DE19625648A1

DE19625648A1 - Pump system

Info

Publication number: DE19625648A1
Application number: DE19625648A
Authority: DE
Inventors: Terry A Berger; William H Wilson; Richard A Kornfeld
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 1997-01-30
Also published as: GB2303885A; GB9615042D0

Abstract

Complex pressure programming of a fluid at a very high pressure is provided by a pumping system that employs a pneumatic amplifier pump (12) a pressure regulator (14A), and an electronic pressure control system (14). With electronic pressure control applied to a first fluid provided to the low pressure chamber of the pneumatic amplifier pump (12), the high pressure chamber of the pneumatic amplifier pump may be employed to provide a second fluid at a pressure suitable for use in solid phase extraction and in supercritical fluid applications such as supercritical fluid chromatography (SFC) and supercritical fluid extraction (SFE).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Analysegeräte und insbesondere auf Pumpsysteme zur Verwendung in Analysegerä ten.The present invention relates to analyzers and especially on pump systems for use in analyzers ten.

Fluide mit einem hohen Druck können als Lösungsmittel in Ge räten zum Durchführen einer Extraktion, einer Chromatogra phie und anderer verwandter Prozesse verwendet werden. Ein solches Fluid wurde als ein überkritisches Fluid charakteri siert, das als eine hybride Mischung eines Gases und einer Flüssigkeit, das eine Gas-artige Viskosität, eine Flüssig keits-artige Dichte und eine Diffusität, die größer ist als die eines typischen flüssigen Lösungsmittels, aufweist, brauchbar ist. Die Flüssigkeits-artige Dichte eines überkri tischen Fluids verleiht ein variables, Flüssigkeits-artiges Lösungsvermögen, das im wesentlichen eine lineare Funktion der Dichte über signifikanten Bereichen der Dichte ist. Dies ermöglicht, daß das Lösungsvermögen, das üblicherweise als eine chemische Wechselwirkung betrachtet wird, einfach durch das Einstellen eines physikalischen Parameters, nämlich der Dichte oder des Drucks, eingestellt wird.High pressure fluids can be used as solvents in Ge advise on performing an extraction, a chromatograph phie and other related processes can be used. On such fluid has been characterized as a supercritical fluid s that as a hybrid mixture of a gas and a Liquid, which is a gas-like viscosity, a liquid density-like density and a diffusivity that is greater than that of a typical liquid solvent, is useful. The liquid-like density of a supercritical table fluids gives a variable, liquid-like Solvency, which is essentially a linear function of density over significant ranges of density. This allows the solvency, which is usually called a chemical interaction is considered simply by the setting of a physical parameter, namely the Density or pressure.

Überkritische Fluids sind zur Verwendung für die Extraktion komplexer Matrizen gänzlich wirksam. Entweder die isolier ten Materialien (das Extrakt) oder das verbleibende Material (das Raffinat) können von Interesse sein. Der Prozeß der Isolierung oder der Extraktion von Feststoffen durch dichte Gase oder überkritische Fluide wird als eine überkritische Fluidextraktion (SFE; SFE = supercritical fluid extraction) bezeichnet. Das Chromatographieverfahren, das mobile Phasen verwendet, die dichte Gase sind, ist als überkritische Fluidchromatographie (SFC; SFC = supercritical fluid chroma tography) charakterisiert. Bei der SFC ist die mobile Phase ein Fluid, das Temperaturen und Drücken im allgemeinen nahe des kritischen Punkts desselben unterworfen wird. Fluide bei diesen Bedingungen weisen Dichten auf, die viel näher an denen von Flüssigkeiten sind, jedoch häufig Charakteristika einer größeren Lösungsproduktdiffusion als Flüssigkeiten zeigen. Die SFC wird folglich manchmal als ein notwendiges Zwischenglied zwischen der Gaschromatographie (GC; GC = gas chromatography) und der Flüssigchromatographie (LC; LC = liquid chromatography) betrachtet.Supercritical fluids are used for extraction complex matrices completely effective. Either the isolier materials (the extract) or the remaining material (the raffinate) may be of interest. The process of Isolation or extraction of solids by density Gases or supercritical fluids is called a supercritical Fluid extraction (SFE; SFE = supercritical fluid extraction) designated. The chromatography process, the mobile phase used which are dense gases is considered supercritical Fluid chromatography (SFC; SFC = supercritical fluid chroma tography). The SFC is the mobile phase a fluid that is generally close to temperatures and pressures the critical point of the same is subjected. Fluids at these conditions have densities that are much closer to those of liquids, but often characteristics a greater solution product diffusion than liquids demonstrate. The SFC is therefore sometimes considered a necessary Intermediate link between gas chromatography (GC; GC = gas chromatography) and liquid chromatography (LC; LC = liquid chromatography).

Das Pumpsystem ist eine der aufwendigsten Komponenten in ei nem Analysegerät, das Fluide bei einem hohen Druck verwen det. Beispielsweise ist die Geräteausrüstung zum Durchführen einer SFC aufgrund der Anforderungen für einen Betrieb bei sehr hohen Drücken viel aufwendiger herzustellen als die Ge räteausrüstung für das Durchführen einer GC. Eine herkömmli che Geräteausrüstung für das Durchführen einer Kapillar-SFC arbeitet typischerweise zwischen 70 × 10⁵ Pascal (70 Bar) und 600 × 10⁵ Pascal (600 Bar). Im Gegensatz dazu wird ein typischer Gaschromatograph mit einer Druckprogrammierfähig keit im allgemeinen bei Drücken von weniger als 10 × 10⁵ Pascal (10 Bar) betrieben. Folglich haben die relativ hohen Kosten der SFC-Geräteausrüstung viele mögliche Benutzer da von abgehalten, eine SFC durchzuführen.The pump system is one of the most complex components in egg an analyzer that uses fluids at high pressure det. For example, the equipment is to be carried out an SFC due to the requirements for operation very high pressures to produce much more expensive than the Ge equipment for performing a GC. A conventional Equipment for performing a capillary SFC typically works between 70 × 10⁵ Pascal (70 bar) and 600 × 10⁵ Pascal (600 bar). In contrast, a typical gas chromatograph with a pressure programmable speed generally at pressures less than 10 × 10⁵ Pascal (10 bar) operated. Hence the relatively high ones Cost of SFC device equipment there are many potential users from holding an SFC.

Die Entwicklung geeigneter Hochdruck-Pumpsysteme verfolgte allgemein drei eindeutig unterschiedliche Entwürfe: pneuma tische Verstärker, einen sich hin- und her-bewegenden Kolben und eine Spritze.The development of suitable high pressure pump systems was followed generally three clearly different designs: pneuma table amplifier, a reciprocating piston and a syringe.

Eine pneumatische Verstärkerpumpe weist einen Kolben auf, der zwischen zwei benachbarten Pumpenkammern (einer Nieder druckkammer und einer Hochdruckkammer) angebracht ist. Die Kammern weisen unterschiedliche Kolbenquerschnittsflächen auf und bieten daher einen Druckverstärkungsfaktor. Zwei bekannte Verfahren zum Füllen der Niederdruckkammer sind: (a) das Liefern eines Gasdrucks, der von einer Hochdruck- Gaskammer oder einer Luftpumpe geregelt wird, und (b) das Liefern eines Wasserdrucks von einer Hochdruck-LC-Pumpe, beispielsweise einer Pumpe mit einem sich hin- und her-bewe genden Kolben. Jedoch war das erstgenannte Verfahren bisher in seiner Verwendung auf einen isobaren Betrieb begrenzt; folglich sind die Druck-Programmieroperationen, die für SFE- und SFC-Anwendungen notwendig sind, schwierig zu implemen tieren. Die Verwendung einer Pumpe mit sich hin- und her-be wegendem Kolben bei dem letztgenannten Verfahren, um Wasser zu der Niederdruckkammer zu liefern, ermöglicht eine Druck steuerung des SFC-Fluids in der Hochdruckkammer des Verstär kers. Jedoch war eine derartige Verwendung einer Pumpe mit sich hin- und her-bewegendem Kolben schwerwiegend durch die Ansprechgeschwindigkeit derselben auf Druckänderungen und die Rate des rampenmäßigen Erhöhens und Absenkens des Drucks begrenzt.A pneumatic booster pump has a piston the between two neighboring pump chambers (one Nieder pressure chamber and a high pressure chamber) is attached. The Chambers have different piston cross-sectional areas and therefore offer a pressure amplification factor. Two Known methods of filling the low pressure chamber are: (a) delivering gas pressure from a high pressure Gas chamber or an air pump is regulated, and (b) that Delivering water pressure from a high pressure LC pump, for example a pump with a back and forth movement piston. However, the former method was previously limited in its use to isobaric operation; consequently, the print programming operations required for SFE- and SFC applications are necessary to implement animals. The use of a pump back and forth moving piston in the latter process to water Delivering to the low pressure chamber enables pressure Control of the SFC fluid in the high pressure chamber of the amplifier kers. However, such a use was associated with a pump reciprocating piston serious by the Speed of response to pressure changes and the rate of ramping up and down pressure limited.

