專利名稱：保持流體完整性和預(yù)先形成梯度的適于液相色譜的溶劑輸送系統(tǒng)的制作方法
保持流體完整性和預(yù)先形成梯度的適于液相色譜的溶劑輸送系統(tǒng)相關(guān)申請的交叉參考
本申請要求于2006年3月17日提交的美國臨時專利申請 No. 60 / 783， 610的優(yōu)先權(quán)，將其結(jié)合于此作為參考。 發(fā)明背景
液相色譜(LC)是一種分析技術(shù)，其中對分析物或樣本進 行分析。LC系統(tǒng)通常具有充滿穩(wěn)定相材料的一個或多個柱。 一般而言， 術(shù)語"柱，，指的是用于執(zhí)行色譜特性分離的柱、盒、毛細管等。柱通常 充滿或裝載穩(wěn)定相的材料。該穩(wěn)定相材料可以是微?；蛘咧樽踊蛘叨嗫?物質(zhì)或?qū)嵸|(zhì)上的插入材料。為了本發(fā)明的目的，術(shù)語"柱"還指未充滿 或裝載穩(wěn)定相材料但是依靠毛細管內(nèi)壁的表面區(qū)域進行分離的毛細管。
與分析物混合的流動相材料或溶液泵入到柱內(nèi)，并且穩(wěn)定 相材料對分析物進行分離和離析。流動相材料可包括任意流體，諸如液 體、氣體、超臨界流體或其混合物。通常將分析物從柱直接洗提到內(nèi)嵌 式檢測器以產(chǎn)生色譜。
通常分析物只可少量得到，這樣必須極其小心以便不浪費 最少量的分析物。因此，LC系統(tǒng)設(shè)計成用其為毫微級(nano)尺寸毛細 管的柱在小樣本或毫微級流上進行操作，諸如在美國專利No. 6， 299， 767 中所述的那樣，其結(jié)合于此作為參考。
已經(jīng)開發(fā)了幾種系統(tǒng)來精確和有效地輸送流動相材料或梯 度。梯度輸送通常在諸如高壓的所需限制下進行，例如高壓液相色譜 (HPLC)系統(tǒng)。例如，美國專利Nos. 6 , 858, 435和6， 610， 201描述 了其中形成和輸送溶劑組分的各種技術(shù)。先入先出(FIFO)是通常用于 形成和輸送梯度的慣用^t術(shù)。
除了上述進步之外，在毫微級流LC系統(tǒng)中存在一些內(nèi)在的 限制。最通常的是形成梯度以便由柱實時立即消耗。由于可運行一小時 的時間，這增加了在挑戰(zhàn)性條件下保持梯度的精確混合物的難度。具體 的，毫微級流LC系統(tǒng)利用毫微級比例的流速變換器。
雖然非常適于特定應(yīng)用，但是毫微級比例的變換器具有受
限的動態(tài)范圍并且不利地經(jīng)受熱效應(yīng)。形成梯度并且延續(xù)諸如一小時的 特定時間段(其中溫度變動)可導(dǎo)致較差的混合物均勻性，原因在于變換器的熱漂移。此外，變換器在毫微級比例上僅可保持2卩L的流體，流 體的高壓壓縮產(chǎn)生錯誤的變換器讀數(shù)，上述使得混合物不可用。高壓操 作還處在變換器動態(tài)范圍的邊界上，其中噪聲水平可變得不能接受。簡 而言之，與變換器相關(guān)的受限范圍、噪聲和熱漂移妨礙滿足所需的性能。
例如，對于3%的初始色譜開始組分而言，商購到的毫微級 流熱風(fēng)力類型的變換器(具有0到5nL/min的校準范圍，在250 nL/min 的洗提流速下運行)需要重復(fù)執(zhí)行有機泵的校準下至7. 5 nL/min。由于 裝置的噪聲水平可高達+ / -5 nL/min，以及在沒有熱補償?shù)膶υ肼暤?熱敏性可超過每攝氏度+ / - 4 nL/min,因此上述不容易執(zhí)行。因此儀 器溫度的一度變化可導(dǎo)致大約50 %的組分誤差。在補救該誤差的努力中， 典型的商購到的直接(direct)毫微級流LC系統(tǒng)應(yīng)用具有感知溫度元件 的外部熱補償配置以便補償流速變換器。對于影響熱敏性的補償嘗試極 大增加了 LC系統(tǒng)的復(fù)雜性，而沒有解決潛在的問題。
通常，流到LC系統(tǒng)的體積流動(bulk flow)在流動開始 和停止過程中進行變化，改變操作之間的流速和瞬變流動。在體積或溶 劑流動改變過程中，難于保持經(jīng)過混合點或節(jié)點的所需混合物組分。例 如，當(dāng)LC系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)背壓非常高(例如，大于5, OOOpsi)時，兩 個流體流(例如，溶劑和分析物)在混合節(jié)點前具有明顯不同的流體性 能(也就是，含水和有機溶劑)。由于內(nèi)在的限制，諸如具有相對低響 應(yīng)時間(也就是，幾秒的時間常數(shù))的流速變換器，不能足夠快地提供 允許系統(tǒng)響應(yīng)和保持所需組合混合物的必要反饋。
也就是說從IO, 000 psi到200 psi的快速壓力變化可導(dǎo) 致像柱的主要和昂貴的組件受到破壞。當(dāng)一點都沒有真正發(fā)生時，壓縮 和減壓的循環(huán)產(chǎn)生明顯的流動。此外，由于當(dāng)背壓變換過典型的大范圍 壓力時變換器對快速的流體密度變化的內(nèi)在敏感性以及在一定程度上的 流體絕熱效果，流體的壓縮性變化導(dǎo)致錯誤的讀數(shù)。這樣由于對毫微級 流變換器上的快速壓縮性變化和加熱，利用反饋控制來調(diào)節(jié)多個溶劑泵 之間流動的LC系統(tǒng)不能保持精確測量的流動。
現(xiàn)有技術(shù)的LC系統(tǒng)的另一缺陷是經(jīng)過混合節(jié)點的流速變換 器的交叉流動和回流污染，其導(dǎo)致LC系統(tǒng)流體流的污染和到變換器的流
速校準的臨時損失。在快速減壓過程中或在梯度的正常色譜輸送過程中，當(dāng)流體粘度下降時(就是，更高的有機性)，現(xiàn)有技術(shù)的LC系統(tǒng)需要流 動返回流過混合節(jié)點。為了緩和變換器的回流污染，在流速變換器和混 合節(jié)點之間的連接管具有一定尺寸，以適應(yīng)混合三通的減壓體積。但是， 附加體積與變換器的體積混在一起，更加加劇了上述的快速壓縮性變化 的問題。這樣，傳統(tǒng)的高壓混合系統(tǒng)在極高的高壓下非常容易經(jīng)過混合 階段而交叉污染。
此外，經(jīng)過混合節(jié)點的交叉污染可產(chǎn)生由交互式耦聯(lián)導(dǎo)致 的兩個流速變換器之間的反饋不穩(wěn)定。交叉污染還增加最大操作壓力的 損失，上述歸因于較大的寄生壓力下降，上述壓力下降與由高壓混合系 統(tǒng)所需的以便被動穩(wěn)定控制相互作用的更大去耦限流器相關(guān)。以前的LC 系統(tǒng)已經(jīng)認識到這些問題并且提出冗余泵、復(fù)雜的探測配置和閥，以便 將形成梯度的泵與LC系統(tǒng)的高壓部分分開。這種昂貴和復(fù)雜的方案不僅 不是所需的，并且仍然存在問題。
此外， 一些LC應(yīng)用需要在運行諸如樣品捕獲和2-D色譜的注入過程中需要為了泵的特定選擇改變操作流速。流速必須在每個柱的 選擇之間開始和停止?，F(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用了在基本沒有流動的條件下進行閥切換的一些裝置以完成上述流速變化。閥切換組件影響LC系 統(tǒng)的可靠性，同時以不利的方式增加成本和復(fù)雜性。
已經(jīng)致力開發(fā)了其它系統(tǒng)來增加靈敏性和/或從樣品收集 更多數(shù)據(jù)。例如，美國專利No. 6， 858, 435描述了一種LC分析系統(tǒng)， 其利用可變的流動或尖峰緩駐以改變探測器具有的用樣本流體精確感知 各種種類的困難。當(dāng)LC分析系統(tǒng)檢測感興趣的峰值時，LC分析系統(tǒng)控制 微切換(micro-switching)閥來快速降低洗提流速(也就是，降低流速的 20到50倍)。結(jié)果，柱分離組合物的洗提時間延長以增強檢測。在分析 之后，LC分析系統(tǒng)恢復(fù)常規(guī)的洗提流速。應(yīng)用附加組件以完成尖峰緩駐 (peak parking)再次不利地增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。
增加LC分析有效性的另一方法是利用諸如0. 025到100卩L /min流速的毫微級比例或毫微級比例的流速。通過使用這樣的流速，LC 分析系統(tǒng)可產(chǎn)生極高的分析敏感性。但是，梯度和延遲和消散成為問題。 此外，樣品裝載時間以及由此導(dǎo)致的整個運行時間不利地變長。
如從上述可看出，已經(jīng)開發(fā)適于LC分析系統(tǒng)的閉環(huán)反饋機
制。但是，需要更好地控制，并且現(xiàn)有技術(shù)地系統(tǒng)不使用前饋開環(huán)機制。 前饋是抵制系統(tǒng)中變化以最小化或防止誤差的方法。 發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述，需要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問題的用于將溶劑輸 送到色譜裝置的系統(tǒng)。
本發(fā)明通過提供用于將溶劑輸送到液相色譜裝置的系統(tǒng)和 方法而解決上述和其它問題。發(fā)明者發(fā)現(xiàn)通過利用前饋控制策略用傳統(tǒng) 閉環(huán)反饋控制來補償流體壓縮性效果，溶劑的最終制備和輸送可極大改 善。
在一個實施例中，本發(fā)明涉及用于將梯度輸送到液相色譜 裝置的系統(tǒng)，其具有將樣本引入到分離柱內(nèi)的注入器。該系統(tǒng)包括第一 腿部，其具有產(chǎn)生引導(dǎo)通過第一內(nèi)嵌式壓力變換器和第一流速變換器的液體輸出的液體泵；第二腿部，其具有產(chǎn)生引導(dǎo)通過第二內(nèi)嵌式壓力變 換器和第二流速變換器的有機物輸出的有機泵；以及用于控制上述腿部的處理裝置。處理裝置包括閉環(huán)反饋模式，以使"基于從至少一個變換器 得到的信號產(chǎn)生校正的控制信號，以便克服至少一個變換器的上游寄生 損失；以及開環(huán)前饋模式，以便基于系統(tǒng)存儲能量的參數(shù)產(chǎn)生預(yù)期的控 制信號，其中預(yù)期的控制信號基于液體輸出和有機輸出之間的壓縮比例 來計算壓縮流速，并且其中處理裝置可選擇性地以不同模式操作每一腿部。
在另一個實施例中，本發(fā)明涉及用于液相色譜儀，該液相 色譜儀包括第 一腿部，其具有泵以及用于檢測自泵的壓力和流速輸出的 變換器；第二腿部，其具有泵以及用于檢測自泵的壓力和流速輸出的變 換器；用于基于來自變換器的信號將指令提供到每一泵的控制器，以及 用于將從第一和第二腿部的輸出混合的節(jié)點，其中控制器可基于第一和 第二腿部的能力來將前饋信號提供到第一和第二泵，以存儲能量，從而 控制第一和第二腿部中的流體壓縮性，進而保持經(jīng)過節(jié)點的組合物控制。
在一個實施例中，壓縮和減壓的循環(huán)通過利用前饋算法和 /或線性閥來緊密控制以最小化流體干擾。此外，當(dāng)精確使用時，諸如 泵的幾個組件可減少需要附加組件的需求。
在另一實施例中，用于在毫微級流溶劑輸送系統(tǒng)中預(yù)先形 成梯度的改進系統(tǒng)允許有效產(chǎn)生和輸送梯度。此外，通過增加諸如泵的 附加組件，可以并行執(zhí)行以前的系列動作以減少洗提運行和設(shè)定時間。
這樣，在一個方面，本發(fā)明提供形成適于液相色譜系統(tǒng)的 梯度的方法，該系統(tǒng)具有用于填充存儲毛細管的泵。該方法包括下述步 驟，將存儲毛細管通到大氣并且以相對低壓和較高流速下運行泵以填充 存儲毛細管，直到其中形成梯度。優(yōu)選的，存儲毛細管的優(yōu)化的體積幾 何形狀具有長度和內(nèi)徑，以最小化背壓和梯度消散的形成。在另一實施 例中，存儲毛細管的體積容量具有一定的尺寸，以適用于將梯度移動到 分離柱所必需的梯度和傳輸體積的壓力。
上述泵實際上可為液體泵和有機泵，每一泵具有連接到位于 上述泵和存儲毛細管之間的混合節(jié)點的輸出。在梯度輸送過程中，有機 泵是離線的，到大氣的出口是關(guān)閉的，以及液體泵運行以便將梯度輸送 到分離柱。為了清除存儲毛細管，將存儲毛細管通到大氣，并且至少一 個泵運行，以準備形成另一梯度。
形成梯度以及存儲毛細管基本通到大氣起到三個重要的作 用1)背壓的形成由存儲毛細管的幾何形狀精確控制，而不依賴于柱或 其它連接的耗材；2)存儲毛細管中的流體清除到廢物，以防止干擾運行 注入之間的柱平衡狀態(tài)；以及3)由于形成過程中的流動開始和停止而影 響形成梯度的任意主要或伴隨的失常組分被引導(dǎo)遠離系統(tǒng)的主要流體 流，也就是遠離其中的分析部分和柱。
此外，與高壓混合和輸送的常規(guī)方法相比，在低壓下形成梯 度分離以及在高的操作壓力下梯度的平均輸送基本消除了溶劑混合組分 精度與流速中變化的相關(guān)結(jié)合。換言之，本發(fā)明技術(shù)使得梯度形成垂直 于輸送，在運行過程中其不改變梯度混合物，
本發(fā)明技術(shù)的另一優(yōu)勢是提供一種溶劑輸送系統(tǒng)，其在更 接近變換器全刻度校準的高流速下形成梯度，從而不需要將流速變換器 的動態(tài)范圍延伸到低于洗提流速很多，其需要在變換器的零流速或附近 流速下執(zhí)行。這樣通過避免非常易受噪聲和熱漂移的變換器區(qū)域，從而 消除對熱補償和流速變換器特性的需求和附加成本，同時改善了梯度組 分精度。
本發(fā)明技術(shù)的另一優(yōu)勢是形成梯度的短時間間隔，其實際 上消除了由于熱效應(yīng)而導(dǎo)致的色譜保留時間波動。通過在短時間間隔內(nèi) 形成梯度，消除了易受溫度影響的因素。因此，也減少或消除了對熱補
償?shù)男枨蟆?br> 在低壓下形成梯度以及由單一泵輸送的另一優(yōu)勢是易于保 持經(jīng)過混合三通的所需混合物組分。
在另一方面，本發(fā)明提供用于將梯度提供到毫微級流毛細管 液相色譜裝置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括產(chǎn)生第一輸出的液體泵，產(chǎn)生第二輸 出(第二輸出與第一輸出混合以產(chǎn)生溶液)的有機泵以及用于控制上述 泵的處理裝置。存儲毛細管從一部分溶液接收形成的梯度。 一接頭連接 到存儲毛細管的輸出，其中該接頭形成第一出口 (連接到毫微級流毛細 管液相色譜裝置)和第二出口。 一個閥連接到第二出口并且受處理裝置 的控制，這樣在存儲毛細管中形成梯度的過程中，閥打開將剩余的流體 引導(dǎo)到廢物，同時液體泵和有機泵運行。
優(yōu)選的，該系統(tǒng)還具有用于接收第一輸出的第一內(nèi)嵌式壓力 變換器和第一流速變換器以及用于接收第二輸出的第二內(nèi)嵌式壓力變換 器和第二流速變換器，其中每一變換器與處理裝置關(guān)聯(lián)，以提供閉環(huán)反饋控制。在一個實施例中，存儲毛細管、接頭和閥共同位于分離柱的熱 處理隔間內(nèi)。
本發(fā)明技術(shù)的另一優(yōu)勢是通過具有控制裝置的單一泵形成 梯度輸送，控制裝置具有壓力和流速變換器，其允許非常快的流速變化, 返回穩(wěn)定狀態(tài)的流動操作以及消除上述的嚴重混合物污染和穩(wěn)定控制問 題。結(jié)果，與傳統(tǒng)高壓混合系統(tǒng)相比，本發(fā)明技術(shù)容易適應(yīng)在非常高的 高壓下執(zhí)行各種流速或尖峰緩駐操作的需求。此外，消除了對致力于具 有從系統(tǒng)的高壓部分與形成梯度泵的所需分離的冗余泵、復(fù)雜的探測方 案以及閥的需求。
在另一方面，本發(fā)明提供適于LC裝置的溶劑輸送子系統(tǒng)。 溶劑輸送子系統(tǒng)包括產(chǎn)生第一輸出的第一泵，連接以便接收第一輸出從 而監(jiān)測其參數(shù)的第一變換器，產(chǎn)生第二輸出(第二輸出與第一輸出混合 以產(chǎn)生溶劑混合物)的第一泵，連接以便接收第二輸出從而監(jiān)測其參數(shù) 的第二變換器，用于將第一和第二輸出結(jié)合的混合節(jié)點，以及每一泵和 混合節(jié)點之間的限制管路，以提供笫一泵和第二泵之間的被動流體去耦， 從而穩(wěn)定經(jīng)過混合節(jié)點的交互作用。優(yōu)選的，上述管路是毛細管限流器 和自第一和第二變換器的上游。
本發(fā)明技術(shù)的另一優(yōu)勢是防止經(jīng)過混合節(jié)點的流速變換器
