WO2024089618A1 - Überkomprimieren eines fluids über zieldruck in analysegerät - Google Patents
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Classifications
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- G—PHYSICS
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- G01N2030/326—Control of physical parameters of the fluid carrier of pressure or speed pumps
Definitions
- the present invention relates to a method and a control device for controlling a fluid in an analysis device for analyzing a fluidic sample, and to an analysis device.
- a liquid (mobile phase) is typically moved through a so-called stationary phase (for example in a chromatographic column) at a very precisely controlled flow rate (for example in the range of microliters to milliliters per minute) and at a high pressure (typically 20 to 1000 bar and beyond, currently up to 2000 bar), at which the compressibility of the liquid can be noticeable, in order to separate individual fractions of a sample liquid introduced into the mobile phase from one another.
- a detector typically detects individual fractions of a sample liquid introduced into the mobile phase from one another.
- Such an HPLC system is known, for example, from EP 0,309,596 B1 of the same applicant, Agilent Technologies, Inc.
- a method for controlling a fluid in an analysis device for analyzing a fluidic sample comprising a Overcompressing the fluid to an overpressure above a target pressure, and subsequently reducing the pressure of the fluid towards the target pressure.
- a control device for controlling a fluid in an analysis device for analyzing a fluidic sample, wherein the control device is configured to overcompress the fluid to an overpressure above a target pressure, and subsequently to depressurize the fluid toward the target pressure.
- an analysis device for analyzing a fluidic sample using a fluid wherein the analysis device has a control device with the features described above for controlling the fluid.
- fluid is understood to mean in particular a liquid and/or a gas, optionally comprising solid particles.
- fluid sample is understood to mean in particular a medium, more particularly a liquid, which contains the material actually to be analyzed (for example a biological sample), such as a protein solution, a pharmaceutical sample, etc.
- the term "mobile phase” is understood to mean in particular a fluid, more particularly a liquid, which can serve, for example, as a carrier medium for transporting the fluidic sample, in particular between a fluid drive and a sample separation device.
- the mobile phase can also be used in a fluid conveying device to influence the fluidic sample.
- the mobile phase can be a solvent (for example organic and/or inorganic) or a solvent composition (for example water and ethanol).
- the term “analyzer” may in particular refer to a device that is capable and configured to to examine a fluidic sample, in particular to separate it, further in particular to separate it into different fractions.
- sample separation can be carried out by means of chromatography or electrophoresis.
- the analysis device can preferably be a liquid chromatography sample separation device.
- the term "overcompressing a fluid to an overpressure above a target pressure” is understood to mean, in particular, a compression of the fluid so that its pressure is brought above a target pressure to a higher overpressure in this respect.
- Such overcompression can be achieved in particular by a pump or another fluid drive.
- a piston can be moved in a forward direction in such a way that the compression of the fluid beyond the target pressure is achieved.
- the flow path of the fluid can be closed off behind or downstream of the pump or behind the fluid drive or downstream of the fluid drive, for example by an actively controllable valve, a pressure relief valve or another measure for at least temporarily closing off a corresponding flow path.
- target pressure is understood to mean a (particularly predetermined) pressure value that is desired or is to be set for a specific operation of the analysis device.
- the target pressure can be a respective value of the fluid pressure in a fluidic system, also called “system pressure", which prevails in the fluidic system shortly or immediately before the initially overcompressed and subsequently pressure-reduced fluid is supplied to the fluidic system.
- system pressure the fluid pressure in a fluidic system
- the target pressure can be a system pressure that is defined in a chromatographic separation method (i.e. a set of parameters for defining a separation analysis of a specific sample).
- a target pressure can be constant over time or can change over the course of an analysis (for example according to a predetermined function). However, it is also possible that a target pressure is not predetermined, but is set automatically due to the separation method, due to the properties of the analysis device or due to its operation.
- the target pressure value can be lower than the value achieved by overcompressing reached pressure, but can be higher than atmospheric pressure (for example 1 bar).
- the term "reducing the pressure of the fluid in the direction of the target pressure” can be understood in particular to mean that the fluid brought to the overpressure is relaxed after overcompression (in particular only partially), so that the pressure of the fluid is reduced starting from the overpressure achieved in order to either reach the target pressure or at least partially approach the target pressure.
- the pressure reduction can be controlled in such a way that after the pressure reduction, the pressure of the fluid differs from the target pressure by less than 20%, in particular by less than 10%, more particularly by less than 5%.
- the pressure of the fluid can therefore correspond to the target pressure, be slightly above the target pressure or be slightly below the target pressure.
- control device is understood to mean in particular an entity that is specifically configured to carry out the overcompression and the subsequent pressure reduction in the direction of the target pressure.
- the control device can have a processor, have several processors or be designed as part of a processor that is or are programmatically set up to carry out the said method.
- the control device can process or execute a correspondingly configured control software that is programmatically designed for overcompression and subsequent pressure reduction.
- control software can also have parameters for carrying out such a method, for example a parameter specifying the overpressure, a parameter specifying the target pressure and/or one or more parameters that specify or specify the time course of the pressure.
- a fluid for example the fluidic sample itself and/or a mobile phase used to analyze the fluidic sample, or another working or auxiliary fluid
- a fluid is not brought directly to a target pressure, but indirectly to the target pressure or at least brought it close to the target pressure (for example, asymptotically).
- the fluid is first compressed more than necessary to reach the target pressure, i.e. brought to a higher pressure than the desired target pressure.
- the pressure of the over-compressed fluid is then reduced in order to bring it closer to the target pressure from the too high pressure value or to even reach the target pressure exactly or at least asymptotically.
- the fluid heats up, which - when the fluid is brought to the target pressure - is followed by cooling. If - as is conventional - a fluid is "pressurized" in an analysis device immediately to the target pressure, the resulting thermal effects of cooling the fluid can lead to volume errors or flow rate errors during subsequent processing (such as conveying, storing, aliquoting, etc. of the fluid), which have an undesirable effect on the analysis of the fluid sample or impair its accuracy or speed.
- the fluid is first brought to a pressure even higher than the target pressure. As a result, the fluid heats up particularly strongly.
- the fluid cools down quickly and therefore reaches temperature equilibrium more quickly. If the fluid cools down quickly as a result of the subsequent pressure reduction and approaches the target pressure, the undesirable thermal artifacts mentioned can be greatly suppressed or even completely eliminated.
- the analysis can therefore be carried out with fewer artifacts or even without artifacts. Consequently, the analysis can be carried out with a higher degree of analysis accuracy.
- the time for conditioning the fluid to the target pressure or to a pressure close to the target pressure can be shortened. The analysis of a fluidic sample or individual phases or sub-processes of the analysis can therefore be carried out with increased accuracy and/or in an accelerated manner.
- the method can comprise the subsequent pressure reduction of the fluid until the target pressure is reached.
- the method can therefore be carried out in such a way that the control parameters are designed so that after the overcompression and the pressure reduction, the processed fluid is actually essentially or even exactly at the target pressure.
- the control can ensure that after the overcompression and the subsequent pressure reduction, the pressure of the fluid deviates from the target pressure by less than ⁇ 10%, in particular less than ⁇ 5%, more particularly less than ⁇ 1%.
- the method can comprise overcompressing and/or subsequently reducing the pressure by means of a fluid drive.
- a fluid drive for example, this can be done by means of a piston pump, in particular by advancing a piston of the piston pump for overcompressing and/or by retracting a piston of the piston pump for subsequently reducing the pressure.
- fluid drives other than piston pumps are possible.
- a fluid drive for driving the fluid can thus be controlled in such a way that a pressure profile to be achieved, namely overcompressing followed by reducing the pressure, is achieved in the direction of the target pressure by the fluid drive.
- the piston of the piston pump in particular of a primary piston pump
- the piston of the piston pump can be subjected to a stronger forward movement than would be necessary to directly reach the target pressure. This allows the fluid to be overcompressed to the overpressure above the target pressure. If the piston of the piston pump is subsequently retracted, the overcompressed fluid can be decompressed in a targeted manner in order to achieve a predetermined pressure reduction.
- the control device can therefore act on a fluid drive, in particular be or include a pump control of a piston pump. It is also possible for a fluid drive to have several pump stages, for example parallel and/or serial piston pumps.
- the primary piston can be controlled in such a way that it causes the overcompression and subsequent decompression.
- the method can comprise overcompressing the fluid to the overpressure by means of the fluid drive and by temporarily closing a fluid valve.
- the previously described fluid drive can thus interact with a corresponding fluid valve to jointly control the described method. If, for example, a piston of a piston pump of the fluid drive is subjected to a pronounced forward movement in order to overcompress the fluid, a fluid valve arranged downstream of this fluid drive can be closed so that the fluid cannot evade the pressure of the piston pump causing the overcompression. The fluid valve can then open for the subsequent coupling of the pressure-conditioned fluid to a system.
- the method can comprise actively controlling the fluid valve designed as an actively controllable fluid valve by temporarily closing it for overcompression and by opening it for subsequent coupling of the previously overcompressed and pressure-reduced fluid.
- the fluid valve is thus designed as an actively controllable fluid valve that is specifically controlled by the control device. This allows the closing and opening periods to be set precisely.
- the method can comprise control by designing the fluid valve as a (particularly passive) pressure relief valve, which can be designed to open only when a predetermined pressure value above the target pressure is reached.
- the fluid valve can therefore be designed as a pressure relief valve, which only opens when there is an overpressure that is above the target pressure and can correspond to the overpressure set during overcompression above the target pressure. Active external control of such a fluid valve can then be dispensed with, which can make the process easier.
- the opening pressure of such a pressure relief valve can be at least 50 bar, in particular at least 100 bar, above the target pressure.
- the fluid valve can be arranged at an outlet of the fluid drive or downstream of the fluid drive.
- the fluid valve is arranged directly behind the fluid drive which carries out the overcompression and/or the pressure reduction.
- the fluid drive is designed as a two-stage piston pump
- the fluid valve which is designed in particular as an actively controllable valve or as a pressure relief valve, can be arranged directly at an outlet of the primary piston pump, i.e. between the primary piston pump and the secondary piston pump, in other words fluidically between the stages of the two-stage piston pump.
- the fluid valve can also be arranged downstream behind the fluid drive, for example to separate a control flow path used for overcompression and subsequent pressure reduction from a target flow path representing a fluidic target system.
- the method can comprise overcompressing the fluid to the overpressure by means of the fluid drive and by temporarily blocking off a flow path section that contains the fluid drive.
- a flow path section that contains the fluid to be processed can also be blocked off in a manner other than with the described fluid valve in order to be able to subject the fluid to overcompression and a subsequent pressure reduction in a defined manner.
- the fluid drive can form at least part of an analytical pump for conveying the fluid sample and mobile phase formed by the fluid to a sample separation device of an analysis device designed as a chromatographic sample separation device.
- the method after the pressure reduction, comprises introducing the fluid sample into the fluid designed as a mobile phase for analyzing the fluid sample, in particular for separating the fluid sample in a sample separation device, further in particular for chromatographic separation of the fluid sample.
- a fluid drive designed as an analytical pump pumps a mobile phase, in particular a solvent composition, at high pressure towards the sample separation device, in particular a chromatographic separation column.
- the fluid drive can have a syringe pump for drawing up the fluid sample formed by the fluid in an injector of an analysis device designed as a chromatographic sample separation device.
- An injector of a chromatographic sample separation device can have a syringe pump as a metering device, in which a piston is retracted when a fluid sample is drawn, for example, from a sample container through a sample needle into a sample receiving volume (for example a sample loop). The sample needle can then be returned to a seat in a pressure-tight manner.
- the piston of the syringe pump can be moved forwards in the injector in order to overcompress the fluid sample to an overpressure that is above a target pressure, which can be, for example, the system pressure in the separation path between the analytical pump and the sample separation device.
- a target pressure which can be, for example, the system pressure in the separation path between the analytical pump and the sample separation device.
- a pressure reduction can be carried out, with which the fluid sample is brought towards the target pressure or to the target pressure, for example towards or to the system pressure between the analytical pump and the sample separation device. Only when the fluid sample has sufficiently approached the target pressure or has reached the target pressure can the fluid sample be introduced into the separation path, for example by switching an injection valve.
- Pre-compressing the fluid sample by the syringe pump has the additional beneficial effect of preventing excessive pressure surges when introducing the fluidic sample into the high-pressure separation path between the analytical pump and the sample separation device.
- the overcompression of the fluidic sample compared to the system pressure by the syringe pump in the sample receiving volume is completely or partially reduced by the pressure reduction described before the injection valve is switched to introduce the fluidic sample into the mobile phase between the analytical pump and the sample separation device. In this way, a particularly precise chromatographic separation can be achieved. Both pressure surges and flow rate fluctuations can be avoided.
- the overpressure achieved by means of overcompression can be at least 1.1 times, in particular at least 1.2 times, more particularly at least double, the target pressure.
- the overpressure achieved by means of overcompression can be at most 1.5 times, in particular at most three times, the target pressure.
- the overpressure generated by overcompression can be in a range from 1.1 times to 3 times, more particularly from 1.2 times to 1.5 times, the target pressure.
- the overpressure achieved by means of overcompression can be at least 50 bar, in particular at least 100 bar, greater than the target pressure.
- the overpressure achieved by means of overcompression can be at most 500 bar, in particular at most 1000 bar, greater than the target pressure.
- the overpressure achieved by means of overcompression can be in a range from 50 bar to 1000 bar, in particular in a range from 100 bar to 500 bar, greater than the target pressure.
- the target pressure can be in a range from 200 bar to 2000 bar, in particular in a range from 1000 bar to 1500 bar.
- the values given as examples for the target pressure are thus typical values of a mobile phase under high pressure in a separation path of an HPLC.
- the method can include controlling the overcompression and the subsequent pressure reduction of the fluid in such a way that compression-related thermal artifacts are at least partially suppressed. The occurrence of compression-related thermal artifacts, i.e.
- At least a portion of the at least partially suppressed compression-related thermal artifacts can be a flow rate deviation of the fluid as a result of heating caused by overcompression and subsequent cooling of the fluid.
- strong heating followed by subsequent cooling of the fluid without the described sequence of overcompression and subsequent pressure reduction can lead to an error in the flow rate of a fluid designed as a mobile phase, which can reduce the analysis accuracy or the analysis speed.
- Such undesirable effects can be counteracted by overcompression before pressure reduction.
- the target pressure can be a pressure of a fluid in a target flow path downstream of a control flow path of the overcompression and subsequent pressure reduction.
- the target flow path can in particular be a flow path upstream of a sample separation device, for example a chromatographic separation column.
- the control flow path can be a flow path in which the fluid is controlled in the manner described, in particular in the area of a fluid drive and an associated fluid valve.
- the target flow path and control flow path can, for example, be connected by a Fluid valve and can be fluidically coupled to each other by opening the fluid valve.
- the method for reducing pressure can comprise, after overcompressing, passively waiting for at least partial thermal equalization of the overcompressed fluid with a thermal environment and only then fluidically coupling the fluid with a downstream flow path.
- the fluid can first be overcompressed, i.e. brought to an overpressure above the target pressure, which is also above atmospheric pressure.
- the overcompressed fluid can then first be subjected to cooling, which can be achieved by exchange with the thermal environment.
- the thermal environment can in particular comprise any component of the analysis device and the thermodynamic periphery of the analysis device that is in thermal contact with the said fluid. These can be, for example, components, groups or components of a piston pump of a fluid drive.
- a coupling of the fluid with an environment of the analysis device for example with a laboratory environment, to be included in the thermal equalization.
- the fluid can be thermally coupled to a thermostat, which can specify the temperature development of the overcompressed fluid particularly precisely. After sufficient temperature equalization has taken place, the now pressure-reduced fluid can be coupled into a target flow path in a cooled state.
- the method can comprise the fluidic coupling of the fluid to the downstream flow path when the fluid has reached the target pressure as a result of passively waiting for the at least partial thermal equalization. If the fluid brought to the target pressure (or at least approached the target pressure, in particular asymptotically) is coupled into a target flow path after it has already cooled sufficiently, the thermal artifacts described above can advantageously be avoided.
- the method may include the fluidic Coupling the fluid to the downstream flow path when the fluid has reached the target pressure (or has at least, in particular asymptotically, approached the target pressure) as a result of passively waiting for the at least partial thermal equalization and as a result of an additional, in particular subsequent, pressure reduction by correspondingly controlling a fluid drive that decompresses the fluid.
- particularly fast and precise sample analysis can be achieved: Firstly, after overcompressing the fluid to an overpressure above the target pressure, a partial thermal equalization of the overcompressed and therefore heated fluid and a cooling of the same can be waited for in a passive waiting step, for example.
- the process of pressure reduction which begins when passively waiting for the thermal equalization, can then be intensified in a second stage by actively controlling partial decompression of the fluid using the fluid drive.
- a fluid drive with a piston pump the piston movement direction of the fluid drive can be reversed compared to overcompression and the piston pump can now be operated for targeted active decompression of the fluid. If the piston of the piston pump is moved forward during overcompression, the piston of the same piston pump can be moved backwards during active decompression. This further reduces the pressure of the fluid and brings it closer to the target pressure.
- the method can comprise, after overcompression, a corresponding control of a fluid drive that decompresses the fluid in order to reduce the pressure.
- a corresponding control of a fluid drive that decompresses the fluid in order to reduce the pressure.
- an explicit phase of passively waiting for thermal equalization before decompression can also be dispensed with by compressing and then decompressing only moderately quickly and reversing the piston movement immediately after overcompression, thereby causing active decompression of the fluid while cooling it and approaching the target pressure. During this active decompression, the pressure of the fluid thus approaches the target pressure or even reaches it.
- the fluid to which the described pressure profile of overcompression and subsequent pressure reduction is imposed may form the fluidic sample and/or a mobile phase into which the fluidic sample is introduced for analysis.
- control device can be designed to carry out a method according to any of the features described above.