Pumpen mit sich hin- und her-bewegenden Kolben, die Ein fach-, Zweifach- oder Dreifach-Pumpenköpfe enthalten, wurden für SFC-Anwendungen modifiziert. Ein Einfach-Pumpenkopf-Sy stem mit einem Pulsdämpfer wurde für isocratische SFC-Anwen dungen mit offener, röhrenförmiger Säule und Mikrodurchmes ser-Füllkörpersäule verwendet, bei denen geringe Flußraten und kleine Druckpulse mit einem kleinen Dämpfer und einer Säule gedämpft werden können. Jedoch ist für diese und ande re Anwendungen die typische Hin- und Her-Bewegungspumpe ge räuschvoll, erfordert eine beträchtliche Pulsdämpfung an ih rem Ausgang und erfordert üblicherweise eine Einrichtung zum Kühlen des Pumpenkopfs.Pumps with reciprocating pistons, the one Single, double or triple pump heads were included modified for SFC applications. A single pump head sy stem with a pulse damper was designed for isocratic SFC users with an open, tubular column and micro diameter ser packed column used, where low flow rates and small pressure pulses with a little damper and one Pillar can be damped. However, for this and others the typical reciprocating motion pump noisy, requires considerable pulse damping on it rem output and usually requires a device to Cooling the pump head.

Eine Spritzenpumpe ist folglich das am verbreitesten ver wendete Fluidliefersystem zum Durchführen einer SFE und ei ner SFC. Jedoch zeigt die typische Spritzenpumpe eine lange und häufige Nachfüllzeit; erfordert einen aufwendigen, lei stungsstarken Motor und eine Motortreiber-Leistungsversor gung und weist viele Teile auf, die eine Wartung benötigen. Die Spritzenpumpe ist viel aufwendiger herzustellen und zu betreiben, als es erwünscht ist.A syringe pump is therefore the most common ver applied fluid delivery system to perform an SFE and egg a SFC. However, the typical syringe pump shows a long one and frequent refill time; requires an elaborate, lei powerful engine and a motor driver power supply supply and has many parts that require maintenance. The syringe pump is much more complex to manufacture and to close operate than is desired.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wenig aufwendiges Pumpsystem zu schaffen, das zur Benutzung bei Anwendungen von Hochdruckfluiden auf analytische Verfahren, beispielsweise die SFE oder die SFC, geeignet ist.It is the object of the present invention a little to create elaborate pumping system for use with Applications of high pressure fluids to analytical processes, for example the SFE or the SFC.

Diese Aufgabe wird durch ein Pumpsystem gemäß Anspruch 1 ge löst.This object is achieved by a pump system according to claim 1 solves.

Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Ana lysegeräte zu schaffen, die ein derartiges Pumpsystem ver wenden.It is also an object of the present invention, Ana To create lysis devices that ver such a pump system turn.

Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 10, 15 und 19 gelöst.This object is solved by claims 10, 15 and 19.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dar in, ein Verfahren zum Liefern eines Hochdruckfluids zu schaffen.Another object of the present invention is in, a method of delivering a high pressure fluid create.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 20 ge löst.This object is achieved by a method according to claim 20 solves.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, daß eine komplexe Druckprogrammierung eines Fluids bei sehr hohen Drücken durch ein neuartiges Pumpsy stem geliefert werden kann, das eine pneumatische Verstär kerpumpe, einen Druckregler und ein elektronisches Druck steuersystem verwendet. Die elektronische Drucksteuerung wird auf ein erstes Fluid angewendet, derart, daß das Vor liegen des ersten Fluids mit einem ersten Fluiddruck in ei ner Niederdruckkammer der pneumatischen Verstärkerpumpe er möglicht, daß eine Menge eines zweiten Fluids, das in einer Hochdruckkammer der pneumatischen Verstärkerpumpe vorliegt, auf einen Druck komprimiert wird, der beispielsweise zur Verwendung bei überkritischen Fluidanwendungen geeignet ist. Es wurde herausgefunden, daß eine solche Druckprogrammierung die Ausgangsdrücke erreicht oder überschreitet, die durch ein herkömmliches Hochdruck-Fluidpumpsystem (beispielsweise eine Spritzenpumpe) geliefert werden, jedoch bei einem ge ringeren Aufwand und mit einer größeren Zuverlässigkeit. According to a first aspect of the present invention found that complex print programming of a Fluids at very high pressures thanks to a new Pumpsy stem that can be supplied with a pneumatic amplifier kerpump, a pressure regulator and an electronic pressure control system used. The electronic pressure control is applied to a first fluid such that the pre lie of the first fluid with a first fluid pressure in egg ner low pressure chamber of the pneumatic booster pump possible that an amount of a second fluid in a High pressure chamber of the pneumatic booster pump is present, is compressed to a pressure, for example for Use in supercritical fluid applications is suitable. It has been found that such a print programming the outlet pressures reached or exceeded by a conventional high pressure fluid pumping system (e.g. a syringe pump), but with a ge less effort and with greater reliability.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, daß das vorher genannte Pumpsystem ohne wei teres und aufwendungsarm zur Verwendung in einem Kapillar- SFC-Gerät zur Durchführung einer schnellen Trennung relativ nicht-flüchtiger und labiler Verbindungen angepaßt werden kann. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des SFC-Geräts ver wendet Kapillar-SFC-Säulen.According to a second aspect of the present invention found that the aforementioned pump system without white teres and low expenditure for use in a capillary SFC device for performing a quick disconnect relative non-volatile and labile compounds are adapted can. The preferred embodiment of the SFC device ver uses capillary SFC columns.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, daß das vorher genannte Pumpsystem in einem Gerät zum Durchführen einer überkritischen Fluidextraktion einer Komponente aus einer Probe verwendet werden kann.According to a third aspect of the present invention found that the aforementioned pump system in one Device for performing supercritical fluid extraction a component from a sample can be used.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, daß das vorher genannte Pumpsystem in einem Gerät zum Durchführen einer Feststoffphasenextraktion einer Komponente aus einer Probe verwendet werden kann.According to a fourth aspect of the present invention found that the aforementioned pump system in one Device for performing a solid phase extraction of a Component from a sample can be used.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel eines Pumpensystems kann gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sein, um eine pneumatische Verstärkerpumpe und ein elektronisches Druck steuersystem zum Erfassen des Drucks eines ersten Fluids, das zu einer Niederdruckkammer in der pneumatischen Verstär kerpumpe geliefert wird, aufzuweisen. Der Druck des ersten Fluids wird folglich direkt auf einen Einstellungspunkt- Druck gesteuert. Der Druck des ersten Fluids kann entspre chend einem Druckprogramm, das in dem elektronischen Druck steuersystem implementiert ist, auf dem Einstellungspunkt gehalten werden. Eine Menge eines zweiten Fluids, das in eine Hochdruckkammer in dem Pumpsystem geliefert ist, wird dadurch gemäß dem Verstärkungsfaktor der pneumatischen Ver stärkerpumpe auf einen zweiten Fluiddruck unter Druck ge setzt. Daher wird der zweite Fluiddruck indirekt durch das elektronische Drucksteuersystem bei der direkten Steuerung des ersten Fluiddrucks desselben gesteuert.The preferred embodiment of a pump system can constructed according to the present invention to a pneumatic booster pump and electronic pressure control system for detecting the pressure of a first fluid, that to a low pressure chamber in the pneumatic amplifier kerpump is delivered to have. The pressure of the first Fluids is consequently directly on a set point- Pressure controlled. The pressure of the first fluid can correspond a printing program that is in the electronic printing control system is implemented on the set point being held. A lot of a second fluid that is in a high pressure chamber is supplied in the pumping system thereby according to the gain factor of the pneumatic Ver booster pump to a second fluid pressure under pressure puts. Therefore, the second fluid pressure is indirectly caused by the electronic pressure control system for direct control of the first fluid pressure controlled.

Das betrachtete Pumpsystem kann in ein SFC-Gerät integriert sein, bei dem das unter Druck gesetzte zweite Fluid zu einer Einspritzvorrichtung zum Empfangen einer Probe geleitet wer den kann, wobei ein Gemisch der Probe und des unter Druck gesetzten zweiten Fluids dann zu dem Einlaß einer Trennungs säule geliefert werden kann. Probenkomponenten, die an dem Säulenauslaß eluiert werden, sind dann durch einen Detektor erfaßbar.The pump system under consideration can be integrated into an SFC device be, in which the pressurized second fluid to a Injector for receiving a sample directed which can be a mixture of the sample and the under pressure second fluid then placed at the inlet of a separation column can be delivered. Sample components on the Column outlet are then eluted by a detector detectable.

