DE102014101617B4

DE102014101617B4 - Verfahren zum Einspeisen einer Probe in einen Analysezweig einer Flüssigkeitschromatographieanlage, insbesondere einer Hochleistungsflüssigkeitschromatographieanlage

Info

Publication number: DE102014101617B4
Application number: DE102014101617.3A
Authority: DE
Inventors: Hermann Hochgraeber
Original assignee: Dionex Softron GmbH
Current assignee: Dionex Softron GmbH
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2034-02-11
Also published as: CN104833745B; US9664653B2; CN104833745A; DE102014101617A1; US20150226710A1; DE202014100828U1

Abstract

Verfahren zum Einspeisen eines Probenplugs in einen Analysezweig (17) einer Flüssigkeitschromatographieanlage, insbesondere Hochleistungsflüssigkeitschromatographieanlage,
a) bei dem ein Lösemittel (25) oder ein Lösemittelgemisch aus wenigstens einem Lösemittelzweig (19) als Volumenstrom Ȧ in den Analysezweig (17) gefördert wird,
b) wenigstens eine Probe aus wenigstens einem Probenzweig (18) als Volumenstrom E in den Analysezweig (17) innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (Δ t = t₄ - t₁) eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass
c) während des vorbestimmten Zeitintervalls (Δ t = t₄ - t₁) der Volumenstrom Ȧ in einem Maße verringert und hierdurch eine Probe in Form eines Probenplugs aus einem Probenzweig (18) in den Analysezweig (17) als Volumenstrom E eingespeist wird,
d) wobei ein aus der Summe der Volumenströme Ȧ und E resultierender Volumenstrom C im Analysezweig (17) im Wesentlichen konstant bleibt und
e) die longitudinale Durchmischung der injizierten Probe mit dem Laufmittel auf dem Weg zu einer Trennsäule minimiert wird, indem sich in dem wenigstens einen Probenzweig (18) ein unidirektional wirkendes Ventil mit 2 Schaltstellungen befindet, um den jeweiligen Probenplug mit besonderer Exaktheit einsetzen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft die Injektion einer Probe und liegt auf dem Gebiet der Flüssigkeitschromatographie, insbesondere der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC).
In der HPLC wird in einem automatisierten Verfahren (Autosampler) im Allgemeinen eine unter Atmosphärendruck bevorratete Probe mit Hilfe einer Dosierpumpe in eine Probenschleife gefördert, die mit beiden Enden an ein sogenanntes Scherventil angeschlossen ist. Befindet sich die gewünschte Menge der Probe in der Schleife, wird das Scherventil umgeschaltet, so dass der Laufmittelstrom nun durch die Probenschleife fließt, und so die Probe mit hohem Druck über die Trennsäule gefördert werden kann. Diesen Vorgang des Einspeisens bzw. des Einbringens der zu analysierende Probe in den Laufmittelstrom nennt man (Proben-)Injektion.
Scherventile sind besonders bei hohen Arbeitsdrücken einer Chromatographieanlage allerdings nur mit hohen Antriebsmomenten schaltbar. Die reibenden und dichtenden Scherflächen sind daher einem hohen Verschleiß unterworfen und müssen oft ausgetauscht werden. Die Positionierung der beiden Scherflächen zueinander erfordert zudem trotz der hohen dichtenden Normalkraft dennoch eine hohe Präzision. Die Scherflächen sind weiterhin sehr empfindlich gegen abrasive Bestandteile im Laufmittelstrom bzw. Probenstrom. Beim Schalten der Scherventile wird für die Schaltzeit der Fluss bzw. der Volumenstrom über die Säule unterbrochen, sodass der Druck vor der Trennsäule abfällt und der Druck in der Hochdruckpumpe ansteigt. Insbesondere fällt der Druck besonders stark, wenn die nach dem Aufsaugen der Probe unter Atmosphärendruck stehende Probenschleife in die Zuleitung zur Säule eingebracht wird, und die Hochdruckpumpe den Inhalt der Probenschleife auf den Arbeitsdruck vor der Säule komprimieren muss. Während dieser Zeit kehrt sich die Flussrichtung in der Zuleitung zur Trennsäule um, was die Lebensdauer der Trennsäule verringert und die Trennleistung negativ beeinflusst.
In der DE 10 2008 006 266 B4 wurde bereits eine Anordnung vorgestellt, die mit Hilfe eines Scherventils in der Lage ist, die bei der Injektion auftretenden Druckschwankungen nach dem vormaligen Stand der Technik vollständig zu verhindern.
