PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19703452A1 04.09.1997
Titel System zum schnittstellenmäßigen Verbinden von Probenvorbereitungsgeräten mit einem Chromatograph
Anmelder Hewlett-Packard Co., Palo Alto, Calif., US
Erfinder Klein, Kenneth J., Newark, Del., US;
Wikfors, Edwin E., Landenberg, Pa., US;
Wilson, William H., Newark, Del., US
Vertreter Schoppe, F., Dipl.-Ing.Univ., Pat.-Anw., 81479 München
DE-Anmeldedatum 30.01.1997
DE-Aktenzeichen 19703452
Offenlegungstag 04.09.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.09.1997
IPC-Hauptklasse G01N 30/36
IPC-Nebenklasse G01N 30/04   
Zusammenfassung Ein System zum schnittstellenmäßigen Verbinden eines Gasphasenprobenvorbereitungsgeräts mit einem Chromatograph umfaßt eine Trägerfluidquelle, eine Trägerfluidflußsteuerung, die wirksam mit der Trägerfluidquelle verbunden ist, zum Liefern eines Trägerfluidstroms, einen Fluidbegrenzer zum Empfangen eines ersten Anteils des Trägerfluidstroms, um einen begrenzten Fluidstrom zu liefern, ein Gasphasenprobenvorbereitungsgerät zum Empfangen eines Anteils des Trägerfluidstroms und zum Liefern einer Proben/Träger-Fluidmischung, einen Einlaß zum Empfangen und Kombinieren des begrenzten Fluidstroms und der Proben/Träger-Fluidmischung, wobei der Einlaß aus dem kombinierten begrenzten Fluidstrom und der Proben/Träger-Fluidmischung einen Säulenfluidstrom liefert, der zur Verwendung in einer Trennungssäule geeignet ist. Ein Drucksensor, der mit dem begrenzten Fluidstrom wirksam verbunden ist, ist in wesentlicher fluidmäßiger Kommunikation mit dem Säulenfluidstrom und liefert dadurch ein Drucksensorsignal, das den Säulenkopfdruck darstellt. Ein Aufteilungsentlüftungsfluidstrom kann ebenfalls von dem Einlaß zu einer Aufteilungsentlüftungsflußsteuerung geliefert werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf chromatographische Analysesysteme und insbesondere auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Optimieren der Injektion einer Gasphasenprobe in einen Chromatograph.

In der analytischen Chemie wurden gaschromatographische Techniken wichtige Werkzeuge bei der Identifikation von chemischen Probenkomponenten. Der Grundmechanismus, der der chromatographischen Analyse zugrunde liegt, ist die Trennung einer chemischen Probenmischung in einzelne Komponenten durch Einführen der Probe in ein Trägerfluid (vorzugsweise durch Injektion der Probe in eine gasförmige Phase in das Trägerfluid) und durch Transportieren der resultierenden Mischung durch eine speziell hergestellte Trennungssäule. Eine Vielzahl von Probenvorbereitungs- und Injektions-Techniken sind in der Technik bekannt.

Ein herkömmlicher Gaschromatograph, der eine Kapillarsäule verwendet, kann aufgebaut sein, um ein Injektionstor, das für einen Aufteilungs- oder Aufteilungslos-Injektionsmodus (als Aufteilungs/Aufteilungslos-Injektionseinlaß bekannt) entwickelt ist, oder ein Injektionstor aufzuweisen, das für einen Direktinjektionsmodus entwickelt ist. Ferner wurden bestimmte Aufteilungs/Aufteilungslos-Einlässe entwickelt, um eine Probeninjektion eines Probenflusses von einem Probenvorbereitungsgerät auf einer Übertragungsleitung zu ermöglichen, die von dem Probenvorbereitungsgerät zu einem Hilfstor an dem Aufteilung/Aufteilungslos-Einlaß verbunden ist.

Eine Direktprobeninjektion über eine Übertragungsleitung von einem herkömmlichen Aufteilungs/Aufteilungslos-Einlaß bietet keine zufriedenstellenden Ergebnisse, da der resultierende Flußweg den Lösungsproduktstrom einem großen Mischvolumen mit vielen Zwischenräumen aussetzt. Anteile der Probe werden in den Zwischenräumen zurückgehalten und in den Lösungsproduktstrom neu eingeführt, was in einer unerwünschten Spitzenverbreiterung resultiert.

