける流体が、溶剤混合物を正確に計量（メタリング）しながら供給するポンプの能力を越えているか否かを決定することによって実行される。減圧に対する圧縮の容積率の大きさは、前記吸入ストロークが泡を有しているか、または、前記溶離剤が通常より高いガス含有量を含んでいるかを示している。いったん、泡が検出されると、回収が、圧縮ストローク制限値と減圧ストローク制限値とを備えた大変に大きなストローク容積（行程容積）で前記ポンプを強制的に駆動することによって、実行される。圧縮ストローク制限値と減圧ストローク制限値は、有害な量のガスを有する泡または溶剤を放出する最大送出ストローク圧縮率を得ることができるように制約されている。
本願発明の特徴は、数時間にわたる、数百回の噴射からなるクロマトグラフィーの無人作動の間、プライミングの潜在的な損失が存在する状態から自動的に回復できるＨＰＬＣ用の溶剤送出システムを提供するものである。泡の検出は、各ＨＰＬＣ噴射作動の間、記録されており、これによって、機構をクロスチェックして、一定の作動のクロマトグラフィーが損われたといことをユーザーに知らせる。泡の大きさや前記溶剤によるガスの吸収の程度が、それほど厳格でなかった場合、そのとき、自動回復によって、溶剤の調節の最も典型的な外部の悪影響の下で、許容できるクロマトグラフィーの結果を維持できる。このようにして、入力での溶剤の調節は、最小限度にすることができる。泡やガスの初期の検出は、前記ポンプが、非クロマトグラフィーの状況の流れを送出する時にはいつでも（例えば、前記システムのパージを行う間）、システム送出圧力を使用して回収シーケンスの間違った起動を実質的に防止することによって、制限される。ユーザーにより画定される、流量設定値と溶剤の配合物（組成物）の設定値は、回収シーケンスによって影響されない。本願発明に係わる構造によって、ばね荷重が加えられたチェックバルブや他の機械的なバルブの使用を避けることができる。そのようにして、泡を通過させるためのパージバルブをさらに必要とはしない。したがって、前記システムの信頼性と保守性は、高められる。本願発明による泡の検出により、ピストンストロークの長さを短くして作動させることができ、これによって、ガスの低圧縮率により、遅れ容積と合成脈動とを最小限度にすることができる。前記泡の検出は、ガスの低圧縮率に対する作動感度を減ずる。
図面の説明
本願発明のこれらのそして他の特徴及び効果は、添付した図面に図示されたように、本願発明の下記の具体例の詳細な説明から、より明らかとなるであろう。
図１は、本願発明に係わる直列の二重ポンプシステムのブロック図である。
図２は、図１の直列の二重ポンプシステムの状況に設けられたポンプコントローラに関係するときの、泡検出及び回収機構のブロック図である。
図３は、図１及び図２の泡検出及び回収機構の状態遷移の線図である。
詳細な説明
本願発明に係わる泡検出及び回収機構は、流体の流れ中の泡または著しい量のガスの存在を検出し、回収シーケンスを行って、ポンプの能力を高め、これによって、著しいガスの含有量を有する泡又は溶剤／流体の流れを放出できるようになっている。泡検出及び回収機構は、高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ：Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）の用途において典型的な溶剤送出圧送システムにおいて実施される。流体の流れの中の泡または著しい量のガスの検出によって、ユーザーが設定した流量設定値と溶剤配合物（組成物）設定値を乱すことなしに、回収シーケンスが実行される。
泡検出及び回収機構が実施される前記装置は、多数の溶剤を計量しながら供給し且つ試料合成物のクロマトグラフィーによる分離を実行できる所望の流量で、所望の混合物を送出できるように設計された、図１に図示されているような溶剤送出圧送システムである。