Manuelle Probeninjektionen, wie beispielsweise in den Patentschriften US 3,985,166 und US 3,940,994 beschrieben, sind jedoch für ein automatisiertes Verfahren in einem sogenannten Autosampler mit einer geforderten Probenentnahme unterschiedlicher Proben aus mehreren Probenfläschchen bzw. mehreren Probereservoirs nicht geeignet. Zudem wird bei einer derartigen Injektion die Probe im Laufmittel- bzw. Lösemittelstrom verdünnt, was eine schlechte Probendetektion zur Folge hat.
Weitere derartige Verfahren zum Einspeisen eines Lösungsmittelgradienten in einen Analysezweig einer Flüssigkeitschromatographieanlage sind aus der US 4,618,935 A , der DE 10 2009 029 028 A1 , DE 10 2010 034 585 A1 und DE 1 926 672 C bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einspeisen einer Probe in einen Analysezweig zu einer Trennsäule in der Flüssigkeitschromatographie, insbesondere in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie, sowie einen automatischen Probengeber zu schaffen, welche auf einfache und kostengünstige Weise Verschleiß, Fehleranfälligkeit und Wartungsaufwand vermindern und dennoch eine hohe Qualität bei der Probendetektion ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch einen Probengeber mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Nach der Erfindung wird der Volumenstrom C in einem Analysezweig zu einer Trennsäule konstant gehalten. Der Analysezweig (eventuell auch unterteilt in mehrere Unterzweige mit mehreren Trennsäulen) ist hierbei mit (wenigstens) einem Lösemittelzweig und (wenigstens) einem Probenzweig verbunden, so dass der Volumenstrom C aus einer Summe eines Volumenstroms Ȧ im wenigstens einen Lösemittelzweig und eines Volumenstroms E im wenigstens einen Probenzweig resultiert. Die Injektion einer Probe aus dem wenigstens einen Probenzweig erfolgt jedoch nicht durch Umschaltung eines aufwändig ausgebildeten Scherventils mit mehreren Ports, sondern durch Absenken bzw. Verringern des Volumenstroms Ȧ dem wenigstens einen Lösemittelzweig, so dass ein Volumenstrom E größer Null entsteht während der Injektionszeit. Ein derartiges Absenken/Erhöhen kann vorzugsweise durch entsprechende Ansteuerung (Abschalten oder Leistungsaufnahmeverringerung bzw. Anfahren oder Leistungsaufnahmeerhöhung) einer für diesen Zweig zuständigen Pumpe, erfolgen. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, das Verringern des Volumenstroms Ȧ im Lösemittelzweig mittels eines entsprechend steuerbaren Ventils herbeizuführen.
Durch das Absenken des Volumenstroms Ȧ im wenigstens einen Lösemittelzweig (eventuell unterteilt in mehrere Unterzweige) ist es möglich, dem Analysezweig eine Probe aus einem Probenzweig als Volumenstrom E zuzuführen, ohne dass eine Veränderung des Volumenstroms C auftritt. Das Einspeisen der wenigstens einen Probe bzw. des wenigstens einen Probenplugs infolge des Volumenstroms E (vor Einspeisung der Probe gleich Null) kann bereits durch eine einfache Y-Verbindung, mit zwei Eingängen (Lösemittel- und Probenzweig) und einem Ausgang (Analysezweig), erfolgen. Erst ein Absenken des Volumenstroms Ȧ bewirkt einen in entsprechendem Maße entstehenden (von Null ansteigenden) Volumenstrom E. Hierzu kann beispielsweise eine für den wenigstens einen Probenzweig zuständige (Dosiervorrichtungs-)Pumpe bzw. deren Antrieb angesteuert (Anfahren oder Leistungserhöhung) werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise die wenigstens eine Probe in den Laufmittelstrom zur Trennsäule (Analysezweig) ohne den aufwendigen Antrieb und den Verschleiß eines Scherventils eingebracht werden. Weiterhin wird durch das erfindungsgemäße Verfahren und die Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens verhindert, dass sich beim Einbringen der Probe in den Analysezweig der Fluss (Volumenstrom) weder in seiner Richtung noch im Betrag ändert.
Hierbei wird davon ausgegangen, dass durch die entsprechenden Pumpen eine Strömung entgegen der Pumprichtung (Rückwärtsströmung), beispielsweise bauartbedingt oder durch ein entsprechendes unidirektional wirkendes Ventil, steuerbar (beispielsweise ein Magnetventil) oder vorzugwseise selbstregelnd (insbesondere ein Rückschlagventil) unterbunden ist. Die Ansteuerung der Pumpen kann hierbei über eine entsprechend mit den Antrieben der Pumpen verbundene Steuer- oder Regeleinrichtung erfolgen. Zusätzlich können zur Überwachung Drucksensoren im Lösemittelzweig und/oder im Probenzweig vorgesehen sein, welche die erfassten Größen jeweils an die Steuer- oder Regeleinrichtung übermitteln.