- a processor of the control device can be configured to automatically carry out the method steps as have just been described as preferred embodiments.
- control device can be configured to control the analysis device for analyzing the fluidic sample.
- the control device can thus be used not only to control the conditioning of the fluid, but also to control the entire analysis device.
- control device it is also possible for the control device to be used only to control a fluid drive and/or a fluid valve.
- control device and/or the analysis device at least one pressure sensor and/or at least one temperature sensor can be provided with which the pressure and/or temperature of the fluid and/or at least one other component of the analysis device can be detected or
- the corresponding sensor data can be used to control or regulate a temporal pressure profile and/or temperature profile of the fluid. This allows the suppression of artifacts to be carried out particularly precisely.
- the analysis device can be designed as a sample separation device and have an analytical pump for driving a mobile phase and the fluidic sample introduced into the mobile phase and a sample separation device for separating the fluidic sample introduced into the mobile phase.
- the mobile phase and/or the fluidic sample can be the fluid in question.
- the analysis device can clearly be designed as a chromatographic sample separation device, in particular for liquid chromatography or as HPLC.
- the sample separation device can be a microfluidic instrument, a life science device, a liquid chromatography device, a gas chromatography device, an HPLC (high performance liquid chromatography), a UHPLC system or an SFC (supercritical fluid chromatography) device.
- a life science device e.g., a life science device
- a liquid chromatography device e.g., a gas chromatography device
- HPLC high performance liquid chromatography
- UHPLC system e.g., a UHPLC system
- SFC supercritical fluid chromatography
- the sample separation device can be designed as a chromatographic separation device, in particular as a chromatography separation column.
- the chromatography separation column can be provided with an adsorption medium.
- the fluidic sample can be held on this and only subsequently detached again fractionally in the presence of a specific solvent composition, whereby the separation of the sample into its fractions is accomplished.
- a pump system for conveying fluid can, for example, be designed to convey the fluid or the mobile phase through the system at a high pressure, for example several 100 bar up to 1000 bar and more.
- the sample separation device may comprise a sample injector for introducing the sample into the fluidic separation path.
- a sample injector may comprise a have an injection needle that can be coupled to a seat in a corresponding fluid path, wherein the needle can be moved out of this seat to take up sample, wherein after reinserting the needle into the seat the sample is in a fluid path that can be switched into the separation path of the system, for example by switching a valve, which leads to the introduction of the sample into the fluid separation path.
- a sample injector or sampler can be used with a needle that is operated without a seat.
- the sample separation device can have a fraction collector for collecting the separated components.
- a fraction collector for collecting the separated components.
- Such a fraction collector can, for example, lead the various components of the separated sample into different liquid containers.
- the analyzed sample can also be fed to a drain container.
- the sample separation device may comprise a detector for detecting the separated components.
- a detector for detecting the separated components.
- Such a detector may generate a signal which may be observed and/or recorded and which is indicative of the presence and amount of the sample components in the fluid flowing through the system.
- Figure 1 shows an HPLC system as an analytical device according to an exemplary embodiment of the invention.
- Figure 2 shows a part of an analysis device according to an exemplary embodiment of the invention.
- Figure 3 shows a part of an analysis device according to a exemplary embodiment of the invention.
- Figure 4 shows a diagram illustrating a pressure curve and a temperature curve over time when carrying out methods according to exemplary embodiments of the invention.
- Figure 5 shows a diagram illustrating a piston movement, a pressure curve, a temperature deviation and a volume error as a function of time when carrying out a conventional method.
- Figure 6 shows a diagram which represents a piston movement, a pressure curve, a temperature deviation and a volume error as a function of time when carrying out a method according to an exemplary embodiment of the invention.
- Figure 7 shows a diagram which represents a piston movement, a pressure curve, a temperature deviation and a volume error as a function of time when carrying out a method according to another exemplary embodiment of the invention.
- Figure 8 shows a diagram illustrating a piston movement, a pressure curve, a temperature deviation and a volume error as a function of time when carrying out a method according to yet another exemplary embodiment of the invention.
- a fluid for example a mobile phase or a fluidic sample in an analysis device designed as a liquid chromatography sample separation device
- a predetermined target pressure for example a system pressure of a chromatographic separation path
- the fluid can then be subjected to a pressure reduction, whereby the fluid approaches or even reaches the target pressure.
- the upstream overcompression can suppress or eliminate thermally induced artifacts as a result of heating of the fluid during compression, followed by subsequent cooling. This can improve the accuracy of an analysis run or increase the speed of an analysis run. Conventionally occurring density errors and resulting volume errors when a fluid is directly compressed to a target pressure can thereby be suppressed or eliminated.
- Over-compression leads to a faster temperature equalization.
- a target pressure can then be reached from above.
- the process can be carried out, for example, such that the fluid heats up by 10°C during overcompression.
- the overcompression can then be adjusted so that after the pressure reduction including cooling by 10°C, the target pressure is just reached.
- the fluid can be heated by 20°C, for example, in the case of an even stronger overcompression. This results in a particularly Faster temperature equalization with the environment. You can now wait until the fluid has cooled down by, for example, 10°C. Then active decompression can be initiated (for example by an active, controlled backward movement of a piston of a fluid drive), whereby the target pressure is reached more quickly and further cooling by, for example, another 10°C can be achieved.
- the target pressure can be reached more quickly or can be equilibrated to a target temperature more quickly.
- an overcompression of a mobile phase can be carried out within an HPLC pump and the overcompressed mobile phase can subsequently be transferred towards the system (i.e. to the pump outlet) through a diffuser, a restriction, a pressure regulator or dgL, upon passing through which the pressure is partially reduced and thereby a temperature reduction takes place.
- Such an overcompression can advantageously be provided in order to compensate for certain thermal effects in whole or in part.
- Such an overcompression can particularly advantageously be controlled by means of an active valve in order to compress higher than a target or system pressure.
- An overcompression according to embodiments of the present invention can cause not only a slight exceedance of the target or system pressure, but a significant exceedance by, for example, 10% or more.
- an intelligent liquid overcompression with heat effect suppression can be carried out.
- An exemplary embodiment of the invention comprises the use of an active fluid valve in a connecting line between a cylinder performing the compression (also referred to as the primary cylinder, while exemplary embodiments also apply to all cylinders in a parallel cylinder-piston pump) and the high pressure path of the pump (also referred to as the exhaust valve). This allows a particularly elegant and precise addressing of the thermal effects caused by pressure changes in the fluid.
- an initial fluid compression in the primary cylinder may be carried out to a pressure higher than the pressure in the high pressure path of the system, which may define a target pressure.
- this overcompression can be carried out a certain period of time before the primary cylinder is fluidically connected to the system, so that the pressure in the primary cylinder is brought substantially to system pressure, i.e. to a target pressure, due to the cooling of the liquid at a moment when the primary cylinder is connected to the system, for example by an active valve.
- the liquid can only be slightly warmer than the environment, i.e. for example the rest of the system or the adjacent fluidic path, when connected. This can reduce disruption of the flow.
- such overcompression or compression can be carried out to a pressure that is noticeably higher than necessary to reach the system pressure after passive cooling up to the time of connection to the system.
- the liquid in the primary cylinder can be partially decompressed after overcompression by the piston action before connection to the system.
- the resulting pressure in the primary cylinder after such decompression can be substantially equal to the target or system pressure.
- the temperature of the liquid in the primary cylinder can also be substantially equal to the ambient, so that a substantial or complete elimination of the undesirable flow disturbances is possible.
- An additional advantage of the second embodiment lies in the higher liquid temperature after overcompression.
- the warmer liquid can give off more heat to the ambient in the same time period, so that the partial decompression can remove residual heat from the liquid. Consequently, the resulting fluid temperature at target pressure can be essentially equal to the ambient and thus the target value.
- the compression and decompression stages can be carried out on the basis of estimates, calculations and/or models of the fluid behaviour in relation to pressure and/or temperature.
- the primary cylinder can be equipped with or connected to a pressure sensor which provides the relevant data as a basis for control.
- a temperature measurement in the fluid or on a cylinder wall can also be used as a basis for control.
- the extent of compression and decompression may be adaptive by evaluating one or more of the previous pump cycles and adjusting the compression characteristics, decompression characteristics and/or time intervals (for example, the interval between compression and decompression) accordingly.
- FIG. 1 shows the basic structure of an HPLC system as an example of an analysis device 10 designed as a sample separation device according to an exemplary embodiment of the invention, as it can be used for liquid chromatography, for example.
- An analytical pump 20 of a fluid drive (with components 20, 100), which is supplied with solvents from a feed device 25, drives a mobile phase through a sample separation device 30 (such as a chromatographic column) that contains a stationary phase.
- the feed device 25 comprises a first fluid component source 113 for providing a first fluid or a first solvent component A (for example water) and a second fluid component source 111 for providing another second fluid or a second solvent component B (for example an organic solvent).
- An optional degasser 27 can degas the solvents provided by the first fluid component source 113 and by the second fluid component source 111 before they are fed to the analytical pump 20.
- a sample application unit which can also be referred to as an injector 40, is arranged between the analytical pump 20 and the sample separation device 30 in order to first introduce a sample liquid or a fluidic sample from a sample container 137 into a sample receiving volume 132 in a (only schematically shown) injector path 123, and subsequently by switching an injection valve 90 of the injector 40 into a fluidic separation path
- the collection of fluidic sample from the sample container 137 can be carried out in particular by removing a sample needle 118 from a sample seat
- a syringe pump 100 of the fluid drive 20, 100 as a dosing device fluidic sample is sucked from the sample container 137 through the sample needle 1 18 into the sample receiving volume 132, and the sample needle 118 is then moved back into the needle seat 1 15.
- the stationary phase of the sample separation device 30 is provided to separate components of the sample.
- a detector 50 which can have a flow cell, detects separated components of the sample.
- a fractionation device or fractionator 60 can be provided to dispense separated components of the sample into containers provided for this purpose. Liquids that are no longer required can be dispensed into a drain container or waste line (not shown).
- sample liquid path between the analytical pump 20 and the sample separation device 30 is typically under high pressure
- the sample liquid is first introduced under normal pressure into an area separated from this liquid path, namely the sample loop or the sample receiving volume 132, of the sample application unit or the injector 40.
- the sample liquid is then introduced into the separation path 114 under high pressure.
- a sample loop as a sample receiving volume 132 can be understood as a section of a fluid line that is designed to receive or temporarily store a predetermined amount of fluid sample.
- the contents of the sample receiving volume 132 are brought to and even above the system pressure of the analysis device 10 designed as an HPLC by means of the syringe pump 100.
- the system pressure is the high pressure in the separation path 114.
- a control device 70 controls the individual components 20, 25, 30, 40, 50, 60, 90, 100, etc., of the Analyzer 10.
- Figure 1 shows two feed lines 171, 173, each of which is fluidically coupled to a respective one of the two solvent containers referred to as fluid component sources 113, 111 for providing a respective one of the fluids or solvent components A and B.
- the respective fluid or the respective solvent component A or B is conveyed through the respective feed line 171 or 173, through the degasser 27 to a proportioning valve 87 as a proportioning device, at which the fluids or solvent components A or B from the feed lines 171, 173 are combined with one another.
- the fluid packets from the feed lines 171, 173 flow to the proportioning valve 87 and are subsequently mixed to form a homogeneous solvent composition.
- the latter is then fed to the analytical pump 20.
- the injection valve 90 is switched by means of the control device 70 to inject a fluidic sample from the sample receiving volume 132 into a mobile phase in the separation path 114 between the analytical pump 20 and the sample separation device 30 of the analysis device 10.
- This switching of the injection valve 90 takes place to cause a relative movement between a first valve body (which can be a stator at rest with respect to a laboratory system) and a second valve body (which can be a rotor that can be rotated with respect to the laboratory system) of the injection valve 90.
- the first valve body can be provided with several ports and optionally with one or more groove-shaped connecting structures.
- the second valve body can preferably be equipped with a plurality of groove-shaped connecting structures in order to selectively fluidically couple or decouple respective ports of the first valve body depending on a respective relative orientation between the first valve body and the second valve body by means of the at least one connecting structure of the second valve body.
- a respective groove-shaped connecting structure of the second valve body can fluidically connect two (or more) of the ports of the first valve body to one another in certain switching states of the injection valve 90 and form a fluidic decoupling between other ports of the first valve body.
- the individual Components of the analysis device 10 can be brought into an adjustable fluidic (de-)coupling state depending on a respective operating state of the injector 40.
- the control device 70 functions to control the mobile phase, which is designed as a fluid, in the region of the analytical pump 20 and the fluidic sample, which is also designed as a fluid, in the region of the injector 40.
- Said control device 70 is configured to overcompress the respective fluid (i.e. the mobile phase or the fluidic sample) to an overpressure (see Pmax in Figure 4) above a target pressure (compare Psystem in Figure 4), and to subsequently reduce the pressure of the fluid in the direction of the target pressure (Psystem).
- a primary piston pump of the analytical pump 20 brings the mobile phase to a high pressure before the mobile phase brought to high pressure is introduced into the separation path 114 between the analytical pump 20 and the sample separation device 30.
- the pressure at an inlet of the sample separation device 30 can be 1500 bar.
- a control of the analytical pump 20 can be configured by means of the control device 70 in such a way that the solvent composition and the flow rate of the mobile phase which reaches the sample separation device 30 can be set particularly quickly and precisely. This is clearly achieved in that the control device 70 controls the analytical pump 20 in such a way that the mobile phase is brought to an overpressure of, for example, 1600 bar in a primary piston pump of the two-stage analytical pump 20, i.e.
- the piston of the primary piston pump of the analytical pump 20 can then be moved back in a defined manner in order to actively decompress the mobile phase additionally and thereby further promote the pressure reduction. This results in further cooling of the mobile phase, for example to its previous temperature or ambient temperature.
- the mobile phase can also reach the target pressure of, for example, 1500 bar.
- the actively controlled fluid valve at the outlet of the primary piston pump of the analytical pump 20 can now be opened so that the mobile phase is connected to the separation path 114 at the target or system pressure of 1500 bar. Thermal artifacts can be avoided and the flow rate of the mobile phase in the separation path 114 can correspond to a target flow rate with a high degree of accuracy.
- the fluidic sample that is handled by means of the syringe pump 100 in the injector 40 can also be pressure-configured in order to avoid artifacts when introducing the fluidic sample from the sample receiving volume 132 into the separation path 114. While still in the injector path 123, the fluidic sample in the sample receiving volume 132 can be brought to a pressure above a target pressure by means of a forward movement of a piston of the syringe pump 100, which can correspond, for example, to the system pressure in the separation path 114.
- the fluidic sample in the sample receiving volume 132 can be brought to a pressure above the target pressure of, for example, 1500 bar, for example to 1600 bar, by means of the syringe pump 100 before being introduced into the separation path. This initially heats up the fluidic sample, but then cools down a little by waiting.
- the piston of the syringe pump 100 can then be moved back in a targeted manner in order to effect an additional active pressure reduction of the fluidic sample in the sample receiving volume 132. If the fluidic sample has thereby reached the target pressure of 1500 bar and has thereby, for example, returned to its previous temperature, the injection valve 90 can be switched so that the fluidic sample is introduced from the sample receiving volume into the separation path 1 14. On the one hand, the pre-compression prevents unwanted pressure surges. On the other hand, the over-compression and the subsequent pressure reduction before introduction by switching the injection valve 90 avoids fluidic artifacts in connection with the possible thermal expansion of the fluidic sample. This in turn accelerates the sample separation and increases its accuracy.
- sequence of overcompression and subsequent decompression can be carried out either only with the mobile phase by the analytical pump 20 or only for the fluidic sample in the injector 40, or for both fluids (i.e. for the mobile phase and for the fluidic sample).
- Figure 2 shows a part of an analysis device 10 according to an exemplary embodiment of the invention. More specifically, Figure 2 shows an example of the feed device 25 shown in Figure 1 with a downstream analytical pump 20 of an analysis device 10 according to an exemplary embodiment of the invention.
- the control device 70 serves to control the mobile phase in the region of the analytical pump 20.
- Said control device 70 is configured to overcompress the mobile phase to an overpressure (see Pmax in Figure 4) above a target pressure (compare Psystem in Figure 4), and to subsequently reduce the pressure of the mobile phase towards the target pressure (Psystem).
- solvents A, and optionally B, C, D are supplied from corresponding solvent containers 1 1 1, 1 13) through corresponding solvent containers 1 1 1, 1 13) through corresponding
- Fluid lines 171, 173 to an optional proportioning valve 87 As a result, individual fluid packets of the solvents A, B, C, D are coupled one after the other into a fluid line 109.
- This mobile phase can be mixed in an optional mixer 152.
- the mobile phase then passes through an inlet valve 127 into a primary piston pump 116 of the analytical pump 20.
- a secondary piston pump 119 is mounted downstream of the actively controllable fluid valve 102. This pumps the fluid from the primary piston pump 116 into a connected fluid line 121, which can be connected, for example, to the injection valve 90 shown in Figure 1.
- the control device 70 can control the piston pumps 116, 119 and the actively switchable fluid valve 102.
- the control device 70 can initially control the primary piston pump 116 so that the mobile phase is overcompressed to an overpressure of, for example, 1600 bar above a target or system pressure of, for example, 1500 bar. This results in a strong compression and heating of the mobile phase. It is now possible to wait until the mobile phase has at least partially cooled down.
- a piston 125 of the primary piston pump 116 can now advantageously be actively retracted in order to partially decompress the mobile phase in a piston chamber 117. This reduces the pressure of the overcompressed mobile phase and quickly reaches its initial or target temperature and the target pressure.
- the previously closed actively controlled fluid valve 102 can be opened so that the mobile phase, which is now at the target pressure, is first pumped into the secondary piston pump 119 and then into the connected fluid line 121. Thermal artifacts are effectively prevented during the described indirect compression to system pressure.
- valve 102 can be connected directly to the system fluid line 121.