Das betrachtete Pumpsystem kann in ein SFE-Gerät integriert sein, bei dem das unter Druck gesetzte zweite Fluid zu einem Extraktionsabschnitt zum Verarbeiten einer Probe geleitet wird.The pump system under consideration can be integrated into an SFE device be, in which the pressurized second fluid to a Extraction section directed to process a sample becomes.

Das betrachtete Pumpsystem kann in ein Feststoffphasen-Ex traktionsgerät integriert sein, bei dem das unter Druck ge setzte zweite Fluid zu einem Extraktionsabschnitt zum Sam meln einer Probe geleitet werden kann.The pump system under consideration can be converted into a solid phase Ex traction device can be integrated, in which the under pressure put second fluid to an extraction section to sam samples can be conducted.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the present invention are referred to below with reference to the attached drawing nations explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines neuartigen Pumpsystems, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; Figure 1 is a schematic representation of a novel pumping system constructed in accordance with the present invention.

Fig. 2A eine schematische Darstellung eines Geräts, das das Pumpsystem von Fig. 1 zum Durchführen einer Kapil lar-SFC verwendet; Fig. 2A is a schematic illustration of an apparatus using the pumping system of Fig. 1 to perform a capillary SFC;

Fig. 2B eine schematische Darstellung eines Geräts, das das Pumpsystem von Fig. 1 zum Durchführen einer über kritischen Fluidextraktion verwendet; FIG. 2B is a schematic illustration of an apparatus using the pump system of FIG. 1 to perform an over critical fluid extraction;

Fig. 2C und 2D schematische Darstellungen jeweiliger Ge räte, die das Pumpsystem von Fig. 1 zum Durchführen mehrerer, gleichzeitiger, überkritischer Fluidex traktionen verwenden; FIG. 2C and 2D are schematic representations of respective Ge Chambers, which contractions, the pumping system of Figure 1 for performing multiple, simultaneous, supercritical Fluidex use.

Fig. 2E eine schematische Darstellung eines Geräts, das das Pumpsystem von Fig. 1 zum Durchführen einer Fest stoffphasenextraktion verwendet; Fig. 2E is a schematic representation of an apparatus using the pump system of Fig. 1 to perform solid phase extraction;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer pneumatischen Verstärkerpumpe, die in dem System von Fig. 1 be treibbar ist; und Fig. 3 is a schematic representation of a pneumatic booster pump which can be driven in the system of Fig. 1; and

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines elektronischen Drucksteuersystems zum Bewirken einer elektroni schen Drucksteuerung des Pumpensystems von Fig. 1. Fig. 4 is a schematic representation of an electronic pressure control system for effecting electronic control of the pump's pressure system of Fig. 1,.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun bezugnehmend auf die Fig. 1 bis 4 beschrieben, in denen äquivalente Komponenten durch eine gleiche Nomenklatur und gleiche Bezugszeichen angezeigt sind. Zu Zwecken der Klarheit ist die schematische Darstellung von Schaltungen, die elektronische Signale tragen, in einfachen Linien darge stellt, wohingegen Fluid-führende Kanäle in doppelten Linien angezeigt sind.Preferred embodiments of the present invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 4, in which equivalent components are indicated by the same nomenclature and the same reference numerals. For purposes of clarity, the schematic representation of circuits carrying electronic signals is shown in single lines, whereas fluid-carrying channels are shown in double lines.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann gemäß einem speziellen Merk mal der vorliegenden Erfindung ein neuartiges Pumpsystem aufgebaut sein, um einen ersten Fluidvorrat 10A aufzuweisen, der vorzugsweise ein Hochdruckvorrat in der Form eines Hoch druck-Gaszylinders aus komprimiertem Gas oder eine Luftpumpe ist. Der erste Fluidvorrat 10A liefert ein Gas, beispiels weise komprimierte Luft oder Stickstoff, durch einen Flußwi derstand 11 zu einer pneumatischen Verstärkerpumpe 12. Ein elektronisches Drucksteuersystem (EPC-System; EPC = electro nic pressure control) 14 ist vorgesehen, um einen Druckreg ler 14A zum Zweck des Einführens eines ersten gesteuerten Drucks in dem ersten Fluid zu steuern. Die pneumatische Ver stärkerpumpe 12 empfängt eine Menge des ersten Fluids mit dem ersten Fluiddruck und eine Menge eines zweiten Fluids aus einem zweiten Fluidvorrat 10B. D.h., daß durch den Be trieb des EPC-Systems, um den ersten Fluiddruck zu steuern und die Aktivierung eines Schaltventils in der pneumatischen Verstärkerpumpe 12 zu steuern, bewirkt werden kann, daß das erste und das zweite Fluid jeweilige Nieder- und Hoch-Druck kammern in der pneumatischen Verstärkerpumpe 12 füllen. Der Druck des ersten Fluids in der pneumatischen Verstärkerpumpe 12 bewirkt, daß das zweite Fluid auf einen gewünschten zwei ten Fluiddruck unter Druck gesetzt wird. Der Fluß des zwei ten Fluids aus der Pumpe 12, nachdem dasselbe einer solchen gesteuerten Unterdrucksetzung unterworfen wurde, wird hierin als das unter Druck gesetzte zweite Fluid betrachtet.As shown in FIG. 1, according to a special feature of the present invention, a novel pump system can be constructed to have a first fluid supply 10 A, which is preferably a high pressure supply in the form of a high pressure gas cylinder made of compressed gas or an air pump . The first fluid supply 10 A supplies a gas, for example compressed air or nitrogen, through a flow resistor 11 to a pneumatic booster pump 12 . An electronic pressure control system (EPC system; EPC = electro nic pressure control) 14 is provided to a Druckreg ler 14 A for controlling a first controlled pressure in the first fluid for the purpose of insertion. The pneumatic booster pump 12 receives an amount of the first fluid at the first fluid pressure and an amount of a second fluid from a second fluid supply 10 B. That is, by operating the EPC system to control the first fluid pressure and activate one to control the switching valve in the pneumatic booster pump 12, may be effected in that the first and second fluids respective low- and high-pressure chambers fill in the pneumatic booster pump 12th The pressure of the first fluid in the pneumatic booster pump 12 causes the second fluid to be pressurized to a desired two fluid pressure. The flow of the second fluid from pump 12 , after being subjected to such controlled pressurization, is considered herein to be the pressurized second fluid.

Speziell die gewünschten Drücke des ersten und des zweiten Fluids sind entsprechend einem Druckprofil, das für das er ste Fluid durch das EPC-System 14 erzeugt und angewendet wird, programmierbar. In anderen Worten heißt das, daß die Druckprogrammierung, die durch das EPC-System 14 direkt auf das erste Fluid angewendet wird, verwendet wird, um den Druck des zweiten Fluids indirekt zu steuern.Specifically, the desired pressures of the first and second fluids are programmable according to a pressure profile that is generated and applied for the first fluid by the EPC system 14 . In other words, the pressure programming that is directly applied to the first fluid by the EPC system 14 is used to indirectly control the pressure of the second fluid.

Das bevorzugte Pumpsystem weist einen Drucksensor 20 auf, um ein Druckinformationssignal zu erzeugen, das den Druck des ersten Fluids, das der pneumatischen Verstärkerpumpe 12 ge liefert wird, darstellt, oder alternativ einen Drucksensor 20A, um ein Druckinformationssignal zu erzeugen, das das un ter Druck gesetzte zweite Fluide wie es zu der Einspritzvor richtung 16 geliefert wird, darstellt. Da die Sensoren 20 oder 20A Faktoren, beispielsweise Temperaturänderungen oder einer Vibration, unterworfen sein können, ist ein Festkör per-Drucksensor bevorzugt, um eine Temperaturkompensations schaltung mit einer digitalen Steuerung für eine genaue Drucksteuerung ohne den Bedarf nach einer Kalibrierung zu kombinieren.The preferred pumping system includes a pressure sensor 20 for generating a pressure information signal representative of the pressure of the first fluid, which is of the pneumatic booster pump 12 supplies Ge, or, alternatively, to generate a pressure sensor 20 A, a pressure information signal indicative of the un ter Pressurized second fluids as delivered to the injector 16 represents. Since the sensors can be subjected to 20 or 20 A factors, for example temperature changes or vibration, a solid-state pressure sensor is preferred in order to combine a temperature compensation circuit with a digital control for precise pressure control without the need for calibration.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Druckreg ler 11A in der Form eines Modulations-Steuerventils vorgese hen, wobei das EPC-System 14 verwendet wird, um zu bewirken, daß die Öffnungszeit einer Öffnung in dem Ventil moduliert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem der Druckregler 14A in der Form eines Proportionalsteuerventils vorgesehen ist, wird das EPC-System 14 alternativ verwendet, um zu be wirken, daß der Öffnungsbetrag einer Öffnung in dem Ventil moduliert wird. Folglich ist der Druckregler 14A vorzugswei se in der Form eines Hochdruckventils vorgesehen.In a preferred embodiment, the Druckreg ler 11 A in the form of a modulation control valve vorgese hen, the EPC system 14 is used to cause that the opening time of an opening is modulated in the valve. In one embodiment, wherein the pressure regulator is provided 14 A in the form of a proportional control valve, the EPC system 14 is used alternatively to act to be that the opening amount of an aperture is modulated in the valve. Consequently, the pressure regulator 14 A is preferably provided in the form of a high pressure valve.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Druckin formationssignal zu dem EPC-System 14 geliefert, um eine Vorwärtsdruckregelung des ersten Fluids zu liefern. Andere Betriebsarten der Druckregelung des ersten Fluids werden durch die vorliegende Erfindung ebenfalls betrachtet.In the illustrated embodiment, the pressure information signal is provided to the EPC system 14 to provide forward pressure control of the first fluid. Other modes of pressure control of the first fluid are also contemplated by the present invention.