Nach der Erfindung befindet sich in dem Probenzweig (eventuell unterteilt in mehrere Unterzweige), insbesondere in Strömungsrichtung gesehen vor der Probe, zusätzlich ein unidirektional wirkendes Ventil mit 2 Schaltstellungen, insbesondere einer Sperrstellung und einer geöffneten Stellung, um den (jeweiligen) Probenplug mit besonderer Exaktheit einsetzen zu können. Ein derartiges Ventil kann statt einem motorisch steuerbaren Ventil beispielsweise auch als druckabhängiges, insbesondere als einfaches Rückschlagventil, ausgebildet sein. Hierdurch können vorteilhafterweise Durchmischeffekte an der Vorderseite der Probe verhindert und eine exakt definierte vordere Trennfläche zwischen Probe(-nplug) und Lösemittel bzw. Laufmittel erreicht werden. Zudem kann durch ein derartiges Ventil auch der Probenzweig(-e) im Bedarfsfall abgetrennt werden, so dass ein Öffnen des Probenzweigs und damit verbundener Druckabfall keine Auswirkungen auf den Lösemittelzweig und/oder den Analysezweig zur Folge hat. Entsprechend kann in dem wenigstens einen Probenzweig auch unter anderen Druckverhältnissen (als zum hohen im Lösemittelzweig und/oder Analysezweig herrschenden Systemdruck), insbesondere zum Umgebungsdruck, ein anderes Probenreservoir (wie beispielsweise nachstehend anhand eines Einpressens einer Injektionsnadel in einen Nadelsitz erläutert) eingesetzt oder hiermit verbunden werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise die longitudinale Durchmischung der injizierten Probe mit dem Laufmittel auf dem Weg zur Trennsäule minimiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kommt der Volumenstrom Ȧ nach einer etwaigen Übergangsphase während eines vorbestimmten Zeitinterwalls für die (Proben-) Injektion völlig zum Erliegen. Hierbei kann die Lösemittelpumpe auch angehalten werden und die Dosiervorrichtungspumpe auch angefahren bzw. gestartet werden (statt einer Leistungsaufnahmeverringerung oder -erhöhung). Der aus der Summe der Volumenströme Ȧ und E resultierende Volumenstrom C entspricht dann - nach einer allenfalls sehr geringen Übergangszeit (im Millisekundenbereich oder ≤ einer Millisekunde) - dem Volumenstrom E, so dass eine Verdünnung der Probe bzw. des Probenplugs vermieden werden kann. Vor und nach der Probeninjektion entspricht der Volumenstrom C dagegen dem Volumenstrom E, so dass das konstante Maximum des Volumenstroms C entweder durch ein zur jeweiligen Zeit konstantes Maximum des Volumenstroms Ȧ oder E gebildet wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Volumenstrom E (insbesondere zum Einspeisen der Probe aus einer Probenschleife) vor einem Erreichen des Analysezweigs eines -in Flussrichtung gesehen- hinteren Endes der Probe oder Übergangs zwischen Probenende und Lösemittel (im Probezweig) gestoppt. Auf diese Weise entsteht an der in den Volumenstrom C eingesetzten Probe ein - im Vergleich zu bisherigen Verfahren verwendeten, schon im Probezweig bestehenden Übergang - ein (neuer) hinterer Übergang mit exakt definierter Trennfläche. Durchmischungseffekte aufgrund von bei der Probeentnahme und -abgabe notwendigen Bewegungen werden hierbei vorteilhafterweise vermieden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird zum Einsetzen der Probe eine Injektionsnadel nach einer Probenentnahme hochdicht (hochdruckfest bezüglich in der HPLC üblichen Drücken) in einen Nadelsitz gepresst, welcher mit dem Analysezweig, vorzugsweise über ein Ventil, insbesondere Rückschlagventil, in Verbindung steht. Die Injektionsnadel kann hierbei motorisch gesteuert, vorzugsweise ihre senkrechte Lage einhaltend, nicht nur automatisiert Proben von Probenfläschchen (also unterschiedliche Reservoire) entnehmen, sondern auch automatisiert in den Nadelsitz dichtend gepresst werden. Hierdurch kann nicht nur eine semiautomatische, sondern sogar eine vollautomatisierte Probeninjektion inklusive einer Probenentnahme aus unterschiedlichen Probenfläschchen oder Probenreservoirs ermöglicht werden. Weiterhin wird durch ein derartiges (insbesondere in einer Richtung sperrendes) Ventil die Abgabe einer definierten Probenmenge erleichtert, indem der Probenzweig nach Abgabe der gewünschten Probenmenge verschlossen bzw. vom Analysezweig und/oder Lösemittelzweig dichtend abgetrennt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Injektionsnadel nach dem Einsetzen der Probe mittels Spülung automatisch vor einer weiteren Probenentnahme gereinigt.