- the compressed and subsequently partially pressure-reduced fluid is conveyed directly from the first cylinder 117 into the system via the valve 102.
- Figure 3 shows a part of an analysis device 10 according to an exemplary embodiment of the invention. More specifically, Figure 3 shows an injector 40 of an analysis device 10 according to an exemplary embodiment of the invention.
- the control device 70 operates to control the fluidic sample in the region of the injector 40.
- Said control device 70 is configured to overcompress the fluidic sample to an overpressure (see Pmax in Figure 4) above a target pressure (compare Psystem in Figure 4), and for subsequently reducing the pressure of the fluidic sample towards the target pressure (Psystem).
- the injection valve 90 shown is installed in the liquid chromatography analysis device 10 for separating a fluidic sample.
- the analysis device 10 has an analytical pump 20 designed as a high-pressure pump for driving a mobile phase (i.e. a solvent or a solvent composition) and a fluidic sample to be injected into the mobile phase by means of the injector 40.
- the fluidic sample is to be separated into its fractions by means of the analysis device 10.
- the actual separation takes place by means of the sample separation device 30 designed as a chromatography separation column after the injection of the fluidic sample into the mobile phase.
- the injection valve 90 of the injector 40 shown in Figure 3 serves to inject the fluidic sample into the mobile phase in a separation path 114 between the analytical pump 20 and the sample separation device 30.
- the injector 40 has a sample receiving volume 132, for example designed as a sample loop, for receiving a predeterminable volume of the fluidic sample.
- the injector 40 shown in Figure 3 contains a metering device, for example designed as a syringe pump 100 with a movable piston, for metering the fluidic sample to be received in the sample receiving volume 132.
- the injector 40 has a movable needle 118 which can be accommodated in a needle seat 115 for fluid-tight accommodation of the needle 118.
- the needle 118 can also be moved out of the needle seat 115 and introduced into a sample container 137 with a fluid sample, in order to then suck fluid sample from the sample container 137 through the needle 118 into the sample receiving volume 132 by moving the piston of the syringe pump 100 back.
- the needle 118 can be moved between the needle seat 115 and the sample container 137 by means of a movement apparatus (in particular by means of a robot arm), which is not shown in Figure 3.
- the injection valve 90 which is designed as a rotor valve in the embodiment shown, has stationary ports or fluid connections marked 1 to 6, some of which are connected to rotatable grooves 160. Different fluid connection paths can be set by means of the rotatable grooves 160.
- the control device 70 controls, among other things, the syringe pump 100, which doses the fluid sample in the sample receiving volume 132 in the manner described.
- the syringe pump 100 is controlled by the control device 70 so that the fluid sample is initially brought to a pressure above a target pressure in the separation path 114 between the analytical pump 20 and the sample separation device 30. If the target pressure is, for example, 1500 bar, the fluid sample in the sample receiving volume 132 is initially overcompressed to 1600 bar, for example, by a forward movement of the piston of the syringe pump 100.
- a waiting phase in which the fluid sample in the sample receiving volume 132 cools rapidly after being heated by the overcompression.
- the piston of the syringe pump 100 can then be moved back to actively reduce the pressure of the fluid sample in the sample receiving volume 132. Only when the fluid sample in the sample receiving volume 132 has reached the target pressure and has cooled to its previous temperature or a sufficiently low temperature is the injection valve 90 switched to introduce the fluid sample from the sample receiving volume 132 into the separation path 114. Artifacts associated with density or volume fluctuations of the fluid sample are now not to be feared, since the fluid sample is at an appropriate temperature and at the target pressure. Pre-compression can also ensure that pressure surges are avoided when the fluid sample is introduced into the separation path 114.
- Figure 4 shows a diagram 200 which represents a pressure curve (P) and a temperature curve (T) as a function of time (t) when carrying out methods according to exemplary embodiments of the invention.
- Figure 4 thus shows diagram 200 with pressure and temperature curves when processing a fluid according to exemplary embodiments of the invention.
- the diagram 200 shown in Figure 4 has an abscissa 202 along which the time t is plotted.
- a curve of the temperature T is plotted along a first ordinate 204.
- a curve of the pressure P is plotted along a second ordinate 206.
- An ambient pressure PO for example 1 bar
- an ambient temperature TO for example 20 °C
- First curves 208 are shown for the ordinates 204, 206 for a process according to a first exemplary embodiment.
- Second curves 210 are shown for the ordinates 204 and 206 for a process according to a second exemplary embodiment of the invention.
- an over-compression and a subsequent pressure reduction of the fluid takes place in such a controlled manner that compression-related thermal artifacts are thereby at least partially suppressed.
- These at least partially suppressed compression-related thermal artifacts include a flow rate deviation of the fluid as a result of heating caused by the over-compression and a subsequent cooling of the fluid.
- a passive waiting period for at least partial thermal equalization of the overcompressed fluid with a thermal environment takes place from a time t1 and only subsequently a fluidic coupling of the fluid with a downstream flow path takes place at a time t3.
- the fluidic coupling of the fluid to the downstream flow path takes place when the fluid has reached a target pressure Psystem as a result of the passive waiting for the at least partial thermal equalization.
- the fluidic coupling of the fluid to the downstream flow path takes place when, as a result of the passive waiting for the partial thermal equalization in a period from t1 to t2 and as a result of an additional subsequent pressure reduction in a period from t2 to t3 by a corresponding control of a fluid drive 20 or 100 which decompresses the fluid, the fluid has reached the target pressure Psystem.
- a fluid is initially overcompressed at time t1, starting from ambient pressure PO and ambient temperature T0, to an overpressure Pmax(1) above a target or system pressure Psystem.
- the target pressure Psystem is 1500 bar and the first overpressure Pmax(1) is 1550 bar.
- the overcompression causes the fluid to heat up, as can be read off the first ordinate 204 for the curve with reference numeral 208.
- the system then waits until the fluid has cooled down sufficiently. This takes place up to time t3.
- the pressure of the fluid has now approximately reached the target pressure Psystem.
- the measures described in Figure 4 can be carried out, for example, for a mobile phase in an analytical pump 20 and/or on a fluidic sample in an injector 40.
- Figure 5 shows a conventional process procedure.
- Figures 6 to 8 show process procedures according to exemplary embodiments of the invention, in which volume errors can be reduced or even eliminated compared to the conventional procedure according to Figure 5.
- Figure 5 shows a diagram 500 which, as a function of time (see abscissa 510), represents a piston movement (see ordinate 502, the value in pl corresponds to the current cylinder volume under the piston), a pressure curve (see ordinate 504), a temperature deviation (see ordinate 506) and a volume error (see ordinate 508) when carrying out a conventional method.
- Figure 6 shows a diagram 600 which, depending on the time (see Abscissa 510) represents a piston movement (see ordinate 502), a pressure curve (see ordinate 504), a temperature deviation (see ordinate 506) and a volume error (see ordinate 508) when carrying out a method according to an exemplary embodiment of the invention.
- Figure 6 shows the piston movement with overcompression according to an embodiment of the invention, in which the piston is immediately moved to the target position. This initially creates an overcompression. At a time t3 of 3 seconds, a connection of the container with the compressed fluid to the system is created. From the time t3 of 3 seconds onwards, a target pressure therefore prevails (again assuming a much higher system elasticity than the elasticity of the container with the fluid). As a comparison of Figure 5 with Figure 6 shows, the volume error in the embodiment according to Figure 6 is significantly lower than in Figure 5.
- Figure 7 shows a diagram 700 which, as a function of time (see abscissa 510), represents a piston movement (see ordinate 502), a pressure curve (see ordinate 504), a temperature deviation (see ordinate 506) and a volume error (see ordinate 508) when carrying out a method according to another exemplary embodiment of the invention.
- a piston movement with overcompression and subsequent partial decompression takes place according to another embodiment of the invention.
- the partial decompression takes place and a connection of the container with the compressed fluid to the system is created.
- the decompression brings the compressed fluid to the target temperature and the target pressure, whereby the temperature deviation and the resulting volume error can be completely or almost completely eliminated.
- Figure 8 shows a diagram 800 which, as a function of time (see abscissa 510), represents a piston movement (see ordinate 502), a pressure curve (see ordinate 504), a temperature deviation (see ordinate 506) and a volume error (see ordinate 508) when carrying out a method according to yet another exemplary embodiment of the invention.
- Figure 8 shows a piston movement with overcompression and subsequent partial decompression according to a further embodiment of the invention. After initial overcompression, the piston continues to move forward while the compressed fluid releases the heat to the environment. This allows the heat to be dissipated particularly efficiently while greatly reducing or even minimizing the necessary overcompression.
- the overcompression can be carried out according to a predetermined temporal overcompression profile and/or the subsequent pressure reduction can be carried out according to a predetermined temporal pressure reduction profile.
- the method after the overcompression at time t1 and before the subsequent pressure reduction at time t3 can have an interim period in which the pressure of the fluid is kept essentially constant, see ordinate 504 in the period between t1 and t3.
- ordinate 502 this is achieved according to Figure 8 by means of continued forward movement of the piston of the fluid drive 20,100 in the interim period. This continued forward movement of the piston results in an essentially complete compensation of an effect of a temperature equalization of the fluid (see ordinate 506) on the pressure.
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Abstract
Verfahren zum Steuern eines Fluids in einem Analysegerät (10) zum Analysieren einer fluidischen Probe, wobei das Verfahren ein Überkomprimieren des Fluids auf einen Überdruck (Pmax) oberhalb eines Zieldrucks (Psystem), und nachfolgend ein Druckreduzieren des Fluids in Richtung des Zieldrucks (Psystem) aufweist.
Description
BESCHREIBUNG
ÜBERKOMPRIMIEREN EINES FLUIDS ÜBER ZIELDRUCK IN ANALYSEGERÄT
TECHNISCHER HINTERGRUND
[0001 ] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Fluids in einem Analysegerät zum Analysieren einer fluidischen Probe, und ein Analysegerät.
[0002] In einer HPLC wird typischerweise eine Flüssigkeit (mobile Phase) bei einer sehr genau kontrollierten Flussrate (zum Beispiel im Bereich von Mikrolitern bis Millilitern pro Minute) und bei einem hohen Druck (typischerweise 20 bis 1000 bar und darüber hinausgehend, derzeit bis zu 2000 bar), bei dem die Kompressibilität der Flüssigkeit spürbar sein kann, durch eine sogenannte stationäre Phase (zum Beispiel in einer chromatografischen Säule), bewegt, um einzelne Fraktionen einer in die mobile Phase eingebrachten Probenflüssigkeit voneinander zu trennen. Nach Durchlaufen der stationären Phase werden die getrennten Fraktionen der fluidischen Probe in einem Detektor detektiert. Ein solches HPLC-System ist bekannt zum Beispiel aus der EP 0,309,596 B1 derselben Anmelderin, Agilent Technologies, Inc.
[0003] Im Betrieb eines Analysegeräts kann es im Zusammenhang mit der Bereitstellung eines Fluids, wie beispielsweise einer mobilen Phase, zu Artefakten und in der Folge zu ungenauen oder sogar fehlerhaften Analyseergebnissen kommen. Auch kann durch unerwünschte Fluideigenschaften der Zeitaufwand im Zusammenhang mit einer Analyse hoch sein.
OFFENBARUNG
[0004] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, in einem Analysegerät ein Fluid so zu handhaben, dass eine Analyse präzise und/oder schnell durchgeführt werden kann. Die Aufgabe wird mittels der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen gezeigt.
[0005] Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Fluids in einem Analysegerät zum Analysieren einer fluidischen Probe geschaffen, wobei das Verfahren ein
Überkomprimieren des Fluids auf einen Überdruck oberhalb eines Zieldrucks, und nachfolgend ein Druckreduzieren des Fluids in Richtung des Zieldrucks aufweist.
[0006] Gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel ist eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Fluids in einem Analysegerät zum Analysieren einer fluidischen Probe bereitgestellt, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist zum Überkomprimieren des Fluids auf einen Überdruck oberhalb eines Zieldrucks, und nachfolgend zum Druckreduzieren des Fluids in Richtung des Zieldrucks.
[0007] Gemäß einem weiteren exemplarischen Ausführungsbeispiel ist ein Analysegerät zum Analysieren einer fluidischen Probe unter Verwendung eines Fluids bereitgestellt, wobei das Analysegerät eine Steuereinrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Steuern des Fluids aufweist.
[0008] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Fluid“ insbesondere eine Flüssigkeit und/oder ein Gas verstanden, optional aufweisend Festkörperpartikel.
[0009] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „fluidische Probe“ insbesondere ein Medium, weiter insbesondere eine Flüssigkeit, verstanden, das bzw. die die eigentlich zu analysierende Materie enthält (zum Beispiel eine biologische Probe), wie zum Beispiel eine Proteinlösung, eine pharmazeutische Probe, etc.
[0010] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „mobile Phase“ insbesondere ein Fluid, weiter insbesondere eine Flüssigkeit verstanden, das zum Beispiel als Trägermedium zum Transportieren der fluidischen Probe dienen kann, insbesondere zwischen einem Fluidantrieb und einer Probentrenneinrichtung. Mobile Phase kann aber auch in einer Fluidfördereinrichtung zum Beeinflussen der fluidischen Probe eingesetzt werden. Zum Beispiel kann die mobile Phase ein (zum Beispiel organisches und/oder anorganisches) Lösungsmittel oder eine Lösungsmittelzusammensetzung sein (zum Beispiel Wasser und Ethanol).
[001 1 ] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann der Begriff „Analysegerät“ insbesondere ein Gerät bezeichnen, das in der Lage und konfiguriert ist, eine
fluidische Probe zu untersuchen, insbesondere zu trennen, weiter insbesondere in verschiedene Fraktionen zu trennen. Beispielsweise kann eine solche Probentrennung mittels Chromatographie oder Elektrophorese erfolgen. Bevorzugt kann das Analysegerät ein Flüssigkeitschromatografie-Probentrenngerät sein.
[0012] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Überkomprimieren eines Fluids auf einen Überdruck oberhalb eines Zieldrucks“ insbesondere eine Verdichtung des Fluids verstanden, so dass dessen Druck über einen Zieldruck hinaus auf einen diesbezüglich höheren Überdruck gebracht wird. Eine solche Überkomprimierung kann insbesondere durch eine Pumpe oder einen anderen Fluidantrieb bewerkstelligt werden. Bei einer solchen Pumpe kann beispielsweise ein Kolben derart in Vorwärtsrichtung bewegt werden, dass die Verdichtung des Fluids über den Zieldruck hinaus erreicht wird. Um eine wirksame Überkomprimierung zu bewerkstelligen, kann hinter bzw. flussabwärts der Pumpe bzw. hinter dem Fluidantrieb bzw. flussabwärts des Fluidantriebs der Flusspfad des Fluids abgeschlossen sein, zum Beispiel durch ein aktiv steuerbares Ventil, ein Überdruckventil oder eine andere Maßnahme zum zumindest vorübergehenden Abschließen eines entsprechenden Flusspfads.
[0013] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Zieldruck“ ein (insbesondere vorbestimmter) Druckwert verstanden, der für einen bestimmten Betrieb des Analysegeräts gewünscht wird oder eingestellt werden soll. Insbesondere kann der Zieldruck ein jeweiliger Wert des Fluiddrucks in einem fluidischen System sein, auch "Systemdruck" genannt, der im fluidischen Systemkurz bzw. unmittelbar vor der Zuführung des zunächst überkomprimierten und nachfolgend druckreduzierten Fluids in dem fluidischen System vorherrscht. Bei einer Ausgestaltung des Analysegeräts als chromatographisches Probentrenngerät kann der Zieldruck ein Systemdruck sein, der in einer chromatographischen Trennmethode (das heißt einem Parametersatz zum Definieren einer Trennanalyse einer bestimmten Probe) definiert ist. Ein Zieldruck kann zeitlich konstant sein oder kann sich über eine Analyse hinweg (beispielsweise gemäß einer vorbestimmten Funktion) ändern. Es ist allerdings auch möglich, dass ein Zieldruck nicht vorbestimmt wird, sondern sich aufgrund der Trennmethode, aufgrund der Eigenschaften des Analysegeräts bzw. aufgrund dessen Betriebs von selbst einstellt. Der Zieldruckwert kann geringer sein als der durch das Überkomprimieren
erreichte Druck, aber kann höher sein als Atmosphärendruck (zum Beispiel 1 bar).
[0014] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung kann unter dem Begriff „Druckreduzieren des Fluids in Richtung des Zieldrucks“ insbesondere verstanden werden, dass das auf den Überdruck gebrachte Fluid nach dem Überkomprimieren (insbesondere nur teilweise) entspannt wird, so dass sich der Druck des Fluids ausgehend von dem erreichten Überdruck reduziert, um entweder den Zieldruck zu erreichen oder sich dem Zieldruck zumindest teilweise anzunähern. Beispielsweise kann das Druckreduzieren derart gesteuert werden, dass nach dem Druckreduzieren der Druck des Fluids sich vom Zieldruck um weniger als 20%, insbesondere um weniger als 10%, weiter insbesondere um weniger als 5%, unterscheidet. Nach dem Druckreduzieren kann der Druck des Fluids also dem Zieldruck entsprechen, etwas oberhalb des Zieldrucks sein oder etwas unterhalb des Zieldrucks sein.
[0015] Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter dem Begriff „Steuereinrichtung“ insbesondere eine Entität verstanden, welche gezielt zum Durchführen des Überkomprimierens und des nachfolgenden Druckreduzierens in Richtung des Zieldrucks konfiguriert ist. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung einen Prozessor aufweisen, mehrere Prozessoren aufweisen oder als Teil eines Prozessors ausgebildet sein, der oder die programmtechnisch eingerichtet ist oder sind, um das besagte Verfahren auszuführen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung hierfür eine entsprechend konfigurierte Steuersoftware abarbeiten oder ausführen, die programmtechnisch zum Überkomprimieren und nachfolgenden Druckreduzieren ausgebildet ist. Eine solche Steuersoftware kann auch Parameter zum Durchführen eines solchen Verfahrens aufweisen, beispielsweise einen den Überdruck vorgebenden Parameter, einen den Zieldruck vorgebenden Parameter und/oder einen oder mehrere Parameter, welche den Zeitverlauf des Drucks vorgibt oder vorgeben.