図示されているように、溶剤の混合は、ポンプの低圧インレットサイド（低圧入口側）で実行される。４つまでの異なった溶離剤（すなわち、溶剤）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄが、公知の溶剤セレクターバルブ（溶剤選択弁）１０を使用することによって、当該技術で公知なように、選択された配合物に混合できるように利用可能になっている。溶剤セレクターバルブ１０は、大気圧で、４つの溶剤のうちの任意の組み合わせで、溶剤Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを低圧混合する。溶剤セレクターバルブ１０のアウトレット（出口部）は、一次側のポンプのポンプヘッド部アセンブリ１２に接続されている。ポンプヘッド部アセンブリ１２は、雰囲気圧で、溶剤の混合された配合物を受けるとき、前記システムに入力される流体の最初の加圧を行う。
この図示した実施例の一次側のポンプヘッド部１２（及び、同様に、後述するようなアキュムレーターポンプ）は、１９９６年２月２３日に出願された米国特許シリアルＮｏ．０８／６０６１４９に説明されているような特徴を有するポンプヘッド部である。米国特許シリアルＮｏ．０８／６０６１４９を参照することによって、当該米国特許シリアルＮｏ．０８／６０６１４９の内容は、本願明細書に組み込まれている。ポンプヘッド部（揚程部）１２は、概ね、ピストンチャンバ内を往復運動できるように形成されたピストンと、インレットチェックバルブと、モーターと、駆動機構とを備えている（それらの全ては、図１に示されていない）。ポンプヘッド部１２には、また、モーターシャフトエンコーダーが形成されている。前記モーターシャフトエンコーダーは、究極的には、基準に対する往復運動するプランジャー（すなわち、ピストン）の位置を測定し、また、それと同じものを示す信号を出力する。一次側のポンプヘッド部１２は、低圧側のポンプとなっている。というのは、その吸入は、圧送サイクルの間、大気圧となっているからである。一次側のポンプヘッド部１２を使用して、入力された溶剤を加圧し、所望のシステム圧力までその溶剤を加圧することができる。圧力トランスデューサー１４を、一次側のポンプヘッド部１２の出力（アウトプット）側で使用して、出力される流体の圧力を決定することができる。
一次側のポンプヘッド部１２は、アキュムレーターポンプヘッド部１６と関連して作動し、これにより、直列の二重式のピストンポンプとして機能する。一次側の吸入の間、アキュムレーターポンプヘッド部１６は、システム送出を維持し、システム圧力で溶剤を送出する。一次側のポンプヘッド部１２は、また、事前圧縮制限または事前圧縮制約と呼ばれる。作動ストロークの最大パーセンテージまで上死点に向けて駆動することによって、アキュムレーターポンプヘッド部１６を介して前記システムに流体を送出する前に、システム圧力まで持ち上げられる。一次側の送出の間に、アキュムレーターポンプヘッド部１６は、次の送出サイクルのための流体を受け且つ貯蔵する。上述したように、一次側のポンプヘッド部１２のアウトレットは、圧力トランスデューサー１４に接続されている。圧力トランスデューサー１４のアウトレットは、ポンプの高圧側となっている、アキュムレーターポンプヘッド部１６に接続されている。通常の作動の間、ポンプの高圧側は、システム圧力より下に決して下がることはない。アキュムレーターポンプヘッド部１６のアウトレットは、システム送出圧力を自記する第２の圧力トランスデューサー１８に接続されている。第２の圧力トランスデューサー１８のアウトレットは、サンプラー／インジェクター２０に接続されている。サンプラー／インジェクター２０は、さらに、当該技術において当業者によって理解されているように、分離カラム２２及び検出器２４に接続されている。
ポンプコントロールシステム２６は、エンコーダー信号Ｅ１、Ｅ２及び圧力信号Ｐ１、Ｐ２を受信し、エンコーダー信号Ｅ１、Ｅ２及び圧力信号Ｐ１、Ｐ２を、制御及び泡検出用に使用される情報に変換する。ポンプコントロールシステム２６は、マイクロプロセッサーに基礎づけられたシステムと、ディジタル信号プロセッサーとを備えている。マイクロプロセッサーに基礎づけられたシステムと、ディジタル信号プロセッサーは、協働して、流れ及び配合制御と、監視制御の機能をそれぞれ実行する。その詳細な説明は、本願発明の開示の範囲を越えている。