Das Abfließen kann beispielsweise über einen sogenannten Wasteport (Auffangbehälter mit eventuellem zusätzlich vorgesehenen Abfluss) erfolgen. Hierdurch kann eine unerwünschte Verunreinigung der (nächsten) Probe vermieden werden. Insbesondere um eine mehrfache Probenentnahme unter Vermeidung einer Begasung zu ermöglichen, kann die Injektionsnadel mit einer sogenannten Probenschleife verbunden sein, welche vor Entnahme eine Probe mit Lösemittel enthält.
Zudem ist es auch denkbar, die Probenschleife samt Dosiervorrichtung durch Einbringen von Lösemittel zu reinigen bzw. zu spülen. Hierzu kann beispielsweise über die Nadel oder über einen anderen Anschluss der Dosiervorrichtung, insbesondere mittels einer Spülpumpe, Lösemittel eingebracht und über den anderen Anschluss oder die Nadel oder zusätzlichen (Waste-)Port der Dosiervorrichtung ausgeschieden werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann nach oder vor einer Probeninjektion mittels Dosiervorrichtung und oder einer zusätzlichen Pumpe (beispielsweise Spülpumpe) Lösemittel oder ein Lösemittelgemisch in den Analysezweig eingespeist werden. Hierdurch kann beispielsweise ein Spülen bzw. Reinigen des Analysezweigs (inklusive der Säule) erfolgen. Zudem ist es auch denkbar, auf diese Weise, beispielsweise durch Einspeisen eines Lösungsmittelanteils, den Gradienten in gewünschter Weise zu formen (insbesondere in Richtung einer höheren Elutionswirkung).
Nach der Erfindung ist durch den konstanten Volumenstrom im Analysezweig (nicht nur während eines Probendurchlaufs, sondern insbesondere während einer Probeninjektion) vorteilhafterweise eine gewünschte scharfe Trennung (insbesondere exakte Trennflächen) zwischen Probe bzw. Probenplug und Lösemittel bzw. Laufmittel - sowohl vorderseitig als auch rückseitig in Strömungsrichtung gesehen - gewährleistet.
Durchmischungseffekte (Diffusion, etc.), die an den Trennflächen aufgrund von Volumenstromschwankungen im Analysezweig, wie sie beispielsweise in der US 3,940,994 bei einer Probeninjektion auftreten, können dagegen vorteilhafterweise vermindert oder gar vermieden und die Analysegenauigkeit deutlich erhöht werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Probengebers;
2 eine schematische Darstellung einer Einzelheit in 1 und
3 ein Diagramm zur Darstellung der Volumenströme in einem Probengeber nach 1.

Die in 1 dargestellte Anordnung zeigt einen automatischen Probengeber bzw. einen Autosampler samt seiner Einbindung in eine Chromatographieanlage. Der Autosampler umfasst eine Injektionsnadel 1, die in einer in der Zeichnung nicht näher dargestellten Weise motorisch in x-y-z-Richtung (x waagrecht, z senkrecht in Zeichenebene und y senkrecht zur Zeichenebene) steuerbar bewegbar ist, sowie eine hiermit verbundene Probenschleife und eine Dosiervorrichtung 10.
Über die Injektionsnadel 1 wird aus einem Probenfläschchen (Vial) 8 eine Probe mittels der Dosiervorrichtung 10 (beispielsweise, wie in der Zeichnung dargestellt, in Form einer Kolbenpumpe) in eine Probenschleife 2 aufgezogen. Danach wird die Injektionsnadel 1 dicht in einen Nadelsitz 6 gepresst, an dem ein Rückschlagventil 3 angeschlossen ist. Im normalen Betrieb wird ein Lösemittel bzw. Laufmittel über eine Pumpe 20 (HPLC-Pumpe) angesaugt (Lösemittelzweig 19) und über das Rückschlagventil 3 zur Säule 9 geführt (Analysezweig 17). Der Port am Ventil, welcher zum Nadelsitz 6 führt, ist in diesem Zustand mit einem Schließmittel, beispielsweise einer Kugel 5, eventuell unter Vorspannung eines Rückstellelements, beispielsweise einer Feder 4, verschlossen.