[0016] Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in einem Analysegerät zum Analysieren einer fluidischen Probe (beispielsweise einem chromatographischen Probentrenngerät) ein Fluid (beispielsweise die fluidische Probe selbst und/oder eine mobile Phase, die zum Analysieren der fluidischen Probe verwendet wird, oder ein anderes Arbeits- oder Hilfsfluid) nicht direkt auf einen Zieldruck gebracht, sondern in einem mindestens zweistufigen Verfahren indirekt auf
den Zieldruck gebracht oder dem Zieldruck zumindest angenähert (zum Beispiel asymptotisch angenähert). Hierfür wird nämlich zunächst das Fluid gezielt stärker komprimiert als zum Erreichen des Zieldrucks nötig, das heißt auf einen höheren Druck gebracht als der angestrebte Zieldruck. Sodann wird der Druck des überkomprimierten Fluids reduziert, um dieses von dem zu hohen Druckwert aus dem Zieldruck anzunähern oder um den Zieldruck sogar exakt oder zumindest asymptotisch zu erreichen. Diese Vorgehensweise hat Vorteile. Bei der Komprimierung kommt es zu einer Erwärmung des Fluids, der - wenn das Fluid auf Zieldruck gebracht ist - eine Abkühlung folgt. Wenn nämlich - wie herkömmlich - ein „auf Druck Bringen“ eines Fluids in einem Analysegerät unmittelbar auf den Zieldruck durchgeführt wird, können die resultierenden thermischen Effekte des Abkühlens des Fluids dazu führen, dass es bei der nachfolgenden Verarbeitung (wie Förderung, Speicherung, Aliquotierung etc. des Fluids) zu Volumenfehlern oder Flussratenfehlern kommt, welche die Analyse der fluidischen Probe in unerwünschter Weise beeinflussen oder deren Genauigkeit bzw. Geschwindigkeit verschlechtern. Um derartige thermische Effekte ganz oder teilweise auszugleichen, wird gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung das Fluid zunächst auf einen noch höheren Druck gebracht als der Zieldruck. Infolgedessen kommt es zu einer besonders starken Erwärmung des Fluids. Hierdurch wird die Wärmeabgabe durch die Flüssigkeit begünstigt, bzw. der initiale Abkühlvorgang beschleunigt. Beim nachfolgenden Druckreduzieren kühlt sich das Fluid zügig ab und erreicht daher schneller einen Temperaturausgleich. Wenn sich das Fluid durch das nachfolgende Druckreduzieren also zügig abkühlt und sich dabei dem Zieldruck annähert, können die genannten unerwünschten thermischen Artefakte stark unterdrückt werden oder sogar vollständig eliminiert werden. Die Analyse kann daher artefaktärmer oder sogar artefaktfrei durchgeführt werden. Folglich kann die Analyse mit einer höheren Analysegenauigkeit betrieben werden. Alternativ oder ergänzend kann die Zeit zum Konditionieren des Fluids auf den Zieldruck oder auf einen Druck nahe dem Zieldruck verkürzt werden. Daher kann die Analyse einer fluidischen Probe oder einzelne Phasen oder Teilvorgänge der Analyse mit erhöhter Genauigkeit und/oder in beschleunigter Weise durchgeführt werden.
[0017] Im Weiteren werden zusätzliche Ausgestaltungen des Verfahrens, der Steuereinrichtung und des Analysegeräts beschrieben.
[0018] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren das nachfolgende Druckreduzieren des Fluids bis zum Erreichen des Zieldrucks aufweisen. Das Verfahren kann also derart ausgeführt werden, dass die Steuerparameter darauf ausgerichtet sind, dass nach dem Überkomprimieren und dem Druckreduzieren das prozessierte Fluid tatsächlich im Wesentlichen oder sogar genau auf dem Zieldruck befindlich ist. Alternativ kann die Steuerung dafür sorgen, dass nach dem Überkomprimieren und dem nachfolgenden Druckreduzieren der Druck des Fluids um weniger als ±10%, insbesondere weniger als ±5%, weiter insbesondere weniger als ±1 %, von dem Zieldruck abweicht.
[0019] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren das Überkomprimieren und/oder das nachfolgende Druckreduzieren mittels eines Fluidantriebs aufweisen. Zum Beispiel kann dies mittels einer Kolbenpumpe erfolgen, insbesondere mittels eines Vorschiebens eines Kolbens der Kolbenpumpe zum Überkomprimieren und/oder mittels eines Zurückziehens eines Kolbens der Kolbenpumpe zum nachfolgenden Druckreduzieren. Andere Fluidantriebe als Kolbenpumpen sind allerdings möglich. Ein Fluidantrieb zum Antreiben des Fluids kann also so gesteuert werden, dass ein zu erreichendes Druckprofil, nämlich ein Überkomprimieren gefolgt von einem Druckreduzieren, in Richtung des Zieldrucks durch den Fluidantrieb bewerkstelligt wird. Beispielsweise kann, wenn der Fluidantrieb eine oder mehrere Kolbenpumpen aufweist, der Kolben der Kolbenpumpe (insbesondere einer primären Kolbenpumpe), welcher in einem Arbeitsraum reziprozieren kann, einer stärkeren Vorwärtsbewegung unterzogen werden, als dies zum direkten Erreichen des Zieldrucks erforderlich wäre. Dadurch kann das Überkomprimieren des Fluids auf den Überdruck oberhalb des Zieldrucks erfolgen. Wird nachfolgend der Kolben der Kolbenpumpe zurückgefahren, kann das überkomprimierte Fluid gezielt dekomprimiert werden, um eine vorbestimmte Druckreduzierung zu bewerkstelligen. Somit kann die Steuereinrichtung auf einen Fluidantrieb einwirken, insbesondere eine Pumpensteuerung einer Kolbenpumpe sein oder umfassen. Es ist auch möglich, dass ein Fluidantrieb mehrere Pumpstufen aufweist, beispielsweise parallele und/oder serielle Kolbenpumpen aufweist. Wird der Fluidantrieb durch zwei seriell verkoppelte Kolbenpumpen bewerkstelligt, kann beispielsweise die Steuerung des Primärkolbens so erfolgen, dass dieser das Überkomprimieren und nachfolgende Dekomprimieren bewirkt.
[0020] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren das Überkomprimieren des Fluids auf den Überdruck mittels des Fluidantriebs und mittels vorübergehenden Schließens eines Fluidventils aufweisen. Somit kann der zuvor beschriebene Fluidantrieb mit einem entsprechenden Fluidventil Zusammenwirken, um gemeinsam das beschriebene Verfahren zu steuern. Wird beispielsweise ein Kolben einer Kolbenpumpe des Fluidantriebs einer ausgeprägten Vorwärtsbewegung unterzogen, um das Fluid überzukomprimieren, kann ein stromabwärts dieses Fluidantriebs angeordnetes Fluidventil geschlossen werden, so dass das Fluid dem die Überkomprimierung bewirkenden Druck der Kolbenpumpe nicht ausweichen kann. Zum nachfolgenden Koppeln des druckkonditionierten Fluids mit einem System kann dann das Fluidventil öffnen.
[0021 ] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein aktives Steuern des als aktiv steuerbares Fluidventil ausgebildeten Fluidventils mittels vorübergehenden Schließens zum Überkomprimieren und mittels Öffnens zum nachfolgenden Koppeln des im Vorfeld überkomprimierten und druckreduzierten Fluids aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Fluidventil also als aktiv steuerbares Fluidventil ausgebildet, das mittels der Steuereinrichtung gezielt gesteuert wird. Dadurch können die Zeiträume des Schließens und Öffnens präzise eingestellt werden.
[0022] Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Steuern mittels Ausbildens des Fluidventils als (insbesondere passives) Überdruckventil aufweisen, das zum Öffnen erst bei Erreichen eines vorbestimmten Druckwerts oberhalb des Zieldrucks ausgebildet sein kann. Gemäß einer solchen alternativen Ausgestaltung kann das Fluidventil also als Überdruckventil ausgebildet sein, das erst bei einem Überdruck öffnet, der oberhalb des Zieldrucks liegt und dem beim Überkomprimieren eingestellten Überdruck oberhalb des Zieldrucks entsprechen kann. Eine aktive externe Steuerung eines solchen Fluidventils kann dann entbehrlich sein, was die Verfahrensführung erleichtern kann. Zum Beispiel kann der Öffnungsdruck eines solchen Überdruckventils mindestens 50 bar, insbesondere mindestens 100 bar, über dem Zieldruck liegen.
[0023] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Fluidventil an einem Ausgang des Fluidantriebs oder stromabwärts des Fluidantriebs angeordnet sein. Bevorzugt
wird das Fluidventil direkt hinter dem Fluidantrieb angeordnet, der das Überkomprimieren und/oder das Druckreduzieren ausführt. Ist der Fluidantrieb als zweistufige Kolbenpumpe ausgebildet, kann das insbesondere als aktiv steuerbares Ventil oder als Überdruckventil ausgebildete Fluidventil direkt an einem Ausgang der primären Kolbenpumpe, das heißt zwischen der primären Kolbenpumpe und der sekundären Kolbenpumpe, angeordnet sein, mit anderen Worten fluidisch zwischen den Stufen der zweistufigen Kolbenpumpe. Alternativ kann das Fluidventil auch stromabwärts hinter dem Fluidantrieb angeordnet werden, zum Beispiel zum Trennen eines zum Überkomprimieren und nachfolgenden Druckreduzieren dienenden Steuer-Flusspfads von einem ein fluidisches Ziel-System darstellenden Ziel- Flusspfad.
[0024] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren das Überkomprimieren des Fluids auf den Überdruck mittels des Fluidantriebs und mittels vorübergehenden Absperrens eines Flusspfadabschnitts, der den Fluidantrieb enthält, aufweisen. Gemäß der beschriebenen Ausgestaltung kann ein Flusspfadabschnitt, der das zu prozessierende Fluid enthält, auch in anderer Weise als mit dem beschriebenen Fluidventil abgesperrt werden, um das Fluid in definierter Weise einer Überkomprimierung und einer nachfolgenden Druckreduzierung unterziehen zu können.
[0025] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Fluidantrieb zumindest einen Teil einer analytischen Pumpe zum Fördern der fluidischen Probe und von mobiler Phase, die durch das Fluid gebildet ist, zu einer Probentrenneinrichtung eines als chromatografisches Probentrenngerät ausgebildeten Analysegeräts bilden. Es ist also möglich, dass das Verfahren nach dem Druckreduzieren ein Einleiten der fluidischen Probe in das als mobile Phase ausgebildete Fluid zum Analysieren der fluidischen Probe, insbesondere zum Trennen der fluidischen Probe in einer Probentrenneinrichtung, weiter insbesondere zum chromatographischen Trennen der fluidischen Probe, aufweist. In einem chromatographischen Probentrenngerät pumpt ein als analytische Pumpe ausgebildeter Fluidantrieb eine mobile Phase, insbesondere eine Lösungsmittelzusammensetzung, mit hohem Druck Richtung Probentrenneinrichtung, insbesondere eine chromatographische Trennsäule. Wenn beim Komprimieren der mobilen Phase diese zunächst überkomprimiert wird und anschließend einer Druckreduzierung Richtung Zieldruck oder Systemdruck an der
Probentrenneinrichtung unterzogen wird, kann eine Lösungsmittelzusammensetzung besonders genauer Komposition und Flussrate bereitgestellt werden. Dies führt zu einem besonders genauen chromatographischen Trennergebnis. Das oben beschriebene zunächst überkomprimierte und danach in Richtung Zieldruck druckreduzierte Fluid kann also die besagte mobile Phase sein.
[0026] Gemäß einem alternativen oder ergänzenden Ausführungsbeispiel kann der Fluidantrieb eine Spritzenpumpe zum Aufziehen der fluidischen Probe, die durch das Fluid gebildet ist, in einem Injektor eines als chromatografisches Probentrenngerät ausgebildeten Analysegeräts aufweisen. Ein Injektor eines chromatographischen Probentrenngeräts kann als Dosiereinrichtung eine Spritzenpumpe aufweisen, bei der ein Kolben zurückgezogen wird, wenn eine fluidische Probe zum Beispiel aus einem Probenbehälter durch eine Probennadel in ein Probenaufnahmevolumen (beispielsweise eine Probenschleife) gezogen wird. Nachfolgend kann die Probennadel in einen Sitz druckfest zurückgeführt werden. Bevor die in das Probenaufnahmevolumen aufgenommene fluidische Probe in einen Trennpfad zwischen eine analytische Pumpe und eine Probentrenneinrichtung eingeleitet wird, kann in dem Injektor der Kolben der Spritzenpumpe in Vorwärtsrichtung bewegt werden, um die fluidische Probe auf einen Überdruck überzukomprimieren, der oberhalb eines Zieldrucks liegt, welcher beispielsweise der Systemdruck im Trennpfad zwischen analytischer Pumpe und Probentrenneinrichtung sein kann. Noch bevor die fluidische Probe aus dem Probenaufnahmevolumen in den Trennpfad eingeleitet wird, kann dann eine Druckreduzierung durchgeführt werden, mit der die fluidische Probe in Richtung des Zieldrucks oder auf den Zieldruck, beispielsweise in Richtung oder auf Systemdruck zwischen analytischer Pumpe und Probentrenneinrichtung, gebracht wird. Erst wenn sich die fluidische Probe dem Zieldruck ausreichend angenähert hat oder den Zieldruck erreicht hat, kann die fluidische Probe in den Trennpfad eingeleitet werden, zum Beispiel durch Schalten eines Injektionsventils. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die auf korrektem Druck und auch auf korrekter Temperatur befindliche fluidische Probe in korrekter Menge und ohne wesentliche Störung des Fluss- und Druckverlaufs im fluidischen Pfad in den Trennpfad eingeführt wird. Das Vorkomprimieren der fluidischen Probe durch die Spritzenpumpe hat dabei den zusätzlichen vorteilhaften Effekt, dass übermäßige Druckstöße beim Einleiten der
fluidischen Probe in den unter Hochdruck stehenden Trennpfad zwischen analytischer Pumpe und Probentrenneinrichtung vermieden werden. Bevorzugt wird allerdings die Überkomprimierung der fluidischen Probe im Vergleich zum Systemdruck durch die Spritzenpumpe in dem Probenaufnahmevolumen durch die beschriebene Druckreduzierung ganz oder teilweise abgebaut, bevor das Schalten des Injektionsventils zum Einleiten der fluidischen Probe in die mobile Phase zwischen analytischer Pumpe und Probentrenneinrichtung erfolgt. Auf diese Weise kann eine besonders genaue chromatographische Trennung erreicht werden. Sowohl Druckstöße als auch Flussratenschwankungen können dadurch nämlich vermieden werden.
[0027] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck mindestens das 1 ,1 -fache, insbesondere mindestens das 1 ,2-fache, weiter insbesondere mindestens das Doppelte, des Zieldrucks sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck höchstens das 1 ,5-fache, insbesondere höchstens das Dreifache, des Zieldrucks sein. Insbesondere kann der durch die Überkomprimierung erzeugte Überdruck in einem Bereich vom 1 ,1 -fachen bis zum 3- fachen, weiter insbesondere vom 1 ,2-fachen bis zum 1 ,5-fachen, des Zieldrucks sein.
[0028] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck mindestens 50 bar, insbesondere mindestens 100 bar, größer als der Zieldruck sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck höchstens 500 bar, insbesondere höchstens 1000 bar, größer als der Zieldruck sein. Insbesondere kann der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck in einem Bereich von 50 bar bis 1000 bar, insbesondere in einem Bereich von 100 bar bis 500 bar, größer als der Zieldruck sein.
[0029] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Zieldruck in einem Bereich von 200 bar bis 2000 bar, insbesondere in einem Bereich von 1000 bar bis 1500 bar sein. Die exemplarisch angegebenen Werte für den Zieldruck sind somit typische Werte einer unter Hochdruck stehenden mobilen Phase in einem Trennpfad einer HPLC.
[0030] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren ein Steuern des Überkomprimierens und des nachfolgenden Druckreduzierens des Fluids derart aufweisen, dass dadurch kompressionsbedingte thermische Artefakte zumindest teilweise unterdrückt werden. Das Entstehen der kompressionsbedingten thermischen Artefakte, das heißt Schwankungen bzw. Ungenauigkeiten infolge einer Erwärmung des Fluids durch Kompression, gefolgt von einem unkontrollierten Abkühlen unter Veränderung von Temperatur, Dichte und Kompressibilität, auf eine, zum Zeitpunkt der Ankoppelung des Fluidvolumens an den Systemflusspfad von der Fluidtemperatur im Flusspfad abweichende Temperatur, kann durch die gesteuerte Sequenz aus Überkomprimieren und nachfolgendem Druckreduzieren abgemildert oder ganz eliminiert werden. Die Abweichung der Temperatur des überkomprimierten und anschließend druckreduzierten Fluids von der Fluidtemperatur im Flusspfad und folglich die Volumenfehler, Flussratenfehler, Druckschwankungen oder sonstige Artefakte, welche die Analyse in dem Analysegerät ungenau machen können oder verzögern können, können daher stark unterdrückt werden.