Eine direkte Probeneinführung über einen Direktprobeninjektionseinlaß liefert bessere Ergebnisse. Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Kapillardirektinjektionssystem 10, das den Flußweg eines Trägergasflusses und eine Probe aufweist, die in einem Direktinjektionsmodus angeordnet sind. Wie es in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein Trägergas von einem Vorrat 12 durch ein Flußsteuerungsmodul 14 zu einem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 16, wie z. B. eine Entleerungs- und Einfangeinheit (auch "purge and trap" genannt), geleitet. Die Gasphasenprobe wird in den Trägergasfluß durch das Probenvorbereitungsgerät eingeführt, wo sich die injizierte Probe mit dem Trägergas mischt, wobei die Mischung in einen Einlaß 18 und dann in eine Trennsäule 20 gerichtet wird. Typischerweise wird die Temperatur der Säule 20 gemäß bekannter Techniken gesteuert, derart, daß sich die Probe in ihre Komponenten aufteilen wird. Sobald das Trägergas (das die Probe enthält) aus der Säule 20 austritt, wird die Anwesenheit einer oder mehrerer Probenbestandteilkomponenten durch einen Detektor (nicht gezeigt) erfaßt.

Der Fluß des Trägergases, der in das Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 16 eintritt, wird durch das Flußsteuerungsmodul 14 als Reaktion auf ein geeignetes Steuersignal gesteuert, das von einem Drucksensor geliefert wird, der in dem Flußsteuerungsmodul enthalten ist. Als Ergebnis wird die Steuerung des Trägergasflusses gemäß einem Druck bestimmt, der an einem Punkt strömungsmäßig vor dem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 16 erfaßt wird. Ein solcher Druck stellt nicht genau den Säulenkopfdruck dar. Da die Steuerung des Flusses des Trägergases ebenfalls vorgesehen ist, um den Säulenkopfdruck zu steuern, wird der Säulenkopfdruck nicht genau gesteuert.

Eine genaue Steuerung des Säulenkopfdrucks ist zum Erhalten der Genauigkeit der quantitativen Analyse des Analyts wesentlich. Demgemäß besteht ein Bedarf nach einem System zum schnittstellenmäßigen Verbinden eines Probenvorbereitungsgeräts mit einem Chromatograph, wobei das System selektiv in entweder dem Direkt-, dem Aufteilungs- oder dem Aufteilungslos-Injektionsmodus betreibbar ist, und wobei der Säulenkopfdruck genauer und zuverlässiger gesteuert wird, um eine verbesserte Empfindlichkeit und eine genauere quantitative Analyse des Analyts zu erreichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein System zum Durchführen einer Injektion einer Gasphasenprobe in eine Trennsäule zu schaffen, das flexibel ist und eine genaue Analyse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 gelöst.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Systems, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, umfaßt eine Trägerfluidquelle, eine Trägerfluidflußsteuerung, die mit der Trägerfluidquelle wirksam verbunden ist, zum Liefern eines Trägerfluidstroms, einen Fluidbegrenzer zum Empfangen eines ersten Anteils des Trägerfluidstroms, um einen begrenzten Fluidstrom zu schaffen, ein Gasphasenprobenvorbereitungsgerät zum Empfangen eines zweiten Anteils des Trägerfluidstroms und zum Liefern einer Proben/Trägerfluid-Mischung, einen Einlaß zum Empfangen und Kombinieren des begrenzten Fluidstroms und der Proben/Trägerfluid-Mischung, wobei der Einlaß aus dem kombinierten begrenzten Fluidstrom und der Proben/Trägerfluid-Mischung einen Säulenfluidstrom liefert, der zur Verwendung in einer Trennsäule geeignet ist. Ein Drucksensor, der mit dem begrenzten Fluidstrom verbunden ist, liefert ein erstes Sensorsignal, das den Druck des Säulenfluidstroms darstellt. Eine Steuereinrichtung empfängt das Drucksensorsignal und liefert als Reaktion ein Steuersignal zu der Trägerfluidflußsteuerung zum Bewirken einer Steuerung des Trägerfluidstroms. Als Ergebnis kann der Säulenkopfdruck mit größerer Genauigkeit als sie beim Stand der Technik zu finden ist, gesteuert werden.