的交叉流動和回流污染。而另 一優(yōu)勢是避免流速控制器之間的不穩(wěn)定反 饋。還有另一優(yōu)勢是降低最大操作壓力的損失，通過減少對較大去耦限 流器的需求導(dǎo)致較大去耦限流器的較大寄生下降。
本發(fā)明的另一方面提供用于將梯度輸送到液相色譜裝置的 系統(tǒng)，其具有將樣本引入到分離柱內(nèi)的注入器。該系統(tǒng)具有產(chǎn)生通過第 一內(nèi)嵌式壓力變換器和第一流速變換器的第一輸出的液體泵；產(chǎn)生通過 第二內(nèi)嵌式壓力變換器和第二流速變換器的第二輸出的有機泵；以及處 理裝置，用于以閉環(huán)反饋模式基于從至少一個變換器得到的信號來控制 上述泵，從而克服變換器的上游損失。
優(yōu)選的，該系統(tǒng)具有用于混合第一輸出和第而輸出以產(chǎn)生第 三輸出的第一接頭和用于形成梯度的存儲毛細管。梯度是第三輸出的一 部分。存儲毛細管具有一定的尺寸以將背壓和消散最小化。第二接頭連 接到存儲毛細管，其中第二接頭形成兩個出口，第一出口連接到毫微級 流毛細管液相色譜裝置。 一個閥連接到第二接頭的第二出口并受處理裝 置的控制。在存儲毛細管中形成梯度之后，閥打開以便將剩余流體引導(dǎo) 到廢物，同時液體泵和有機泵運行。在將梯度輸送到毫微級流毛細管液 相色譜裝置的過程中，只有液體泵運行，而有機泵離線。
本發(fā)明技術(shù)的另一實施例涉及用于改變輸送梯度操作流速 的系統(tǒng)，以便適應(yīng)毫微級流毛細管液相色譜裝置的第一柱。該系統(tǒng)包括 產(chǎn)生通過第一壓力變換器和流速變換器的輸出的泵，用于從一部分輸出 形成梯度的存儲毛細管以及用于控制上述泵并從變換器接收信號的處理 裝置。
處理這種具有存儲指令組的存儲器和用于運行指令組的處 理器。當(dāng)毫微級流毛細管色譜裝置的第二柱達到重新平衡時，該處理器 可操作以便存儲在注入末的來自壓力變換器的系統(tǒng)壓力測量。處理器還 可操作以便停止到毫微級流毛細管色譜裝置的流動，形成非常適于第一 柱的新梯度，設(shè)定等于系統(tǒng)壓力測量的目標(biāo)壓力，接收由用戶選擇的適 于笫一柱的流速，并且在具有來自壓力變換器的反饋的閉環(huán)壓力控制下 使用泵，以便將系統(tǒng)壓力提供到第一目標(biāo)壓力。在達到第一目標(biāo)壓力之 后，處理裝置將泵變換到閉環(huán)流速控制，其中流速變換器作為反饋，以 及流速作為目標(biāo)流速，從而通過運行泵來重新開始輸送新梯度。
優(yōu)選的，該系統(tǒng)還具有產(chǎn)生通過第二壓力變換器和第二流 速變換器的第二泵，連接到存儲毛細管以便將泵的輸出結(jié)合的混合節(jié)點， 以及連接到存儲毛細管的閥。該閥受處理器的控制，以便將存儲毛細管 通到低于系統(tǒng)操作壓力的壓力。
本發(fā)明技術(shù)的另一優(yōu)勢是以簡單、有效和快速的方式完成 流速改變，而不增加系統(tǒng)復(fù)雜性。而另一優(yōu)勢是克J5良在捕獲應(yīng)用中的長 的時間常數(shù)。
然而本發(fā)明的另一方面提供適于色譜裝置的溶劑輸送系統(tǒng)， 其具有與限制柱串聯(lián)的短捕獲柱。溶劑輸送系統(tǒng)包括產(chǎn)生第 一輸出的第 一泵，連接以便接收第一輸出的壓力變換器和流速變換器。產(chǎn)生第二輸 出的第二泵，第二輸出與第一輸出混合以產(chǎn)生溶劑混合物。第二壓力變 換器和第二流速變換器連接以便接收第二輸出，從而監(jiān)測其參數(shù)。將第一輸出和第二輸出結(jié)合的混合節(jié)點。用閉環(huán)反饋操作泵的控制器?？刂?器被編程，從而以壓力控制模式使用適于閉環(huán)反饋的壓力變換器，以流 速控制模式使用適于閉環(huán)反饋的流速變換器，以流速控制模式使用兩個 泵以形成梯度，僅使用第一泵來輸送梯度，通過利用壓力控制模式快速 減壓與限制柱串聯(lián)的短捕獲柱而停止流動，將參考壓力設(shè)定值設(shè)定為零， 并且開始操作第 一泵以克服與限制柱串聯(lián)的短捕獲柱的長的時間常數(shù)。
在另一方面，本發(fā)明提供為了在液相色譜系統(tǒng)中尖峰緩駐 (有時稱為異形流動)的方法，包括下述步驟從混合物預(yù)先形成梯度，通過利用適于閉環(huán)反饋的流速變換器控制流速，通過利用壓力變換器監(jiān) 測輸送壓力?；谝粋€信號來降低基于感興趣洗提峰值的流速，基于輸 送壓力計算目標(biāo)壓力。通過將壓力變換器用作閉環(huán)反饋以及目標(biāo)壓力作 為設(shè)定值來控制流速。
本發(fā)明的實施例還涉及用于控制流體混合物組分或保持流 體混合物整體性的方法和設(shè)備。形成混合物的組合物可壓縮性中的差異 可導(dǎo)致組合物不同流動。例如，有機組合物通常比含水溶液更易于壓縮。 如果在具有包含有機組合物分支和具有含水組合物分支的管路中突然停 止流動，具有有機組合物的分支可表現(xiàn)出與壓力變化相關(guān)的體積中的更 大變化，并且可不同地存儲能量。體積和存儲能量中的這些變化導(dǎo)致從 所需組分偏離的混合物。
在涉及適用于流體流的上下文中裝置的一個實施例中，流體 流在包括至少一操作壓力和一個低壓的壓力范圍和流速下在管路裝置中 進行傳送。管路裝置與泵裝置處于流體連通以便在壓力下推動流體。管 路裝置與閥裝置處于流體連通，并且閥裝置具有至少一第一位置和一第 二位置。在第一位置中，流體在管路裝置中流動，并且在第二位置中， 流體不在管路裝置中流動。該裝置包括控制裝置和坡度裝置?？刂蒲b置 與閥裝置處于信號連通，并且與坡度裝置處于信號連通。坡度裝置用于 控制選自于管路裝置中的壓力和流速組成的組的至少一參數(shù)。坡度裝置執(zhí)行至少一個下述功能(i)響應(yīng)于閥裝置在第二位置中的放置或預(yù)期 放置，同時所述管路裝置處于所述一個或多個操作壓力下，控制裝置要 求所述坡度裝置以第一坡度減少在所述管路裝置中所選的參數(shù)直到獲得 上述低壓；以及(ii)響應(yīng)于采取第一位置的閥裝置或響應(yīng)于預(yù)期采取 第一位置的閥裝置來增加所選的參數(shù)直到一個或多個操作壓力保持在第 二坡度。
如在此所使用的，術(shù)語"泵裝置"指的是用于推動流體的任 意裝置。這些裝置包括串聯(lián)和并聯(lián)的泵，渦輪泵、注射泵、蠕動泵、電 動泵、氣動放大器和推動通過壓縮存儲裝置的流體。術(shù)語"流體連通" 指的是管路類型的流體連接。術(shù)語"閥裝置"用于指示能夠中斷流體流 動的任意裝置。色譜儀具有為特殊閥形式的樣本注入器。
如在此所使用的，術(shù)語"控制裝置"指的是計算機、計算 處理單元(CPUs)、微控制器、數(shù)字信號處理器(DSPs)、服務(wù)器、編 程有合適韌件或軟件的類似裝置。分析儀通常具有控制操作方面的計算 機和CPUs。通過本地或中央計算機來控制單一儀器和多個儀器的軟件在 本領(lǐng)域內(nèi)是公知的。術(shù)語"信號連通"指的是電連接或電路、光學(xué)連接、 通過無線電波、因特網(wǎng)連接的無線連通、以及通過其可連通儀器的其它 裝置。
坡度裝置的另一實施例包括泵控制裝置。泵控制裝置可以 是單獨的計算機、計算控制單元(CPU)、微控制器、DSP、服務(wù)器或控 制其它功能的相同控制裝置。泵控制裝置用于要求一個或多個泵將至少 一流體在處于第一坡度或第二坡度的至少之一的壓力下放入管路內(nèi)。為 了降低壓力或減少流動，尤其是具有小直徑的管路裝置的泵控制裝置會 需要在泵入方向顛倒。
本發(fā)明的一個實施例以用于控制從捕獲柱流動的閥形式的
閥裝置為特征。本發(fā)明的另一實施例以為樣本注入器形式的閥裝置為特 征。樣本注入器在本領(lǐng)域內(nèi)以幾個名稱公知，諸如樣本處理器、自動取 樣器、樣本模塊等。樣本注入器為多端口閥的形式，具有其中放置樣本 的管路環(huán)路。通過將樣本放置在環(huán)路中，放置多端口閥，其中環(huán)路與管 路裝置處于流體連通，管路裝置與泵裝置處于流體連通。樣本注入器具 有第一位置和第二位置。在第一位置中，樣本注入器在包括大氣壓到低 壓的壓力范圍下接收流體樣本。在第二位置，樣本注入器與管路裝置處 于流體連通，以便將流體樣本放入其中。
本發(fā)明裝置的一個實施例具有樣本注入器的特征。樣本注入 器與壓力源處于流體控制，以便將壓力放入樣本裝置中。壓力源與控制 裝置處于信號連通，并且控制裝置要求壓力源在大氣壓或初始壓力下放 置樣本注入器以便接收樣本。并且在接收樣本之后，控制裝置要求壓力 源將壓力增加到相應(yīng)于管路裝置中壓力的低壓。
優(yōu)選的，該裝置還包括與控制裝置處于信號連通的至少一 壓力傳感器。壓力傳感器處于流體連通，也就是測量泵裝置、管路裝置 和閥裝置至少之一的壓力。
優(yōu)選的，該裝置包括泵裝置。本發(fā)明的一個實施例以泵裝置 為特征，泵裝置包括適于笫一溶劑的至少一第一泵以及適于笫二溶劑的 第二泵。管路裝置包括與所述第一泵處于流體連通的至少一第一分支和 與所述第二泵處于流體連同的第二分支。第一分支和第二分支在三通接 頭處處于流體連通，其中所述第 一溶劑和第二溶劑形成包括流體的混合 物。
優(yōu)選的，從所述第一和第二泵選擇一個泵，以便于控制到壓 力的坡度。優(yōu)選的，選擇至少一個泵以便基于流動進行控制。相對于控 制到流速的坡度，這種泵的流速優(yōu)選受控，以便引導(dǎo)泵的流速按坡度變 換到壓力，優(yōu)選的進一步補償流體的壓縮體積。也就是，泵引導(dǎo)流引導(dǎo) 適于溶劑的流動，預(yù)期其泵出作為加上代表溶劑壓縮體積和未壓縮體積 之間差異的附加體積的總流體的百分比。優(yōu)選，泵按坡度變換到壓力適 于含水溶劑。并且，泵按坡度變換到流速適于有機溶劑。
并且，該裝置優(yōu)選具有與控制裝置處于信號流通以及與泵裝 置處于流體連通的至少一個流速傳感器。流速傳感器允許流速的匹配。 如在此使用的，流速傳感器還可包括與活塞移動相關(guān)進電機，活塞移動
可與流速相關(guān)。本發(fā)明裝置還以坡度裝置為特征，其調(diào)節(jié)閥裝置的打開和關(guān) 閉，其中在管路裝置中具有壓力坡度。在含義上坡度是漸進的，即壓力 減少的增加不是立即的，具有不大于大約每秒10，000磅每平方英寸(psi) 的壓力比時間的斜率。更優(yōu)選的，斜率在每秒10到1， 000 psi的范圍 內(nèi)，并且更優(yōu)選的在每秒IOO到500 psi的范圍內(nèi)。本發(fā)明的另一實施例以保持流體完整性的方法為特征。該方 法適用于在流體流中的上下文中，流體流在包括至少 一操作壓力和一低 壓的壓力范圍下在管路裝置中進行傳送。管路裝置與泵裝置處于流體連 通，以便在壓力下推動流體。管路裝置與閥裝置處于流體連通，并且閥 裝置具有至少一第一位置和一第二位置。在第一位置中，流體在管路裝 置中流動，并且在第二位置中，流體不在管路裝置中流動。該方法包括 至少在選自于由管路裝置中的壓力和流速構(gòu)成組的參數(shù)上進行控制的步 驟。參數(shù)下述步驟至少之一進行控制(i)響應(yīng)于閥裝置在第二位置中的放置或預(yù)期放置，同時所述管路 裝置處于所述一個或多個操作壓力下，在所述管路裝置中以第一坡度減 少所選的參數(shù)直到獲得上述低壓；以及(ii)響應(yīng)于采取第一位置的閥 裝置或響應(yīng)于預(yù)期采取第一位置的閥裝置同時管路裝置處于低壓下來增 加所選的參數(shù)直到以第二坡度獲得一個或多個操作壓力。這樣本發(fā)明的實施例涉及控制流體混合物的組分或保持流 體混合物的整體性。形成混合物的組合物可壓縮性中的差異可導(dǎo)致組合 物不同流動。體積和存儲能量中的這些變化導(dǎo)致從所需組分偏離的混合 物。本發(fā)明的實施例在中斷流動之前逐漸降低管路、泵和岡的存儲能量。 本發(fā)明的這些和其它特征可通過觀看附圖和研究下述詳細說明可以明 了。本發(fā)明技術(shù)的另一實施例涉及LC儀，其包括用于產(chǎn)生梯度 的注入閥，與注入閥處于流體連通的分析柱，連接到注入閥以便迫使梯 度朝向分析柱流動的泵，以及在注入閥和分析柱之間的用于存儲梯度的 裝置。應(yīng)該意識到本發(fā)明可以各種方式執(zhí)行和利用，包括但不限于 程序、設(shè)備、系統(tǒng)、裝置、適于目前已知以及后期改進的應(yīng)用的方法或 計算機可讀介質(zhì)。在此公開的這些和其它獨特的系統(tǒng)特征從下述說明和
伴隨附圖可變得更加明了。 附圖的簡要說明


圖1A和1B是示出利用熔劑輸送子系統(tǒng)的HPLC儀器的示意 框圖，該子系統(tǒng)利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋原理，其中存在匹配指示以 示出如何正確連接圖1A和1B。
圖2是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)用于輸送圖1A和1B中混合物的程序 的流程圖。
圖3是代表在圖1A和1B的HPLC儀器的上下文中的操作循 環(huán)中的流速和壓力變化的時間矢量圖。
圖4A和4B是示出利用熔劑輸送子系統(tǒng)的HPLC儀器的示意 框圖，該子系統(tǒng)利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋原理，其中存在匹配指示以 示出如何正確連接圖4A和4B。
圖5是代表圖4A和4B的控制裝置的示意圖，更詳細示出根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的流動控制策略。
圖6是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)模擬圖4A和4B儀器的電路。
圖7是圖4A和4B所示儀器的更詳細版本，示出其以便更 詳細示出利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋補償。
圖8是LC儀器的另一更詳細版本，示出其以便更詳細示出 利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋補償信號的特定組分。
圖9是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的模擬具有系統(tǒng)或負載流動的LC儀 器的另一電路，以便將能量或電荷提供到負載。
圖IO是LC儀器的另一更詳細版本，示出其以便更具體示出 利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋信號的混合方法。
圖ll是示出直接流動毫微級流HPLC系統(tǒng)的示意框圖，該系統(tǒng)利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的預(yù)先形成梯度的溶劑輸送子系統(tǒng)。
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明技術(shù)用于在圖1系統(tǒng)中形成和輸送梯度的程序的流程圖。
圖13是程序的另一流程圖，以便根據(jù)本發(fā)明技術(shù)利用不同 柱執(zhí)行一系列注入運行時避免啟動慢的流速。
圖14是示出直接流動毫微級比例捕獲系統(tǒng)的示意框圖，該 系統(tǒng)利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的溶劑輸送子系統(tǒng)。
圖15是示出另一直接流動毫微級比例捕獲系統(tǒng)的示意框圖，
該系統(tǒng)利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的具有附加泵的溶劑輸送子系統(tǒng)。
圖13是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)用于尖峰緩駐的程序的另一流程圖。
圖17是示出LC儀器的示意框圖，該儀器利用根據(jù)本發(fā)明技 術(shù)的不具有排氣閥的梯度存儲裝置。
圖18是示出另一LC儀器的示意框圖，該儀器利用根據(jù)本 發(fā)明技術(shù)的具有排氣閥的梯度存儲裝置。
圖19是示出另一LC儀器的示意框圖，該儀器利用根據(jù)本 發(fā)明技術(shù)的具有排氣閥、二元泵和等強度泵的梯度存儲裝置。 特定示例性實施例的詳細描述