[0031 ] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest ein Teil der zumindest teilweise unterdrückten kompressionsbedingten thermischen Artefakte eine Flussratenabweichung des Fluids infolge einer durch das Überkomprimieren bedingten Erwärmung und einer nachfolgenden Abkühlung des Fluids sein. Anschaulich kann das starke Erwärmen gefolgt von einem nachfolgenden Abkühlen des Fluids ohne die beschriebene Sequenz aus Überkomprimierung und nachfolgender Druckreduzierung zu einem Fehler in der Flussrate eines als mobile Phase ausgebildeten Fluids führen, was die Analysegenauigkeit bzw. die Analysegeschwindigkeit verringern kann. Solchen unerwünschten Effekten kann durch das Überkomprimieren vor dem Druckreduzieren entgegengewirkt werden.
[0032] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Zieldruck ein Druck eines Fluids in einem Ziel-Flusspfad stromabwärts eines Steuer-Flusspfads des Überkomprimierens und nachfolgenden Druckreduzierens sein. Hierbei kann der Ziel- Flusspfad insbesondere ein Flusspfad vor einer Probentrenneinrichtung, beispielsweise einer chromatographischen Trennsäule, sein. Der Steuer-Flusspfad indes kann ein Flusspfad sein, in dem das Fluid in der beschriebenen Weise gesteuert wird, insbesondere im Bereich eines Fluidantriebs und eines zugehörigen Fluidventils. Ziel-Flusspfad und Steuer-Flusspfad können beispielsweise durch ein
Fluidventil voneinander getrennt sein und durch Öffnen des Fluidventils miteinander fluidisch gekoppelt werden.
[0033] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren, nach dem Überkomprimieren, zum Druckreduzieren ein passives Abwarten eines zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs des überkomprimierten Fluids mit einer thermischen Umgebung und erst nachfolgend ein fluidisches Koppeln des Fluids mit einem stromabwärts angeordneten Flusspfad aufweisen. Gemäß der beschriebenen und bevorzugten Ausführungsform kann zunächst das Fluid überkomprimiert werden, das heißt auf einen Überdruck oberhalb des ebenfalls oberhalb von Atmosphärendruck liegenden Zieldrucks gebracht werden. Danach kann das überkomprimierte Fluid zunächst einer Abkühlung unterzogen werden, die durch Austausch mit der thermischen Umgebung erreicht werden kann. Hierbei kann die thermische Umgebung insbesondere jede Komponente des Analysegeräts und der thermodynamischen Peripherie des Analysegeräts umfassen, die sich mit dem besagten Fluid in einem thermischen Kontakt befindet. Dies können zum Beispiel Bauteile, -gruppen oder Komponenten einer Kolbenpumpe eines Fluidantriebs sein. Es ist auch möglich, dass eine Kopplung des Fluids mit einer Umgebung des Analysegeräts, beispielsweise mit einer Laborumgebung, in den thermischen Ausgleich eingeht. Es ist ferner möglich, dass das Fluid thermisch mit einem Thermostaten gekoppelt wird, der die Temperaturentwicklung des überkomprimierten Fluids besonders präzise vorgeben kann. Nachdem ein ausreichender Temperaturausgleich stattgefunden hat, kann das nun druckreduzierte Fluid in einem abgekühlten Zustand in einen Ziel-Flusspfad eingekoppelt werden.
[0034] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren das fluidische Koppeln des Fluids mit dem stromabwärts angeordneten Flusspfad dann aufweisen, wenn infolge des passiven Abwartens des zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs das Fluid den Zieldruck erreicht hat. Wenn das auf Zieldruck gebrachte (oder dem Zieldruck zumindest, insbesondere asymptotisch, angenäherte) Fluid in einen Ziel-Flusspfad eingekoppelt wird, nachdem es bereits ausreichend abgekühlt ist, können die oben beschriebenen thermischen Artefakte vorteilhaft vermieden werden.
[0035] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren das fluidische
Koppeln des Fluids mit dem stromabwärts angeordneten Flusspfad dann aufweisen, wenn infolge des passiven Abwartens des zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs und infolge eines zusätzlichen, insbesondere nachfolgenden, Druckreduzierens durch ein entsprechendes Ansteuern eines das Fluid dekomprimierenden Fluidantriebs das Fluid den Zieldruck erreicht hat (oder sich dem Zieldruck zumindest, insbesondere asymptotisch, angenähert hat). Gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann ein besonders schnelles und genaues Probenanalysieren erreicht werden: Zunächst kann hierfür nach dem Überkomprimieren des Fluids auf einen Überdruck oberhalb des Zieldrucks in einem beispielsweise passiven Warteschritt ein teilweiser thermischer Ausgleich des überkomprimierten und daher erhitzten Fluids und eine Abkühlung desselben abgewartet werden. Danach kann der Prozess des Druckreduzierens, welcher beim passiven Abwarten des thermischen Ausgleichs beginnt, in einer zweiten Stufe verstärkt werden, indem mittels des Fluidantriebs eine aktiv gesteuerte teilweise Dekomprimierung des Fluids durchgeführt wird. Bei einem Fluidantrieb mit Kolbenpumpe kann hierfür die Kolbenbewegungsrichtung des Fluidantriebs gegenüber dem Überkomprimieren umgekehrt werden und somit die Kolbenpumpe nun zum gezielten aktiven Dekomprimieren des Fluids betrieben werden. Wenn also beim Überkomprimieren der Kolben der Kolbenpumpe vorwärts bewegt wird, kann der Kolben derselben Kolbenpumpe beim aktiven Dekomprimieren rückwärts bewegt werden. Hierdurch wird der Druck des Fluids weiter verringert und dem Zieldruck angenähert. Gemäß dieser Ausgestaltung kann also - infolge des nachgeschalteten aktiven Druckreduzierens mittels des Fluidantriebs - das Überkomprimieren auf einen Überdruck oberhalb des Zieldrucks besonders ausgeprägt durchgeführt werden, was auch zu einer besonders starken Erwärmung des Fluids führt. Aufgrund des dann resultierenden besonders hohen Temperaturunterschieds zwischen dem stark überkomprimierten Fluid und der Umgebung findet der (insbesondere passive) thermische Ausgleich besonders beschleunigt statt. Den Rest (oder zumindest einen weiteren Teil) des Annäherns der Temperaturkurve des Fluids an die Umgebung sowie seines Drucks in Richtung des Zieldrucks kann dann das Dekomprimieren durch eine aktive Kolbenrückwärtsbewegung bewerkstelligen. Hierdurch wird es möglich, nach der teilweisen Dekompression sowohl den Druck als auch die Temperatur des Fluids gleichzeitig auf die entsprechenden Zielwerte, z.B. den Fluiddruck und die Fluidtemperatur im Systemflusspfad, zu bringen. Dies führt zu
einer besonders hohen Analysegenauigkeit und zu einer besonders schnellen Durchführung eines Analyseverfahrens.
[0036] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Verfahren, nach dem Überkomprimieren, zum Druckreduzieren ein entsprechendes Ansteuern eines das Fluid dekomprimierenden Fluidantriebs aufweisen. Gemäß dieser Ausgestaltung kann auf eine explizite Phase des passiven Abwartens eines thermischen Ausgleichs vor dem Dekomprimieren auch verzichtet werden, indem das Komprimieren und das anschließende Dekomprimieren nur mäßig schnell passieren und gleich nach dem Überkomprimieren die Kolbenbewegung umgedreht wird und dadurch eine aktive Dekomprimierung des Fluids unter Abkühlung desselben und unter Annäherung an den Zieldruck bewirkt wird. Während dieser aktiven Dekomprimierung nähert sich der Druck des Fluids also dem Zieldruck an oder erreicht diesen sogar.
[0037] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Fluid, dem das beschriebene Druckprofil aus Überkomprimierung und nachfolgender Druckreduzierung auferlegt wird, die fluidische Probe und/oder eine mobile Phase bilden, in welche die fluidische Probe zum Analysieren eingeleitet wird.
[0038] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem beliebigen der oben beschriebenen Merkmale ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann ein Prozessor der Steuereinrichtung konfiguriert sein, die Verfahrensschritte, wie sie als bevorzugte Ausgestaltungen soeben beschrieben worden sind, selbsttätig auszuführen.
[0039] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinrichtung zum Steuern des Analysegeräts zum Analysieren der fluidischen Probe konfiguriert sein. Die Steuereinrichtung kann somit nicht nur zum Steuern der Konditionierung des Fluids, sondern auch zum Steuern des gesamten Analysegeräts verwendet werden. Es ist alternativ auch möglich, dass die Steuereinrichtung lediglich zum Steuern eines Fluidantriebs und/oder eines Fluidventils eingesetzt wird.
[0040] Bei dem Verfahren, der Steuereinrichtung und/oder dem Analysegerät kann mindestens ein Drucksensor und/oder mindestens ein Temperatursensor vorgesehen sein, mit dem Druck und/oder Temperatur des Fluids und/oder mindestens einer anderen Komponente des Analysegeräts erfasst werden kann oder
können. Entsprechende Sensordaten können zum Steuern oder Regeln eines zeitlichen Druckprofils und/oder Temperaturprofils des Fluids eingesetzt werden. Dadurch kann die Unterdrückung von Artefakten besonders präzise durchgeführt werden.
[0041] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Analysegerät als Probentrenngerät ausgebildet sein und eine analytische Pumpe zum Antreiben einer mobilen Phase und der in die mobile Phase eingeleiteten fluidischen Probe und eine Probentrenneinrichtung zum Trennen der in die mobile Phase eingeleiteten fluidischen Probe aufweisen. Hierbei kann die mobile Phase und/oder die fluidische Probe das besagte Fluid sein. Anschaulich kann das Analysegerät als chromatographisches Probentrenngerät ausgebildet sein, insbesondere zur Flüssigkeitschromatographie oder als HPLC.
[0042] Das Probentrenngerät kann ein mikrofluidisches Messgerät, ein Life Science-Gerät, ein Flüssigkeitschromatographiegerät, ein Gaschromatographiegerät, eine HPLC (High Performance Liquid Chromatography), eine UHPLC-Anlage oder ein SFC- (superkritische Flüssigkeitschromatographie) Gerät sein. Allerdings sind viele andere Anwendungen möglich.
[0043] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Probentrenneinrichtung als chromatographische Trenneinrichtung, insbesondere als Chromatographietrennsäule, ausgebildet sein. Bei einer chromatographischen Trennung kann die Chromatographietrennsäule mit einem Adsorptionsmedium, versehen sein. An diesem kann die fluidische Probe aufgehalten werden und erst nachfolgend bei Anwesenheit einer spezifischen Lösungsmittelzusammensetzung fraktionsweise wieder abgelöst werden, womit die Trennung der Probe in ihre Fraktionen bewerkstelligt wird.
[0044] Ein Pumpsystem zum Fördern von Fluid kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, das Fluid bzw. die mobile Phase mit einem hohen Druck, zum Beispiel einige 100 bar bis hin zu 1000 bar und mehr, durch das System hindurchzubefördern.
[0045] Das Probentrenngerät kann einen Probeninjektor zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad aufweisen. Ein solcher Probeninjektor kann eine
mit einem Sitz koppelbare Injektionsnadel in einem entsprechenden Flüssigkeitspfad aufweisen, wobei die Nadel aus diesem Sitz herausgefahren werden kann, um Probe aufzunehmen, wobei nach dem Wiedereinführen der Nadel in den Sitz die Probe sich in einem Fluidpfad befindet, der, zum Beispiel durch das Schalten eines Ventils, in den Trennpfad des Systems hineingeschaltet werden kann, was zum Einbringen der Probe in den fluidischen Trennpfad führt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ein Probeninjektor bzw. Sampler mit einer Nadel verwendet werden, die ohne Sitz betrieben wird.
[0046] Das Probentrenngerät kann einen Fraktionssammler zum Sammeln der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Fraktionssammler kann die verschiedenen Komponenten der aufgetrennten Probe zum Beispiel in verschiedene Flüssigkeitsbehälter führen. Die analysierte Probe kann aber auch einem Abflussbehälter zugeführt werden.
[0047] Vorzugsweise kann das Probentrenngerät einen Detektor zur Detektion der getrennten Komponenten aufweisen. Ein solcher Detektor kann ein Signal erzeugen, welches beobachtet und/oder aufgezeichnet werden kann, und welches für die Anwesenheit und Menge der Probenkomponenten in dem durch das System fließenden Fluid indikativ ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
[0048] Andere Ziele und viele der begleitenden Vorteile von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden leicht wahrnehmbar werden und besser verständlich werden unter Bezugnahme auf die folgende detailliertere Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Merkmale, die im Wesentlichen oder funktionell gleich oder ähnlich sind, werden mit denselben Bezugszeichen versehen.
[0049] Figur 1 zeigt ein HPLC-System als Analysegerät gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0050] Figur 2 zeigt einen Teil eines Analysegerätes gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0051 ] Figur 3 zeigt einen Teil eines Analysegerätes gemäß einem
exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0052] Figur 4 zeigt ein Diagramm, das einen Druckverlauf und einen Temperaturverlauf über die Zeit bei Ausführung von Verfahren gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung darstellt.
[0053] Figur 5 zeigt ein Diagramm, das in Abhängigkeit von der Zeit eine Kolbenbewegung, einen Druckverlauf, eine Temperaturabweichung und einen Volumenfehler bei Ausführung eines herkömmlichen Verfahrens darstellt.
[0054] Figur 6 zeigt ein Diagramm, das in Abhängigkeit von der Zeit eine Kolbenbewegung, einen Druckverlauf, eine Temperaturabweichung und einen Volumenfehler bei Ausführung eines Verfahrens gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
[0055] Figur 7 zeigt ein Diagramm, das in Abhängigkeit von der Zeit eine Kolbenbewegung, einen Druckverlauf, eine Temperaturabweichung und einen Volumenfehler bei Ausführung eines Verfahrens gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
[0056] Figur 8 zeigt ein Diagramm, das in Abhängigkeit von der Zeit eine Kolbenbewegung, einen Druckverlauf, eine Temperaturabweichung und einen Volumenfehler bei Ausführung eines Verfahrens gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
[0057] Die Darstellung in der Zeichnung ist schematisch.
[0058] Bevor bezugnehmend auf die Figuren exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben werden, sollen einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst werden, basierend auf denen exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung abgeleitet worden sind.
[0059] In bestimmten Anwendungsbereichen, wie HPLC oder UHPLC, werden Hochdruck-Kolbenpumpen benötigt, um einen besonders stabilen Fluidfluss zu liefern. Allerdings können Flüssigkeiten während einer Kompression eine wesentliche Menge an Wärme abgeben, so dass in einem Zeitintervall nach der Verdichtung die soeben verdichtete Flüssigkeit sich abkühlt und so einen zusätzlichen virtuellen Fluss bewirkt.
Dieser kann durch einen Volumen- oder Druckverlust durch Abkühlung auf die Umgebungstemperatur bedingt sein. Ein solcher virtueller Fluss kann Flussratenabweichungen, Fehler und/oder Unregelmäßigkeiten während des Hochdruckpumpenbetriebs hervorrufen.
[0060] Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird ein Fluid (beispielsweise eine mobile Phase oder eine fluidische Probe in einem als Flüssigkeitschromatographie-Probentrenngerät ausgebildeten Analysegerät), das auf einen vorbestimmten Zieldruck gebracht werden soll (zum Beispiel ein Systemdruck eines chromatographischen Trennpfads), zunächst auf einen gegenüber dem Zieldruck höheren Überdruck durch ein Überkomprimieren gebracht. Danach kann das Fluid einer Druckreduzierung unterzogen werden, wodurch sich das Fluid dem Zieldruck annähert oder diesen sogar erreicht. Durch die vorgeschaltete Überkomprimierung können thermisch bedingt Artefakte infolge eines Erwärmens des Fluids beim Komprimieren, gefolgt von einem nachfolgenden Abkühlen, unterdrückt oder eliminiert werden. Dadurch kann die Genauigkeit eines Analyselaufs verbessert werden bzw. die Geschwindigkeit eines Analyselaufs erhöht werden. Herkömmlich auftretende Dichtefehler und daraus resultierende Volumenfehler beim direkten Komprimieren eines Fluids auf einen Zieldruck können dadurch unterdrückt oder eliminiert werden.
[0061 ] Durch ein überstarkes Komprimieren kommt es zu einem schnelleren Temperaturausgleich. Durch eine dem Überkomprimieren nachfolgende Druckreduzierung (bevorzugt durch eine aktive Kolbensteuerung und/oder ein Abwarten zum Temperaturausgleich) kann dann ein Zieldruck von oben her erreicht werden.
[0062] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Verfahrensführung zum Beispiel derart sein, dass sich das Fluid beim Überkomprimieren um 10°C erwärmt. Die Überkomprimierung kann dann so eingestellt werden, dass nach der Druckreduzierung samt Abkühlung um 10°C gerade der Zieldruck erreicht wird.
[0063] Um die Abkühlzeit weiter zu reduzieren, kann gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel das Fluid beispielsweise bei einem noch stärkeren Überkomprimieren um 20°C erwärmt werden. Dadurch erfolgt ein besonders
schneller Temperaturausgleich mit der Umgebung. Es kann nun abgewartet werden, bis sich das Fluid um beispielsweise 10°C abgekühlt hat. Dann kann ein aktives Dekomprimieren (beispielsweise durch eine aktive gesteuerte Rückwärtsbewegung eines Kolbens eines Fluidantriebs) eingesteuert werden, wodurch der Zieldruck schneller erreicht wird und ein weiteres Abkühlen um beispielsweise weitere 10°C erreicht werden kann.
[0064] Gemäß einem vorteilhaften Aspekt kann infolge des Überkomprimierens erreicht werden, dass der Zieldruck schneller erreicht werden kann bzw. auf eine Zieltemperatur schneller equilibriert werden kann.