Ein Pumpsystem, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufge baut ist, bietet einen Vorteil gegenüber den Pumpsystemen, die in herkömmlichen SFE- und SFC-Systemen verwendet werden, da zum ersten Mal die Implementierung von einem oder mehre ren gewünschten Drücken eines überkritischen Fluids elektro nisch bei dem Betrieb einer pneumatischen Verstärkerpumpe implementiert sein kann. Eine derartige Regelung wird primär in dem EPC-System 14 erreicht, das später hierin beschrieben wird, bei dem ein Druckeinstellungspunkt und eine Steuer spannung eingerichtet und verwendet werden, um den Druckreg ler 14A zu steuern.A pumping system constructed in accordance with the present invention offers an advantage over the pumping systems used in conventional SFE and SFC systems because, for the first time, the implementation of one or more desired pressures of a supercritical fluid electronically the operation of a pneumatic booster pump can be implemented. Such regulation is achieved primarily in the EPC system 14, which will be described later herein, wherein a pressure set point and control voltage are established and used to control the Druckreg ler 14 A.

Bezugnehmend auf Fig. 2A ist zu erkennen, daß ein Gerät 100 zum Durchführen einer SFC aufgebaut sein kann, bei dem das unter Druck gesetzte zweite Fluid durch eine Einspritzvor richtung 16 in den Einlaß einer Kapillarsäule 18 geleitet wird. Die Probe, die getrennt werden soll, wird durch ein Probenentnahmesystem, oder wie dargestellt ist durch eine Spritze 15, in die Einspritzvorrichtung 16 eingebracht, um die Probe in den Fluß des unter Druck gesetzten zweiten Fluids einzuspritzen, wodurch ein Proben-Fluid-Gemisch ge liefert wird. Die Säule 18 ist in einem Ofen 24 angeordnet, der eine Temperatur in dem Proben-Fluid-Gemisch hält, die für einen überkritischen oder nahezu überkritischen Betrieb notwendig ist. Das dargestellte Gerät 100 kann dann verwen det werden, um eine schnelle Trennung der Probe in dem Pro ben-Fluid-Gemisch zu ermöglichen, während sich dasselbe durch die Kapillarsäule 18 bewegt. Ein geeigneter Ofen 18 und ein EPC-System 14 sind in dem Gas-Chromatograph Model 6890 von Hewlett-Packard verfügbar.Referring to FIG. 2A, it can be seen that an apparatus 100 for performing an SFC can be constructed in which the pressurized second fluid is passed through an injector 16 into the inlet of a capillary column 18 . The sample to be separated is introduced into the injector 16 by a sampling system, or as shown by a syringe 15 , to inject the sample into the flow of the pressurized second fluid, thereby creating a sample-fluid mixture is delivered. The column 18 is arranged in an oven 24 which maintains a temperature in the sample-fluid mixture which is necessary for supercritical or almost supercritical operation. The illustrated device 100 can then be used to enable rapid separation of the sample in the sample-fluid mixture as it moves through the capillary column 18 . A suitable furnace 18 and EPC system 14 are available in the Hewlett-Packard Model 6890 Gas Chromatograph.

Bei der bevorzugten Kapillarsäule 18 zum Durchführen einer Kapillar-SFC, wie sie hierin beschrieben ist, wird allgemein eine beschichtete Kapillare oder eine mikrogepackte SFC-Säu lenstruktur mit einem inneren Durchmesser von weniger als etwa 500 µm verwendet. Der brauchbare Bereich des inneren Durchmessers liegt üblicherweise von etwa 25 bis 200 µm und bevorzugter von 50 bis 100 µm. Die Säulenflußrate in solchen Säulen ist im allgemeinen geringer als 10 Mikroliter pro Mi nute.The preferred capillary column 18 for performing a capillary SFC, as described herein, generally uses a coated capillary or micro-packed SFC column structure with an inner diameter of less than about 500 microns. The useful range of the inner diameter is usually from about 25 to 200 microns, and more preferably from 50 to 100 microns. The column flow rate in such columns is generally less than 10 microliters per minute.

Der Auslaß von der Kapillarsäule 18 wird zu einem oder meh reren Analysegeräten, beispielsweise einem Detektor, gelei tet, um ein Chromatogramm zu erzeugen. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Auslaß von der Kapillarsäule 18 durch einen Fluidwiderstand 30 zu einem geeigneten GC-Detek tor 28 geleitet. Ein geeigneter GC-Detektor ist ein Flammen ionisationsdetektor (FID; FID = flame ionization detector), wie er beispielsweise in dem Gas-Chromatograph Model 6890 von Hewlett-Packard verfügbar ist.The outlet from the capillary column 18 is sent to one or more analyzers, such as a detector, to generate a chromatogram. In the preferred embodiment, the outlet from the capillary column 18 is directed through a fluid resistor 30 to a suitable GC detector 28 . A suitable GC detector is a flame ionization detector (FID = FID = flame ionization detector), as is available, for example, in the Hewlett-Packard Model 6890 gas chromatograph.

Bezugnehmend auf Fig. 2B ist zu erkennen, daß ein SFE-Gerät 101 aufgebaut sein kann, bei dem das unter Druck gesetzte zweite Fluid durch die Pumpe 12 durch eine Probe, die in ei nem Extraktionsabschnitt 106 enthalten ist, gepumpt wird. Da die Probe in den Flußweg eingebettet ist, löst das unter Druck gesetzte zweite Fluid Material von der Probe und trifft nachfolgend auf einen Druckabfall an einer Beschrän kungsvorrichtung 108. Die Beschränkungsvorrichtung 108 wirkt als eine Beschränkungsvorrichtung, die einen Druckabfall in der Hochdrucklösung der Probenkomponenten bewirkt, derart, daß die Komponenten in dem aufgelösten Material wiedergewon nen werden, wenn dieselben aus dem sich ausdehnenden Pro ben-Fluid-Gemisch ausgefällt werden. Referring to FIG. 2B, it can be seen that an SFE device 101 may be constructed in which the pressurized second fluid is pumped through the pump 12 through a sample contained in an extraction section 106 . Because the sample is embedded in the flow path, the pressurized second fluid releases material from the sample and subsequently encounters a pressure drop at a restriction device 108 . The restriction device 108 acts as a restriction device that causes a pressure drop in the high pressure solution of the sample components such that the components in the dissolved material are recovered when they are precipitated from the expanding sample fluid mixture.

Wie bereits erwähnt wurde, kann der Sensor 20 verschieden artig angeordnet sein, um ein Druckerfassungssignal zu dem EPC-System 14 zu liefern. Der Sensor 20 kann angeordnet sein, um zu ermöglichen, daß das EPC-System 14 den Druck des ersten Fluids in der Niederdruckkammer der Pumpe 12 über wacht. Alternativ kann der Sensor 20C wie dargestellt in ei ner Position strömungsmäßig oberhalb des Extraktionsab schnitts 106 verwendet sein; alternativ könnte er als Sensor 20D strömungsmäßig unterhalb des Extraktionsabschnitts 106 positioniert sein.As already mentioned, the sensor 20 can be arranged in various ways in order to deliver a pressure detection signal to the EPC system 14 . The sensor 20 may be arranged to allow the EPC system 14 to monitor the pressure of the first fluid in the low pressure chamber of the pump 12 . Alternatively, the sensor 20 C can be used as shown in a flow position above the extraction section 106 ; alternatively, it could be positioned as a sensor 20 D in terms of flow below the extraction section 106 .