本發(fā)明克服了關(guān)于將溶液輸送到毫微級流毛細管LC儀器的 現(xiàn)有技術(shù)存在的一些問題。本發(fā)明通過當(dāng)會發(fā)生不希望的混合時認識到 并應(yīng)用泵設(shè)定來防止上述混合來保持流體混合物的整體性。本發(fā)明還示 出預(yù)先形成低壓和高流速的梯度，以便增加LC儀器的生產(chǎn)量。對于本領(lǐng) 域的那些技術(shù)人員而言，它能夠過參照代表本發(fā)明實施例的附圖對本發(fā) 明特定示例性實施例的下述詳細描述可更容易明了在此公開的系統(tǒng)的優(yōu) 勢和其它特征。
在此公開的所有相對描述，諸如上游、下游、左側(cè)、右側(cè)、 上和下都是參照附圖的，并且不意味著進行含義上的限定。此外，為了 清楚起見，諸如沒有具體包括在附圖中的過濾器、管路和互連的常用術(shù) 語應(yīng)該是由所屬領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員理解的那樣。除非另外指出， 示例性的實施例可理解成提供特定實施例的改變細節(jié)的示例性特征，因 此在本質(zhì)上不偏離所公開系統(tǒng)和方法的情況下，特征、組件、木塊、元 件、子系統(tǒng)和/或示例的方面可另外結(jié)合、互連、程序化、分離、互換、 定位和/或重新配置。線性閥實施例
參照圖1A-2B，示出利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的線性閥127的直 接流動毫微級比例HPLC儀器111。線性閥127允許HPLC儀器111在所希 望的操作壓力之間有效變換。其顯示HPLC儀器可在超過5， 000磅每平 方英寸(PSI)的壓力下運行，而在市場上引入的近期儀器能夠在15， 000 PSI下運行，
參照圖1A和lB，儀器lll具有用于將容納在相應(yīng)容器135a， 135b中的相應(yīng)溶劑A、 B移動通過管路的泵115a， 115b。泵115a， 115b 可包括串聯(lián)和并聯(lián)的泵，渦輪泵、注射泵、蠕動泵、電動泵、氣動放大 器和推動通過壓縮存儲裝置的流體。在色謙應(yīng)用中利用的典型泵是由步 進式電機供應(yīng)動力的串聯(lián)泵。這些泵115a, 115b可從幾個銷售商處得到。 Waters Corporation of Milford， Massachusetts以商標(biāo)名為 ALLIANCE , ACQUITY⑧、和60(T型號的泵出售合適的泵。
管路使得泵115a, 115b和容器135a， 135b以及HPLC儀器 111的其它組件互連。這些溶劑可包括在色譜分離中使用的任意溶劑。典 型的溶劑可包括作為一種溶劑(例如水)和有機溶劑(例如甲醇、乙腈 等)的含水溶液。管路包括像管子、導(dǎo)管、毛細管和毫微級流結(jié)構(gòu)的結(jié) 構(gòu)，以便在寬范圍的壓力下傳送流體流。低壓可以是大氣壓，但還可以 是幾百或更高的大氣壓值。為了簡明，不具體標(biāo)明管路并且表示成附圖 中組件互連的管線。
具體的，管路是不銹鋼或二氧化硅，但是可容易由其它材 料代替。這些材料示例性地但不限制性地包括黃銅、鋁、鈦、陶瓷和塑 料。管路可包括任意尺寸；但是，本發(fā)明具有特定的應(yīng)用性，其中管路 具有小的內(nèi)徑。例如，但非限定，管路或其部分是O. 005到0. OIO英寸 直徑的不銹鋼管。管路的其它部分是大約25微米的二氧化硅毛細管。在 一個實施例中，當(dāng)執(zhí)行分析程序時，管路以大約50毫微級升每分鐘到5 微升每分鐘范圍的流速進行傳送，當(dāng)從樣本分離材料時，管路以大約4 微升到20微升每分鐘的流速進行傳送。
如圖所示，從泵115a， 115b的流體壓力和流速可由壓力傳 感器和流速傳感器進行監(jiān)測，諸如適于泵115a的壓力變換器131a和流 速變換器133a以及適于泵115b的壓力變換器131b和流速變換器133b, 泵115a, 115b和變換器131a、 131b、 133a以及133b與控制裝置125處 于信號連通。由點劃線指示信號連通。對于活塞類型的泵，控制裝置125 要求泵115a, 115b通過信號向前或向后移動活塞。結(jié)果，泵115a， l"b 利用閉環(huán)反々貴來精確控制壓力和/或流速。
控制裝置125指的是計算機、計算機處理單元、微控制器、 數(shù)字信號處理器、服務(wù)器、編程有合適韌件等的模擬裝置。用于分析儀 器中的計算機是眾所周知的，并且可從幾個通常的銷售商得到。控制裝 置125與壓力傳感器或變換器131a和131b以及流速傳感器或變換器
133a和133b處于信號連通，以便根據(jù)圖3來監(jiān)測和控制壓力和流速。通 過由軟件制造商提供的工具包可將指令編程到控制裝置125的韌件中或 編程入操作軟件中。該類編程由所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員規(guī)定。儀器控制軟 件可從幾個銷售商得到，諸如Waters Corporation of Milford Massachusetts以商標(biāo)名EMPOWER ^或MILL INN I UM⑧出售。
仍然參照圖1A和IB,泵115a, 115b的輸出經(jīng)由管路裝置 117a-117b流到三通接頭123中。實際上，溶劑A和溶劑B在三通接頭 123處匯聚到一起以形成混合物。然后混合物進入線性閥127，其起到坡 度裝置的作用。術(shù)語"坡度裝置，，指的是用于隨時間逐漸降低或增加所 選參數(shù)的裝置。坡度階段是其中進行這些變化的階段。坡度階段通常是 至少5秒，但是依賴于特定應(yīng)用，可更小或更大。理想的坡度階段以流 體體積、流速和壓力的大小為基礎(chǔ)。雖然示出為明確的物件，但是可以 預(yù)期儀器111可配置和操作成包括不具有分立線性閥127的坡度裝置。
線性閥127可選擇性地傳送混合物到廢物或適用于捕獲柱 165和捕獲閥121的樣本注入器閥119。線性閥127具有打開的范圍并且 能夠通過將流體分流到廢物或再循環(huán)來減少和增加管路中的壓力。線性 閥127與控制裝置125處于信號連通，并且接受指令以便由此打開或關(guān) 閉。線性閥127在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的并且可從幾個銷售商得到，諸如俄 亥俄州辛辛那提的Valco。
線性閥127的特征在于可以漸進方式控制流動，這樣，裝置 111的壓力和流速可以圖3中所示的方式控制。優(yōu)選的，線性閥受到 控制裝置125的特定部分129的控制。線性閥控制部分129可以是單獨 的計算機、計算機處理單元(CPU)，服務(wù)器或控制其它功能的相同控制 裝置125，如所示的那樣。
當(dāng)線性閥127設(shè)定成允許流體在儀器111中向前流動時，混 合物通過線性閥127傳送到樣本注入器閥119，以便在捕獲柱165中結(jié)合 捕獲閥121使用。希望控制混合物的組分，這樣樣本的組分以可再生的 方式釋放。壓力和流速的跟蹤保持儀器111管路中的流體完整性。
"樣本注入器，，通常指的是一種形式的閥和管路，其用于將 容納樣本的管路部分在柱的上游與管路處于流體連通。術(shù)語"閥"指的 是用于控制、限制或停止流動的裝置。樣本注入器通常包括多端口的閥 和用于容納樣本的管路環(huán)路(未示出)。樣本注入器閥119與將樣本注
入器閥119置于壓力下的壓力源151處于流體連通。該壓力可由控制裝 置125和線性閥127匹配。壓力源151可包括泵或任意壓縮流體源。優(yōu) 選的，壓力源151是本領(lǐng)域內(nèi)公知的注射泵(未示出)，并且其可從幾 個銷售商處得到。術(shù)語"壓力源"指的是任意泵、注射或壓縮空氣或流 體槽等。樣本注入器119通常具有用于抽出或吸引樣本的注射器。
樣本注入器閥119和捕獲閥121每一具有至少一第一位置和 一第二位置。在第一位置流體流動，以及在第二位置流體不流動。樣本 注入器閥119由幾個銷售商作為組件部件或作為整個分離模塊的部分銷 售。一個樣本注入器閥由Waters Corporation of Milford Massachusetts 以商標(biāo)名ACQUITY tm或ALLIANCE⑧出售。捕獲閥由幾個銷售商出售，包 括Valco。樣本注入閥119將樣本置入管路環(huán)路中(未示出)。
線性閥127響應(yīng)于將樣本注入器閥119和捕獲閥121放置或 預(yù)先放置在第二位置中控制在管路裝置117a-117g中的至少一個選自于 流速和壓力構(gòu)成的組的參數(shù)，同時儀器111在一個或多個操作壓力下。捕 獲閥121還可選擇性地將流體流引導(dǎo)到廢物或引導(dǎo)到分析柱2657和探測 器169而不干擾溶劑溶液。這樣俘獲在捕獲柱2655上的感興趣組合物可 被有效分析。
在一個實施例中， 一個泵選自于所述第一泵115a和第二泵 115b以便控制按坡度變換到壓力和選擇另一泵以便控制按坡度變換到流 速。相對于控制按坡度變換到壓力，這種泵的流速優(yōu)選受到控制以匹配 按坡度變換到壓力的泵流速。優(yōu)選的，泵按坡度變換到壓力適于含水溶 劑。以及泵按坡度變換到流速適于有機溶劑。例如，溶劑A是含水溶劑。 泵115a受控制裝置125的命令以圖3中的坡度141a進行，泵115b相對 于在坡度141b上的流速跟蹤泵115a?？刂蒲b置125命令泵115b通過調(diào) 節(jié)泵115b的輸送到相應(yīng)的泵115a的輸送來保持適于混合物組分的溶劑A 和溶劑B的精確混合物。此外，當(dāng)泵115b的體積改變時，泵115b泵出 或吸引或增加由管路裝置117a-117g和泵115b中的溶劑B代表的壓縮或 未壓縮的體積。
現(xiàn)在參照圖2，示出圖1A和1B的儀器lll操作循環(huán)的方法。 更通常的，該方法適用于在大范圍壓力和/或流速下在管路中傳送的流 體流的情況。在HPLC中，該方法用于保持流體的完整性，而不管在捕獲 和洗提的不同處理步驟中必要的不同條件。在圖3中，用相應(yīng)于圖2所
示步驟的區(qū)域示出時間矢量圖，其在圖方法中示出壓力分布圖170和流 速分布圖172。
參照圖2和圖3，在步驟S1中，控制器125記錄4義器111 的當(dāng)前壓力和流體負載條件。具體的，當(dāng)前的條件是那些在以前洗提運 行(例如，高壓和低流速)過程中所希望的那些。這樣，設(shè)定捕獲閥121， 這樣流體流被引導(dǎo)到分析柱1657。為了從洗提運行條件轉(zhuǎn)變到捕獲條件 (例如，相對低的壓力和高的流速)，必須極其小心以便將存儲在儀器 流體中的存儲能量釋放，而不由攪動和回流破壞混合物的整體性?；蛏?至更壞的情況，如果回流變得過多，會發(fā)生對諸如柱2657的儀器組件造 成損害。
圖3還示出由交叉線區(qū)域174指示開始的儀器相關(guān)的那些條 件。區(qū)域174示出在步驟S1的初始部分Sla中的開始條件，流速是零而 向上按坡度變換到分析流速。換言之，交叉線區(qū)域174指示從開始條件 的可替換較低流速分布172，直到儀器111可按坡度變換到初始梯度流速 和組分。
優(yōu)選的在部分Sla中，儀器111還有利地將樣本裝載到注入 閥119的環(huán)路中。樣本通過設(shè)定注入閥19到裝載并且應(yīng)用壓力源51而 被裝載。此外，儀器111為下一運行下在設(shè)定參數(shù)。這些設(shè)定參數(shù)提供 到控制裝置125。[OIOO]在步驟Sl的保持部分Slb中，達到分析流速，這樣流速分 布在兩個替換通路之間是一致的。此外，儀器lll為下一運行存儲當(dāng)前 參數(shù)。如參照步驟S7的下面描述，將壓力和流體負載R的這些當(dāng)前參數(shù) 提供到控制裝置125。
在步驟S2，儀器lll開啟減壓坡度以獲得捕獲條件。控制 裝置125要求線性閥127以相對于壓力的第一斜率41a來增加壓力。同 時，在優(yōu)選具有前饋補償(例如，混合減壓斜率141a)的情況下，控制 裝置125要求泵115a到零壓力并且泵115b到零流速。術(shù)語"前饋補償" 通常意味著開環(huán)補償，如將在下面更詳細描述的那樣。優(yōu)選的，步驟S2 持續(xù)大約30秒。
在步驟S3，儀器111處于低的壓力和流速條件143a。雖然 該低壓143a可以是大氣壓，如所示的那樣，低壓143a還可以是相應(yīng)于 樣本注入器閥119中壓力的高于大氣壓的壓力。為了完成該坡度141a，
線性閥127排出到廢物并且控制裝置125操作兩個泵115a, 115b設(shè)定到 零流速。實際上，存儲在壓縮流體中的能量在沒有回流和攪動的情況下 釋放或至少的最小的回流和攪動的情況下釋放。泵115a， 115b變?yōu)橥健?優(yōu)選的，步驟S3持續(xù)大約15分鐘。
在步驟S4,儀器111通過將捕獲閥121引導(dǎo)到捕獲位置而 準備好捕獲過程，也就是捕獲閥121將流體引導(dǎo)到廢物。如分別由斜率 145a, 145b所示的那樣，兩個泵115a， 115b按坡度變換到相對低壓和高 流速的希望捕獲條件下。為了完成坡度145a， 145b，控制裝置125要求 線性閥127增加管路中的壓力直到高達操作壓力147a和流速"7b。
依賴于由每一泵115a， 115b產(chǎn)生的流速，可以控制混合物 流出三通123?？刂蒲b置125還控制注入閥119開始注入樣本，以便將樣 本從環(huán)路移動到捕獲柱165。優(yōu)選的，步驟S4持續(xù)大約30秒。
在步驟S5,儀器111達到在混合物所希望組分的捕獲壓力 147a和捕獲流速147b下的平衡狀態(tài)。優(yōu)選的，儀器111延遲大約1分鐘 以在開始注入樣本制造之前達到充分平衡。在達到平衡后，通過將注入 閥119設(shè)定到注入位置將樣本從環(huán)路移動到捕獲柱165。由于相對高的流 速147b，轉(zhuǎn)移樣本的時間可是快速的，在分鐘的量級上。優(yōu)選的，使用 者選擇捕獲的時間段來確保樣本有效移動到捕獲柱165。在一個實施例 中，步驟S5持續(xù)大約5分鐘。
在步驟S6，在捕獲操作完成之后發(fā)生混合減壓。雖然小于在 洗提運行過程中存儲的能量，但是儀器lll中存儲的明顯能量需要在不 破壞管路混合物完整性的情況下足夠和有效地消散?；旌蠝p壓包括設(shè)定 泵115a的壓力到零，同時優(yōu)選前饋地設(shè)定泵115b的流速到零。結(jié)果， 壓力下降到大約大氣壓，如坡度149a所示，以及流速移動到零，如由坡 度149b所示的那樣。
再次為了獲得這些坡度149a， 149b，控制裝置125要求線 性閥127逐漸通到大氣。注入閥119設(shè)定到裝載位置，也就是用于保持 樣本的環(huán)路從流體路徑去除以降低需要消耗和隨后再壓縮需要的總量。 捕獲閥121關(guān)閉到廢物并引導(dǎo)流體流到分析柱2657。在步驟S6的末端在 達到最小的流速和壓力條件下，儀器111可調(diào)整設(shè)置以便再次引導(dǎo)流體 流動等，同時保持其中的流體完整性。優(yōu)選的，步驟S6持續(xù)大約30秒。
在步驟S7，儀器lll執(zhí)行混合再壓縮以完成洗提運行，而不 產(chǎn)生不希望的長的再次壓縮時間，原因在于需要相對大體積的存儲能量來壓縮流體回到操作壓力。在開始混合再次壓縮之前，控制裝置125采 集在步驟Slb存儲的壓力和流體負載參數(shù)。
如果壓力和流速與之前使用的相同，至少在開始階段，儀器 111嘗試回復(fù)到先前值。如果壓力和流速是不同的，儀器111基于流體阻 抗R的存儲值來推斷新的設(shè)定。例如，如果步驟Slb參數(shù)是在0。 350微 升每分鐘的設(shè)定流速Q(mào)s下為9, OOOPSI的系統(tǒng)壓力Ps，那么根據(jù)Rs-Ps/Qs，可計算流體阻抗為大約25， 700Ppsi/uL/min并存儲在存儲器內(nèi)。 儀器111將利用下面的公式來確定新的設(shè)定 P新-Q新"s[OllO]為了獲得新的設(shè)定，控制裝置125要求線性閥127增加管路 中的壓力以到達如坡度161a中所示的操作壓力，并且到達如坡度161b 所示的操作流速。同時，控制裝置125在閉環(huán)反饋控制下運行泵115a， 115b。通過i殳定泵115a, 115b到達高壓和允許流速增加以滿足短時間間 隔的壓力，非?？焖俚氐玫皆O(shè)定流速和壓力參數(shù)，而不破壞混合物的完 整性。在一個實施例中，步驟S7持續(xù)大約30秒或優(yōu)選更短的時間。[Olll]坡度141a， 141b， 145a， 145b， 149a， 149b， 161a和161b 示出為線形；但是，這樣坡度可以是非線性的，只要控制壓力隨時間的 變化指示。優(yōu)選斜率不大于大約IO， OOO磅每平方英寸(psi)每分鐘。 更優(yōu)選的，斜率在10到l，OOOpsi的范圍，以及更具體的，在100到500psi 每秒的范圍內(nèi)。