[0065] Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Überkompression einer mobilen Phase innerhalb einer HPLC-Pumpe durchgeführt werden und die überkomprimierte mobile Phase nachfolgend Richtung System (d.h. zum Pumpenauslass) durch einen Diffusor, eine Restriktion, einen Druckregulator oder dgL, bei Passieren von welchem der Druck teilweise abgebaut wird und dadurch eine Temperaturreduktion stattfindet, überführt werden. Mit Vorteil kann eine solche Überkompression vorgesehen werden, um bestimmte thermische Effekte ganz oder teilweise auszugleichen. Eine solche Überkompression kann besonders vorteilhaft mittels eines aktiven Ventils gesteuert werden, um höher als auf einen Ziel- oder Systemdruck zu komprimieren. Eine Überkompression gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung kann eine nicht nur geringfügige Überschreitung des Ziel- oder Systemdrucks bewirken, sondern eine signifikante Überschreitung um beispielsweise 10% oder mehr. Somit kann gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung eine intelligente Flüssigkeitsüberkompression mit Wärmeeffektunterdrückung durchgeführt werden.
[0066] Ein exemplarisches Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Verwendung eines aktiven Fluidventils in einer Verbindungsleitung zwischen einem Zylinder, der die Kompression ausführt (auch als Primärzylinder bezeichnet, während exemplarische Ausführungsbeispiele auch für alle Zylinder in einer parallelen Zylinder-Kolbenpumpe gelten), und dem Hochdruckpfad der Pumpe (auch bezeichnet als Auslassventil). Dies erlaubt eine besonders elegante und präzise Adressierung der thermischen Effekte, die durch Druckänderungen im Fluid verursacht werden.
[0067] Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann eine anfängliche Flüssigkeitskompression im Primärzylinder bis zu einem Druck ausgeführt werden, der höher ist als der Druck im Hochdruckpfad des Systems, der einen Zieldruck definieren kann.
[0068] Gemäß einer ersten Ausführungsform kann dieses Überkomprimieren eine bestimmte Zeitspanne vor dem fluidischen Verbinden des Primärzylinders mit dem System ausgeführt werden, so dass der Druck im Primärzylinder aufgrund der Abkühlung der Flüssigkeit in einem Moment im Wesentlichen auf Systemdruck, d.h. auf einen Zieldruck, gebracht wird, in dem der Primärzylinder beispielsweise durch ein aktives Ventil mit dem System verbunden wird. In dieser ersten Ausführungsform kann die Flüssigkeit beim Verbinden nur noch geringfügig wärmer als die Umgebung, d.h. zum Beispiel der Rest des Systems oder der angrenzende fluidische Pfad, sein. Dadurch kann eine Störung des Flusses reduziert werden.
[0069] Gemäß einer zweiten Ausführungsform kann eine solche Überkompression oder Verdichtung auf einen Druck ausgeführt werden, der spürbar höher ist als notwendig, um den Systemdruck nach passiver Abkühlung bis zum Zeitpunkt des Anschlusses an das System zu erreichen. In dieser zweiten Ausführungsform kann die Flüssigkeit im Primärzylinder nach der Überkompression durch die Kolbenwirkung vor dem Anschluss an das System teilweise dekomprimiert werden. Der resultierende Druck im Primärzylinder nach einer solchen Dekompression kann im Wesentlichen gleich dem Ziel- oder Systemdruck sein. Wenn das Ausmaß der Überkompression passend eingestellt wird, kann die Temperatur der Flüssigkeit im Primärzylinder auch im Wesentlichen gleich der Umgebung sein, so dass eine weitgehende oder vollständige Beseitigung der unerwünschten Flussstörungen möglich ist. Ein zusätzlicher Vorteil der zweiten Ausführungsform liegt in der höheren Flüssigkeitstemperatur nach dem Überkomprimieren. Während die verfügbare Zeitspanne in der ersten Ausführungsform möglicherweise nicht vollständig ausreicht, damit die Flüssigkeit auf die Temperatur der Umgebung abkühlen kann und etwas Restwärme in der Flüssigkeit verbleiben kann, kann die wärmere Flüssigkeit in der zweiten Ausführungsform an die Umgebung in der gleichen Zeitspanne mehr Wärme abgeben, so dass die partielle Dekomprimierung aus der Flüssigkeit Restwärme entnehmen kann. Folglich kann die resultierende Flüssigkeitstemperatur bei Zieldruck im Wesentlichen gleich dem Umgebungs- und somit dem Zielwert sein.
[0070] Die Kompressions- und Dekompressionsstufen können auf der Grundlage von Abschätzungen, Berechnungen und/oder Modellen des Flüssigkeitsverhaltens in Bezug auf Druck und/oder Temperatur ausgeführt werden. Alternativ kann der Primärzylinder mit einem Drucksensor ausgestattet oder mit diesem verbunden sein, der die relevanten Daten als Grundlage zum Steuern liefert. Auch eine Temperaturmessung in der Flüssigkeit oder an einer Zylinderwand kann als Basis zum Steuern eingesetzt werden.
[0071 ] Das Ausmaß der Kompression und Dekompression kann adaptiv sein, indem einer oder mehrere der vorhergehenden Pumpenzyklen ausgewertet und die Kompressionscharakteristik, Dekompressionscharakteristik und/oder Zeitintervalle (zum Beispiel das Intervall zwischen Komprimierung und Dekompression) entsprechend eingestellt werden.
[0072] Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines HPLC-Systems als Beispiel für ein als Probentrenngerät ausgebildetes Analysegerät 10 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es zum Beispiel zur Flüssigkeitschromatographie verwendet werden kann. Eine analytische Pumpe 20 eines Fluidantriebs (mit Komponenten 20, 100), die mit Lösungsmitteln aus einer Zuführeinrichtung 25 versorgt wird, treibt eine mobile Phase durch eine Probentrenneinrichtung 30 (wie zum Beispiel eine chromatographische Säule), die eine stationäre Phase beinhaltet. Die Zuführeinrichtung 25 umfasst eine erste Fluidkomponentenquelle 1 13 zum Bereitstellen eines ersten Fluids bzw. einer ersten Lösungsmittelkomponente A (zum Beispiel Wasser) und eine zweite Fluidkomponentenquelle 1 1 1 zum Bereitstellen eines anderen zweiten Fluids bzw. einer zweiten Lösungsmittelkomponente B (zum Beispiel ein organisches Lösungsmittel). Ein optionaler Entgaser 27 kann die mittels der ersten Fluidkomponentenquelle 1 13 und mittels der zweiten Fluidkomponentenquelle 11 1 bereitgestellten Lösungsmittel entgasen, bevor diese der analytischen Pumpe 20 zugeführt werden.
[0073] Eine Probenaufgabeeinheit, die auch als Injektor 40 bezeichnet werden kann, ist zwischen der analytischen Pumpe 20 und der Probentrenneinrichtung 30 angeordnet, um eine Probenflüssigkeit bzw. eine fluidische Probe aus einem Probenbehälter 137 zunächst in ein Probenaufnahmevolumen 132 in einem (nur
schematisch dargestellten) Injektorpfad 123 aufzunehmen, und nachfolgend durch Schalten eines Injektionsventils 90 des Injektors 40 in einen fluidischen Trennpfad
114 zwischen analytische Pumpe 20 und Probentrenneinrichtung 30 einzubringen. Das Aufnehmen von fluidischer Probe aus dem Probenbehälter 137 kann insbesondere dadurch erfolgen, dass eine Probennadel 1 18 aus einem Probensitz
115 herausgefahren und in den Probenbehälter 137 hineingefahren wird, mittels einer Spritzenpumpe 100 des Fluidantriebs 20, 100 als Dosiereinrichtung fluidische Probe aus dem Probenbehälter 137 durch die Probennadel 1 18 in das Probenaufnahmevolumen 132 eingesaugt wird, und die Probennadel 118 dann wieder in den Nadelsitz 1 15 hineingefahren wird.
[0074] Die stationäre Phase der Probentrenneinrichtung 30 ist dazu vorgesehen, Komponenten der Probe zu separieren. Ein Detektor 50, der eine Flusszelle aufweisen kann, detektiert separierte Komponenten der Probe. Ein Fraktionierungsgerät oder Fraktionierer 60 kann dazu vorgesehen werden, separierte Komponenten der Probe in dafür vorgesehene Behälter auszugeben. Nicht mehr benötigte Flüssigkeiten können in einen Abflussbehälter bzw. in eine Wasteleitung (nicht gezeigt) ausgegeben werden.
[0075] Während ein Flüssigkeitspfad zwischen der analytischen Pumpe 20 und der Probentrenneinrichtung 30 typischerweise unter Hochdruck steht, wird die Probenflüssigkeit unter Normaldruck zunächst in einen vom diesem Flüssigkeitspfad getrennten Bereich, nämlich die Probenschleife bzw. das Probenaufnahmevolumen 132, der Probenaufgabeeinheit bzw. des Injektors 40 eingegeben. Danach wird die Probenflüssigkeit in den unter Hochdruck stehenden Trennpfad 1 14 eingebracht. Unter einer Probenschleife als Probenaufnahmevolumen 132 (auch als Sample Loop bezeichnet) kann ein Abschnitt einer Fluidleitung verstanden werden, der zum Aufnehmen bzw. Zwischenspeichern einer vorgegebenen Menge von fluidischer Probe ausgebildet ist. Vorzugsweise wird noch vor dem Zuschalten der zunächst unter Normaldruck stehenden Probenflüssigkeit in dem Probenaufnahmevolumen 132 in den unter Hochdruck stehenden Trennpfad 1 14 der Inhalt des Probenaufnahmevolumens 132 mittels der Spritzenpumpe 100 auf und sogar über den Systemdruck des als HPLC ausgebildeten Analysegeräts 10 gebracht. Der Systemdruck ist hierbei der Hochdruck im Trennpfad 114. Eine Steuereinrichtung 70 steuert die einzelnen Komponenten 20, 25, 30, 40, 50, 60, 90, 100, etc., des
Analysegeräts 10.
[0076] Figur 1 zeigt zwei Zuführleitungen 171 , 173, von denen jede fluidisch mit einer jeweiligen der zwei als Fluidkomponentenquellen 1 13, 11 1 bezeichneten Lösungsmittelbehältern zum Bereitstellen eines jeweiligen der Fluide bzw. Lösungsmittelkomponenten A und B fluidisch gekoppelt ist. Das jeweilige Fluid bzw. die jeweilige Lösungsmittelkomponente A bzw. B wird durch die jeweilige Zuführleitung 171 bzw. 173, durch den Entgaser 27 zu einem Proportionierventil 87 als Proportioniereinrichtung gefördert, an dem die Fluide bzw. Lösungsmittelkomponenten A bzw. B aus den Zuführleitungen 171 , 173 miteinander vereinigt werden. Zu dem Proportionierventil 87 fließen die Fluidpakete aus den Zuführleitungen 171 , 173, die im späteren Verlauf zu einer homogenen Lösungsmittelzusammensetzung vermischt werden. Letztere wird dann der analytischen Pumpe 20 zugeführt.
[0077] Im Betrieb des Analysegeräts 10 und insbesondere des Injektors 40 wird das Injektionsventil 90 mittels der Steuereinrichtung 70 zum Injizieren einer fluidischen Probe aus dem Probenaufnahmevolumen 132 in eine mobile Phase in dem Trennpfad 1 14 zwischen der analytischen Pumpe 20 und der Probentrenneinrichtung 30 des Analysegeräts 10 geschaltet. Dieses Schalten des Injektionsventils 90 erfolgt zum Bewirken einer Relativbewegung zwischen einem ersten Ventilkörper (der ein bezogen auf ein Laborsystem in Ruhe befindlicher Stator sein kann) und einem zweiten Ventilkörper (der ein in Bezug auf das Laborsystem verdrehbarer Rotor sein kann) des Injektionsventils 90. Der erste Ventilkörper kann mit mehreren Ports und optional mit einer oder mehreren nutförmigen Verbindungsstrukturen versehen sein. Der zweite Ventilkörper hingegen kann mit vorzugsweise mehreren nutförmigen Verbindungsstrukturen ausgestattet sein, um dadurch jeweilige der Ports des ersten Ventilkörpers abhängig von einer jeweiligen Relativorientierung zwischen dem ersten Ventilkörper und dem zweiten Ventilkörper mittels der mindestens einen Verbindungsstruktur des zweiten Ventilkörpers selektiv fluidisch zu koppeln oder zu entkoppeln. Anschaulich kann eine jeweilige nutförmige Verbindungsstruktur des zweiten Ventilkörpers in bestimmten Schaltzuständen des Injektionsventils 90 zwei (oder mehr) der Ports des ersten Ventilkörpers fluidisch miteinander verbinden und zwischen anderen der Ports des ersten Ventilkörpers eine fluidische Entkopplung ausbilden. Auf diese Weise können die einzelnen
Komponenten des Analysegeräts 10 miteinander abhängig von einem jeweiligen Betriebszustand des Injektors 40 in einen einstellbaren fluidischen (Ent- )Kopplungszustand gebracht werden.
[0078] Die Steuereinrichtung 70 gemäß Figur 1 fungiert zum Steuern der als Fluid ausgebildeten mobilen Phase im Bereich der analytischen Pumpe 20 sowie der ebenfalls als Fluid ausgebildeten fluidischen Probe im Bereich des Injektors 40. Besagte Steuereinrichtung 70 ist konfiguriert zum Überkomprimieren des jeweiligen Fluids (d.h. der mobilen Phase bzw. der fluidischen Probe) auf einen Überdruck (siehe Pmax in Figur 4) oberhalb eines Zieldrucks (vergleiche Psystem in Figur 4), und zum nachfolgenden Druckreduzieren des Fluids in Richtung des Zieldrucks (Psystem).
[0079] Gemäß Figur 1 bringt insbesondere eine primäre Kolbenpumpe der analytischen Pumpe 20 die mobile Phase auf einen Hochdruck, bevor die auf Hochdruck gebrachte mobile Phase in den T rennpfad 1 14 zwischen der analytischen Pumpe 20 und der Probentrenneinrichtung 30 eingebracht wird. Beispielsweise kann der Druck an einem Eingang der Probentrenneinrichtung 30 1500 bar betragen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine Steuerung der analytischen Pumpe 20 mittels der Steuereinrichtung 70 derart konfiguriert werden, dass die Lösungsmittelzusammensetzung und die Flussrate der mobilen Phase, welche die Probentrenneinrichtung 30 erreicht, besonders schnell und präzise eingestellt werden kann. Anschaulich wird dies dadurch erreicht, dass die Steuereinrichtung 70 die analytische Pumpe 20 so steuert, dass die mobile Phase zum Beispiel in einer primären Kolbenpumpe der zweistufigen analytischen Pumpe 20 auf einen Überdruck von beispielsweise 1600 bar gebracht wird, das heißt gegenüber dem eigentlichen Ziel- oder Systemdruck von 1500 bar überkomprimiert wird. Während dieser Überkomprimierung kann ein aktives Steuerventil zwischen der primären Kolbenpumpe und der sekundären Kolbenpumpe der analytischen Pumpe 20 geschlossen sein, so dass das überkomprimierte Fluid nicht ausweichen kann. Während dieser Überkomprimierung wird das als die mobile Phase ausgebildete Fluid zum Beispiel auf einen überkomprimierten Überdruck von 1600 bar gebracht, das heißt auf einen Überdruck oberhalb des System- oder Zieldrucks von im dargestellten Beispiel 1500 bar. Hierbei kommt es zu einer starken Erwärmung der mobilen Phase. Vor dem Öffnen des Fluidventils zum Überführen der auf Überdruck gebrachten
mobilen Phase in den Trennpfad 1 14 kann daher zunächst abgewartet werden, bis sich die erwärmte mobile Phase zumindest teilweise abgekühlt wird. Dann kann der Kolben der primären Kolbenpumpe der analytischen Pumpe 20 definiert zurückbewegt werden, um die mobile Phase zusätzlich aktiv zu dekomprimieren und dadurch die Druckreduzierung weiter zu fördern. Hierbei kommt es zu einer weiteren Abkühlung der mobilen Phase, zum Beispiel auf ihre vorangehende Temperatur oder Umgebungstemperatur. Dabei kann die mobile Phase auch den Zieldruck von beispielsweise 1500 bar erreichen. Das aktiv gesteuerte Fluidventil am Ausgang der primären Kolbenpumpe der analytischen Pumpe 20 kann nun geöffnet werden, so dass die mobile Phase auf Ziel- oder Systemdruck von 1500 bar in den Trennpfad 114 angeschlossen wird. Thermische Artefakte können dabei vermieden werden und die Flussrate der mobilen Phase im Trennpfad 114 kann mit hoher Genauigkeit einer Soll-Flussrate entsprechen.
[0080] Alternativ oder ergänzend kann auch die fluidische Probe, die mittels der Spritzenpumpe 100 im Injektor 40 gehandhabt wird, druckkonfiguriert werden, um Artefakte beim Einleiten der fluidischen Probe aus dem Probenaufnahmevolumen 132 in den Trennpfad 1 14 zu vermeiden. Noch in dem Injektorpfad 123 kann mittels einer Vorwärtsbewegung eines Kolbens der Spritzenpumpe 100 die fluidische Probe im Probenaufnahmevolumen 132 auf einen Druck oberhalb eines Zieldrucks gebracht werden, der zum Beispiel dem Systemdruck im Trennpfad 1 14 entsprechen kann. Wenn die fluidische Probe im Probenaufnahmevolumen 132 erst durch das Einleiten in den Trennpfad 1 14 von Umgebungsdruck auf Hochdruck gebracht wird, kann dies Druckstöße erzeugen, was wiederum die Trenngenauigkeit des Trennlaufs als auch die Lebensdauer der beteiligten Komponenten begrenzen kann. Um solche Nachteile gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu vermeiden, kann mittels der Spritzenpumpe 100 die fluidische Probe in dem Probenaufnahmevolumen 132 noch vor dem Einbringen in den Trennpfad sogar auf einen Druck oberhalb des Zieldrucks von beispielsweise 1500 bar gebracht werden, zum Beispiel auf 1600 bar. Dadurch wird die fluidische Probe zunächst erwärmt, kühlt dann aber durch Abwarten etwas ab. Nachfolgend kann der Kolben der Spritzenpumpe 100 gezielt zurückbewegt werden, um eine zusätzliche aktive Druckreduzierung der fluidischen Probe im Probenaufnahmevolumen 132 zu bewirken. Hat die fluidische Probe hierdurch den Zieldruck von 1500 bar erreicht und ist dabei beispielsweise auf ihre vorherige
Temperatur abgekühlt worden, kann das Injektionsventil 90 so geschaltet werden, dass die fluidische Probe aus dem Probenaufnahmevolumen in den Trennpfad 1 14 eingeleitet wird. Durch das Vorkomprimieren sind einerseits unerwünschte Druckstöße vermieden. Durch das Überkomprimieren und das nachfolgende Druckreduzieren vor dem Einleiten durch Schalten des Injektionsventils 90 sind darüber hinaus fluidische Artefakte im Zusammenhang mit der eventuellen thermischen Ausdehnung der fluidischen Probe vermieden. Dies beschleunigt wiederum die Probentrennung bzw. erhöht deren Genauigkeit.