Bezugnehmend auf die Fig. 2C und 2D ist zu erkennen, daß je weilige zweite und dritte bevorzugte Ausführungsbeispiele 102, 103 eines SFE-Geräts aufgebaut sein können, um gleich zeitige Extraktionen von Proben in einer Mehrzahl von Ex traktionsabschnitten 106A, 106B und 106C und jeweiligen Ex traktionsvorrichtungen 108A, 108B, 108C zu ermöglichen. Das SFE-Gerät 102 weist eine einzelne Pumpe 12 auf. Das SFE-Ge rät 103 weist eine Mehrzahl jeweiliger Pumpen 12A, 12B und 12C auf. Jede Pumpe 12A, 12B, 12C empfängt ein erstes Fluid, das von einem jeweiligen Druckregler 14A, 14B, 14C zugeführt wird. Jeder Regler befindet sich unter der Steuerung von ei nem mehrerer Steuersignale von einem Mehrkanal-EPC-System 14M.Referring to FIGS. 2C and 2D, it can be seen that eg large second and third preferred embodiments 102, 103 of an SFE apparatus may be constructed to traction portions-simultaneous extraction of samples in a plurality of Ex 106 A, 106 B and 106 C and respective Ex traction devices 108 A, 108 B, 108 C. The SFE device 102 has a single pump 12 . The SFE device 103 has a plurality of respective pumps 12 A, 12 B and 12 C. Each pump 12 A, 12 B, 12 C receives a first fluid which is supplied by a respective pressure regulator 14 A, 14 B, 14 C. Each controller is under the control of one or more control signals from a 14 M multi-channel EPC system.

Bezugnehmend auf Fig. 2E ist zu erkennen, daß ein bevorzug tes Ausführungsbeispiel 104 eines Feststoffphasen-Extrak tionsgeräts aufgebaut sein kann, um gleichzeitige Extraktio nen von einer oder mehreren Komponenten in mehreren Proben fluiden zu ermöglichen. Das Ausführungsbeispiel betrachtet eine Mehrzahl von Probenbehältern SA, SB, von denen jeder ein Probenfluid enthält, das als ein zweites Fluid für eine Unterdrucksetzung zu der Pumpe 12 geliefert werden kann. D.h., daß ein Schaltventil 111 ermöglicht, daß ein ausge wählter Strom eines Probenfluids entweder von dem Probenbe hälter SA oder SB entsprechend dem Betrieb des hierin be schriebenen Pumpsystems durch die Pumpe 12 komprimiert wird. Referring to FIG. 2E, it can be seen that a preferred embodiment 104 of a solid phase extraction device can be constructed to allow simultaneous extractions of one or more components in multiple samples in fluids. The embodiment contemplates a plurality of sample containers SA, SB, each of which contains a sample fluid that can be supplied to the pump 12 as a second fluid for pressurization. That is, a switching valve 111 enables a selected flow of a sample fluid from either the sample container SA or SB to be compressed by the pump 12 in accordance with the operation of the pump system described herein.

Das unter Druck gesetzte zweite Fluid wird durch ein Schalt ventil 112 zu einer ausgewählten einer Mehrzahl von Extrak tionskassetten 107A, 107B, 107C geleitet. Jede Kassette 107A, 107B, 107C ist mit einem voreingestellten Feststoff phasen-Adsorptionsmaterial gefüllt, derart, daß eine oder mehrere interessierende Komponenten in dem unter Druck ge setzten zweiten Fluid (beispielsweise ein Spurenelement in einer Wasserprobe) wiedergewonnen werden kann, während der Rest des unter Druck gesetzten zweiten Fluids durch ein je weiliges Schaltventil 109A, 109B, 109C zu einer Entsorgungs leitung W geleitet wird. Beim Unterbrechen des Flusses des zweiten Fluidstroms von den Probenbehältern SA, SB wird ein weiterer Fluß eines zweiten Fluids in der Form eines Sammel lösungsmittels von einem Sammelfluidvorrat SC geliefert, durch die Pumpe 12 komprimiert und durch das Schaltventil 112 zu der geeigneten der Extraktionskassetten 107A, 107B, 107C geleitet. Der Fluß des Sammelfluids durch die Extrak tionskassette entfernt die interessierende Komponente, wobei das resultierende Gemisch über ein jeweiliges Schaltventil 109A, 109B, 109C zu einem Sammelgefäß 110A, 110B, 110C ge leitet wird. Die Extraktionskassetten 107A, 107B, 107C kön nen als mit einem geeigneten Adsorptionsmedium gepackt oder mit einer relativ inerten Matrix, die mit einem Adsorptions medium beschichtet oder imprägniert wurde, gefüllt aufgebaut sein. Ein Beispiel eines geeigneten Adsorptions-Mediums/Ma trix ist eine Teflon-Scheibenmatrix, die mit einem Adsorp tionsmaterial imprägniert ist und als eine Komponente Empore von der 3M Company aus Minneapolis, Minnesota, kommerziell erhältlich ist.The pressurized second fluid is passed through a switching valve 112 to a selected one of a plurality of extraction cassettes 107 A, 107 B, 107 C. Each cassette 107 A, 107 B, 107 C is filled with a preset solid phase adsorbent material such that one or more components of interest in the pressurized second fluid (e.g., a trace element in a water sample) can be recovered during the Rest of the pressurized second fluid is passed through a respective switching valve 109 A, 109 B, 109 C to a disposal line W. When the flow of the second fluid flow from the sample containers SA, SB is interrupted, a further flow of a second fluid in the form of a collection solvent is supplied from a collection fluid supply SC, compressed by the pump 12 and through the switching valve 112 to the appropriate one of the extraction cassettes 107 A, 107 B, 107 C. The flow of the collecting fluid through the extraction cassette removes the component of interest, the resulting mixture being passed via a respective switching valve 109 A, 109 B, 109 C to a collecting vessel 110 A, 110 B, 110 C. The extraction cassettes 107 A, 107 B, 107 C can be constructed as packed with a suitable adsorption medium or filled with a relatively inert matrix which has been coated or impregnated with an adsorption medium. An example of a suitable adsorbent medium / matrix is a Teflon disk matrix impregnated with an adsorbent material and commercially available as a component gallery from the 3M Company of Minneapolis, Minnesota.

Wie durch eine zusätzliche Bezugnahme auf Fig. 3 offensicht lich wird, regelt das elektronische Drucksteuersystem (EPC- System) 14 den Druck des ersten Fluids, das zu der pneumati schen Verstärkerpumpe 12 geliefert wird, um indirekt den Druck des zweiten Fluids zu regeln. Gemäß dieser Erfindung weist die Verstärkerpumpe 12 ein erstes Fluidversorgungs- Anschlußstück 33A, das mit einer Niederdruckkammer 34 ver bunden ist, ein Schaltventil 33B, das mit einer Hochdruck kammer 36 verbunden ist, einen schwimmenden Kolben 35, der Niederdruckabdichtungen 35A und Hochdruckabdichtungen 35B aufweist, und ein optionales Kühlsystem 37 auf. Wie gezeigt ist, ist der Kolben 35 in gestrichelten Linien in einer er sten Position dargestellt, die beim Einsetzen eines Kompres sionszyklusses auftritt, in der das zweite Schaltventil 33B betrieben werden kann, um zu ermöglichen, daß eine Menge des zweiten Fluids die Hochdruckkammer füllt. Der Kolben 35 ist ferner in durchgezogenen Linien in einer zweiten Position gezeigt, die am Ende des Kompressionszyklusses auftritt. Zwischen dem Einsetzen und dem Ende eines Kompressionszyk lusses kann das Schaltventil 33B betrieben werden, um die Hochdruckkammer 36 zu schließen, derart, daß die Menge des zweiten Fluids auf einen vorbestimmten erhöhten Druck unter Druck gesetzt wird und daher für eine Lieferung mit einem sehr hohen Druck (bei einigen Anwendungen) beispielsweise als ein überkritisches Fluid, bereit ist.As disclosed term by additional reference to FIG. 3, Lich, the electronic pressure control system controls (EPC System) 14 in order to indirectly regulate the pressure of the first fluid, which is supplied to the pneumati rule booster pump 12 the pressure of the second fluid. According to this invention, the booster pump 12 has a first fluid supply connector 33 A, which is connected to a low-pressure chamber 34 , a switching valve 33 B, which is connected to a high-pressure chamber 36 , a floating piston 35 , the low-pressure seals 35 A and high-pressure seals 35 B, and an optional cooling system 37 . As shown, the piston 35 is shown in dashed lines in a position it occurs when a compression cycle begins, in which the second switching valve 33 B can be operated to allow an amount of the second fluid to fill the high pressure chamber . Piston 35 is also shown in solid lines in a second position that occurs at the end of the compression cycle. Between the onset and end of a compression cycle, the switching valve 33 B can be operated to close the high pressure chamber 36 such that the amount of the second fluid is pressurized to a predetermined elevated pressure and therefore for delivery at a very high level Pressure (in some applications), for example as a supercritical fluid.