Soll nun die Probe eingespeist bzw. eingebracht werden, muss einerseits der Druck, welchen die Dosiervorrichtung 10 aufbringen muss, größer als der herrschende Systemdruck sein, damit sich das Rückschlagventil 3 öffnet. Andererseits muss die Lösemittelpumpe 20 während der Probeninjektionszeit ihren Fluss stoppen, um eine Druckerhöhung in dem verbundenen Lösemittelzweig 19 und Analysezweig 17 zu verhindern.
Die Probe wird nun durch die Dosiervorrichtung 10 aus dem Probenzweig 18 (Inhalt der eingepressten Nadel 1 bis zum hiermit verbundenen Port des Rückschlagventils 3) in Richtung Säule 9 gepumpt. Nachdem eine gewünschte Menge der in der Nadel 1 befindlichen Probe eingespeist wurde und die Dosiervorrichtung 10 die Förderung eingestellt hat, schließt sich das Rückschlagventil 3 selbsttätig und die Lösemittelpumpe 20 startet wieder mit ihrer Förderung.
Um Fluss- (Volumenstrom C im Analysezweig) und Druckerhöhungen oder Einbrüche bei diesem Injektionsvorgang zu vermeiden, findet eine Datenkommunikation (beispielsweise mittels einer Steuereinrichtung 40) zwischen Autosampler (Dosiervorrichtung 10, Probenschleife 2 und Nadel 1) und Lösemittelpumpe 20 statt, die die Flussübernahme zwischen Dosiervorrichtung 10 und Lösemittelpumpe 20 koordiniert.
Auf diese Weise wird eine gewünschte definierbare Menge einer Probe direkt in den Lösemittelstrom zur Trennsäule 9 eingespeist, ohne dass sich die Probe mit dem Lösemittelstrom verdünnt. Durch die geringe Probendispersion und geringe longitudinale Durchmischung wird zudem nicht nur die Genauigkeit der Analyse (im schematisch dargestellten Detektor 30) erhöht, sondern auch die Lebensdauer der Säule 9 verlängert.
Wie aus 1 ersichtlich kann über die Dosiervorrichtung 10 mittels einer Spülpumpe 14, welche mit einem Spülmittelreservoir 16 verbunden ist, die Probenschleife 2 samt Injektionsnadel gespült bzw. gereinigt werden und im Folgenden die Probeschleife 2 und das Innere der Nadel 1 mittels Pumpe 15, welche ebenso wie die Pumpe 20 mit einem Reservoir für das Lösemittel 25 (Fluid) verbunden ist, gefüllt werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass zu Zwecken der Reinigung ebenfalls das Lösemittel 25 verwendet wird, so dass die zusätzliche Pumpe 14 und Spülmittel 16 in diesem Fall entfallen können. Das Befüllen der Probenschleife bis hin zur Spitze der Injektionsnadel 1 mit Lösemittel erfolgt hierbei, um eine Begasung einer in der HPLC in der Regel entgasten Probe sowie deren unerwünschte Durchmischung zu vermeiden. Um die entsprechende Lösemittelsäule im Autosampler zu halten, kann, wie in der Zeichnung schematisch dargestellt, ein entsprechendes Rückschlagventil 13 vorgesehen sein, um ein rückwärtiges Abfließen sowie ein vorderseitiges Ausschießen aus der Nadel 1 zu verhindern.
Da die Nadel 1 vor einem Einsatz steril ist und während einer Probenentnahme, bei welcher üblicherweise ein Septum eines Probenfläschchens 8 durchstochen wird, verunreinigt wird, erfolgt eine zuvor erläuterte Reinigung nach der Erfindung nach einer Probeninjektion, jedoch vor einer erneuten Probenentnahme, so dass nach einer solchen Reinigung wiederum ein steriler Zustand gewährleistet ist.
Wie in 1 durch die Anzahl von vier Probenfläschchen 8 schematisch dargestellt, ist es nach der Erfindung möglich (wie in der HPLC üblich), aus mehreren unterschiedlichen Probenfläschchen 8 nacheinander Proben zu entnehmen und zu injizieren bzw. einzuspeisen. Die Probenfläschchen 8 (vials) können hierbei in einem Autosampler beispielsweise in Form eines trays oder einer (Mikro-)Titerplatte (well plates) angeordnet sein.