[0081 ] Die Sequenz des Überkomprimierens und nachfolgenden Dekomprimierens kann entweder nur mit der mobilen Phase durch die analytische Pumpe 20 oder nur für die fluidische Probe im Injektor 40 durchgeführt werden, oder für beide Fluide (das heißt für die mobile Phase und für die fluidische Probe).
[0082] Figur 2 zeigt einen Teil eines Analysegerätes 10 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Genauer gesagt zeigt Figur 2 ein Beispiel der in Figur 1 gezeigten Zuführeinrichtung 25 mit nachgeschalteter analytischer Pumpe 20 eines Analysegeräts 10 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0083] Die Steuereinrichtung 70 gemäß Figur 2 dient zum Steuern der mobilen Phase im Bereich der analytischen Pumpe 20. Besagte Steuereinrichtung 70 ist konfiguriert zum Überkomprimieren der mobilen Phase auf einen Überdruck (siehe Pmax in Figur 4) oberhalb eines Zieldrucks (vergleiche Psystem in Figur 4), und zum nachfolgenden Druckreduzieren der mobilen Phase in Richtung des Zieldrucks (Psystem).
[0084] Gemäß Figur 2 werden Lösungsmittel A, und optional B, C, D aus entsprechenden Lösungsmittelbehältern 1 1 1 , 1 13) durch entsprechende
Fluidleitungen 171 , 173 zu einem optionalen Proportionierventil 87 geleitet. Dadurch werden einzelne Fluidpakete der Lösungsmittel A, B, C, D nacheinander in eine Fluidleitung 109 eingekoppelt. Diese mobile Phase kann in einem optionalen Mischer 152 gemischt werden. Durch ein Einlassventil 127 gelangt die mobile Phase dann in eine primäre Kolbenpumpe 1 16 der analytischen Pumpe 20. Am Auslass der primären Kolbenpumpe 1 16 befindet sich ein mittels der Steuereinrichtung 70 aktiv
steuerbares Fluidventil 102. Stromabwärts des aktiv steuerbaren Fluidventils 102 ist eine sekundäre Kolbenpumpe 119 angebracht. Diese fördert das Fluid aus der primären Kolbenpumpe 1 16 in eine angeschlossene Fluidleitung 121 , die zum Beispiel an das in Figur 1 dargestellte Injektionsventil 90 angeschlossen sein kann.
[0085] Im Betrieb kann die Steuereinrichtung 70 die Kolbenpumpen 1 16, 1 19 sowie das aktiv schaltbare Fluidventil 102 steuern. Um die mobile Phase auf einen Ziel- oder Systemdruck zu bringen, kann die Steuereinrichtung 70 die primäre Kolbenpumpe 1 16 zunächst so steuern, dass die mobile Phase auf einen Überdruck von beispielsweise 1600 bar oberhalb eines Ziel- oder Systemdrucks von beispielsweise 1500 bar überkomprimiert wird. Dadurch kommt es zu einer starken Kompression und Erwärmung der mobilen Phase. Nun kann abgewartet werden, bis die mobile Phase zumindest teilweise abgekühlt ist. Vorteilhaft kann nun ein Kolben 125 der primären Kolbenpumpe 1 16 aktiv zurückgefahren werden, um die mobile Phase in einem Kolbenraum 1 17 teilweise zu dekomprimieren. Dadurch wird die überkomprimierte mobile Phase druckreduziert und erreicht schnell ihre Ausgangs- bzw. Zieltemperatur und den Zieldruck. Nun kann das zuvor geschlossene aktiv gesteuerte Fluidventil 102 geöffnet werden, so dass die nun auf Zieldruck befindliche mobile Phase zunächst in die sekundäre Kolbenpumpe 119 und dann in die angeschlossene Fluidleitung 121 gefördert wird. Thermische Artefakte werden bei der beschriebenen indirekten Verdichtung auf Systemdruck wirksam unterbunden.
[0086] Alternativ kann, wie z.B. in einer Parallelpumpe, das Ventil 102 direkt an die System-Fluidleitung 121 angeschlossen sein. In diesem Fall wird das komprimierte und anschließend teilweise druckreduzierte Fluid direkt aus dem ersten Zylinder 1 17 über das Ventil 102 in das System befördert.
[0087] Figur 3 zeigt einen Teil eines Analysegerätes 10 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Genauer gesagt zeigt Figur 3 einen Injektor 40 eines Analysegeräts 10 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
[0088] Die Steuereinrichtung 70 gemäß Figur 3 operiert zum Steuern der fluidischen Probe im Bereich des Injektors 40. Besagte Steuereinrichtung 70 ist konfiguriert zum Überkomprimieren der fluidischen Probe auf einen Überdruck (siehe
Pmax in Figur 4) oberhalb eines Zieldrucks (vergleiche Psystem in Figur 4), und zum nachfolgenden Druckreduzieren der fluidischen Probe in Richtung des Zieldrucks (Psystem).
[0089] Das gezeigte Injektionsventil 90 ist in dem Flüssigkeitschromatografie- Analysegerät 10 zum Trennen einer fluidischen Probe eingebaut. Wie in Figur 3 zu erkennen, weist das Analysegerät 10 eine als Hochdruckpumpe ausgebildete analytische Pumpe 20 zum Antreiben einer mobilen Phase (d.h. eines Lösungsmittels oder einer Lösungsmittelzusammensetzung) und einer mittels des Injektors 40 in die mobile Phase zu injizierenden fluidischen Probe auf. Die fluidische Probe soll mittels des Analysegeräts 10 in ihre Fraktionen aufgetrennt werden. Das eigentliche Auftrennen erfolgt mittels der als Chromatografie-Trennsäule ausgebildeten Probentrenneinrichtung 30 nach der Injektion der fluidischen Probe in die mobile Phase.
[0090] Hierbei dient das in Figur 3 dargestellte Injektionsventil 90 des Injektors 40 zum Injizieren der fluidischen Probe in die mobile Phase in einen Trennpfad 114 zwischen der analytischen Pumpe 20 und der Probentrenneinrichtung 30. Zu diesem Zweck weist der Injektor 40 ein zum Beispiel als Probenschleife ausgebildetes Probenaufnahmevolumen 132 zum Aufnehmen eines vorgebbaren Volumens der fluidischen Probe auf. Ferner enthält der in Figur 3 dargestellte Injektor 40 eine beispielsweise als Spritzenpumpe 100 mit bewegbarem Kolben ausgebildete Dosiereinrichtung zum Dosieren der in dem Probenaufnahmevolumen 132 aufzunehmenden fluidischen Probe.
[0091 ] Darüber hinaus hat der Injektor 40 eine verfahrbare Nadel 1 18, die in einem Nadelsitz 1 15 zum fluiddichten Aufnehmen der Nadel 118 fluiddicht aufgenommen werden kann. Darüber hinaus kann die Nadel 1 18 auch aus dem Nadelsitz 1 15 herausgefahren werden und in einen Probenbehälter 137 mit fluidischer Probe eingeführt werden, um dann mittels Zurückfahrens des Kolbens der Spritzenpumpe 100 fluidische Probe aus dem Probenbehälter 137 durch die Nadel 1 18 hindurch in das Probenaufnahmevolumen 132 anzusaugen. Das Bewegen der Nadel 1 18 zwischen dem Nadelsitz 1 15 und dem Probenbehälter 137 kann mittels eines Bewegungsapparats (insbesondere mittels eines Roboterarms) erfolgen, der in Figur 3 nicht dargestellt ist.
[0092] Das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Rotorventil ausgebildete Injektionsventil 90 hat mit 1 bis 6 gekennzeichnete stationäre Ports oder Fluidanschlüsse, von denen ein Teil mit drehbaren Nuten 160 verbunden ist. Mittels der drehbaren Nuten 160 können unterschiedliche Fluidverbindungspfade eingestellt werden.
[0093] Wie in Figur 3 gezeigt, steuert die Steuereinrichtung 70 unter anderem die Spritzenpumpe 100, welche in der beschriebenen Art und Weise eine Dosierung der fluidischen Probe in dem Probenaufnahmevolumen 132 bewerkstelligt. Ist die fluidische Probe in dem Probenaufnahmevolumen 132 eingezogen worden und die Probennadel 1 18 in den Probensitz 1 15 zurückbewegt worden, wird die Spritzenpumpe 100 mittels der Steuereinrichtung 70 angesteuert, so dass die fluidische Probe zunächst auf einen Druck oberhalb eines Zieldrucks im Trennpfad 114 zwischen analytischer Pumpe 20 und Probentrenneinrichtung 30 gebracht wird. Wenn der Zieldruck beispielsweise 1500 bar beträgt, wird durch eine Vorwärtsbewegung des Kolbens der Spritzenpumpe 100 die fluidische Probe in dem Probenaufnahmevolumen 132 beispielsweise zunächst auf 1600 bar überkomprimiert. Dem folgt eine Wartephase, in der die fluidische Probe im Probenaufnahmevolumen 132 nach Erwärmung durch das Überkomprimieren rasch abkühlt. Nachfolgend kann der Kolben der Spritzenpumpe 100 zurückbewegt werden, um eine aktive weitere Druckreduzierung der fluidischen Probe im Probenaufnahmevolumen 132 zu bewerkstelligen. Erst wenn die fluidische Probe im Probenaufnahmevolumen 132 den Zieldruck erreicht hat und auf ihre vorherige Temperatur oder eine ausreichend niedrige Temperatur abgekühlt ist, wird das Injektionsventil 90 geschaltet, um die fluidische Probe aus dem Probenaufnahmevolumen 132 in den Trennpfad 1 14 einzuleiten. Artefakte im Zusammenhang mit Dichte- oder Volumenschwankungen der fluidischen Probe sind nun nicht zu befürchten, da die fluidische Probe auf einer angemessenen Temperatur und auf dem Zieldruck befindlich ist. Durch das Vorkomprimieren kann zudem erreicht werden, dass Druckstöße beim Einleiten der fluidischen Probe in den Trennpfad 114 unterbleiben.
[0094] Figur 4 zeigt ein Diagramm 200, das einen Druckverlauf (P) und einen Temperaturverlauf (T) in Abhängigkeit von der Zeit (t) bei Ausführung von Verfahren gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung darstellt.
[0095] Figur 4 zeigt also Diagramm 200 mit Druck- und Temperaturverläufen beim Verarbeiten eines Fluids gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung. Das in Figur 4 dargestellte Diagramm 200 hat eine Abszisse 202, entlang der die Zeit t aufgetragen ist. Entlang einer ersten Ordinate 204 ist ein Verlauf der Temperatur T aufgetragen. Entlang einer zweiten Ordinate 206 ist ein Verlauf des Drucks P aufgetragen. Ein Umgebungsdruck PO (zum Beispiel 1 bar) und eine Umgebungstemperatur TO (zum Beispiel 20 °C) sind in Figur 4 eingezeichnet. Erste Kurven 208 sind für die Ordinaten 204, 206 bei einer Verfahrensführung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Zweite Kurven 210 sind für die Ordinaten 204 und 206 für eine Verfahrensführung gemäß einem zweiten exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
[0096] Gemäß der Verfahrensführung von Figur 4 erfolgt ein Überkomprimieren und ein nachfolgendes Druckreduzieren des Fluids in derart gesteuerter Weise, dass dadurch kompressionsbedingte thermische Artefakte zumindest teilweise unterdrückt werden. Diese zumindest teilweise unterdrückten kompressionsbedingten thermischen Artefakte umfassen eine Flussratenabweichung des Fluids infolge einer durch das Überkomprimieren bedingten Erwärmung und einer nachfolgenden Abkühlung des Fluids.
[0097] Bei den beiden bezugnehmend auf Figur 4 beschriebenen Verfahren erfolgt nach dem Überkomprimieren zum Druckreduzieren jeweils ein passives Abwarten eines zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs des überkomprimierten Fluids mit einer thermischen Umgebung ab einem Zeitpunkt t1 und erst nachfolgend ein fluidisches Koppeln des Fluids mit einem stromabwärts angeordneten Flusspfad zu einem Zeitpunkt t3.
[0098] Gemäß einer ersten Ausführungsform gemäß Bezugszeichen 208 erfolgt das fluidische Koppeln des Fluids mit dem stromabwärts angeordneten Flusspfad dann, wenn infolge des passiven Abwartens des zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs das Fluid einen Zieldruck Psystem erreicht hat.
[0099] Gemäß einer zweiten Ausführungsform gemäß Bezugszeichen 210 erfolgt das fluidische Koppeln des Fluids mit dem stromabwärts angeordneten Flusspfad dann, wenn infolge des passiven Abwartens des teilweisen thermischen Ausgleichs
in einem Zeitraum von t1 bis t2 und infolge eines zusätzlichen nachfolgenden Druckreduzierens in einem Zeitraum von t2 bis t3 durch ein entsprechendes Ansteuern eines das Fluid dekomprimierenden Fluidantriebs 20 bzw. 100 das Fluid den Zieldruck Psystem erreicht hat.
[00100] Dies wird im Weiteren näher beschrieben:
[00101 ] Bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Bezugszeichen 208 wird ein Fluid zum Zeitpunkt t1 ausgehend von Umgebungsdruck PO und Umgebungstemperatur T0 zunächst einer Überkomprimierung auf einen Überdruck Pmax(1 ) oberhalb eines Ziel- oder Systemdrucks Psystem gebracht. Beispielsweise beträgt der Zieldruck Psystem 1500 bar und beträgt der erste Überdruck Pmax(1 ) 1550 bar. Durch die Überkomprimierung kommt es zu einer Erwärmung des Fluids, wie an der ersten Ordinate 204 für die Kurve mit Bezugszeichen 208 abgelesen werden kann. Nun wird abgewartet, bis das Fluid ausreichend abgekühlt ist. Dies erfolgt bis zu Zeitpunkt t3. Wie anhand Bezugszeichen 208 an der zweiten Ordinate 206 zu erkennen ist, hat nun der Druck des Fluids in etwa den Zieldruck Psystem erreicht. Ein Weiterfördern des so erhaltenen Fluids in ein angeschlossenes fluidisches System lässt keine großen Dichte-, Volumen- und Flussratenschwankungen des Fluids mehr befürchten, da beim Weiterverarbeiten des Fluids dieses auf einem Druck nahe dem Zieldruck Psystem und auf einer ausreichend niedrigen Temperatur nahe der Umgebungstemperatur T0 befindlich ist.
[00102] Eine noch vorteilhaftere Ausgestaltung kann mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Bezugszeichen 210 erreicht werden. Wie in der zweiten Ordinate 206 und dem dortigen Bezugszeichen 210 zu erkennen ist, kann bei dieser Ausführungsform die Überkomprimierung zum Zeitpunkt t1 über den Zieldruck Psystem hinaus auf einen noch höheren Überdruck Pmax(2) (der größer als Pmax(1 ) sein kann) erfolgen. Dies führt zum Zeitpunkt t1 zu einer besonders starken Temperaturerhöhung des Fluids, siehe Bezugszeichen 210 bei Ordinate 204. Aufgrund des nun größeren Temperaturunterschieds zwischen dem Fluid und der Umgebung kommt es zu einem noch schnelleren Temperaturausgleich als bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Es folgt also eine passive Wartezeit bis zum Zeitpunkt t2, beispielsweise bis das Fluid die Hälfte oder 80 % seiner Erwärmung ausgeglichen hat. Nun kann durch eine aktive Rückwärtsbewegung eines Kolbens eines
Fluidantriebs 20, 100 zum Antreiben des Fluids eine zusätzliche schnelle und aktive Druckreduzierung des Fluids bewerkstelligt werden, wie anhand von Bezugszeichen 210 in Ordinate 206 zum Zeitpunkt t2 erkennbar ist. Nach sehr kurzer Zusatzzeit erreicht das Fluid zum Zeitpunkt t3 den Systemdruck Psystem oder annähernd diesen Druck. Mit besonders schneller Verfahrensführung kann nun erreicht werden, dass keine Dichte-, Volumen- oder Flussratenschwankungen des Fluids auftreten.
[00103] Die gemäß Figur 4 beschriebenen Maßnahmen können beispielsweise für eine mobile Phase bei einer analytischen Pumpe 20 und/oder an einer fluidischen Probe in einem Injektor 40 durchgeführt werden.
[00104] Im Weiteren werden bezugnehmend auf Figur 5 bis Figur 8 unterschiedliche Verfahrensführungen beschrieben. Figur 5 zeigt eine herkömmliche Verfahrensführung. Figuren 6 bis 8 zeigen Verfahrensführungen gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung, bei denen Volumenfehler gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise gemäß Figur 5 reduziert oder sogar eliminiert werden können.
[00105] Figur 5 zeigt ein Diagramm 500, das in Abhängigkeit von der Zeit (siehe Abszisse 510) eine Kolbenbewegung (siehe Ordinate 502, der Wert in pl entspricht aktuellem Zylindervolumen unter dem Kolben), einen Druckverlauf (siehe Ordinate 504), eine Temperaturabweichung (siehe Ordinate 506) und einen Volumenfehler (siehe Ordinate 508) bei Ausführung eines herkömmlichen Verfahrens darstellt.