Ein typischer Kompressionszyklus ist wie folgt zu verstehen. Das erste Fluidversorgungs-Anschlußstück 33A ermöglicht, daß die Niederdruckkammer 34 mit einem Null- oder Nieder-Druck, der durch den Regler 14A eingestellt ist, abgeglichen wird. Das Schaltventil 33A wird dann auf eine erste Position ein gestellt, in der die Hochdruckkammer 36 einen Fluß des zwei ten Fluids von dem zweiten Fluidvorrat 10B empfängt. Während ermöglicht ist, daß das zweite Fluid die Hochdruckkammer 36 füllt, wird der Kolben 35 in seine unterste Position getrie ben. Danach wird das Schaltventil 33B geschlossen, und das EPC-System 14 bewirkt einen unter Druck gesetzten Fluß des ersten Fluids von dem Druckregler 14A zu der Niederdruckkam mer 34. Der Druck des ersten Fluids multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor bewirkt, daß der Kolben 35 das zweite Fluid in der Hochdruckkammer 36 komprimiert. Der Kolben 35 bewegt sich nach oben, bis ein vorbestimmter Druck des zwei ten Fluids in der Hochdruckkammer 36 erreicht ist, woraufhin die Aufwärtsbewegung des Kolbens 35 endet.A typical compression cycle should be understood as follows. The first fluid supply connector 33 A enables the low pressure chamber 34 to be balanced with a zero or low pressure set by the regulator 14 A. The switching valve 33 A is then set to a first position in which the high-pressure chamber 36 receives a flow of the second fluid from the second fluid supply 10 B. While the second fluid is allowed to fill the high pressure chamber 36 , the piston 35 is driven to its lowest position. Thereafter, the switching valve 33 B is closed, and the EPC system 14 causes a pressurized flow of the first fluid from the pressure regulator 14 A to the Niederdruckkam mer 34th The pressure of the first fluid multiplied by the gain factor causes the piston 35 to compress the second fluid in the high pressure chamber 36 . The piston 35 moves upward until a predetermined pressure of the second fluid in the high pressure chamber 36 is reached, whereupon the upward movement of the piston 35 ends.

Die Verstärkerpumpe 32 ist dann bereit, um die Menge des zweiten Fluids mit einem Druck, der entsprechend dem Druck des ersten Fluids in der Niederdruckkammer 34 und dem pneu matischen Verstärkungsfaktor (AF; AF = amplification factor) der pneumatischen Verstärkerpumpe 32 beibehalten ist, zu liefern. Das Verhältnis der Kolbenquerschnittsfläche an der Niederdruckkammer 34 und der Hochdruckkammer 36 ist gleich dem Druckverstärkungsfaktor von der Niederdruckkammer zu der Hochdruckkammer.The booster pump 32 is then ready to deliver the amount of the second fluid at a pressure maintained according to the pressure of the first fluid in the low pressure chamber 34 and the pneumatic amplification factor (AF) of the pneumatic booster pump 32 . The ratio of the piston cross-sectional area at the low pressure chamber 34 and the high pressure chamber 36 is equal to the pressure amplification factor from the low pressure chamber to the high pressure chamber.

Wenn das Schaltventil in eine Fluidlieferstellung geschaltet ist, ist die Menge des zweiten Fluids, noch unter Druck, zur Verwendung in einem Analysegerät verfügbar. Während des Lie ferns, und während der Kolben 35 seine Aufwärtsbewegung wie der aufnimmt, kann das EPC-System 14 in bestimmten Ausfüh rungsbeispielen programmiert sein, um eine Steuerung des er sten Fluiddrucks beizubehalten, um einen fortgesetzten Fluß des ersten Fluids zu liefern, während das zweite Fluid aus der Hochdruckkammer 36 durch das Schaltventil 33B fließt.When the switching valve is switched to a fluid delivery position, the amount of the second fluid, still under pressure, is available for use in an analyzer. During delivery, and as piston 35 continues its upward motion, EPC system 14, in certain embodiments, may be programmed to maintain control of the first fluid pressure to provide continued flow of the first fluid during that second fluid from the high pressure chamber 36 flows through the switching valve 33 B.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er findung bewirkt die Steuerung durch das EPC-System 14, daß der Druck des ersten Fluids in der Niederdruckkammer 34 ein gestellt wird, um eine Einstellpunktsteuerung des zweiten Fluiddrucks auf einen oder mehrere vorbestimmte Einstell punkte zu ermöglichen. Folglich kann das zweite Fluid mit einem andauernden auswählbaren Druck oder einer Reihe von Drücken geliefert werden.In another preferred embodiment of the invention, the control by the EPC system 14 causes the pressure of the first fluid in the low pressure chamber 34 to be set to allow set point control of the second fluid pressure to one or more predetermined set points. As a result, the second fluid can be supplied with an ongoing selectable pressure or a range of pressures.

Bei einer SFC-Anwendung und abhängig von dem Hohlraum der Säule 18 und der Dauer der chromatographischen Analyse setzt der Kolben 35 seine Aufwärtsbewegung fort, bis das gesamte zweite Fluid aus der Hochdruckkammer 36 ausgestoßen ist, oder bis das Schaltventil 33B in eine geschlossene Stellung geschaltet ist, oder beides. Um eine Druckdiskontinuität, oder einen Effekt, der als Welleneffekt bekannt ist, während der Rücksetzphase zu vermeiden, ist das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel der Verstärkerpumpe 32 derart aufgebaut, daß: a) der maximal erwünschte Druck des zweiten Fluids durchge hend zu der Säule 18 geliefert werden kann; und b) zumindest ein Chromatogramm bei einem solchen maximalen Druck vollen det werden kann, bevor der Kolben das Ende seines Aufwärts hubs erreicht. Weitere Merkmale des Aufbaus der Verstärker pumpe 32 können gemäß bekannten Grundsätzen erreicht werden; beispielsweise kann das Verhältnis der Querschnittfläche der Niederdruckkammer bezüglich der Querschnittfläche der Hoch druckkammer ausgewählt sein, um den erforderlichen Verstär kungsfaktor (AF) zu bestimmen.In an SFC application and depending on the cavity of the column 18 and the duration of the chromatographic analysis of the piston 35 continues its upward movement continues, is ejected to the entire second fluid from the high pressure chamber 36, or until the switching valve is switched 33 B in a closed position is, or both. To avoid a pressure discontinuity, or an effect known as a wave effect, during the reset phase, the preferred embodiment of the booster pump 32 is constructed such that: a) the maximum desired pressure of the second fluid is continuously delivered to the column 18 can; and b) at least one chromatogram can be fully detected at such maximum pressure before the piston reaches the end of its upward stroke. Other features of the construction of the amplifier pump 32 can be achieved according to known principles; for example, the ratio of the cross-sectional area of the low-pressure chamber to the cross-sectional area of the high-pressure chamber can be selected in order to determine the required amplification factor (AF).

Bevorzugte Verstärkungsfaktoren werden als in einem Bereich von 20 bis 500 liegend betrachtet. Das erste Fluid kann vor zugsweise bei wählbaren Drücken von bis zu 15 × 10⁵ Pascal (15 Bar) geliefert werden; das zweite Fluid wird vorzugswei se mit Drücken bis zu 2.000 × 10⁵ Pascal (2.000 Bar) gelie fert. Wenn ein Fluß des ersten Fluids mit einem ersten Fluiddruck von 10 × 10⁵ Pascal (10 Bar) geliefert wird, und der Kolben 35 einen Verstärkungsfaktor von 100 liefert, kann daher der zweite Fluiddruck auf 1.000 × 10⁵ Pascal (1.000 Bar) eingestellt und gehalten werden.Preferred gain factors are considered to be in the range of 20 to 500. The first fluid can be supplied preferably at selectable pressures of up to 15 × 10⁵ Pascal (15 bar); the second fluid is preferably delivered with pressures up to 2,000 × 10⁵ Pascal (2,000 bar). Therefore, if a flow of the first fluid is supplied at a first fluid pressure of 10 x 10⁵ Pascal (10 bar) and the piston 35 provides a gain factor of 100, the second fluid pressure can be set and maintained at 1,000 x 10⁵ Pascal (1,000 bar) .