Um ein Spülen unmittelbar nach der Probeninjektion zu ermöglichen, weist der Nadelsitz 6 an seiner Oberseite einen den Nadelsitz umlaufenden nach oben geöffneten Überlaufbehälter 7 auf, so dass austretende Spülflüssigkeit und/oder Lösemittel in diesen Überlaufbehälter gelangen und entsprechen dem dargestellten Knickpfeil abfließen bzw. entsorgt werden können. Hierdurch kann mit dem erfindungsgemäßen Probengeber eine Vielzahl von Proben entnommen und injiziert werden, wobei die Spülung nach der Injektion und vor einer erneuten Entnahme einer Probe eine Verunreinigung der nachfolgenden Probe und damit des nächsten Probendurchlaufs verhindert.
Zur Steuerung der vorgenannten Vorgänge und insbesondere um den Volumenstrom im Analysezweig 17 konstant zu halten, können die Pumpe 20 und die Dosiervorrichtung 10 bzw. deren Antriebsmotor 12 über die Steuereinrichtung entsprechend angesteuert werden. Die entsprechende Ansteuerung der Pumpen 14 und/oder 15 erfolgt im zeitlichen Ablauf, wie vorstehend erläutert, dagegen ausschließlich zu Reinigungszwecken und zum Vorhalten von Lösemittel im Probengeber. Um eine besonders hohe Genauigkeit der Ansteuerung zu ermöglichen, kann, wie in 1 schematisch dargestellt, zusätzlich im Lösemittelzweig 19 ein Drucksensor 21 sowie im Probenzweig 18 ein Drucksensor 11 vorgesehen sein, welcher jeweilige Istzustände an die Steuereinrichtung übermittelt, die dort ausgewertet werden. Derartige Drucksensoren 21 und 11 können auch in der Pumpe 20 und der Dosiervorrichtung 10 integriert sein.
Der in 2 in vier Positionen vergrößerte Ausschnitt des Nadelsitzes 6 zeigt wie in einer ersten Position das Ventil 3 im gesperrten Zustand den Port zum Nadelsitz 6 mittels Kugel 5 verschließt und somit der Volumenstrom C dem Volumenstrom Ȧ entspricht. In dieser Ventilstellung kann sich die Nadel 1 noch außerhalb des Nadelsitzes 6 befinden, ohne dass Lösemittel über den verschlossenen Port des Rückschlagventils zum Nadelsitz austritt. Im Folgenden wird die Nadelspitze 1 in den Nadelsitz 6 dichtend eingepresst (wie in 2 zweite Teilfigur von links dargestellt), so dass der Port des Ventils 3 zum Nadelsitz 6 dichtend verschlossen ist und in dieser Stellung zudem der Port durch Kugel 5 verschlossen wird.
Die dritte Teilfigur in 2 zeigt wie der Volumenstrom Ȧ bereits gestoppt wurde, die Kugel 5 sich bei Druckgleichheit zum im System bzw. Lösemittelzweig 19 und hiermit verbundenen Analysezeig 17 vorhandenen Druck löst und den Port zum Nadelsitz freigibt und durch den Volumenstrom E die Probe in den Analysezeig 17 eingesetzt wird. Die rechte Darstellung in 2 zeigt wiederum wie die Probeninjektion vorzugsweise nach Einspeisung einer vordefinierten geringeren als in der Nadel 1 und Probenschleife 2 enthaltenen Probenmenge enthaltenen Menge der Volumenstrom E gestoppt wurde und der Volumenstrom C wiederum von dem Volumenstrom Ȧ des Lösemittels gespeist wird. Selbst wenn in bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens nicht die gesamte in der Probenschleife 2 und Nadel 1 enthaltene Probenmenge in den Volumenstrom C eingespeist wird und hierdurch ein Teil der entnommenen Probe verloren geht, kann dieses Verfahren von Vorteil sein, da hierdurch Durchmischungseffekte an der hinteren Trennfläche vermieden werden können. Derartige Durchmischungsvorgänge treten ansonsten auf, da die hintere Trennfläche bei der Probenentnahme rückwärts bewegt wurde und bei der Probeninjektion wiederum vorwärts bewegt wurde, bis sie als Trennfläche im Volumenstrom C vorliegt. Durch diese Bewegungen wird die Trennfläche jedoch aufgrund von Durchmischungseffekten unscharf, was sich nachteilig auf die Genauigkeit der Analyse im Detektor 30 auswirkt.