在步驟S8， 一旦儀器111達到希望的流速和壓力設(shè)定，如由 平坦區(qū)域163b所示在洗提運行過程中流體達到穩(wěn)定狀態(tài)條件。相對比， 壓力可波動，如由變化區(qū)域163a所示。在步驟S8中，樣本輸送到分析 柱167以便分析。 前饋實施例
現(xiàn)在參照圖4A-10，以各種附圖指出和示出另一HPLC儀器 211。如由所屬領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員意識到的那樣，儀器211利用類似原 理到所述的儀器lll。因此，當(dāng)必要時，用數(shù)字"2"代替前面的數(shù)字"1" 形成的附圖標(biāo)記用于指示相似元件。儀器211與儀器111的主要差異是 沒有線性岡127。
參照圖4A和4B,示出根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的利用開環(huán)前饋補償
的另一直接流動毫微級比例的HPLC儀器211。以示意圖示出儀器211, 該儀器211由成組的若干部件形成并且統(tǒng)稱為二元梯度泵220。，通過結(jié) 合內(nèi)嵌式流速變換器233A, 233B,與由控制裝置225提供的閉環(huán)前饋控 制結(jié)合利用，二元梯度泵220設(shè)計成用于分析-比例的色譜和改型以便 輸送適于毫微級流LC應(yīng)用的精確梯度。在一個實施例中，流速變換氣 233A， 233B是風(fēng)速計類型的流速變換器。
泵215A代表獨立的高壓泵，其將兩個移動相溶劑(例如含 水的)之一從供應(yīng)容器135A供應(yīng)到混合三通223。泵235A可由兩個循環(huán) 泵構(gòu)成以便流體的平穩(wěn)輸送。在泵235A的出口處的溶劑流動引導(dǎo)通過內(nèi) 嵌式壓力變換器231A和內(nèi)嵌式毫微級流變換器233A。壓力變換器231A 提供儀器操作壓力的測量以及流速變換器233A溶劑A流體流的直接毫微 級流測量提供到混合三通223內(nèi)。由于泵215A的高壓密封和止回閥，通 過閉環(huán)控制，控制裝置225在從流速變換器233A的上游存在大的寄生流 速泄漏的情況下能夠保持精確的流速輸送。類似的，泵215B表示類似獨 立的高壓泵，其具有相應(yīng)的壓力變換器231B和流速變換器233B,其將補 充的移動相溶劑(例如，有機的)從供應(yīng)容器235B供應(yīng)到混合三通223。
通過控制到混合三通223內(nèi)的每一泵215A, 215B的輸送流 速，控制裝置225建立到儀器111的希望的用戶設(shè)定的體積流速和兩溶 劑的組分混合比例。通過在每一泵的溶劑流中存在壓力和流速變換器 231A，231B， 233A, 233B,儀器211提供具有兩個基本控制操作模式的更 大適應(yīng)性。
管路240A， 240B是串聯(lián)的限流器，諸如像短長度的毛細管， 以提供兩個泵215A， 215B之間的被動流體去耦，從而建立經(jīng)過混合三通 223的兩個流動控制環(huán)路的內(nèi)在相互作用。限流器或管路240A， 240B有意 位于流速變換器233A， 233B的下游，以便最小化變換器233A, 233B和三 通223之間的體積。
來自二元梯度泵220的溶劑流經(jīng)由管路(例如，短的毛細 管)輸送到樣本注入器閥219,該閥219將一個或多個樣本分析物從樣本 容器引入到流體流中，依賴于構(gòu)造，流體流將引導(dǎo)到一個或多個分離柱 265, 267。來自分離柱267的分離分析物引導(dǎo)到諸如質(zhì)譜分光計、UV探 測器和/或類似物的探測器269。
如圖4B所示，儀器211以簡化的捕獲方案為特征，其以前 齊的模式操作，包括捕獲柱265、捕獲閥221和分析柱267。 二元梯度泵 220執(zhí)行樣本裝載/捕獲和梯度輸送的操作，如下所述。雖然圖4B示出 "前齊"方案，本發(fā)明技術(shù)可應(yīng)用其它捕獲方法，諸如"反向齊"的方 案，其對于捕獲方案的所述領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。在所示的捕獲操 作中，二元梯度泵220提供在相對高流速(例如，5到15ul/min)下提 供固定的溶劑組分(例如，非常高的y。A(含水)非常低的n/。B有機)，其 中捕獲閥221開放到廢物。作為分析柱267的非常高流體限制的結(jié)果， 溶劑流引導(dǎo)到廢物。樣本分析物裝栽到捕獲柱265上，同時對分析柱267 不希望或有害的洗提組份(例如，緩沖劑、鹽等)沖到廢物中。當(dāng)捕獲 完成時，二元梯度泵220停止捕獲流動并且重新配置儀器211以便分析 物分離。捕獲閥221關(guān)閉，這樣將流體流引導(dǎo)到分析柱267。然后二元梯 度泵220開始在預(yù)編程的毫微級流速和時間編程的溶劑組分分布下進行 梯度運行。如圖4A所示，"設(shè)定流速"、溶劑A的百分數(shù)和溶劑B的百 分數(shù)由用戶輸入到控制裝置225中。
在另一實施例中，儀器211以直接注入模式操作而沒有捕獲 柱265。以該模式，短的毛細管(未示出)代替捕獲柱265，并且捕獲閥 221保持關(guān)閉，將流體流引導(dǎo)到分析柱267。在梯度運行開始過程中進行 樣本分析物的注入。
現(xiàn)在參照圖5，更詳細示出控制裝置225的示意圖，以便示 出流動控制策略。如上所述，先前技術(shù)在諸如5， OOOpsi的非常高的系 統(tǒng)壓力下操作過程中以及在到系統(tǒng)的流動開始或停止時在捕獲運行或直 接注入運行之間存在溶劑組分控制損失的問題?？刂蒲b置225通過分別 適于每一溶劑泵235A, 235B的兩個流速控制器250A， 250B建立用戶設(shè)置 的體積流動到儀器211 (設(shè)定流速)和用戶設(shè)定的溶劑組分比例(。zU和 %B)。設(shè)定的流速、溶劑A和溶劑B的百分數(shù)分別輸入到沿著結(jié)合點 254A， 254B的每一路徑。
每一流速控制器250A, 250B作為PID反饋控制器執(zhí)行并且 基本起到伺服環(huán)路的作用，相應(yīng)于儀器流速變化或溶劑組分變化，上述 任意作為新的流速設(shè)定值進行傳送。流速控制器250A， 250B將當(dāng)前的流 速設(shè)定值或參照輸入(Qra， Qrb )與進入三通223的測量流速(Qa， Qb ) 進行比較，并且在步進式電機控制的活塞泵中產(chǎn)生合適的電機速度信號， 其驅(qū)動必要的泵體積流速(Qpa， Qpb )到儀器211中，這樣滿足參考流速
(Qr)。類似的，對于其它泵入策略，將產(chǎn)生合適的信號Qpa，Qpb以滿 足Qr。
設(shè)定流速變化通過由坡度裝置252A， 252B代表的線性坡度 函數(shù)傳送到流速控制器250A， 250B。對于每一泵215A, 215B而言，坡度 裝置252A， 252B作為相對于時間經(jīng)過坡度間隔Tr的線性函數(shù)增量式地將 新的流速設(shè)定值傳送到響應(yīng)流速控制器250A， 250B的參考設(shè)定值(Qr )， 其確保兩個流速控制器250A， 250B之間地良好伺服跟蹤。通常，適于Tr 的合適值是大約流速變換器233A, 233B的時間常數(shù)的五倍。在一個優(yōu)選 的儀器211中，流速變換器233A， 233B的時間常數(shù)是大約5秒，這樣30 秒的坡度時間間隔Tr是優(yōu)選的。坡度裝置252A, 252B保持相應(yīng)流速控制 器的設(shè)定值的先前歷史記錄并且適于每一新的用戶設(shè)定值，控制裝置225 計算下述方向、總的德爾塔流速的變化值(等于新的設(shè)定流速-當(dāng)前 的設(shè)定流速)；以及坡度流速Rp(等于德爾塔流速/Tr)，其控制增加的 更新值到流速控制器250A， 250B的參考輸入(Qr )。
如可從圖5看出的，每一坡度裝置252、流速控制器250、 變換器231， 233和泵215形成流速控制伺服環(huán)路。對于到儀器211的組 分的相對小的變化(也就是，在兩個流速控制伺服環(huán)路之間的互補流速 變化)或體積流速變化(也就是，在流速變換器的帶寬內(nèi)的變化)，兩 個流速控制伺服環(huán)路能夠保持良好的組分控制，因此能夠保持良好的流 速跟蹤，足以滿足HPLC色鐠。上述就是在變成的梯度運行過程中的情況。
但是，當(dāng)進行非常大的流速變化，伴隨大的背壓變化，兩個 流速控制器伺服環(huán)路的跟蹤能力下降，并且喪失組分控制，導(dǎo)致儀器211 的流體流中的組分誤差和色語損失。例如，當(dāng)具有i昂對限制性的毛細 管柱的儀器211中的流動被停止或開始時，發(fā)生組分誤差。當(dāng)儀器211 的體積流動從捕獲相(例如，高流速和中等的壓力)變換到梯度輸送開 始的開始分析的流動條件(例如，毫微級級的流速和非常高的壓力)時， 在捕獲過程中該問題尤其成問題。
坡度裝置252A， 252B可單獨限制大的設(shè)定值變化到流速控 制器，使其合理有效地具有較低的操作壓力，諸如5, OOOpsi的操作壓 力。但是，如果對于使得以更長的毛細管柱進行操作的諸如10， OOOpsi 的較高操作壓力不能合適補償?shù)脑?，那么由于流速控制器的嚴重錯誤跟 蹤產(chǎn)生組分控制的部分損失。錯誤跟蹤的原因是由于泵215A， 215B相對于輸送到儀器柱 265， 267的毫微級比例流動具有非常大的圓柱體積。由于在這些LC應(yīng)用 中使用的移動相溶劑可在前述的操作壓力下壓縮，這些流體的捕獲體積 需要在穩(wěn)定狀態(tài)流動之前存儲相當(dāng)多的能量可在混合三通"3中獲得。 該能量存儲表明其本身作為儀器流體的壓縮體積變化并且與溶劑的可壓 縮性和捕獲體積成正比，并且與操作壓力的平方成比例。存儲的能量由 每一泵215作為附加的"裝載流，，供應(yīng)，同時壓力變化，并且比在混合 三通223中控制的流速高很多。由于溶劑A，B通常具有非常大不同的流 體可壓縮性，在兩個相應(yīng)泵215A，215B之間的有效裝栽流動按其壓縮比 例而不同，原因在于體積經(jīng)過混合三通223變化。這樣，流速控制器 250A， 250B不能處理在混合三通223處的裝載流速和體積的相當(dāng)大的不 平衡產(chǎn)生組分控制的損失。應(yīng)用流體學(xué)模型
為了示出組分控制損失的動態(tài)以及儀器如何補償流速控制 器250A， 250B的限制，現(xiàn)在展示應(yīng)用流體學(xué)的簡化分析模型。流體的壓 縮性限定成響應(yīng)于壓力變化的流體的相對體積變化，并且在數(shù)學(xué)上表示 成丄.！F 3尸其中V是系統(tǒng)體積，以及偏導(dǎo)數(shù)代表相對于壓力變化的體積變化。 在熱力學(xué)術(shù)語中，壓縮性由進行偏導(dǎo)的條件或程序來限定(例如，絕熱 /恒定的熵或等溫/恒定的溫度)。
體積相對于壓力變化的微分變化還表示成流體容量，其是流 體存儲能量的能力。這樣，應(yīng)用流體容量變?yōu)? K其中P是流體壓縮性以及V。是系統(tǒng)的捕獲體積。利用從電路的簡單 歐姆關(guān)系，流體容量表示成R= AP/Q其中AP是經(jīng)過限制性元件的壓降，以及Q是通過元件的流速。阻抗R基本與流體元件和流動通過其的流體速度成比例。
利用容量的基本總體參數(shù)元件以及類似于電路的阻抗，儀 器211的平衡流路在圖6中示出。在比擬中，電流"I"代表為pL/min 為單位的體積流速"Q"。電壓代表為psi的壓力以及容量"C"代表流 體中存儲的能量，并且其單位為nL/psi。阻抗"R"表示對流速的流體 限制，單位為psi / iuL/min。
將圖6中的流體模型與圖5中的流速控制伺服環(huán)路關(guān)聯(lián)，Ipa 和Ipb是兩個獨立的電流或流體源，其分別表示由兩個泵A和B輸送到 儀器211中的體積流速。流速Ipa和Ipb與泵電機制動器的預(yù)定速度成 正比。PTa和PTb分別代表兩個內(nèi)嵌式壓力變換器231A， 231B。壓力變 換器231A， 231B在泵215A, 215B處分別測量節(jié)點壓力Pa和Pb。類似的， FTa和FTb分別代表兩個內(nèi)嵌式流速變換器233A和233B。流速變換器 233A, 233B分別測量流入混合三通223中的兩個受控流速Ia和Ib。
在混合三通223處的兩個流速Ia和Ib的總和形成流出混 合三通223的流速Is。儀器211的有效負載由阻抗Rs表示，其主要是在 流路末端處的柱265， 267的流阻，其中Cs代表混合三通223下游的儀 器總體流體容量，容量Cs主要由注入器閥219的樣本環(huán)的體積和捕獲柱 265的體積構(gòu)成。容量Cs比泵容量Ca， Cb小很多。
Ra和Rb分別表示兩個毛細管的流體阻抗。雖然不是必需的， 阻抗Ra，Rb基本等于通過與溶劑A,B的粘度成比例的相應(yīng)長度。阻抗 Ra，Rb相對于毛細管柱265， 267的組合阻抗Rs是非常小的。例如，阻抗 Ra，Rb是大約40psi / fiL/min,而75 pm ID x 150mn x 1. 7pm微粒毛 細管柱的阻抗Rs對于水而言是大約25， 000 psi/pL/min。
Ps是從系統(tǒng)流速Is到柱265， 267內(nèi)或儀器阻抗Rs導(dǎo)致 的系統(tǒng)背壓。由于毛細管限流器比Rs小很多，每個測量的泵壓Pa，Pb是 儀器背壓Ps的合理測量值。Ca和Cb分別代表每一泵215A， 215B的總體 流體阻抗，并且包括下述的捕獲體積最終的輸送泵汽缸(包括在其入 口閥(或止回閥，未示出)和出口端口之間的位移沖程體積和內(nèi)部死體 積)、壓力變換器、以及到達但不包括各個流速變換器231， 233的所有 連接管路。在一個實施例終，輸送泵汽缸和到達流速變換器的互連管路 的捕獲體積是大約160jLiL.對于液體泵215而言，適于水的流體壓縮常數(shù) P是3. 12e-6/psi。這樣泵A的流體容量大約為
Ca- 3. 12e-6/psi * 160pL= 0. 0005 pL/psi 對于有機泵215B,適于乙腈(CAN)的流體壓縮性常數(shù)P是 7. 34e-6/psi，其是水的壓縮性的2. 35倍。這樣，泵B的流體容量大約 為Cb = 7. 34e-6/psi * 160pL = 0. 00118 pL/psi
lea和Icb代表節(jié)點壓力Pa， Pb變化時的流入或流出相應(yīng)的 泵流體容量Ca，Cb的"裝栽"或"卸載"的壓縮性。利用電<formula>formula see original document page 36</formula>為了正確地限制反饋控制策略，認定下述情況，其中在30秒的坡度 間隔Tr下，流速坡度從零變到梯度的初始條件。上述時隨后的捕獲或具 有直接注入的情況。在坡度間隔下，組分保持恒定，具有非常高的液體 到有機的混合比例(例如，97A， 3%B)。對于具有前述柱的350nL/min 的目標(biāo)流速而言，得到9， OOOpsi的穩(wěn)定系統(tǒng)壓力。由于坡度方案，儀 器壓力Ps也應(yīng)該從零線性按坡度變換到9, 000psi。對于泵A，需要將 系統(tǒng)壓縮到9， OOOpsi的泵A的流體體積的變化為△ Va= Ca . AP = 0. 0005jnL/psi * 9000psi = 4. 5yL 由于溶劑B的壓縮性是溶劑A壓縮性的2. 35倍，泵B的相應(yīng)體積變 化大約是10. 6pL。
例如，為了將系統(tǒng)壓力在30秒的坡度間隔內(nèi)按坡度變換到 9， OOOpsi，泵215A必須供應(yīng)相同的平均"裝載"流速Ica:/c。= Ca - APa/AT = 0. 0005 pL/psi * 9， 000psi/30sec = 9. 0 pL/min同時將相關(guān)的受控流速la從零按坡度變換到0. 97 * 350nL/min或 大約340nL/min的目標(biāo)值。類似的，泵215B必須供應(yīng)相同的平均"裝載" 流速Icb:/cfc= Cb APb/AT= 0. 00118 pL/psi * 9， 000psi/30sec = 21. 2卩 L/min同時將相關(guān)的受控流速Ib從零按坡度變換到0. 03 * 350nL/min = llnL/min的目標(biāo)值。