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, weist das EPC-System 14 vorzugs weise eine Benutzerschnittstelle 38, einen Computer 40 und eine Steuerung 42 auf. Obwohl der Computer 40 als ein ein zelner Block gezeigt ist, weist ein derartiger Computer eine Zentralverarbeitungseinheit und alle zugehörigen Peripherie geräte und andere zugehörige elektronische Komponenten auf. Als solches weist der Computer 40 einen Speicher 41 auf, in dem Informationen und die Programmierung gespeichert und durch bekannte Verfahren wiedergewonnen werden können. Ein oder mehrere zusätzliche Computer 39 können Steuer- und Da tensignale zu dem Computer 40 liefern. Die Programmierung, die dem Computer 40 zugeordnet ist, welche bezüglich der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird in Verbindung mit der folgenden Beschreibung offensichtlich. Der Computer 40 kann ferner programmiert sein, um die Gesamtsteuerung anderer Systeme, die dem Gerät 100 oder 102 zugeordnet sind, zu halten, wie es in der Technik bekannt ist. As shown in FIG. 4, the EPC system 14 preferably has a user interface 38 , a computer 40 and a controller 42 . Although computer 40 is shown as a single block, such a computer has a central processing unit and all associated peripherals and other associated electronic components. As such, computer 40 has a memory 41 in which information and programming can be stored and retrieved by known methods. One or more additional computers 39 can provide control and data signals to computer 40 . The programming associated with computer 40 used with the present invention will become apparent in connection with the following description. Computer 40 may also be programmed to maintain overall control of other systems associated with device 100 or 102 , as is known in the art.

Die Benutzerschnittstelle 38 weist vorzugsweise eine Anzei geeinrichtung auf. Folglich können durch den Computer 40 An zeige- oder Aufforderungs-Meldungen erzeugt und auf der Be nutzerschnittstelle 38 angezeigt werden. Eine Steuerschal tung 42 ist verwendet, um den Druckregler 14 zu steuern. Ge mäß der Darstellung weist die Steuerung 42 einen zweiten Computer 44 auf, der bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen eingebetteten Mikroprozessor und seine zugeordneten Peripherkomponenten aufweist.The user interface 38 preferably has a display device. Consequently, display or prompt messages can be generated by the computer 40 and displayed on the user interface 38 . A control circuit 42 is used to control the pressure regulator 14 . According to the illustration, the controller 42 has a second computer 44 , which in the preferred embodiment has an embedded microprocessor and its associated peripheral components.

Informationen können durch den Benutzer mittels der Benut zerschnittstelle 38 oder von weiteren Computern 39 eingege ben werden. Der Computer 40 ist wirksam, um die eingegebenen Informationen für einen späteren Zugriff durch den Computer 44 in dem Speicher 41 zu speichern. Anfangsparameter, die sich auf das Druckprofil beziehen, das während der Analyse durch den Druckregler 14A bewirkt wird, können eingegeben werden. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird ein ge wünschter Druck für einen gegebenen Zeitpunkt während der Analyse hinsichtlich bestimmter Systembetriebsparameter durch den Computer 40 berechnet. Folglich wird die vorlie gende Erfindung, die den berechneten gewünschten Druck be rücksichtigt, verwendet, um ein Steuersignal zu liefern.Information can be entered by the user by means of the user interface 38 or by further computers 39 . Computer 40 operates to store the entered information in memory 41 for later access by computer 44 . Initial parameters relating to the pressure profile caused by the pressure regulator 14 A during the analysis can be entered. In the preferred embodiment, a desired pressure is calculated by computer 40 for a given time during the analysis of certain system operating parameters. Accordingly, the present invention, which takes into account the calculated desired pressure, is used to provide a control signal.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der erste Fluidfluß einer elektronischen Proportionaldrucksteuerung unterworfen. Der Druckregler 14A ist folglich als ein Pro portionalsteuerventil aufgebaut, um inkremental zu öffnen oder zu schließen, um einen gewünschten Druck beizubehalten, wobei die Änderung der Öffnungsfläche näherungsweise propor tional zu der Änderung der Steuerspannung, die an das Ventil angelegt wird, ist. Bei dem vorwärtsgeregelten System, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Drucksensor 20 strömungs mäßig unterhalb des Druckreglers 14A angeordnet. Wenn der stromabwärtige Druck leicht ansteigt, wird die Drucksensor spannung ansteigen. Diese Spannung wird über eine geeignete Signalleitung zu der EPC-Steuerung 42, durch einen Ana log/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 50 und in eine digitale Steuerschaltung 44 übertragen. Als Reaktion wird eine neue und etwas geringere Steuerspannung zu dem Druckregler 14A zurückgegeben. Das erzeugte Steuersignal kann eine digitale Form aufweisen und kann folglich durch den Digital/Analog- Wandler 46 in eine analoge Form umgewandelt und vor der Übertragung zu dem Druckregler 14A durch den Verstärker 48 geeignet verstärkt werden. Die offene Fläche des Ventils wird leicht reduziert, was einen etwas kleineren Fluß durch den Druckregler 14A und einen etwas geringeren Druck an dem Drucksensor 20 zur Folge hat. Dieses Rückkopplungsverfahren findet mit einer relativ hohen Frequenz statt, was eine sehr glatte und wiederholbare Drucksteuerung des ersten Fluids, das der pneumatischen Verstärkerpumpe 12 zugeführt wird, zur Folge hat.In a preferred embodiment, the first fluid flow is subjected to electronic proportional pressure control. The pressure regulator 14 A is thus constructed as a proportional control valve to incrementally open or close to maintain a desired pressure, the change in opening area being approximately proportional to the change in control voltage applied to the valve. In the feedforward system, as shown in Fig. 1, the pressure sensor 20 is arranged in terms of flow below the pressure regulator 14 A. If the downstream pressure rises slightly, the pressure sensor voltage will rise. This voltage is transmitted via a suitable signal line to the EPC controller 42 , through an analog / digital converter (A / D converter) 50 and into a digital control circuit 44 . In response, a new and somewhat lower control voltage is returned to the 14 A pressure regulator. The generated control signal can have a digital form and can consequently be converted into an analog form by the digital / analog converter 46 and appropriately amplified by the amplifier 48 before being transmitted to the pressure regulator 14 A. The open area of the valve is slightly reduced, which results in a somewhat smaller flow through the pressure regulator 14 A and a somewhat lower pressure at the pressure sensor 20 . This feedback process takes place at a relatively high frequency, which results in very smooth and repeatable pressure control of the first fluid supplied to the pneumatic booster pump 12 .

Systembetriebsparameter und Systemvorrichtungsparameter kön nen ebenfalls über die Benutzerschnittstelle 38 in den Com puter 40 eingegeben werden. Bei dem bevorzugten Ausführungs beispiel können die Systembetriebsparameter Informationen enthalten, die das gewünschte Druckprofil des unter Druck gesetzten zweiten Fluids, die Identifizierung des Typs oder der Zusammensetzung des verwendeten Fluids, den Säulenaus laßdruck oder die Viskosität, die einem ersten Fluid und/oder einem zweiten Fluid zugeordnet sind, darstellen, wenn derartige Informationen nicht bereits in dem Speicher 41 des Computers 40 vorliegen. Derartige Informationen wür den die absolute Viskosität des speziellen Fluids für ver schiedene Temperaturen enthalten. Der Temperaturbereich, über den eine solche Viskosität gegeben wäre, entspricht direkt dem Temperaturbereich oder dem Temperaturprofil, das durch den Ofen 24 geliefert werden soll. Die Systemvorrich tungsparameter würden die Länge und den Durchmesser der Säu le 18 und die Charakteristika der Beschränkungsvorrichtung 108, usw., enthalten. Der Computer 40 kann den Benutzer auf fordern, Daten, die sich auf die verschiedenen Betriebspara meter beziehen, auf der Benutzerschnittstelle 38 einzugeben. System operating parameters and system device parameters can also be entered into the computer 40 via the user interface 38 . In the preferred embodiment, the system operating parameters may include information that includes the desired pressure profile of the pressurized second fluid, the identification of the type or composition of the fluid used, the column outlet pressure, or the viscosity that a first fluid and / or a second fluid are assigned if such information does not already exist in the memory 41 of the computer 40 . Such information would contain the absolute viscosity of the special fluid for different temperatures. The temperature range over which such a viscosity would exist corresponds directly to the temperature range or the temperature profile that is to be delivered by the furnace 24 . The system device parameters would include the length and diameter of the column 18 and the characteristics of the restriction device 108 , etc. The computer 40 may prompt the user to enter data related to the various operating parameters on the user interface 38 .