Das in 3 dargestellte Diagramm Volumenstrom pro Zeit zeigt wie ein Volumenstrom C als Resultierende der Summe aus den Volumenströmen Ȧ und E zusammengesetzt wird. In Ventilstellung gesperrt (Teilfiguren links, zweite von links und rechts in 2) ist der Volumenstrom Ȧ konstant und setzt sich als konstanter Volumenstrom C fort. Ein Volumenstrom E ist zu dieser Zeit (vor T1 und nach T4) nicht existent.
In der geöffneten Stellung, wie in der dritten Darstellung von links in 2 dargestellt, wurde der Volumenstrom Ȧ durch Anhalten der Pumpe 20 gestoppt, so dass im Bereich zwischen T2 und T3 sich der Volumenstrom E zum Volumenstrom C fortsetzt. In den Übergangsphasen T1-T2 und T3-T4, welche im Vergleich zur Probeninjektionsdauer, beispielsweise 10ms bis 1 Min., gering ausfallen (beispielsweise 1ms oder geringer, jedoch zumindest unter wenigen ms) steigt der Volumenstrom E in einem Maße an (bzw. fällt ab) wie der Volumenstrom Ȧ abfällt (bzw. ansteigt). Auch wenn diesbezügliche Flanken in 3 schematisch als Geraden dargestellt sind, können der entsprechende Anstieg und Abfall selbstverständlich auch nach entsprechenden Kurven erfolgen. In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird durch entsprechende Steuerung der Pumpe 20 und der Dosiervorrichtung 10 jedoch auch bei einem Öffnen des Ventils 3 in der Übergangsphase T1-T2 sowie bei einem Schließen des Ventils 3 in der Übergangsphase T3-T4 gewährleistet, dass zu jedem Zeitpunkt die Summe der Volumenströme dasselbe Niveau erreicht wie der vorhergehende Volumenstrom Ȧ und der nachfolgende Volumenstrom E (Übergang gesperrt zu offen) bzw. der vorhergehende Volumenstrom E und nachfolgende Volumenstrom Ȧ (beim Übergang offen zu gesperrt). Durch die Einhaltung eines konstanten Volumenstroms nicht nur vor, während und nach einer Probeninjektion, sondern auch in den Übergängen (T1-T2 und T3-T4) erfolgt das Einspeisen einer Probe bzw. eines Probenplugs unter Einhaltung von scharfen Trennflächen, wobei wie bereits vorstehend erläutert, eine in Strömungsrichtung gesehen rückwärtige Durchmischung aufgrund von Bewegungen in Nadel 1 und Probenschleife 2 durch ein Abtrennen einer vordefinierten Probemenge von der gesamten entnommenen Probe verhindert werden kann.
Wie in der HPLC üblich erfolgt ein Probendurchlauf unter sehr hohem Druck, beispielsweise über 500 bar oder gar über 1000 bar, so dass bei den geforderten engen Querschnitten im Analysezweig (10µm - max. 1 mm) Volumenströme von einigen µl - 10 ml pro Minute, vorzugsweise unter 100 ml pro Minute, insbesondere unter 300 µl pro Minute, jedoch auf dem jeweilig gewünschten Niveau mit einer Konstanz einer Abweichung unter 25%, beispielsweise unter 10% oder unter 5%, insbesondere ≤ 1% erzeugt werden können, um die Trennsäule vor nachteiligen zu hohen Flussschwankungen zu schonen.. Ein gesamter Probenlauf kann hierdurch eine oder mehrere Minuten bis hin zu einer Stunde dauern, bis der Stoff samt Probe durch die Trennsäule 9 beim Detektor 30 angelangt.