図２に図示されているように、ポンプコントロールシステム２６は、エンコーダー信号Ｅ１、Ｅ２と圧力信号Ｐ１、Ｐ２とを使用して、圧縮容積信号３２と、減圧容積信号３４と、システム送出圧力信号３６とを発生できるようになっている。圧送サイクルごとに、ポンプコントロールシステム２６は、泡検出及び回収機構、圧縮容積３２、減圧容積３４、及び第２の圧力トランスデューサー１８によって得られるシステム送出圧力３６に対して利用可能となっている。ポンプコントロールシステム２６は、吸入ストロークの間、圧力トランスデューサー１４とエンコーダー信号Ｅ１とを監視することによって、減圧容積３４の量を決定する。減圧容積は、圧力トランスデューサー１４からの信号が、大気圧を表す値に到達するプランジャー位置を示すことによって得られる。ポンプコントロールシステム２６は、アキュムレーターポンプヘッド部１６に送出する前に、予圧ストロークの間、圧力トランスデューサー１４からの信号とエンコーダー信号Ｅ１とを監視することによって、圧縮容積３２の量を決定する。圧縮容積は、圧力トランスデューサー１４からの信号が、第２の圧力トランスデューサー１８からの信号の同等の値に達するのにかかる、エンコーダー信号Ｅ１からの、プランジャー移動の量を観察することによって得られる。圧縮容積は、システム送出圧力３６となっている。圧縮容積信号３２及び減圧容積信号３４とシステム送出圧力信号３６は、本願発明に係わる泡検出及び回収機構３０に出力される。
泡検出及び回収機構３０は、概ね、ポンプコントロールシステム２６と直列に作動する状態機械装置となっている。ポンプコントロールシステム２６は、当該技術において概ね理解されているように、ポンプの流れの送出量と流体の配合の両方を制御する。泡検出及び回収機構３０は、その状態値３８を、ポンプコントローラすなわちポンプコントロールシステム２６に供給する。ポンプコントロールシステム２６は、前記状態値を監視し、ポンプコントロールシステム２６が回収モードの状態にあるとき、泡の回収ストロークのみを開始する。ポンプコントロールシステム２６と泡検出及び回収機構３０は、後述するある例において直列状態で作動するが、互いに独立して作動する。
泡検出及び回収機構３０の状態遷移線図が、図３に図示されている。その状態遷移線図は、泡検出及び回収機構３０の内部の動きを表している。一般的に、減圧に対する圧縮の容積率のパラメーターは、その率が経験に基づいて得られたしきい値を越えたとき、泡検出を作動させ、または、泡検出を使用可能にする。経験的なしきい値を越えた減圧に対する圧縮の容積率は、溶離剤のうちの液体に対するガスの含有量の率が、溶剤混合物を正確に計量しながら供給できるポンプ能力を越えたことを示している。前記容積率が所定の率を越えた範囲は、吸入ストロークが泡を備えているということか、あるいは、溶離剤が通常よりも高いガス含有量を備えているといことを示している。
いったん、泡が検出されると、すなわち、しきい値を越えると、一般的に、泡検出及び回収機構３０により、ポンプコントロールシステム２６が、ポンプヘッド部を制御し、泡の検出の始めに最大ストロークが供給され、それによって、十分なストロークが行われて、高いガス圧縮率を発生させる。発生された高い圧縮率により、流体が、低圧からポンプの高圧側に移行するとき、泡は前記溶液内に入り込む。選択されたあるいは適切な、減圧に対する圧縮の容積率がもう一度得られるようになるまで（すなわち、いったん、気泡やガス含有量の高い溶剤が前記システムを通過すると）、泡検出及び回収機構３０により、より大きなストロークが実行される。大変大きなストローク容積が、圧縮ストローク制限値及び減圧ストローク制限値で実施される。前記圧縮ストローク制限値及び減圧ストローク制限値は、多量のガスを吸収した泡や溶剤を放出するのに要求される最も大きな送出ストローク圧縮率を得ることができるように制約されている。
さて、図３を参照すると、本願発明に係わる泡検出及び回収機構３０を作動させる状態機械装置は、下記の状態を備えている。