如果要保持三通出口處的組分控制，那么在泵頭處的壓縮或 裝載流速必需保持在兩個溶劑壓縮性因素的正確比例，而不管組分比例。 如果該要求未滿足，那么就不會由流速控制器250A， 250B保持經(jīng)過混合 三通223的入口端口 (未示出)的有必要保持受控入口流速Ia，Ib的合 適混合比例的節(jié)點壓力Pa，Pb的精確微分跟蹤。如果微分壓力設(shè)定的足 夠高，那么節(jié)點壓力Pa，Pb之一將下降到儀器壓力Ps之下，導(dǎo)致混合三 通223的腿部或那一側(cè)的反向流動。在該情況下，具有較高節(jié)點壓力Pa 或Pb的主要泵在混合三通223的出口處(未示出)使得溶劑混合物飽 和，并且可能的情況會是污染另一泵的流速變換器233A或233B。這樣， 由于流路的結(jié)構(gòu)和體積比例，經(jīng)過混合三通的壓力微分更強烈地依賴于 與流動到三通內(nèi)的兩個受控流動相比的裝載流動。這造成反饋控制器地 非常糟糕狀態(tài)的問題，其可只反應(yīng)在流動到混合三通內(nèi)的與更大的未受 控裝載流動相比的相對小的入口流動，其大約在適于有機泵的2， 000到 1的量級。
例如，在坡度操作開始時，實質(zhì)上沒有可測得的流動進入混 合三通223，直到每一泵頭的容量開始裝載。流速控制器的比例作用將使 得每一泵電機(未示出)的指令信號速度到達100ML/min的高限，其是 液體泵215A的平均裝栽流速的大約10倍，而僅僅是有機泵215B的平均 裝載流速的5倍。這樣，其中兩個泵215A，215B的持續(xù)時間是不同的， 對于液體泵215而言是大約2. 7秒，而對于有機泵215B而言是大約6. 3 秒。顯然，存在至少3秒的重疊時間，其中兩個泵215A和215B是開環(huán) 的，但是以相同的流速流動。這樣，反饋控制器沒有由兩個泵頭的卸載 狀態(tài)導(dǎo)致的非常高的裝載流動的信息或直接測量，并且不能保持組分控 制。當(dāng)系統(tǒng)從典型的最終梯度條件按坡度變換到零時該問題具有附帶的 行為。這樣，當(dāng)壓縮體積膨脹時，每一泵215A， 215B存儲的能量釋放回 系統(tǒng)。由于有機泵215B具有更高的容量或能量存儲，液體泵215B的流 體比有機泵215B的流體膨脹的更多，導(dǎo)致有機泵215B不受希望地"喁" 出到出口流體內(nèi)，并且回流到另一變換器233A內(nèi)。這就是當(dāng)系統(tǒng)211從 前一運行變換到開始直接注入或捕獲操作以便于下一運行時的情況。
參照圖7，圖7是圖4A和4B所示儀器311的更詳細版本， 示出其以便更詳細示出利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋補償。如所屬領(lǐng)域內(nèi)
的技術(shù)人員意識到的那樣，儀器311利用類似于前述儀器的原理。因此， 當(dāng)必要時，用數(shù)字"3"代替前面的數(shù)字"1"形成的附圖標(biāo)記用于指示 相似元件。儀器311與儀器111， 211相比主要添加了信號求和和結(jié)合乘 法以及類似的當(dāng)前參考，如圖6的流體模型所示。
總體而言，修正的前饋控制方案基于體積能量存儲的分離， 也就是在流速按坡度變換過程中從流速(以及組分)的反饋控制的泵頭 的流體體積壓縮性。前饋方案處理較大的背壓變化，上述背壓變化是獨 立于閉環(huán)流速控制器250A, 250B而壓縮或減壓捕獲的體積頭(bulk captive head volumes )所需要的。前饋方案應(yīng)用控制法則到泵活塞(未 示出)的相繼移動，這樣以這樣的一種方式控制泵頭(未示出)的壓縮 能量的存儲和釋放，這樣保證在輸入端口處的正確組分流動Qa和Qb流 動到混合三通323。前饋控制作用有效使得兩個節(jié)點壓力Pa，Pb平衡，這 樣經(jīng)過混合三通323的流體晃動在組分的可接受誤差公差內(nèi)。
從反饋控制器的透視圖來看，在流速按坡度變換過程中，前 饋方案離線裝載體積容量負載或干擾到流速控制器，有效使得泵頭的捕 獲體積實質(zhì)上消失。到控制流速的主要負載波動是德爾塔P或者來自驅(qū) 動泵頭的節(jié)點壓力。這樣，到每一流速控制器的波動流速Q(mào)波動與德爾 塔P成比例。當(dāng)由于較大的體積流速變化產(chǎn)生大的壓力變化時，該德爾 塔P上升或下降到非常大的壓縮或減壓。前饋環(huán)路有效估計必要的獨立 于從受控流動到混合三通323內(nèi)由每一泵315A， 315B供應(yīng)或吸收的裝載 或卸載流速Ic，這樣反饋控制器可保持正確的組分混合物比例，同時系 統(tǒng)壓力僅僅響應(yīng)于到系統(tǒng)311的體積流速變化而坡度。返回參照圖6，前 饋控制法則通常僅僅是響應(yīng)于壓力變化的頭體積容量的裝載或卸栽流 速(}前饋=Ic = C dp/dt并且壓力變化是估計或測量的波動函數(shù)。
現(xiàn)在參照圖7，坡度裝置352將希望的體積流速坡度函數(shù)提 供到控制策略上。對于A泵315A，利用由控制裝置的前一運行存儲的系 統(tǒng)阻抗Rs的測量值，在乘法器254A1處得到預(yù)期的系統(tǒng)壓力坡度Pa。前 饋方案通過采取Pa的導(dǎo)出操作255來計算壓力波動信號。通過將導(dǎo)出的 Pa乘以在259處測量的泵A的容量Ca來計算前饋控制法則Qca。前饋修 正在求和接點263處求和到來自流速反饋控制器350A的指令信號內(nèi)。類
似的，B泵315B通過操作254A4， 257， 261和265導(dǎo)出其前饋修正信號。 在實際的應(yīng)用中，前饋計算不需要用圖7所示的控制方案采取壓力信號 的真正導(dǎo)出。取而代之，由坡度裝置352 (在0123段中所述)計算的斜 率Rp是壓力坡度信號的導(dǎo)出，并且簡單乘以容量Ca以產(chǎn)生前饋信號Qca。
在另一實施例中，波動信號Pa的前饋估計值可由壓力變換 器331A提供的真正測量值來代替。但是噪聲伴隨信號存在，并且可提供 過濾的精確裝置以便適合采取導(dǎo)出的信號。
返回參照圖7，圖7是圖4A和4B儀器的更詳細版本，示出 其以便更詳細示出利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋補償。前饋的進一步細節(jié)
圖8是LC儀器的另一更詳細版本，示出其以便更詳細示出 利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋補償信號的特定組分。圖9是根據(jù)圖8的模 擬具有系統(tǒng)或負載流動Is的LC儀器的另一電路，以便將能量或電荷Cs 提供到負載。為了簡明，圖8僅示出到混合三通423內(nèi)的泵415A的流體 流或腿部，并且在此所述的流體改進的所有解釋還將適用于經(jīng)過混合三 通423應(yīng)用的泵415B的對稱腿部。
前饋控制的第一細節(jié)包括Ca在輸送沖程過程中認定泵415A 的變化體積和最終的容量。當(dāng)沖程從泵415A的底部死點行進到頂部死點 時，有效的體積容量Ca隨凈變而變化，凈變與沖程體積與沖程和固定捕 獲體積的總和的比值成比例。由于沖程體積可是明顯的，如圖9中所示， Ca是隨時間變化的參數(shù)，并且在前饋控制過程中可被修正。在乘以溶劑 壓縮性因數(shù)P之前，通過監(jiān)測活塞行進位置和適當(dāng)改變變化的捕獲體積 V?？蛇M行合適修正。通過閱讀直接指令的電機位置或通過測量電機軸編 碼器、線性位置指示器或如提供的類似物可知活塞位置。在圖8中示出 當(dāng)在增倍器459之前到Ca的沖程體積修正時對隨時間變化的值Ca的修 正。
前饋控制方案的第二細節(jié)包括嵌入式流速變換器和相關(guān)的不希望能量存儲效果的捕獲流體體積的認定。在一個實施例中，每一流 速變換器433A、 433B從具有剛好超過2pL的捕獲體積的圓柱形管(未示出)構(gòu)建。測量元件沿著管的長度對稱設(shè)置，從中點將捕獲體積大致 均勻分為上游和下游，其是實質(zhì)上的節(jié)點，在該節(jié)點進行流速測量。由 這些捕獲體積元件導(dǎo)致的能量存儲效果可表示成圖8中在變換器433A側(cè)39 面的兩個并聯(lián)電容，CpreFT和CpostFT。
圖9結(jié)合了在流速變換器側(cè)面的上游和下游容量CpreFT和 CpostFT。在圖9中，F(xiàn)Ta代表理想的有效變換器，其產(chǎn)生在物理裝置側(cè) 面容量之間的不明顯的小中心點處產(chǎn)生測量的流速信號。變換器容量 CpreFT和CpostFT在處于節(jié)點Pa變化處的泵415A的壓力下產(chǎn)生壽目應(yīng)的 并聯(lián)電流Icpr和Icpo。上述細節(jié)使得前饋控制方案說明如圖9中所示的 進入乘法器471， 473和經(jīng)過進入求和接點474， 477中的這些附加并聯(lián) 電流。這些前饋流速補償變換器裝載電流，需要該電流來滿足在乘法器 454Al輸出處的指令壓力坡度。為了實踐的目的，上游的變換器容量 CpreFT由更大的泵活塞體積或容量Ca包含，因此并聯(lián)電流Icpr在測量 流速上的影響可忽略。這樣，通過變換器的流動基本由流入混合三通423 內(nèi)的流動和由于流速變換器433A下游容量導(dǎo)致的裝載流速Icpo構(gòu)成。 在實踐應(yīng)用中，產(chǎn)生裝載流速Icpo的容量CpostFT占據(jù)串聯(lián)限流器440A 的任意捕獲體積，其可通過利用毛細管而最小化。由于具有該模型，當(dāng) 泵415A的壓力Pa變化時，流速變換器433A產(chǎn)生希望控制流速Iat的測 量誤差。誤差項是后置變換器裝載流速Icpo。
通過求和接點479通過如圖8所示在反饋控制器450A處修 正流速變換器測量的流速誤差對控制方案進行第三個細化，該求和接點 將前饋計算的值Icpo求和到流速控制器450A的設(shè)定值。為了明確修正 是如何實現(xiàn)的，流速控制器450A響應(yīng)于中間誤差探測器信號將設(shè)定值減 去測量值，其表示成(Qra'-Qa)。設(shè)定值項Qra'是真正驅(qū)動的i殳定值 Qra以及測量流速Icpo的計算的誤差項。但是，流速變換器測量值響應(yīng) 于Iat和Icpo的總和。這樣，流速誤差項取消經(jīng)過流速控制器的誤差信 號，產(chǎn)生希望的誤差信號(Qra-Qat)。
參照固10,圖10是LC儀器的另一更詳細版本，示出其以 便更具體示出利用根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的前饋信號的混合方法。圖10中所示 的控制方案還可指代混合壓力和流速控制策略或混合方案。混合方案致 力于混合三通523的下游的壓縮元件。在一個實施例中，下游元件包括 用戶構(gòu)建的組件，盡可能不以不切實際的控制策略為特征。這樣的組件 包括注入器樣本環(huán)路和捕獲柱，其以各種體積尺寸提供。這樣組件附連 到出口三通523的總體系統(tǒng)容量以及在圖6和圖8的流體模型中體現(xiàn)為 Cs，其顯示與分析柱(未示出)的非常受限的系統(tǒng)阻抗Rs平行。如上所
述，利用前饋補償可解決高達混合三通523的困擾僅有反饋控制策略的 組分控制問題。當(dāng)諸如樣本環(huán)路和/或捕獲柱的大體積組件加入到混合 三通523下游時，下游容量Cs代表依賴于混合比率用到一個或兩個流速 控制器的非常大的流速，同時流速坡度增加。由于Cs的幅度，系統(tǒng)裝載 流速比到系統(tǒng)的體積流速大很多，并且可容易超過流速變換器533A, 533B 的流速范圍能力。Cs的額外流速迫使流速變換器533A, 533B通到開放回 路，導(dǎo)致組分控制的損失。
由于混合方案，適于流動腿部之一流入混合三通523中的控 制策略從流速控制變換到壓力控制，例如泵515A的腿部。具有泵515B 的另一腿部以流速控制模式操作，具有前饋修正和所有前述的細節(jié)。實 際上，在流速控制下選擇使用腿部是最小貢獻于體積流動的一個處理方 式，其通常是有機泵515B。上述是當(dāng)梯度或分析運行開始或停止時的流 動狀態(tài)。在用混合方案的流速坡度中，在壓縮性的前饋補償?shù)牧魉倏刂?下的有機泵515B保持基本在零流速以下的硬度，以防止流體晃過混合三 通523。同時，由于流入混合三通523中的兩個泵的補償性質(zhì)，在壓力控 制下液體泵515A供應(yīng)所有必要的裝栽流動，高達流速變換器533A的上 游，以及混合三通523下游的裝載流動?；旌戏椒ǖ难a償壓力和流動模 式防止流速控制的腿部的反饋控制器550B通到開放回路，同時壓力控制 的腿部供應(yīng)混合三通523下游的需要壓縮系統(tǒng)的剩余部分沿體積流速坡 度行進的能量。由于將壓力模式結(jié)合入控制方案，防止泵515B的流速控 制的腿部通到開放環(huán)路，并且能夠保持器到系統(tǒng)體積流動的貢獻，從而 保持修正的組分控制到系統(tǒng)中。在另一實施例中，混合方案可將圖9中 所示的前饋#~正元件459， 463， 471， 473， 475， 477結(jié)合到圖10的泵 515A的壓力控制器腿部的輸出指令信號，從而提供增強的防止誤差和修 正。預(yù)先形成梯度的實施例
參照圖ll，示出根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的另一直接流動的毫微級比 例的HPLC儀器611。如所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員意識到的那樣，儀器611 利用類似于前述儀器的原理。因此，當(dāng)必要時，用數(shù)字"6"代替前面的 數(shù)字"1"形成的附圖標(biāo)記用于指示相似元件。儀器611與上述儀器相比 的主要差異是利用存儲毛細管622以保持預(yù)先形成的梯度。如所屬領(lǐng)域 內(nèi)的技術(shù)人員意識到的那樣，在此所述的方法和系統(tǒng)可一起使用、單獨
使用或以各種組合使用以獲得所需的性能。類似于上述，HPLC儀器611 具有兩個主要的組件，二元溶劑梯度輸送子系統(tǒng)620和分析子系統(tǒng)604。 溶劑輸送子系統(tǒng)620形成和體哦兩個到分析子系統(tǒng)604的梯度，在其上 產(chǎn)生色譜?？梢韵胂笕軇┹斔妥酉到y(tǒng)620可適于一些可替換的分析設(shè)計， 以提供本發(fā)明技術(shù)的優(yōu)勢。簡要概括，溶劑輸送子系統(tǒng)620在一個步驟 中執(zhí)行溶劑A和B的相對低壓力的混合，以便形成梯度和隨后在第二步 驟中將梯度的高壓輸送到分析子系統(tǒng)604。這些步驟是垂直的，原因在于 第一混合步驟是獨立的，并且不影響第二輸送步驟。由于應(yīng)用兩個泵 615A，615B,因此溶劑輸送子系統(tǒng)620是二元的。每一泵615A, 615B產(chǎn) 生分別通過內(nèi)嵌式壓力變換器631A, 631B和流速變換器633A, 633B引導(dǎo) 的輸出?？刂破?25控制泵615A，615B的操作，并且接收來自變換器 631A，631B， 633A， 633B的信號。
混合節(jié)點或三通623結(jié)合泵輸出以形成希望的溶劑混合物， 其流動到存儲毛細管622中以形成梯度。優(yōu)選的，混合三通623是T-形 的接頭，以及存儲毛細管622具有一定的尺寸，以便將背壓和消散最小 化。從存儲毛細管622的下游，毫微級三通接頭624形成兩個出口。毫 微級三通接頭624的一個出口連接到分析子系統(tǒng)604，同時另一出口連接 到安全閥626。安全閥626的操作也受到控制器625的控制，這樣在存儲 毛細管622中形成梯度的過程中，安全閥626打開以便將剩余的流體引 導(dǎo)到廢物同時兩個泵615A, 615B運行。在將梯度輸送到分析子系統(tǒng)604 時，只有泵615A運行而另一泵615B "離線"。優(yōu)選的，儀器611組件的 選擇和設(shè)置將容積輸送子系統(tǒng)620的出口從護理和三通623的出口移動 到毫微級三通接頭624的出口。安全閥626優(yōu)選是針閥。但是取代針閥， 還可4吏用球閥，閘門閥、球心閥、蝶形閥等。