Es ist offensichtlich, daß das erste Fluid aus einem großen Bereich von Gasen und Flüssigkeiten, beispielsweise Luft, Stickstoff, Helium, Wasser und einem hydraulischen Fluid ausgewählt werden kann. Es ist offensichtlich, daß das zwei te Fluid aus reinen Fluiden, modifizierten Fluiden oder Ter tiärfluiden, die Additive enthalten, ausgewählt sein kann. Als Beispiele umfassen reine Fluide folgende: Methanol oder einen anderen Alkohol, Ethanol, Stickstoff, Helium, Kohlen dioxid, Stickoxid, Schwefelhexafluorid und Trifluormethan. Modifizierte Fluide umfassen folgende: Methanol oder einen anderen Alkohol, Acetonnitril, Tetrahydrofuran, Hexan oder andere Gemische mit einem der Fluide, die oben unter reinen Fluiden genannt sind. Modifizierte Fluide können mehr als einen Modifizierstoff, mehr als ein Hauptfluid oder sowohl mehr als einen Modifizierstoff und mehr als ein Fluid ent halten. Tertiärfluide können beliebige der Gemische der oben genannten modifizierten Fluide mit dem Zusatz polarer Addi tive, beispielsweise Trifluoracetatsäure, Isopropylamin oder einen Grundstoff anderer, die in der Literatur genannt sind, enthalten.It is obvious that the first fluid is of a large size Range of gases and liquids, for example air, Nitrogen, helium, water and a hydraulic fluid can be selected. It is obvious that the two fluid from pure fluids, modified fluids or ter tertiary fluids containing additives can be selected. As examples, pure fluids include the following: methanol or another alcohol, ethanol, nitrogen, helium, coal dioxide, nitrogen oxide, sulfur hexafluoride and trifluoromethane. Modified fluids include the following: methanol or one other alcohol, acetonitrile, tetrahydrofuran, hexane or other mixtures with one of the fluids that are pure under Fluids are called. Modified fluids can do more than a modifier, more than one major fluid, or both more than one modifier and more than one fluid hold. Tertiary fluids can be any of the mixtures of the above mentioned modified fluids with the addition of polar Addi tive, for example trifluoroacetic acid, isopropylamine or a raw material of others that are mentioned in the literature, contain.

Claims

1. Pump system for supplying a high pressure fluid with the following features:
an electronic print control system ( 14 ) for providing a control signal according to a print program;
first and second fluid supply devices ( 10 A, 10 B) for delivering respective first and second fluids;
a pressure regulator ( 14 A) for receiving the first fluid and the control signal and in response to causing a first fluid pressure in the first fluid; and
a pneumatic booster pump ( 12 ) having a gain factor and means for receiving an amount of the first fluid at the first fluid pressure and means for receiving an amount of the second fluid;
wherein the presence of the first fluid with the first fluid pressure in the pneumatic booster pump causes the amount of the second fluid in the pneumatic booster pump to be pressurized according to the booster factor; and
whereby the pressurized second fluid is supplied as the high pressure fluid.

2. The pump system of claim 1, further comprising a sensor ( 20 , 20 A) for sensing at least one of the first fluid pressure and the pressure of the pressurized second fluid and for providing a respective data signal to the electronic pressure control system, the first Fluid pressure is caused in response to the data signal.

3. Pump system according to claim 1 or 2, wherein the pneumatic booster pump ( 12 ) further a Niederdruckkam mer ( 34 ) for receiving the first fluid with the first fluid pressure and a high pressure chamber ( 36 ) for receiving the second fluid and a piston ( 35 ) which is movable in the low pressure chamber and the high pressure chamber.

4. Pump system according to one of claims 1 to 3, wherein the pressure regulator ( 14 A) further comprises a valve which responds to the control signal.

5. Pump system according to one of claims 1 to 4, in which the first fluid is a gas and the first fluid supplier supply device also a high-pressure gas chamber points.

6. Pump system according to one of claims 1 to 5, in which the second fluid is selected from the following group:
pure fluids, modified fluids and tertiary fluids containing additives.

7. Pump system according to one of claims 1 to 6, in which the first fluid pressure between 1 × 10⁵ Pascal and 15 × 10⁵ Pascal (1 and 15 bar).

8. Pump system according to one of claims 1 to 7, in which the second fluid pressure with a pressure of between 1 × 10⁵ and 2,000 × 10⁵ Pascal (1 and 2,000 bar) becomes.

9. Pump system according to one of claims 1 to 8, wherein the electronic pressure control system ( 14 ) further comprises means ( 40 , 41 ) for determining the pressure program.

10. Apparatus for performing supercritical fluid chromatography on a sample with the following features:
a pump system ( 100 ) for delivering a supercritical fluid, which has the following features:
an electronic print control system ( 14 ) for providing a control signal in accordance with a print program;
first and second fluid supply devices ( 10 A, 10 B) for delivering respective first and second fluids;
a pressure regulator ( 14 A) for receiving the first fluid and the control signal and in response to acting a first fluid pressure in the first fluid; and
a pneumatic booster pump ( 12 ) having a gain factor and means for receiving an amount of the first fluid at the first fluid pressure and means for receiving an amount of the second fluid;
wherein the presence of the first fluid with the first fluid pressure in the pneumatic booster pump causes the amount of the second fluid in the pneumatic booster pump to be pressurized according to the gain factor; whereby the pressurized second fluid is supplied as a supercritical fluid;
an injector ( 16 ) for combining the sample and the supercritical fluid in a sample-fluid mixture;
a separation column ( 18 ) for receiving the sample-fluid mixture and for eluting a sample component; and
a detector ( 28 ) for determining the presence of the sample component.

11. The apparatus of claim 10, wherein the separation column further has a capillary column.

12. The apparatus of claim 11, wherein the capillary column fer ner an inner diameter in the range of 25 to 200 µm.

13. The apparatus of any one of claims 10 to 12, further comprising a sensor for detecting at least one of the first or the second fluid pressure and to deliver one each data signal to the electronic pressure control ersystem, wherein the second fluid pressure as Re action on the data signal is effected.

14. Device according to one of claims 10 to 13, wherein the second fluid pressure with a pressure of between 1 × 10⁵ and 2,000 × 10⁵ Pascal (1 and 2,000 bar) becomes.

15. Apparatus for performing a supercritical fluid extraction of a component in a sample with the following features:
a pump system ( 101 ) for delivering a supercritical fluid, which has the following features:
an electronic print control system ( 14 ) for providing a control signal in accordance with a print program;
first and second fluid supply devices ( 10 A, 10 B) for delivering respective first and second fluids;
a pressure regulator ( 14 A) for receiving the first fluid and the control signal and in response to acting a first fluid pressure in the first fluid; and
a pneumatic booster pump ( 12 ) having a gain factor and means for receiving an amount of the first fluid at the first fluid pressure and means for receiving an amount of the second fluid;
wherein the presence of the first fluid with the first fluid pressure in the pneumatic booster pump causes the amount of the second fluid in the pneumatic booster pump to be pressurized according to the gain factor; whereby the pressurized second fluid is supplied as a supercritical fluid;
an extraction section ( 106 ) for receiving the sample and the supercritical fluid and dissolving the sample in the supercritical fluid to form a sample-fluid mixture; and
a restriction device ( 108 ) for receiving the sample-fluid mixture and for recovering the component of the sample.

16. The apparatus of claim 15, further comprising a sensor for Capture at least either the first or the second Fluid pressure and to provide a respective data i gnals to the electronic pressure control device points, the second fluid pressure in response to the Data signal is effected.

17. The apparatus of claim 15 or 16, further comprising a more has number of extraction sections that are effective are connected to the pump system, the second Fluid flow to the plurality of extraction sections is delivered, creating a variety of extractions can be performed simultaneously.

18. Device according to one of claims 15 to 17, wherein the electronic pressure control system a variety of tax provides signals, and further a plurality of respective pneumatic booster pumps, pressure regulators and extraction sections, each of the pneumatic booster pumps a first fluid flow from a respective controller with a respective pressure that determined according to one of the control signals and each of the pneumatic booster pumps is effective to a respective second fluid flow a selected one of the plurality of extraction portions cut to deliver, creating a multitude of extracts tion can be carried out simultaneously.

19. Apparatus for performing solid phase extraction of a component in a sample with the following features:
a pump system ( 102 ) for supplying a high pressure fluid, which has the following features:
an electronic print control system ( 14 ) for providing a control signal in accordance with a print program;
first and second fluid supply devices ( 10 A, 10 B) for delivering respective first and second fluids;
a pressure regulator ( 14 A) for receiving the first fluid and the control signal and in response to acting a first fluid pressure in the first fluid; and
a pneumatic booster pump ( 12 ) having a gain factor and means for receiving an amount of the first fluid at the first fluid pressure and means for receiving an amount of the second fluid;
wherein the presence of the first fluid with the first fluid pressure in the pneumatic booster pump causes the amount of the second fluid in the pneumatic booster pump to be pressurized according to the gain factor; whereby the pressurized second fluid is supplied as a high pressure fluid; and
an extraction cassette ( 106 A, 106 B, 106 C), which has an adsorption medium therein, for receiving the high pressure fluid and for extracting the component into the adsorption medium.

20. A method of delivering a high pressure fluid with the following characteristics:
Providing an electronic print control signal in accordance with a print program;
Delivering first and second fluids from respective first and second fluid supply devices;
Regulating the pressure of the first fluid according to the control signal to effect a first fluid pressure in the first fluid;
Providing a pneumatic booster pump with a low pressure chamber and a high pressure chamber;
Directing the second flow into the high pressure chamber;
Directing the first flow of the first fluid pressure into the low pressure chamber to effect a second fluid pressure in the second fluid, thereby pressurizing the second fluid; and
Providing the pressurized second fluid as the high pressure fluid.