[00106] Gemäß dem herkömmlichen Ansatz von Figur 5 erfolgt erst eine Kompression auf einen Druck gleich dem Zieldruck oder kleiner als der Zieldruck und danach eine Nachkompression. Bei einem Zeitpunkt von 3 Sekunden erfolgt eine Bewegung des Kolbens einer Kolbenpumpe auf die Zielposition und ein Schaffen einer Anbindung des Behälters mit dem komprimierten Fluid an das System. Von dem Zeitpunkt von 3 Sekunden an herrscht daher ein Zieldruck (unter der Annahme einer viel höheren Systemelastizität als die Elastizität des Behälters mit dem Fluid). Wie in Figur 5 zu erkennen ist, entsteht ein erheblicher Volumenfehler. Eine Temperaturabweichung ab einem Zeitpunkt von 3 Sekunden ist als ein hypothetischer Wert dargestellt.
[00107] Figur 6 zeigt ein Diagramm 600, das in Abhängigkeit von der Zeit (siehe
Abszisse 510) eine Kolbenbewegung (siehe Ordinate 502), einen Druckverlauf (siehe Ordinate 504), eine Temperaturabweichung (siehe Ordinate 506) und einen Volumenfehler (siehe Ordinate 508) bei Ausführung eines Verfahrens gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
[00108] Figur 6 zeigt die Kolbenbewegung mit Überkompression gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem der Kolben sofort auf die Zielposition bewegt wird. Dadurch entsteht zunächst eine Überkompression. Bei einem Zeitpunkt t3 von 3 Sekunden wird eine Anbindung des Behälters mit dem komprimierten Fluid an das System geschaffen. Von dem Zeitpunkt t3 von 3 Sekunden an herrscht daher ein Zieldruck (wiederum unter der Annahme einer viel höheren Systemelastizität als die Elastizität des Behälters mit dem Fluid). Wie ein Vergleich von Figur 5 mit Figur 6 zeigt, ist der Volumenfehler ist dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 deutlich geringer als gemäß Figur 5.
[00109] Figur 7 zeigt ein Diagramm 700, das in Abhängigkeit von der Zeit (siehe Abszisse 510) eine Kolbenbewegung (siehe Ordinate 502), einen Druckverlauf (siehe Ordinate 504), eine Temperaturabweichung (siehe Ordinate 506) und einen Volumenfehler (siehe Ordinate 508) bei Ausführung eines Verfahrens gemäß einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
[001 10] Gemäß Figur 7 erfolgt eine Kolbenbewegung mit Überkompression und mit anschließender teilweiser Dekompression gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei einem Zeitpunkt t3 von 3 Sekunden erfolgt die teilweise Dekompression, und es wird eine Anbindung des Behälters mit dem komprimierten Fluid an das System geschaffen. Die Dekompression bringt das komprimierte Fluid auf die Zieltemperatur und den Zieldruck, wodurch die Temperaturabweichung und der daraus resultierende Volumenfehler vollständig oder nahezu vollständig eliminiert werden können.
[001 1 1 ] Figur 8 zeigt ein Diagramm 800, das in Abhängigkeit von der Zeit (siehe Abszisse 510) eine Kolbenbewegung (siehe Ordinate 502), einen Druckverlauf (siehe Ordinate 504), eine Temperaturabweichung (siehe Ordinate 506) und einen Volumenfehler (siehe Ordinate 508) bei Ausführung eines Verfahrens gemäß noch einem anderen exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.
[001 12] Figur 8 zeigt eine Kolbenbewegung mit Überkompression und mit anschließender teilweiser Dekompression gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Nach initialer Überkompression erfolgt eine weitere Vorwärtsbewegung des Kolbens, während das komprimierte Fluid die Wärme an die Umgebung abgibt. Dadurch kann die Wärme unter starker Reduktion oder sogar Minimierung der notwendigen Überkompression besonders effizient abgeführt werden.
[001 13] Generell ist gemäß exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung eine mehrstufige oder zeitlich ausgedehnte Kompression bzw. Dekompression möglich. Somit kann die Überkompression entsprechend einem vorgegebenen zeitlichen Überkompressionsprofil durchgeführt werden und/oder kann das nachfolgende Druckreduzieren entsprechend einem vorgegebenen zeitlichen Druckreduktionsprofil durchgeführt werden.
[001 14] Bei einem Zeitpunkt t3 von 3 Sekunden erfolgt die teilweise Dekompression, und es wird eine Anbindung des Behälters mit dem komprimierten Fluid an das System geschaffen. Die Dekompression bringt das komprimierte Fluid auf die Zieltemperatur und den Zieldruck, wodurch die Temperaturabweichung und der daraus resultierende Volumenfehler vollständig oder nahezu vollständig eliminiert werden können.
[001 15] Somit kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 8 das Verfahren nach dem Überkomprimieren zum Zeitpunkt t1 und vor dem nachfolgenden Druckreduzieren zum Zeitpunkt t3 einen Zwischenzeitraum aufweisen, in dem der Druck des Fluids im Wesentlichen konstant gehalten wird, siehe Ordinate 504 im Zeitraum zwischen t1 und t3. Wie anhand von Ordinate 502 dargestellt ist, wird dies gemäß Figur 8 mittels fortgesetzten Vorwärtsbewegens des Kolbens des Fluidantriebs 20,100 in dem Zwischenzeitraum erreicht. Durch dieses fortgesetzte Vorwärtsbewegen des Kolbens kommt es zu einem im Wesentlichen vollständigen Kompensieren einer Auswirkung eines Temperaturausgleichs des Fluids (siehe Ordinate 506) auf den Druck.
[001 16] Es sollte angemerkt werden, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch
können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Die numerischen Werte von Druck, Temperatur und Zeit in den Diagrammen sind ebenfalls als exemplarische Beispielwerte dargestellt. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.
Claims
1 . Verfahren zum Steuern eines Fluids in einem Analysegerät (10) zum Analysieren einer fluidischen Probe, wobei das Verfahren aufweist:
Überkomprimieren des Fluids auf einen Überdruck (Pmax) oberhalb eines Zieldrucks (Psystem); und nachfolgend Druckreduzieren des Fluids in Richtung des Zieldrucks (Psystem).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei das Verfahren das nachfolgende Druckreduzieren des Fluids bis zum Erreichen des Zieldrucks (Psystem) aufweist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren das Überkomprimieren und/oder das nachfolgende Druckreduzieren mittels eines Fluidantriebs (20, 100), insbesondere mittels einer Kolbenpumpe, weiter insbesondere mittels eines Vorschiebens eines Kolbens der Kolbenpumpe zum Überkomprimieren und/oder mittels eines Zurückziehens eines Kolbens der Kolbenpumpe zum nachfolgenden Druckreduzieren, aufweist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Verfahren das Überkomprimieren des Fluids auf den Überdruck (Pmax) mittels des Fluidantriebs (20, 100) und mittels vorübergehenden Schließens eines Fluidventils (102) aufweist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, aufweisend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei das Verfahren ein aktives Steuern des als aktiv steuerbares Fluidventil ausgebildeten Fluidventils (102) mittels vorübergehenden Schließens zum Überkomprimieren und mittels nachfolgenden Öffnens aufweist; wobei das Verfahren ein Steuern mittels Ausbildens des Fluidventils (102) als Überdruckventil aufweist, das zum Öffnen erst bei Erreichen eines vorbestimmten Druckwerts oberhalb des Zieldrucks (Psystem) ausgebildet ist; wobei das Fluidventil (102) an einem Ausgang des Fluidantriebs (20, 100) oder stromabwärts des Fluidantriebs (20, 100) angeordnet ist.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, aufweisend mindestens eines der folgenden Merkmale: wobei das Verfahren das Überkomprimieren des Fluids auf den Überdruck (Pmax) mittels des Fluidantriebs (20, 100) und mittels vorübergehenden Absperrens eines Flusspfadabschnitts, der den Fluidantrieb (20, 100) und das Fluid enthält, aufweist; wobei der Fluidantrieb (20, 100) zumindest einen Teil einer analytischen Pumpe (20) zum Fördern der fluidischen Probe und von mobiler Phase, die durch das Fluid gebildet ist, zu einer Probentrenneinrichtung (30) eines als chromatografisches Probentrenngerät ausgebildeten Analysegeräts (10) bildet; wobei der Fluidantrieb (20, 100) eine Spritzenpumpe (100) zum Aufziehen der fluidischen Probe, die durch das Fluid gebildet ist, in einem Injektor (40) eines als chromatografisches Probentrenngerät ausgebildeten Analysegeräts (10) aufweist.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren nach dem Druckreduzieren ein Einleiten der fluidischen Probe in das als mobile Phase ausgebildete Fluid zum Analysieren der fluidischen Probe, insbesondere zum Trennen der fluidischen Probe in einer Probentrenneinrichtung (30), weiter insbesondere zum chromatographischen Trennen der fluidischen Probe, aufweist.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: wobei der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck (Pmax) mindestens das 1 ,1 -fache, insbesondere mindestens das 1 ,2-fache, weiter insbesondere mindestens das Doppelte, des Zieldrucks (Psystem) ist; wobei der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck (Pmax) höchstens das 1 ,5-fache, insbesondere höchstens das Dreifache, des Zieldrucks (Psystem) ist; wobei der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck (Pmax) mindestens 50 bar, insbesondere mindestens 100 bar, größer als der Zieldruck (Psystem) ist; wobei der mittels des Überkomprimierens erreichte Überdruck (Pmax) höchstens 500 bar, insbesondere höchstens 1000 bar, größer als der Zieldruck
(Psystem) ist; wobei der Zieldruck (Psystem) in einem Bereich von 200 bar bis 2000 bar, insbesondere in einem Bereich von 1000 bar bis 1500 bar, liegt.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren ein Steuern des Überkomprimierens und des nachfolgenden Druckreduzierens des Fluids derart aufweist, dass dadurch kompressionsbedingte thermische Artefakte zumindest teilweise unterdrückt werden, wobei insbesondere zumindest ein Teil der zumindest teilweise unterdrückten kompressionsbedingten thermischen Artefakte eine Flussratenabweichung des Fluids infolge einer durch das Überkomprimieren bedingten Erwärmung und einer nachfolgenden Abkühlung des Fluids ist.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Zieldruck (Psystem) ein Druck in einem Ziel-Flusspfad stromabwärts eines Steuer-Flusspfads des Überkompensierens und nachfolgenden Druckreduzierens ist.
11 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren, nach dem Überkomprimieren, zum Druckreduzieren ein passives Abwarten eines zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs des überkomprimierten Fluids mit einer thermischen Umgebung und erst nachfolgend ein fluidisches Koppeln des Fluids mit einem stromabwärts angeordneten Flusspfad aufweist.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11 , aufweisend eines der folgenden Merkmale: wobei das Verfahren das fluidische Koppeln des Fluids mit dem stromabwärts angeordneten Flusspfad dann aufweist, wenn infolge des passiven Abwartens des zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs das Fluid den Zieldruck (Psystem) erreicht hat oder sich ausreichend dem Zieldruck (Psystem) angenähert hat; wobei das Verfahren das fluidische Koppeln des Fluids mit dem stromabwärts angeordneten Flusspfad dann aufweist, wenn infolge des passiven Abwartens des zumindest teilweisen thermischen Ausgleichs und infolge eines zusätzlichen, insbesondere nachfolgenden, Druckreduzierens durch ein entsprechendes Ansteuern eines das Fluid dekomprimierenden Fluidantriebs (20, 100) das Fluid den Zieldruck (Psystem) erreicht hat.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren, nach dem Überkomprimieren, zum Druckreduzieren ein entsprechendes Ansteuern eines das Fluid dekomprimierenden Fluidantriebs (20, 100) aufweist.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Verfahren nach dem Überkomprimieren und vor dem nachfolgenden Druckreduzieren einen Zwischenzeitraum aufweist, in dem der Druck des Fluids im Wesentlichen konstant gehalten wird oder sich entsprechend einem zeitabhängigen Profil, insbesondere langsamer als im Falle einer passiven Abkühlung, abbaut oder in dem der Druck des Fluids ansteigt, insbesondere infolge eines fortgesetzten Vorwärtsbewegens eines Kolbens des Fluidantriebs (20,100) in dem Zwischenzeitraum zum im Wesentlichen vollständigen Kompensieren einer Auswirkung eines Temperaturausgleichs des Fluids auf den Druck.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Fluid die fluidische Probe bildet und/oder eine mobile Phase bildet, in welche die fluidische Probe zum Analysieren eingeleitet wird.
16. Steuereinrichtung (70) zum Steuern eines Fluids in einem Analysegerät (10) zum Analysieren einer fluidischen Probe, wobei die Steuereinrichtung konfiguriert ist zum:
Überkomprimieren des Fluids auf einen Überdruck (Pmax) oberhalb eines Zieldrucks (Psystem); und nachfolgend Druckreduzieren des Fluids in Richtung des Zieldrucks (Psystem).
17. Steuereinrichtung (70) gemäß Anspruch 16, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale: konfiguriert zum Durchführen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15; konfiguriert zum Steuern des Analysegeräts (10) zum Analysieren der fluidischen Probe.
18. Analysegerät (10) zum Analysieren einer fluidischen Probe unter Verwendung eines Fluids, wobei das Analysegerät (10) eine Steuereinrichtung (70) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 17 zum Steuern des Fluids aufweist.
19. Analysegerät (10) gemäß Anspruch 18, ausgebildet als Probentrenngerät; und aufweisend eine analytische Pumpe (20) zum Antreiben einer mobilen Phase und der in die mobile Phase eingeleiteten fluidischen Probe und eine Probentrenneinrichtung (30) zum Trennen der in die mobile Phase eingeleiteten fluidischen Probe; wobei das besagte Fluid die mobile Phase und/oder die fluidische Probe bildet.
20. Analysegerät (10) gemäß Anspruch 18 oder 19, ferner aufweisend mindestens eines der folgenden Merkmale: das Analysegerät (10) ist zum Analysieren von mindestens einem physikalischen, chemischen und/oder biologischen Parameter der fluidischen Probe konfiguriert; das Analysegerät (10) ist als Probentrenngerät zum Trennen der fluidischen Probe konfiguriert; das Analysegerät (10) ist ein Chromatografiegerät, insbesondere ein Flüssigkeitschromatografiegerät, ein Gaschromatografiegerät, ein SFC- (superkritische Flüssigkeitschromatographie) Gerät oder ein HPLC- (Hochleistungs- Flüssigkeitschromatographie) Gerät; das Analysegerät (10) ist als mikrofluidisches Gerät konfiguriert; das Analysegerät (10) ist als nanofluidisches Gerät konfiguriert; die Probentrenneinrichtung (30) ist als chromatographische Trenneinrichtung, insbesondere als Chromatographietrennsäule, ausgebildet; die analytische Pumpe (20) ist zum Antreiben der mobilen Phase und der fluidischen Probe unter Hochdruck konfiguriert; die analytische Pumpe (20) ist zum Antreiben der mobilen Phase und der fluidischen Probe mit einem Druck von mindestens 500 bar, insbesondere von mindestens 1000 bar, weiter insbesondere von mindestens 1500 bar, konfiguriert; das Analysegerät (10) weist einen Injektor (40) zum Injizieren der fluidischen
Probe in die mobile Phase auf; das Analysegerät (10) weist einen Detektor (50) zum Detektieren der analysierten, insbesondere getrennten, fluidischen Probe auf; das Analysegerät (10) weist einen Fraktionierer (60) zum Fraktionieren von getrennten Fraktionen der fluidischen Probe auf.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0309596B1 (de) | 1987-09-26 | 1993-03-31 | Hewlett-Packard GmbH | Pumpvorrichtung zur Abgabe von Flüssigkeit bei hohem Druck |
US20050133452A1 (en) * | 2003-11-21 | 2005-06-23 | Akzo Nobel N.V. | Separation method |
US20170343518A1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-11-30 | Agilent Technologies, Inc. | Sample injection with fluidic connection between fluid drive unit and sample accommodation volume |
DE102020110088A1 (de) * | 2020-04-09 | 2021-10-14 | Agilent Technologies, Inc. - A Delaware Corporation - | Vorkomprimieren einer fluidischen Probe ohne Erfassen des Probendrucks vor Injizieren in einen Hochdruckpfad |
DE102021100915A1 (de) * | 2021-01-18 | 2022-07-21 | Dionex Softron Gmbh | Überwachung von Probeninjektoren |
DE102021113165A1 (de) * | 2021-05-20 | 2022-11-24 | Dionex Softron Gmbh | Betrieb eines Fluidiksystems |
-
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-
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0309596B1 (de) | 1987-09-26 | 1993-03-31 | Hewlett-Packard GmbH | Pumpvorrichtung zur Abgabe von Flüssigkeit bei hohem Druck |
US20050133452A1 (en) * | 2003-11-21 | 2005-06-23 | Akzo Nobel N.V. | Separation method |
US20170343518A1 (en) * | 2016-05-30 | 2017-11-30 | Agilent Technologies, Inc. | Sample injection with fluidic connection between fluid drive unit and sample accommodation volume |
DE102020110088A1 (de) * | 2020-04-09 | 2021-10-14 | Agilent Technologies, Inc. - A Delaware Corporation - | Vorkomprimieren einer fluidischen Probe ohne Erfassen des Probendrucks vor Injizieren in einen Hochdruckpfad |
DE102021100915A1 (de) * | 2021-01-18 | 2022-07-21 | Dionex Softron Gmbh | Überwachung von Probeninjektoren |
DE102021113165A1 (de) * | 2021-05-20 | 2022-11-24 | Dionex Softron Gmbh | Betrieb eines Fluidiksystems |
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