「使用不能」−泡検出及び回収機構は、前記「使用不能」をアサートにする（すなわち、アクティブにする）ことによって、要求により、いつでも、非作動状態にすることができる。デフォルト（省略時選択）が行われると、泡検出及び回収機構は、使用可能になって、下記の６つの状態のいずれかにすることができる。
「オフ」−泡検出及び回収機構は、ポンプの一定の制限的なモードの間、自動的に無効にされる。そのモードにおいて、例えば、前記システムなどをパージしている間のような、クロマトグラフィーで使用されないフローレジム（流れの状況）でポンプが作動するときや流量が変化している間など、圧縮及び減圧容積情報は利用できなくなる。
「準備」−これは、泡が検出されるのを待機している間の、泡検出及び回収機構がアイドル状態のままとなっている典型的な状態である。
「検出」−検出は、自動的な回収シーケンスを実行する前に、泡の存在を制限するために使用される状態である。その目的は、圧縮容積や減圧容積のいずれかの一瞬の異常状態から、及び／又は、間違った泡検出に導くシステム圧力過渡現象の一瞬の異常状態から、泡検出及び回収機構の感度を最小限度にすることである。
「回収」−回収は、ポンプコントロールシステムが、圧送ストロークと圧縮制約／減圧制約とを変更して、所望の高圧縮率を達成できるようにした状態である。
「復元ストローク」−復元ストロークは、ポンプコントロールシステムがポンプをその最初のストローク容積に復元するまで、前記泡検出及び回収機構が遅れる待機状態である。
「再準備遅延」−再準備遅延は、他の泡検出を行うために再準備する前に、前記泡検出及び回収機構が遅れる待機状態である。それによって、次の泡検出を行うための新しい圧縮／減圧率の値を受け入れる前に安定させるための十分な時間が、前記ポンプに与えられる。
図２及び図３を参照すると、ポンプコントロールシステムは、泡検出及び回収機構の状態を監視する。この間、ポンプコントロールシステムは、所望の流量設定値と溶剤配合設定値とを維持する。そして、前記泡検出及び回収機構が前記状態回収にあることを当該ポンプコントロールシステムが認識する時にはいつでも、ポンプコントロールシステムは、泡検出及び回収機構の動きをのみを変更する。泡の大きさや前記溶剤によるガスの吸収の程度が、それ程、厳格でない場合、そのとき、上述した自動回収によって、溶剤調節の最も典型的な外部悪影響の下で、許容できるクロマトグラフィーの結果を維持できる。他の全ての状態において、ポンプコントロールシステムは、プリセットされた働き工程（働きストローク）のパラメーターを維持する。
図３の状態遷移線図において図示されたように、泡検出及び回収機構は、いったん、使用可能になると、「準備」状態においてアイドル状態のままとなる。一方、この間に、泡検出及び回収機構は、泡の存在を監視する。「準備」状態にある間、泡検出及び回収機構３０は、各圧送サイクルごとに前記ポンプコントロールシステムから得られる圧縮容積及び減圧容積を監視する。圧縮に対する減圧の容積率が、経験に基づいて得られたしきい値制限値Ｒ₁（この図示した実施例において、前記制限値は、ほぼ１．０−２．０）を越え、そして、前記システム送出圧力が、プリセットされた最小限のしきい値Ｐ₁を越えた場合（この実施例において、ほぼ６５０ｐｓｉ）、そのとき、泡検出及び回収機構は、前記「検出」状態に遷移する。前記システム送出圧力を修飾子（クォリファイアー：ｑｕａｌｉｆｉｅｒ）として用いることによって、前記ポンプが、非クロマトグラフィー状況の流れを送出する時（例えば、前記システムをパージする時）にはいつでも、前記回収シーケンスの間違った起動を防止することができる。