Bezugszeichenliste

1: Injektionsnadel
2: Probenschleife
3: Rückschlagventil
4: Feder
5: Kugel
6: Nadelsitz
7: Überlaufbehälter
8: Probenfläschchen
9: Trennsäule
10: Dosiervorrichtung (Kolbenpumpe)
11: Drucksensor
12: Antrieb für Dosiervorrichtung 10
13: Rückschlagventil
14: Spülpumpe
15: Spülpumpe
16: Spülmittel
17: Analysezweig
18: Probenzweig
19: Lösemittelzweig
20: HPLC-Pumpe
21: Drucksensor
25: Lösemittel (Fluid)
30: Detektor
40: Steuereinrichtung
Ȧ: Volumenstrom für das Fördern von Lösemittel 25 aus einem Lösemittelzweig
E: Volumenstrom für das Einspeisen der Probe aus dem Probezweig in den Analysezweig
C: Volumenstrom im Analysezweig zur Trennsäule 9, der aus der Summe der Volumenströme Ȧ und E resultiert

Claims

Verfahren zum Einspeisen eines Probenplugs in einen Analysezweig (17) einer Flüssigkeitschromatographieanlage, insbesondere Hochleistungsflüssigkeitschromatographieanlage, a) bei dem ein Lösemittel (25) oder ein Lösemittelgemisch aus wenigstens einem Lösemittelzweig (19) als Volumenstrom Ȧ in den Analysezweig (17) gefördert wird, b) wenigstens eine Probe aus wenigstens einem Probenzweig (18) als Volumenstrom E in den Analysezweig (17) innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (Δ t = t₄ - t₁) eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass c) während des vorbestimmten Zeitintervalls (Δ t = t₄ - t₁) der Volumenstrom Ȧ in einem Maße verringert und hierdurch eine Probe in Form eines Probenplugs aus einem Probenzweig (18) in den Analysezweig (17) als Volumenstrom E eingespeist wird, d) wobei ein aus der Summe der Volumenströme Ȧ und E resultierender Volumenstrom C im Analysezweig (17) im Wesentlichen konstant bleibt und e) die longitudinale Durchmischung der injizierten Probe mit dem Laufmittel auf dem Weg zu einer Trennsäule minimiert wird, indem sich in dem wenigstens einen Probenzweig (18) ein unidirektional wirkendes Ventil mit 2 Schaltstellungen befindet, um den jeweiligen Probenplug mit besonderer Exaktheit einsetzen zu können.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des vorbestimmten Zeitintervalls (Δ t = t₄ - t₁) wenigstens nach und vor einer Übergangsphase (t₂ - t₁, t₄ - t₃₎ der Volumenstrom Ȧ gänzlich erliegt und zum Einbringen der Probe die Lösemittelpumpe angehalten wird, während eine Dosiervorrichtungspumpe gestartet wird und nach dem Einbringen der Probe die Dosiervorrichtungspumpe angehalten wird, während die Lösemittelpumpe wieder anläuft.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom C dem Maximum des Volumenstroms Ȧ oder E entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom Ė zum Einspeisen der Probe aus einer Probenschleife vor einem Erreichen eines -in Flussrichtung gesehen- hinteren Übergangs zwischen Probenende und Lösemittel gestoppt wird, so dass an der in den Volumenstrom C des Analysezweigs eingesetzten Probe ein neuer hinterer Übergang entsteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einsetzen der Probe eine Injektionsnadel (1) nach einer Probenentnahme hochdicht in einen Nadelsitz (6) gepresst wird, welcher mit dem Analysezweig (17) über das unidirektional wirkende Ventil, insbesondere Rückschlagventil (3), in Verbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsnadel (1) nach dem Einsetzen der Probe mittels Spülung automatisch vor einer weiteren Probenentnahme gereinigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach oder vor einer Probeninjektion Lösemittel oder ein Lösemittelgemisch in den Analysezweig (17) eingespeist wird.
Probengeber für eine Flüssigkeitschromatographieanlage, insbesondere eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographieanlage, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, a) mit wenigstens einer Injektionsnadel (1), welche motorisch steuerbar ist, b) mit wenigstens einem Nadelsitz (6), in welchen die Spitze der wenigstens einen Injektionsnadel (1) dichtend eingepresst werden kann, c) mit einem unidirektional wirkenden Injektionsventil, an dessen Eingang wenigstens ein Probenzweig (18) angeschlossen ist, der mit dem wenigstens einen Nadelsitz (6) verbunden ist, und wenigstens einem Anschluss, an dem ein zu wenigstens einer Trennsäule (9) führender Analysezweig (17) und wenigstens ein Lösemittelzweig (19) angeschlossen ist, d) wobei in einer Stellung des Ventils (3) der Probenzweig (18) flüssigkeitsdicht verschlossen ist und e) in einer anderen Stellung des Ventils (3) der Probenzweig (18) geöffnet ist, so dass eine Probe aus einem Probenzweig (18) als Volumenstrom E in den mit dem Lösemittelzweig (19) in Verbindung stehenden Analysezweig (17) innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls (Δ t = t₄ - t₁) eingespeist werden kann.
Probengeber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsnadel (1) mit einer Probenschleife (2) verbunden ist.
Probengeber nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Probengeber eine Steuereinrichtung (40) umfasst, welche derart ausgebildet ist, eine Lösemittelpumpe (20) und/oder eine Dosiervorrichtungspumpe (10) zu steuern, um Volumenstrom C im Analysezweig (17) im Wesentlichen konstant zu halten.