分析子系統(tǒng)604包括諸如短毛細管的傳輸線628，其將溶劑 輸送子系統(tǒng)620連接到樣本注入器619。樣本注入器619將存儲在樣本保 持器642中的一個或多個分析樣本引入到梯度或流體流內(nèi)。 一旦存在分 析物，將流體流引導(dǎo)到柱667以便分析。在柱667中，分析物離析、分 離并引導(dǎo)到探測器669.優(yōu)選的，探測器669是任意類型的，諸如質(zhì)譜分 光計、紫外線探測器等，其適用于特定的應(yīng)用?；谔綔y器669的讀數(shù)， 產(chǎn)生色譜。優(yōu)選的，泵615A是獨立的高壓泵，其將兩個移動相溶劑(例 如含水的)之一從供應(yīng)容器(未示出)供應(yīng)到混合三通623。類似于上述，
在液體泵615A出口處的溶劑流速由內(nèi)嵌式壓力變換器631A讀取以《更提 供儀器操作壓力的測量。在進入混合三通623之后，流速變換器633A提 供含水溶劑的直接毫微級級流速測量。這些信號中的每一被傳送到控制 器625以便液體泵615A的閉環(huán)控制。這樣，不管由于高壓密封存在大的 寄生流速泄漏，液體泵615A的止回閥以及所屬領(lǐng)域的那些技術(shù)人員眾所 周知的類似問題，控制器625能夠保持來自流速變換器633A的精確流速 輸送上游。
類似的，泵615B是通到壓力變換器631B和流速變換器633B 的另一獨立高壓泵。但是，相對比，泵615B將互補的移動相溶劑(例如， 有機溶劑)從供應(yīng)容器(未示出)供應(yīng)到混合三通623。由于壓力變換器 631B和流速變換器633B的信號也喂入到控制器625，完整的閉環(huán)控制是 可能的?？刂破?25將用戶設(shè)定的希望體積流速以及通過調(diào)節(jié)流入混合 三通623內(nèi)的每一泵615A, 615B的輸送流體流的兩個溶劑的組分混合比 率建立到分析子系統(tǒng)604。在一個實施例中，來自流速變換器633A， 633B 的管路是毛細管限流器，其提供兩個泵615A， 615B之間的被動流體去耦， 從而穩(wěn)定經(jīng)過混合三通623的兩個流速控制環(huán)路的內(nèi)在相互作用。在另 一實施例中，毛細管限流器在從流速變換器633A， 633B的上游提供。在 任一情況下或使用兩者的情況下，避免來自兩個泵615A， 615B的反饋不 穩(wěn)、定性以及交叉流動和/或回流污染。梯度形成和輸送
現(xiàn)在參照圖12,以流程圖示出用于操作溶劑輸送子系統(tǒng)620 以便將梯度提供到分析子系統(tǒng)604的程序。在步驟Sl，在形成梯度之前， 控制器625通過打開安全閥626來讀取溶劑輸送子系統(tǒng)620，從而將存儲 毛細管622中的舊的剩余流體(例如，100%的含水溶劑)引導(dǎo)到廢物。 可以想象可以使用現(xiàn)在已知或后期會改進的任意合適的管路、導(dǎo)管或毫 微級流結(jié)構(gòu)來執(zhí)行存儲毛細管622的功能。形成梯度以及存儲毛細管622 基本通到大氣完成三個功能1)背壓的形成由存儲毛細管622的幾何 形狀精確控制，而不依賴于柱或其它連接的耗材；2)存儲毛細管622中 的流體清除到廢物，以防止擾亂運行注入之間的柱667的平衡狀態(tài)；以 及3)由于形成過程中的流動開始和停止而影響形成梯度的任意主要或伴 隨的失常組分被引導(dǎo)遠離儀器611的主要流體流，也就是遠離其中的分 析子系統(tǒng)604和柱667。在步驟S2，通過在^f氐壓(例如，100psi )和較 高流速(例如，常規(guī)色譜流速的二倍到二十倍)下操作泵615A，615B而 在存儲毛細管622中形成梯度。優(yōu)選的，存儲毛細管以FIFO方式接收梯 度。 一旦梯度在存儲毛細管622中形成，稍后會發(fā)生在高壓和在常規(guī)的 色譜流速下將梯度輸送到分析子系統(tǒng)604。存儲毛細管622的幾何形狀具 有一定長度和內(nèi)徑尺寸，以最小化背壓和梯度消散的形成。除了整個梯 度以外，存儲毛細管622的體積容量優(yōu)選足夠大，以適用于將梯度從存 儲毛細管622移動到柱667所必需的附加的總傳送體積。
仍然參照圖12，在步驟S3，采取有機泵615B離線，以準備 輸送梯度。這樣，有機泵不參與將梯度輸送到分析子系統(tǒng)604。在一個優(yōu) 選實施例中，由控制器625通過保持有機泵615B的閉環(huán)流動控制到參考 的流速設(shè)置為零而將有機泵615B采取離線，在另一實施例中，通過從混 合三通623和其附件的上游應(yīng)用分離閥(未示出)而將有機泵615B采取 離線。
在步驟S4，控制器625關(guān)閉安全閥626,以便將形成的梯度 引導(dǎo)流動到分析子系統(tǒng)604。結(jié)果，在閉環(huán)流動控制操作下，液體泵615A 僅用作主要的推動者將存儲毛細管622的梯度推動以便在步驟S5進行輸送。多個柱的流速控制
—些應(yīng)用需要在運行注入過程中，例如樣本捕獲和2-D色 譜的注入過程中需要為了泵的特定選擇改變操作流速，流速在每個柱的 選擇之間開始和停止。盡管泵615A， 615B的相對大的汽缸體積和到柱的 毫微級比例的流速輸送，圖11的溶劑輸送子系統(tǒng)620非常適于在這種LC 系統(tǒng)中改變梯度。在一個實施例中，控制器625重新設(shè)置泵615A，615B， 其中安全閥626開放到廢物，并且等待溶劑輸送子系統(tǒng)620來獲得穩(wěn)定 狀態(tài)的流速。雖然有效，但是由于需要存儲能量的相對大體積的改變來 壓縮流體流高達操作的背壓，該操作在時間消耗上是不希望的。
例如，液體泵615A的壓縮常數(shù)(也就是每壓力變化的體積 變化)優(yōu)選大約是O. 5nL/psi。對于特定毛細管柱(例如，75jLim ID x 250nm x 1.7ym微粒)在300 nL/min的流速下達到大約9， OOOpsi所 需的時間會是大約15分鐘，如下面計算所示。」「-C 」戶=0, 0005 pL/psi * 9， OOOpsi = 4. 5 pL7= J K々=4. 5 pL/ 0. 300 ML/min = 15min現(xiàn)在參照圖13，示出一程序，當(dāng)由溶劑輸送子系統(tǒng)執(zhí)行一系 列注入運行以便注入到具有多個柱的LC系統(tǒng)(未示出)時，避免慢的流 速啟動。雖然沒有單獨示出，該溶劑輸送子系統(tǒng)可真正由圖11所示。這 樣為了清楚，在圖11再次使用對溶劑訴訟子系統(tǒng)620的參考。簡單概括， 溶劑輸送子系統(tǒng)620開始在壓力控制下輸送流體，以便快速將系統(tǒng)壓力 壓縮到從前一運行的前一穩(wěn)定狀態(tài)流動條件，然后變換到流速控制。
當(dāng)柱重新建立平衡到適于下一運行的開始條件時，圖13的 程序從注入運行末開始。在圖13的步驟Sl，控制器625接收和存儲由用 戶選擇的適于下一柱使用的流速。在步驟S2，控制器625從壓力變換器 633存儲系統(tǒng)壓力測量值，如前一柱注入所需的那樣。在步驟S3，停止 流動，并且形成新梯度，如參照圖2的上述那樣。為了開始流動輸送， 控制器625控制液體泵615A在閉環(huán)壓力控制下操作，將壓力變換器633A 用作反饋。
在步驟S4，控制器625設(shè)定參考設(shè)定值(例如，目標(biāo)壓力) 到從前一運行存儲的系統(tǒng)壓力測量值。然后，運行液體泵615A，以獲得 參考的設(shè)定值。 一旦系統(tǒng)壓力達到參考的設(shè)定值，也就是，壓回到穩(wěn)定 狀態(tài)壓力，圖13的程序進行到步驟S5。
在步驟S5，控制器625將液體泵615A變回到閉環(huán)流速控制， 將流速變換器633A用作反饋，并且將參考設(shè)定值設(shè)定到在步驟Sl接收 的用戶設(shè)定的洗提速度。在達到所希望的洗提流速后，程序行進到步驟 S6，其中發(fā)生新的梯度輸送。優(yōu)選的，在閉環(huán)流速控制下操作的液體泵 615A僅用作主要的推動器來將梯度推出存儲毛細管622以便輸送。
在圖11中示出的設(shè)計的進一步變型也落在本發(fā)明技術(shù)的范 圍內(nèi)。例如，在不受到限制的情況下，在圖11中在注入器619之前示出 存儲毛細管、毫微級三通接頭624以及安全閥626。為了最小化梯度傳輸 延遲，這些元件622、 624和626可盡可能靠近注入器619而定位。結(jié)果， 可省去傳輸線或元件628，并且由存儲毛細管622代替。將存儲毛細管 622更靠近樣本注入器619和柱667還代表將存儲毛細管622與柱667 共同定位的機會，其通常放在熱處理隔間內(nèi)。存儲毛細管622的這種放 置有利地將存儲毛細管622從外界溫度變化分離，增強了保留時間的再 生性。
對于另一例子而言，本發(fā)明技術(shù)可容易適用于WATERS
訓(xùn)oACQUITY UPLCTM系統(tǒng)，從Waters Corporation of⑥Milford， Masschusetts得到，增加了存儲毛細管和安全閥。在這些儀器中，操作 壓力從10, 000到15, 000psi的壓力速率或更大，同時，可操作的輸送 流速能夠在大約10nL/min。此外，WATERS nanoACQUITY UPL(T系統(tǒng)可 提供可變的流速/尖峰緩駐特征，以便增強如在下面更詳細論述的靈敏 性以及前述的前饋補償。捕獲實施例
本發(fā)明技術(shù)還可有利地應(yīng)用于在與非常限制性柱串聯(lián)的短 捕獲柱(也就是，高的捕獲體積應(yīng)用)的捕獲應(yīng)用。在上述情況下，流 動停止以長的時間間隔為特征，其中壓力最終衰減到接近零。長的時間 間隔是由于捕獲系統(tǒng)的非常大的有效時間常數(shù)，其由高容量的捕獲柱(也 就是，壓縮的存儲能量)和大限制的分析柱(也就是，受限的流動)產(chǎn) 生。有效的時間常數(shù)可以是幾十分鐘。為了在捕獲應(yīng)用中克服該長的時 間常數(shù)，可利用當(dāng)前溶劑輸送子系統(tǒng)的原理。此外，為了有效形成梯度， 可將利用和配置典型的諸如閥的捕獲組件最小化以延長其壽命。
現(xiàn)在參照圖14，示出在捕獲應(yīng)用系統(tǒng)711中使用的溶劑輸送 系統(tǒng)720。如由所屬領(lǐng)域的那些技術(shù)人員意識到的那樣，系統(tǒng)711利用如 圖11所示的類似溶劑輸送子系統(tǒng)720。因此，前面用數(shù)字"7"的參考數(shù) 字用于指示可能的類似元件。在系統(tǒng)711中，樣本裝載、樣本捕獲以及 梯度形成優(yōu)選是連續(xù)的。
系統(tǒng)711包括連接到加熱捕獲模塊704的樣本管理器720。 樣本管理器720包括連接到溶劑輸送子系統(tǒng)720的注入或裝栽閥7"以 及加熱捕獲模塊750。注射器744和針746也連接到注入閥742。加熱捕 獲模塊750具有與分析柱767串聯(lián)的捕獲柱752,捕獲柱752連接到注入 閥742.在捕獲柱752和分析柱767之間的三通接頭756連接到捕獲閥 758。
為了清楚起見，應(yīng)該注意在圖14中未示出壓力變換器。壓 力變換器作為泵715A, 715B的整體組件存在。但是，示出小的限流器770 立即連接到流速變換器733A的上游以及示出大的限流器771立即連接到 流速變換器733B的上游，而這種限流器優(yōu)選存在，但是在此的其它實施 例中省略。限流器770， 771起到由于共同連接到混合三通723而導(dǎo)致的 泵715A，715B之間的潛在相互作用。實際上，限流器770， 771將經(jīng)過混 合三通723的泵715A， 715B之間的回流最小化。由于泵715A起到主要推 動器的作用，并且移動最黏滯的液體(例如，水)，因此有關(guān)的限流器 770是相對較小的。在一優(yōu)選實施例中，小的限流器770為大約0.025 厘米內(nèi)徑x 20厘米長，并且大的限流器771為大約0. 025厘米內(nèi)徑x 45 厘米長。在另一優(yōu)選實施例中，小的限流器770為大約25微米內(nèi)徑x20 厘米長，并且大的限流器771為大約25微米內(nèi)徑x 150厘米長。雖然限 流器是不同的，限流器還可具有相同的值和尺寸。
為了裝載樣本，將針746以眾所周知的方式放在樣本中。注 射器744提供吸力以便將樣本拖拉通過針746進入注入閥742，這樣設(shè)定 以致流體從點3經(jīng)過到達注入閥742的點4到達點1到達點2到達針746。 在完畢后，樣本位于注入閥742的點4和點1之間的環(huán)路745。在該點上， 樣本準備好被清除并且通過放置到捕獲柱752上而濃縮。
在樣本捕獲過程中，不需要真正控制流速，但是希望高的流 速，以便將樣本從環(huán)路745移動到捕獲柱752。具體的，樣本是毛細管比 例的，諸如大約4yL/min。在一個優(yōu)選實施例中，溶劑輸送系統(tǒng)720在 5分鐘的階段移動5-15卩L/min，從而將樣本僅在1， OOOpsi下移動到 捕獲柱752上。
為了樣本捕獲，加熱捕獲模塊750的條件有利地從高壓/低 流速變換到低壓/高流速。為了完成上述，溶劑輸送子系統(tǒng)720通過在 壓力控制模式下快速減壓加熱捕獲模塊750而停止流動?？刂破?未示 出)通過重新構(gòu)造含水液體或驅(qū)動泵715A從流速控制到壓力控制模式而 快速完成減壓，將內(nèi)部壓力變換器用作反饋。然后，控制器設(shè)定參考壓 力設(shè)定值到零，并且開始泵715A的操作。優(yōu)選的，類似控制有機泵715B。 在另一實施例中，液體本715在樣本捕獲過程中單獨運行。
仍然參照圖14,當(dāng)系統(tǒng)711運行泵715A，715B時，針閥726 關(guān)閉以將流體在點5處引導(dǎo)到注入閥742內(nèi)。注入閥742設(shè)定從點5流 過流到點4到點1以便在點2處攜帶樣本出去。然后流體經(jīng)過具有捕獲 閥758的加熱捕獲模塊750,該閥758在點6開放到廢物。結(jié)果，流體引 導(dǎo)通過捕獲柱752，但是之后經(jīng)過三通接頭756經(jīng)由捕獲閥758的點1 到點6到廢物。該流動的結(jié)果，樣本流到捕獲柱752上。
接著，系統(tǒng)711形成在洗提運行中使用的梯度。溶劑輸送子 系統(tǒng)720按如上所述運行以形成梯度。具體的，針閥726開放到廢物，
并且泵715A，715B運行直到梯度在存儲毛細管722中。優(yōu)選的，在系統(tǒng) 中壓力的結(jié)果是在環(huán)境壓力和300psi之間，但是流速高。
為了執(zhí)行洗提運行，溶劑輸送子系統(tǒng)720具有如上所述運行 的泵715A以輸送梯度。梯度進入注入閥742的點5并且從點6出去進入 捕獲柱752。由于捕獲閥758有效關(guān)閉到廢物的路徑，流體流動通過三通 接頭756和分析柱767到達質(zhì)譜學(xué)系統(tǒng)(未示出)。雖然在洗提運行過 程中有機泵715B不輸送流體，泵715B還壓縮，同時設(shè)定成零流速。否 則，泵715A會迫使流體經(jīng)過混合三通723導(dǎo)致污染。可替換的，在隨后 的梯度形成之前可允許污染，泵715A, 715B可運行到廢物以便清除。
現(xiàn)在參照圖15,示出在捕獲應(yīng)用系統(tǒng)811中使用的另一溶劑 輸送系統(tǒng)820。如由所屬領(lǐng)域的那些技術(shù)人員意識到的那樣，系統(tǒng)811 利用上述系統(tǒng)的類似原理。因此，前面用數(shù)字"8"的參考數(shù)字用于指示 可能的類似元件。系統(tǒng)811的一個主要差異是加入了輔助的溶劑管理器 (ASM) 860和改型的管道以適應(yīng)ASM860。系統(tǒng)811允許樣本裝載、樣本 捕獲和梯度形成之間的更加并行。此外，可實現(xiàn)較少的流速干擾和單一 組分捕獲操作。
ASM860具有連接到注入閥842的點5的附加泵862。勝于連 接到捕獲柱852，注入閥842的點6連接到捕獲閥858的點4。溶劑輸送 子系統(tǒng)820的輸出連接到捕獲閥858的點2，這樣捕獲柱852可接受流自 如由控制器(未示出)選擇的注入閥842或溶劑輸送子系統(tǒng)820的流體。