いったん、「検出」状態内へ起動されると、泡検出及び回収機構は、（ほぼ６に等しい）プリセットされたＮ₁回の圧送サイクルの間、盲目的に遅延し、これにより、泡が十分に大きくなって、回収シーケンスを確実に保証することができる。Ｎ₁回の圧送サイクルの終わりで、圧縮容積に対する減圧容積の率が、再度、チェックされる。しきい値Ｒ₁が、乱されあるいは越えられたということがわかった場合、そのとき、泡検出及び回収機構は、泡が検出されたようにみなし、さもなければ、泡の大きさは、小さすぎるとみなされ、泡検出及び回収機構は、前記「準備」状態に遷移する。なお、Ｐ₁の圧力しきい値を使用せずに、泡の大きさが、システム送出圧力を衰退させるだけ十分に大きい場合でも、Ｒ₁の第２の侵害を制限することができる。これによって、泡の回収が実行されて、プライミング状態における損失を確実に避けることができる。このようにして、溶剤送出システムは、数時間にわたる、数百回の噴射からなるクロマトグラフィーの無人作動の間、プライミングにおける潜在的な損失が存在する状態から自動的に回復できる。
泡検出及び回収機構が、検出された泡を表したときに、前記「検出」状態から脱出する作動は、泡検出用の、ユーザーにより設定可能なシステム−レベルオプション次第である。ユーザーは、無視、記録のみ、あるいは記録及び回収するように選択できる。オプションが無視するように設定されていた場合、そのとき、泡検出及び回収機構は、「準備」状態に戻る。オプションが記録のみに設定されていた場合、そのとき、泡検出メッセージを記録して、「準備」状態に戻る前に、クロマトグラフィーが影響された可能性があることをユーザーに警告する。オプションが記録及び回収になるように設定されていた場合、そのとき、泡検出及び回収機構は、泡検出メッセージを記録して、回収シーケンスを開始する、「回収」状態に遷移する。したがって、各ＨＰＬＣ噴射作動の間に、泡の検出を記録することができ、これによって、クロマトグラフィーが損なわれた可能性をユーザーに知らせることができる。
泡検出及び回収機構は、プリセットされた回数の圧送サイクルＮ₂（この実施例においては、１０に設定されている）を行うある一定の継続時間の間、「回収」状態のままになっており、これによって、ポンプコントローラに十分な回数のストロークを与えることができ、より大きな泡回収ストロークを用いることにより、泡を取り除くことができる。その間、ポンプコントローラが、泡検出及び回収機構が「回収」状態に入ったといことを認識するとすぐに、ポンプコントローラは、次の吸入ストロークで、そのサイクルスケジューリングを変更し、これによって、より大きな回収ストロークを使用でき、また、減圧及び予圧のために通常割り当てられたストロークの移動量を制約することができる。これらの２つの作動により、ポンプは、かなりの量のガスを吸収した溶剤を放出するのに必要な十分な圧縮率を成し遂げることができる。ポンプコントローラは、泡検出及び回収機構がその「回収」状態から遷移するまで、継続して、泡回収ストロークパラメーターの下で作動する。
プリセットされたＮ２回数の圧送サイクルが終了したとき、泡検出及び回収機構は、「復元ストローク」状態に遷移する。この「復元ストローク」状態は、必要なものとなっている。といのは、ポンプコントローラは、通常の作動ストロークと泡回収ストロークとの間を瞬時に遷移できないからである。作動ストロークに応じて、「回収」状態において泡回収ストロークにシフトするのに、４圧送サイクル（Ｎ）が、かかる可能性がある。「回収」状態に入ると、泡検出及び回収機構は、ポンプコントローラが泡回収状態にシフトするのにかかる圧送サイクルの回数の軌跡を維持する。泡検出及び回収機構は、このカウントを後で使用して、「再準備遅延」状態においてその安定化遅延を開始する前に、「復元ストローク」状態において、カウントダウンを行うことができる。「復元ストローク」から「再準備遅延」への状態遷移は、標準の作動ストロークパラメーターに戻る信号として、ポンプコントローラによって検出される。
泡検出及び回収機構は、プリセットされた回数の圧送サイクルを行うある一定の継続時間の間、「再準備遅延」状態のままとなり、これによって、再安定のための十分な時間がポンプに与えられる。圧送サイクルの回数がプリセットされた制限値Ｎ₃（この実施例においては、６に設定されている）に達したとき、泡検出及び回収機構は、「準備された」状態に戻ることによって、その回収シーケンスを完了する。「準備された」状態への遷移で、圧縮率は、上述したように再びチェックされる。
「オフ及び使用不能」状態は、検出及び回収シーケンスの一部ではない。それらは、泡検出及び回収が実行できない例外状態として機能する。
本願明細書に説明された泡検出及び回収機構は、圧縮容積と減圧容積との間の率を使用して、泡を検出する。しかしながら、圧縮容積及び減圧容積の情報は、溶剤中のガスの容積などを評価するような他の目的に対しても同様に利用することができるといことを理解すべきである。
圧縮容積及び減圧容積の情報は、本願明細書において、二重式のポンプヘッド部からなる直列のポンプの状況において使用されるように説明されたが、複数のポンプが独立して制御されている状態にあり、それによって、一方のポンプが流体を送出している間、他方のポンプの測定値が当該他方のポンプから得られるようになっている場合、圧縮に対する減圧の容積率を並列ポンプ形態において同様に使用することも効果的であるということを理解すべきである。
泡検出及び回収機構は、本願明細書において、状態機械装置として概ね説明されたが、上で詳細に説明した状態機械装置は、ポンプコントロールシステムマイクロプロセッサー上で実行されるソフトウェアとして実施することもでき、あるいは、前記状態機械装置は、用途が特定された集積回路としてハードウェアで実施することもでき、あるいは、説明されたような状態及び機能性をもたらすハードウェア及びソフトウェアの組合せとして実施できるということが理解される。
本願明細書で説明された本願発明は、容積領域の泡を検出できるように実施されたが、すなわち、（従来技術では、圧力領域で実施されていたのに対して）各圧送サイクルの間に圧縮容積及び減圧容積の傾向を監視することによって、容積領域の泡を検出できるように実施されたが、１つのサイクルから次のサイクルまでに測定された圧縮容積の変化を、本願明細書に開示されたような流体搬送システム、すなわち、泡の大きさやガス吸収の程度が十分に大きい場合に選択的に回収シーケンスを作動させるような流体搬送システムにおける他の目的に関して使用することもできる。同様に、減圧容積のサイクル変動を使用して、配合物が勾配制御の下にある間、圧縮容積で見つけられる変化を追跡し標準化するのに使用できる。
本願発明は、本願発明の図示した好適な実施例に関して示され且つ説明されたが、当業者は、前記実施例の形態及びその詳細において、前述した種々の他の変化、追加及び削除を、請求の範囲に表した本願発明の精神及び範囲から離れることなしに行うことができるということを理解すべきである。

Claims (1)

1. 流体送出システムによって移送される流体中のガスを検出する方法であって、
   前記流体送出システムは、第１のポンプヘッド部と、第２のポンプヘッド部とを備えており、
   前記第１のポンプヘッド部は、第１のピストンチャンバ内で第１の方向及び第２の方向に作動する第１のピストンを有しており、
   前記第２のポンプヘッド部は、第２のピストンチャンバ内で第１の方向及び第２の方向に作動する第２のピストンを有しており、
   前記第１のポンプヘッド部は、前記流体を受け且つ当該流体を加圧して、加圧された流体を形成し、
   前記第２のポンプヘッド部は、前記加圧された流体を前記第１のポンプヘッド部から受けており、
   前記方法は、
   前記第１のピストンチャンバ内の前記流体の減圧容積を監視し、これによって、減圧容積を決定するステップと、
   前記第１のピストンチャンバ内で前記第１のピストンによって圧縮された前記加圧された流体の圧縮容積を監視し、これによって、圧縮容積を決定するステップと、
   ある時点における前記圧縮容積および前記減圧容積の一方の他方に対する率を決定するステップと、
   前記率が、しきい値レベルを越えたか又はしきい値レベルに達しなかったかを決定するステップと、
   前記率がしきい値レベルを越えたか又はしきい値レベルに達しなかった場合に、前記第１のピストンのストローク長さを増加させるステップとを備えたことを特徴とする、流体送出システムによって移送される流体中のガスを検出する方法。

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