可以想象樣本裝載和梯度形成可同時執(zhí)行。通過將溶劑輸送 子系統(tǒng)820的輸出連接到捕獲閥858，樣本管理器440B被隔離，這樣這些操作可同時發(fā)生。此外，樣本捕獲和梯度形成可并行發(fā)生。當(dāng)如果梯 度由參照圖14的上述那樣形成時，泵862將流體推動進入在點5處的注 入閥842到達點4，通過環(huán)路845通過點1到達在點6的出口 。流動繼續(xù) 到在點4處的捕獲閥858到達在點3處的出口進入捕獲柱852。在流出捕 獲柱852之后，流體經(jīng)由三通856移動到廢物，并且再次在點1處進入 捕獲閥858到達在點6處的出口。
在洗提運行過程中，系統(tǒng)811非常類似與上述操作，其中液 體泵815A是流體的主要推動者，同時有機泵815B壓縮，但是設(shè)定為零 流速。結(jié)果，梯度從存儲毛細管822移動到在點3處的捕獲閥858到達 點2處的出口。由于到廢物的路徑關(guān)閉，流體從捕獲閥858經(jīng)過捕獲柱
852進入分才斤柱867。
系統(tǒng)811的構(gòu)造還有利地允許組件優(yōu)化。例如，泵862典型 地在高流速下運行，也就是說20pL/min，而液體泵815A可在a p L/min 的分數(shù)下運行。勝于嘗試使用單一的變換器來涵蓋該流速范圍，每一泵 815A, 862可具有特別適于相關(guān)范圍進行調(diào)整的流速變換器。尖峰緩駐實施例
現(xiàn)在參照圖16，示出一程序，其將溶劑輸送子系統(tǒng)620的洗 提流速快速降低到例如圖11的分析子系統(tǒng)604。為了清楚再次參照圖11， 并且由于可使用相同的組件，以便有效完成該尖峰緩駐?？梢韵胂笠部?使用諸如圖4中所示的一些其它流體色譜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來執(zhí)行。在圖11中， 只有輸送泵具體為631A將"坡度，，到新的希望流速，原因是其是當(dāng)梯度 被輸送到分析柱676時響應(yīng)于流體輸送的唯一泵。在圖4的情況下，將 使用兩個變換器231AB, 233AB來控制按坡度變換過程。在圖16的步驟 Sl，由探測器669探測到感興趣的單一洗提峰值后，控制器625接收信 號以便"緩駐，，或降低體積流動到分析子系統(tǒng)604。在一個實施例中，分 析子系統(tǒng)604發(fā)送緩駐信號到控制器625。在步驟S2，控制器625存儲 來自壓力變換器631A， 631B的出口系統(tǒng)壓力測量值。
在步驟S3，控制器625計算新的降低的目標(biāo)壓力，并且利用 壓力變換器631A， 631B從閉環(huán)流動控制切換到閉環(huán)壓力控制。優(yōu)選的， 控制器625根據(jù)下述公式通過假設(shè)LC儀器611的線性"歐姆"流體負載 而計算新的降低的目標(biāo)壓力 R =輸送壓力除以輸送流速其中R是限制負載。換言之，為了確定降低的壓力，控制器6"通 過相同的比率確定需要的降低壓力，如希望的流速降低。例如，認定系 統(tǒng)輸送流體在9， OOOpsi的系統(tǒng)壓力下為300nL/min。這將關(guān)聯(lián)到30psi (nL/min)的系統(tǒng)負栽。如果目標(biāo)流速是50 nL / min,那么適于該系統(tǒng) 的目標(biāo)壓力將是1500psi。
依賴于尖峰緩駐事件的延續(xù)，控制器625可變回在降低流速 設(shè)定下的流速控制模式，以便更精確和可再生的流速輸送。以壓力模式 操作賦予更快減壓響應(yīng)時間的優(yōu)勢，原因是流速變換器633A, 633B具有 與壓力變換器631A， 631B相比的更為較少的信號帶寬。結(jié)果，洗提流速 可降低高達五十倍或甚至更多。
在步驟S4，完成洗提峰值的探測，并且控制器625通過顛倒 步驟Sl - S3存儲回流到常規(guī)洗提流速的流速，將存儲的系統(tǒng)壓力測量值 作為新的壓力目標(biāo)。經(jīng)過傳統(tǒng)高壓混合方案的該方法的優(yōu)勢是當(dāng)壓縮能 量取出或返回流體流時消除與梯度破壞相關(guān)的問題，原因是梯度已經(jīng)預(yù) 先形成，并且只用單一的流體驅(qū)動泵(也就是，液體泵615A)來影響流 速變化。將梯度存儲裝置與柱共定位的實施例
現(xiàn)在參照圖17-19，通過降低梯度延遲時間可進一步改善 LC儀器的性能，也就是不管是否預(yù)先形成梯度，用于從存儲毛細管或位 置到柱的輸送梯度的時間。簡單概括，梯度延遲時間可通過共同定位或 直接將梯度存儲裝置連接到柱而降低。此外，梯度消散還可通過共同定 位而降低，并且樣本注入時間可通過利用較高梯度形成適于注入的流速 而降低。
參照圖17，圖17是示出通常由參考數(shù)字911指示的LC儀 器的示意框圖，該儀器利用不具有排氣閥的梯度存儲裝置。如由所屬領(lǐng) 域的那些普通技術(shù)人員意識到的那樣，LC儀器911利用類似于上述系統(tǒng) 的原理。因此，下述論述主要涉及不同之處。類似于上述系統(tǒng)，LC儀器 911包括注入閥942，其具有用于將梯度輸送到MS探測器969的分析柱 967的環(huán)路945。注入閥942連接到二元泵920、注射器944以及樣本容 器946。
LC儀器911的差異是梯度存儲裝置922設(shè)置在注入閥942 和分析柱967之間。梯度存儲裝置922允許在高的流速下裝載梯度以及 在常規(guī)的流速下輸送。當(dāng)裝載梯度時產(chǎn)生的背壓可以比梯度運行時產(chǎn)生 的梯度高很多倍。例如，對于25微米內(nèi)徑10厘米長度的分析柱967，裝 填3. 5微米的微粒，在大約8， OOOpsi下在250nL/min下形成樣本裝載 和預(yù)先形成梯度，其中分析柱967在線以便降低樣本裝載時間。然而， 梯度輸送發(fā)生在大約800psi下在25nL/min下以便于極高的靈敏度分 析。由于梯度在高的流速下裝載，可同時注入樣本以有效降低運行時間 (例如，運行時間的樣本裝載時間部分)。
梯度存儲裝置922可直接連接到分析柱967。通過將梯度存 儲裝置922緊密鄰近分析柱967定位，最小化在輸送梯度中的延遲，并 且降低梯度的消散。梯度存儲裝置922可以簡化成具有或不具有任何填
充基質(zhì)的空毛細管部分。梯度存儲裝置922的內(nèi)徑可類似于分析柱967 的內(nèi)徑，但是梯度存儲裝置922的體積優(yōu)選等于或稍大于梯度體積。在 另一實施例中，梯度存儲裝置922與分析柱967是整體的。
為了進一步縮短梯度裝栽時間，使得總的梯度延遲體積(也 就是，注入環(huán)路體積和梯度存儲裝置體積)等于或稍大于梯度體積。考 慮到上述優(yōu)勢，可以想象到本發(fā)明具有寬范圍的應(yīng)用。例如，其可有利 地應(yīng)用在高生產(chǎn)量的分離中，諸如離線2D系統(tǒng)的第二尺寸分離或極其靈 敏的分析中，利用較狹窄的毫微級柱(例如，25微米內(nèi)徑)來形成在大 約300nL/min下的梯度并在大約30nL/min下輸送梯度。
參照圖18，圖18是示出通常由參考數(shù)字911A指示的另一 LC儀器的示意框圖，該儀器利用具有排氣閥的梯度存儲裝置。為了表示 LC儀器911A具有與儀器911的一些相同組件，用后綴"A"表示可能的 類似元件。LC儀器911A類似于上述，但是包括在梯度存儲裝置922A和 分析柱967A之間的捕獲閥952A和排氣閥941A。通過利用通風(fēng)閥941A, LC儀器911A適于與捕獲柱952A—起使用。如果希望的話，增加排氣閥 941A允許在低于運行壓力的裝載壓力下操作LC儀器911A。
現(xiàn)在參照圖19，仍然示出另一LC儀器911B，其具有另一種 配置，以允許LC儀器911B在相對低的裝載壓力下操作。為了表示LC儀 器911B具有與儀器911、 911A的一些相同組件，用后綴"B"表示可能 的類似元件。LC儀器911B包括在捕獲柱952B和分析柱967B之間的T-連接923。 T-連接923延伸到920B,其可最終產(chǎn)生到如圖所示和如上所 述的流動路徑。實際上，T-連接923執(zhí)行與圖18的排氣閥941A相同的 功能。LC儀器911B還具有等強度泵962以及類似于參照圖15所示和所 述的捕獲閥958。如可從這些共同定位的例子看出，還可想象在用非常高 的流速裝載梯度同時注入樣本，以降低樣本裝載時間。
如所屬領(lǐng)域的那些技術(shù)人員可意識到的那樣，本發(fā)明技術(shù)不 僅可用于各種應(yīng)用中的溶劑輸送子系統(tǒng)，具有適于低流速、高壓應(yīng)用的 明顯優(yōu)勢，而且可有利地用于很多應(yīng)用中。例如，本發(fā)明技術(shù)非常適用 于沒有捕獲柱的系統(tǒng)。在一個替換的實施例中，幾個元件的功能可通過 較少的元件或單一元件執(zhí)行。類似的，在一些實施例中，任意功能性元 件可執(zhí)行比相對所示實施例的那些描述更少或不同的操作。此外，如明 顯示出用于示例目的的功能性元件(例如，壓力和流速變換器等)可結(jié)
合在其它功能性元件中，分離在不同的硬件中或以各種方式消散以便以 便執(zhí)行特定的功能。此外，相對的尺寸和位置僅僅是一些示意性的，并 且可以理解成不僅可以相同，而且一些其它實施例可具有不同的描述。
雖然已經(jīng)參照示例性實施例對本發(fā)明進行了描述，但是對于 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易意識到在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下 可對本發(fā)明進行各種改變和/或變型。作為參考結(jié)合
在本申請全文中引用的所有參考的內(nèi)容(包括參考文獻、申 請的專利、公開的專利申請以及共同申請懸而未決的專利申請)將其全 文明確結(jié)合于此作為參考。等同物
本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將認識到或能夠確定在利用不超過 常規(guī)試驗的基礎(chǔ)上就可得到描述于此的本發(fā)明的特定實施例的一些等同 物。上述等同物意旨由下述權(quán)利要求進行涵蓋。
權(quán)利要求
1. 用于在液相色譜系統(tǒng)中形成梯度的方法，該系統(tǒng)具有用于填充存儲毛細管的泵，該方法包括下述步驟將存儲毛細管通到大氣；以及以相對低壓和較高流速下運行泵以填充存儲毛細管，直到其中形成梯度。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中相對低壓是大約100psi,以及相 對較高的流速是常規(guī)色譜流速的大約十五倍。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中存儲毛細管的幾何形狀具有長度 和內(nèi)徑，以獲得適于梯度的體積容量和最小化背壓和梯度消散的形成。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中存儲毛細管的體積容量具有一定 的尺寸，以提供將梯度移動到分離柱所必需的梯度和總傳送體積。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述泵包括液體泵和有機泵，每 一所述液體泵和有機泵具有連接到位于上述泵和存儲毛細管之間的混合 節(jié)點的輸出。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括下述步驟 將有機泵離線；從大氣關(guān)閉存儲毛細管；以及 運行液體泵以將梯度輸送到分離泵。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述關(guān)閉由從存儲毛細管上游連 接的閥完成。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括在梯度形成之前運行泵到 廢物的步驟，以防止經(jīng)過混合節(jié)點的交叉污染。
9. 如權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括運行有機泵設(shè)定成零流速 的步驟，以防止經(jīng)過混合節(jié)點的交叉污染。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括下述步驟 打開閥并且運行至少一個所述泵，以便清除存儲毛細管，準備形成另一梯度。
11. 用于將梯度提供到毫微級流毛細管液相色譜裝置的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括產(chǎn)生第一輸出的液體泵；產(chǎn)生第二輸出的有機泵，第二輸出與第一輸出混合以產(chǎn)生溶液；用于控制上述泵的處理裝置； 存儲毛細管，用于從一部分溶液形成梯度；連接到存儲毛細管的接頭，其中該接頭形成連接到毫微級流毛細管 液相色譜裝置的第一出口和第二出口；以及閥，其連接到第二出口并且受處理裝置的控制，這樣在存儲毛細管 中形成梯度的過程中，閥打開將剩余的流體引導(dǎo)到廢物，同時液體泵和 有機泵形成梯度。
12. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中在將梯度輸送到毫微級流毛細 管液相色譜裝置的過程中，閥關(guān)閉同時液體泵運行并且有機泵離線。
13. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中還包括 用于接收第一輸出的第一內(nèi)嵌式壓力變換器和第一流速變換器；以及用于接收第二輸出的笫二內(nèi)嵌式壓力變換器和第二流速變換器； 其中每一變換器與處理裝置關(guān)聯(lián)，以提供閉環(huán)反饋控制。
14. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中存儲毛細管具有一定的尺寸， 以最小化背壓和消散，以便保護形成梯度的完整性。
15. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，進一步包括流體結(jié)合接頭，以便將 第一和第二輸出混合到一個流體流中。
16. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其中毫微級流毛細管液相色譜裝置 包括分離柱，用于接收梯度和將梯度引導(dǎo)到分離柱的注入器，以及用于 罩住分離柱和注入器的熱處理隔間，其中存儲毛細管、接頭和閥共同位 于熱處理隔間內(nèi)。
17. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，進一步包括將接頭連接到毫微級流 毛細管液相色譜裝置的樣本注入器的運輸線。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中運輸線是毛細管。
19. 適于液相色譜(LC)裝置的溶劑輸送子系統(tǒng)，其包括 產(chǎn)生第一輸出的第一泵；連接以便接收第一輸出從而監(jiān)測其參數(shù)的第一變換器； 產(chǎn)生第二輸出的第二泵；連接以便接收第二輸出從而監(jiān)測其參數(shù)的第二變換器；用于將第一和第二輸出結(jié)合的混合節(jié)點；以及 每一泵和混合節(jié)點之間的管路，以提供限制，從而產(chǎn)生第一泵和第二泵之間的被動流體去耦，進而穩(wěn)定經(jīng)過混合節(jié)點的交互作用。
20. 如權(quán)利要求19所述的溶劑輸送子系統(tǒng)，其中所述管路是毛細管 限流器以便降低體積。
21. 如權(quán)利要求19所述的溶劑輸送子系統(tǒng)，其中所述管路從第一和 第二變換器的上游提供。
22. 如權(quán)利要求19所述的溶劑輸送子系統(tǒng)，其中第一和第二變換器 是流速變換器。
23. 如權(quán)利要求19所述的溶劑輸送子系統(tǒng)，進一步包括處理裝置， 以便通過利用來自第一和笫二變換器的反饋信號來控制第一和第二泵。
24. 如權(quán)利要求23所述的溶劑輸送子系統(tǒng)，還包括 用于從混合節(jié)點的輸出形成梯度的存儲毛細管；以及 連接到存儲毛細管的接頭，其中接頭形成連接到LC裝置和第二出口的接頭；以及連接到第二出口的閥受處理裝置的控制，這樣在存儲毛細管中形成 梯度的過程中，所述閥打開以便將剩余流體引導(dǎo)到廢物，同時泵運行。
25. 用于將梯度輸送到液相色譜裝置的系統(tǒng)，其具有將樣本引入到分 離柱內(nèi)的注入器，該系統(tǒng)包括第一腿部，其具有產(chǎn)生引導(dǎo)通過第一內(nèi)嵌式壓力變換器和第一流速 變換器的液體輸出的液體泵；第二腿部，其具有產(chǎn)生引導(dǎo)通過第二內(nèi)嵌式壓力變換器和第二流速變換器的有機物輸出的有機泵；以及用于控制每一腿部流體流的處理裝置，處理裝置包括 閉環(huán)反饋模式，以便基于從來自至少一個變換器的測量信號得到的誤差產(chǎn)生校正的控制信號，以便克服至少一個變換器的上游寄生損失；以及開環(huán)前饋模式，以便基于系統(tǒng)存儲能量的參數(shù)產(chǎn)生預(yù)期的控制信號， 其中預(yù)期的控制信號基于液體輸出和有機輸出之間的壓縮比例來計算壓 縮^危速；以及其中處理裝置可選擇性地以不同模式操作每一腿部。
26. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，進一步包括 用于混合笫一輸出和第二輸出以產(chǎn)生第三輸出的第一接頭； 用于形成梯度的存儲毛細管，其中梯度包括第三輸出的一部分以及存儲毛細管具有一定的尺寸以將背壓和消散最小化；連接到存儲毛細管的第二接頭，其中笫二接頭形成第一出口和第二 出口，第一出口連接到毫微級流毛細管液相色譜裝置；以及連接到第二出口的閥。
27. 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中該閥受處理裝置的控制，這樣 在存儲毛細管中形成梯度之后，閥打開以便將剩余流體引導(dǎo)到廢物，同時液體泵和有機泵運行；以及在將梯度輸送到毫微級流毛細管液相色譜裝置的過程中，只有液體 泵運行，而有機泵離線。
28. 用于改變在液相色譜裝置中輸送梯度的操作流速的系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括a) 產(chǎn)生通過壓力變換器和流速變換器的輸出的泵；b) 用于從一部分輸出形成梯度的存儲毛細管；以及c) 用于控制上述泵并從變換器接收信號的處理裝置，其中處理裝置 基于泵頭中的體積量和輸出的壓縮性來提供修正的前饋信號。
29. 如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其中處理裝置包括i)存儲指令組的存儲器；以及n)用于運行指令組的處理器，處理器與存儲器連通，其中處理器可 操作以便(1) 當(dāng)毫微級流毛細管色譜裝置的第二柱重新建立平衡時，存儲在 注入末的來自壓力變換器的系統(tǒng)壓力測量值；(2) 停止到毫微級流毛細管色譜裝置的流動；(3) 形成特別適于笫一柱的新梯度；(4) 設(shè)定等于系統(tǒng)壓力測量值的目標(biāo)壓力；(5) 接收由用戶選擇的適于第一柱的流速；(6) 在具有來自壓力變換器的反饋的閉環(huán)壓力控制下使用泵，以便 將系統(tǒng)壓力提供到第一目標(biāo)壓力；(7) 在達到第一目標(biāo)壓力之后，將泵變換到閉環(huán)流速控制，其中流 速變換器作為反饋，并且流速作為目標(biāo)流速；以及(8 )通過運行泵來重新開始輸送新梯度。
30. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，進一步包括第二泵，其產(chǎn)生引導(dǎo)通過笫二壓力變換器和第二流速變換器的輸出； 以及連接到存儲毛細管以便將泵的輸出結(jié)合的混合節(jié)點。
31. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，進一步包括 連接到存儲毛細管的閥，其中該閥通到存儲毛細管。
32. 如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其中處理器控制閥，這樣該岡將存 儲毛細管通到低于系統(tǒng)操作壓力的壓力。
33. 適于色譜裝置的溶劑輸送系統(tǒng)，其具有與限制柱串聯(lián)的短捕獲柱， 溶劑輸送系統(tǒng)包括a) 產(chǎn)生第一輸出的第一泵；b) 連接以便接收第一輸出的壓力變換器和流速變換器；c) 產(chǎn)生第二輸出的第二泵，第二輸出與第一輸出混合以產(chǎn)生溶劑混 合物；d) 第二壓力變換器和第二流速變換器連接以便接收第二輸出，從而 監(jiān)測其參數(shù)；e) 將第一輸出和第二輸出結(jié)合的混合節(jié)點；f) 用閉環(huán)反饋操作泵的控制器，其中控制器被編程，從而i) 以壓力控制模式使用適于閉環(huán)反饋的壓力變換器；ii) 以流速控制模式使用適于閉環(huán)反饋的流速變換器；iii) 以流速控制模式使用兩個泵以形成梯度；iv) 僅使用第一泵來輸送梯度；v) 通過利用壓力控制模式快速減壓與限制柱串聯(lián)的短捕獲柱而停止 流動；vi) 將參考壓力設(shè)定值設(shè)定為零；以及vii) 開始操作第一泵以克服與限制柱串聯(lián)的短捕獲柱的長的時間常數(shù)。
34. 如權(quán)利要求33所述的溶劑輸送系統(tǒng)，其中當(dāng)輸送梯度時第一泵 處于流速控制模式。
35. 如權(quán)利要求33所述的溶劑輸送系統(tǒng)，進一步包括用于接收梯度 的存儲毛細管。
36. 如權(quán)利要求33所述的溶劑輸送系統(tǒng)，進一步包括每一泵和混合 節(jié)點之間的管路，以提供第一泵和第二泵之間的被動流體去耦，從而穩(wěn) 定經(jīng)過混合節(jié)點的交互作用。
37. 如權(quán)利要求33所述的溶劑輸送系統(tǒng)，進一步包括輔助樣本處理 器，其連接到短的捕獲柱以便在形成梯度過程中執(zhí)行樣本捕獲。
38. 如權(quán)利要求33所述的溶劑輸送系統(tǒng)，進一步包括連接到注入閥 以便執(zhí)行樣本裝載的針。
39. 為了在液相色譜系統(tǒng)中尖峰緩駐的方法，包括下述步驟 從混合物預(yù)先形成梯度；通過利用適于閉環(huán)反饋的流速變換器控制流速； 通過利用壓力變換器監(jiān)測輸送壓力；基于輸送壓力和一個信號計算目標(biāo)壓力，以便降低基于感興趣洗提 峰值的流速；以及通過將壓力變換器用作閉環(huán)反饋以及目標(biāo)壓力作為設(shè)定值來切換到 控制流速。
40. 如權(quán)利要求39所述的方法，進一步包括步驟 存儲輸送壓力；以及通過利用存儲的輸送壓力來恢復(fù)控制輸送流速。
41. 如權(quán)利要求39所述的方法，其中計算目標(biāo)壓力基于限制性負栽R。
42. 毫微級流動毛細管液相色譜系統(tǒng)，包括a) 具有分離柱以便產(chǎn)生色譜的分析子系統(tǒng)；以及b) 用于形成梯度并將梯度輸送到分析子系統(tǒng)的容積輸送系統(tǒng)，其中 溶劑輸送系統(tǒng)包括產(chǎn)生第一輸出的液體泵；產(chǎn)生第二輸出的有機泵，第二輸出與第一輸出混合以產(chǎn)生溶液；用于控制上述泵的處理裝置；存儲毛細管，用于從一部分溶液形成梯度；連接到存儲毛細管的接頭，其中該接頭形成第一出口和第二出口， 第一出口連接到毫微級流毛細管液相色譜裝置；以及閥，其連接到第二出口并且受處理裝置的控制，這樣在存儲毛細管 中形成梯度的過程中，閥打開將剩余的流體引導(dǎo)到廢物，同時液體泵和 有機泵運行。
43. 如權(quán)利要求42所述的毫微級流動毛細管液相色譜系統(tǒng)，其中在 將梯度輸送到毫微級流毛細管液相色譜裝置的過程中，閥關(guān)閉同時液體 泵運行并且有機泵離線。
44. 如權(quán)利要求43所述的毫微級流動毛細管液相色譜系統(tǒng)，進一步 包括用于接收第一輸出的第一內(nèi)嵌式壓力變換器和第一流速變換器；以及用于接收第二輸出的第二內(nèi)嵌式壓力變換器和第二流速變換器； 其中每一變換器與處理裝置連通。
45. 用于保持流體流完整性的裝置，流體流在包括至少一操作壓力和 一低壓的壓力和流速范圍下在管路裝置中進行傳送，所述管路裝置與泵 裝置處于流體連通，以便在壓力下推動流體，并且所述管路裝置與閥裝 置處于流體連通，所述閥裝置具有至少一第一位置和一第二位置，在所 述第一位置中，所述流體在所述管路裝置中流動，并且在所述第二位置 中，流體不在所述管路裝置中流動，所述裝置包括與所述閥裝置處于信號連通以及與線性閥處于信號連通的控制裝 置；以及用于控制至少一個參數(shù)的線性閥，上述參數(shù)選自于由在所述管路裝 置中的壓力和流速構(gòu)成的組，并且所述線性閥(i)響應(yīng)于所述閥裝置在所述第二位置中的放置或預(yù)期放置，同 時所述管路裝置處于所述一個或多個操作壓力下，所述控制裝置要求所 述線性閥以第一坡度減少在所述管路裝置中所選的參數(shù)直到獲得所述低 壓；(ii) 響應(yīng)于采取所述第一位置的所述閥裝置或響應(yīng)于預(yù)期采取所 述第一位置的所述閥裝置，同時所述管路裝置處于所述低壓下，以便增 加在所述管路裝置中所選的參數(shù)直到所述一個或多個操作壓力保持在第 二坡度；或(iii) 第(i)和第(ii)，這樣保持流體的完整性。
46. 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中所述線性閥是線性閥，所述線 性閥具有打開的范圍，并且能夠減少和增加在所述管路裝置中的所選參 數(shù)。
47. 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中所述線性閥27包括泵控制裝置， 所述泵控制裝置用于命令所述泵裝置按所述第一坡度和笫二坡度至少之 一中的所選參數(shù)將所述至少一種流體放入管路裝置中。
48. 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中所述閥裝置是具有笫一位置和 第二位置的樣本注入裝置，在所述第一位置中所述樣本注入裝置接收在 包括大氣壓到所述低壓的壓力范圍下的流體樣本，以及在所述第二位置 中，所述樣本注入裝置與所述管路裝置處于流體連通，以便將所述流體 樣本放入所述管路裝置中。
49. 如權(quán)利要求48所述的裝置，進一步包括所述樣本注入裝置，所 述樣本注入裝置與壓力源處于流體控制關(guān)系，以便將壓力放入所述樣本 裝置，所述壓力源與控制裝置處于信號連通，所述控制裝置要求所述壓 力源在大氣壓或初始壓力下放置所述樣本注入器以便接收所述樣本，并 且在接收所述樣本之后，將壓力增加到相應(yīng)于所述管路裝置中壓力的所 述低壓。
50. 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中進一步包括與所述控制裝置處 于信號連通以及與所述泵裝置、管路裝置和閥裝置的至少之一處于流體 連通的至少一壓力傳感器。
51. 如權(quán)利要求45所述的裝置，進一步包括泵裝置，所述泵裝置包 括至少一適于第一溶劑的第一泵以及適于第二溶劑的第二泵，并且所述 管路裝置包括與所述第一泵處于流體連通的至少一第一分支以及與所述 第二泵處于流體連通的第二分支，所述第一分支和第二分支在三通接頭 處處于流體連通，其中所述第 一溶劑和笫二溶劑形成包括所述流體的混 合物。
52. 如權(quán)利要求51所述的裝置，其中選自于所述第一泵和第二泵的 至少一個泵按坡度變換到壓力，并且至少一個泵受控以便跟蹤按坡度變 換到壓力的泵流速。
53. 如權(quán)利要求52所述的裝置，其中受控以便跟蹤按坡度變換到壓 力的泵流速的所述泵還補償被泵送的所述溶劑的壓縮或未壓縮的體積。
54. 如權(quán)利要求51所述的裝置，其中所述按坡度變換到壓力的所述 泵適于含水溶劑。
55. 如權(quán)利要求51所述的裝置，其中所述按坡度變換到流速的所述泵適于有機溶劑。
56. 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中進一步包括與所述控制裝置處 于信號連通以及與所述泵裝置、管路裝置和閥裝置的至少之一處于流體 連通的至少一流速傳感器。
57. 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中至少一個坡度具有不大于大約 每秒IO， OOO磅每平方英寸(psi)的壓力的斜率。
58. 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中所述至少一個坡度具有從每秒 IO到I， 000 psi的范圍內(nèi)的斜率。
59. 如權(quán)利要求45所述的裝置，其中所述至少一個坡度具有從每秒 100到500 psi的范圍內(nèi)的斜率。
60. 用于保持流體流完整性的方法，流體流在包括至少一操作壓力和 一低壓的壓力和流速范圍下在管路裝置中進行傳送，所述管路裝置與泵 裝置處于流體連通，以便在壓力下推動流體，并且所述管路裝置與閥裝 置處于流體連通，所述閥裝置具有至少一第一位置和一第二位置，在所 述第一位置中，所述流體在所述管路裝置中流動，并且在所述第二位置 中，流體不在所述管路裝置中流動，所述方法包括步驟控制至少一個參數(shù)的線性閥，上述參數(shù)選自于由在所述管路裝置中 的壓力和流速構(gòu)成的組，并且所述線性閥(i) 響應(yīng)于所述閥裝置在所述第二位置中的放置或預(yù)期放置，同時 所述管路裝置處于所述一個或多個操作壓力下，所述控制裝置要求所述 線性閥以第一坡度減少在所述管路裝置中所選的參數(shù)直到獲得所述低壓；(ii) 響應(yīng)于采取所述第一位置的所述閥裝置或響應(yīng)于預(yù)期采取所 述第一位置的所述閥裝置，同時所述管路裝置處于所述低壓下，以便增 加在所述管路裝置中所選的參數(shù)直到所述一個或多個操作壓力保持在第 二坡度；或(iii) 第(i)和第(ii )，這樣保持流體的完整性。
61. —種LC儀，其包括 用于產(chǎn)生梯度的注入閥；與注入閥處于流體連通的分析柱； 連接到注入閥以便迫使梯度朝向分析柱流動的泵；以及 在注入閥和分析柱之間的用于存儲梯度的裝置。
62. 如權(quán)利要求61所述的LC儀器，其中梯度存儲裝置是毛細管的一 部分。
63. 如權(quán)利要求62所述的LC儀器，其中所述的毛細管部分包括填充 基質(zhì)。
64. 如權(quán)利要求61所述的LC儀器，其中在注入樣本的同時使用非常 高的流速裝載梯度，以便降低樣本裝載時間。
65. 如權(quán)利要求61所述的LC儀器，還包括在梯度存儲裝置和分析柱 之間連接的排氣閥。
66. —種LC儀器，其包括第一腿部，其具有泵和用于監(jiān)測來自泵的壓力和流速輸出的變換器； 第二腿部，其具有泵和用于監(jiān)測來自泵的壓力和流速輸出的變換器；控制器，用于基于來自變換器的信號提供指令到每一泵；以及 用于混合來自第一和笫二腿部的輸出的節(jié)點，其中控制器可基于第一和第二腿部的能力來將前饋信號提供到第一和第二泵，以存儲能量和 第一和第二腿部中的流體壓縮性，從而保持經(jīng)過節(jié)點的組分控制。
67. 如權(quán)利要求66所述的LC儀器，其中在按坡度變換高達操作壓力 的過程中，控制器以壓力模式利用僅僅基于關(guān)于相應(yīng)泵參數(shù)的前饋信號 操作第一腿部；以及控制器以前饋模式利用基于關(guān)于相應(yīng)泵、壓力變換器、流速變換器 和負載的參數(shù)的前饋信號操作第 一腿部。
68. 如權(quán)利要求66所述的LC儀器，其中負載基本是捕獲柱和注入閥 樣本環(huán)路的體積。
全文摘要
適于色譜裝置的溶劑輸送子系統(tǒng)執(zhí)行相對低壓力、高流速的溶劑混合，以形成梯度和隨后高壓、低流速輸送梯度到分離柱。梯度的混合是獨立的，并且不受梯度輸送的干擾。為了形成梯度，液體泵和有機泵的輸出混合以填充存儲毛細管，同時從存儲毛細管的下游位置通到大氣。在形成梯度后，關(guān)閉通到大氣，溶劑輸送系統(tǒng)產(chǎn)生高壓，并且只有液體泵運行以便梯度輸送。為了保持流體流的完整性，溶劑輸送系統(tǒng)使用前饋補償并且控制選自于由管路裝置中壓力和流速的至少一個參數(shù)，以按緩坡進行變換。
文檔編號B01D15/08GK101400418SQ200780009166
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者H·劉, J·W·芬奇, K·法根, S·J·恰瓦里尼, S·P·彭薩克 申請人:沃特世投資有限公司