Ein Merkmal der Erfindung liefert eine optimierte Schnittstelle für ein Gasphasenprobenvorbereitungsgerät, das eine Probe in einer gasförmigen Phase zur Analyse durch einen Chromatograph erzeugt. Solche Proben umfassen Komponenten, die als flüchtig betrachtet werden, sie sind jedoch nicht auf diese begrenzt. Ein solches Gasphasenprobenvorbereitungsgerät kann beispielsweise eine Entleerungs- und Einfang-Einrichtung, eine Kopfraumeinrichtung, eine thermische Desorptionseinrichtung, ein Curiepunkt-Pyrolysegerät, ein Abtastventil oder ein ähnliches Gerät sein.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung schafft ein verbessertes System zum schnittstellenmäßigen Verbinden eines Gasphasenprobenvorbereitungsgeräts mit einer Trennsäule in einem Chromatograph, wobei der Säulenkopfdruck erfaßt und auf genauere Art und Weise gesteuert werden kann. Als Ergebnis liefert der Chromatograph eine verbesserte quantitative Analyse des Analyts.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sorgt für eine Trennung des Trägerfluidstroms nach der Position des Trägerfluidflußsensors in zumindest zwei Fluidströme, wobei ein erster durch eine vorbestimmte Flußbegrenzung gerichtet ist, während der zweite durch das Gasphasenprobenvorbereitungsgerät gerichtet ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung schafft ein verbessertes System zum schnittstellenmäßigen Verbinden eines Gasphasenprobenvorbereitungsgeräts mit einer Trennsäule in einem Chromatograph, wobei die Auswahl eines Aufteilungs-, Aufteilungslos- oder Direktinjektions-Modus geboten ist, und wobei jeder Modus optimal durchgeführt werden kann.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liefert einen Einlaß, der kompakt ist und ein minimales Totvolumen zeigt, um die notwendige Wobbelzeit, die potentielle Interaktion von Lösungsprodukten mit den aktiven Oberflächen des Einlasses und die Tendenz bezüglich einer Bandverbreiterung zu minimieren. Der betrachtete Einlaß liefert ferner ein verbessertes thermisches Profil zwischen dem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät und der Trennsäule.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liefert eine Steuereinrichtung in der Form einer elektronischen pneumatischen Steuerung (EPC; EPC = Electronic Pneumatic Control) zum Umschalten des Systembetriebs zwischen Injektionsmodi, wie z. B. von einem Aufteilungslos-Injektionsmodus zu einem Aufteilungs-Injektionsmodus. Die EPC versetzt den Benutzer ferner in die Lage, eine nahezu quantitative Übertragung eines Analyts mit extrem niedrigen Aufteilungsverhältnissen, wie z. B. 0,2 bis 1, durchzuführen. Somit kann der Benutzer elektronisch das Aufteilungsverhältnis von einer großen Aufteilung zu einer nahezu quantitativen Übertragung einstellen, ohne die Aufteilungsleitung physisch zu entfernen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung des Fluidflusses bei einem herkömmlichen Direktinjektionseinlaß;

Fig. 2 eine vereinfachte schematische Darstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Systems zum schnittstellenmäßigen Verbinden eines Gasphasenprobenvorbereitungsgeräts mit einem Gaschromatographen, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, zum Betrieb in einem ersten bevorzugten Modus für eine Aufteilungsinjektion, in einem zweiten Modus für eine Aufteilungslos-Injektion oder in einem dritten Modus, der für eine Direktinjektion bevorzugt wird;

Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Systems, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, zum Betrieb in dem ersten oder zweiten Modus, welche jeweils für die Aufteilungs- oder die Aufteilungslos-Injektion bevorzugt werden; und

Fig. 4 eine vereinfachte schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels des Systems, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, zum Betrieb in einem dritten Modus, der für eine Direktinjektion bevorzugt wird.

Die Vorrichtung und die Verfahren der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um die Steuerung des Flusses eines Fluids in einer Trennsäule in einem analytischen chromatographischen System zu verbessern. Gase sind die bevorzugten Fluide gemäß der Ausführung der vorliegenden Erfindung, weshalb die folgende Beschreibung der Erfindung auf ein Gaschromatographie-Analysesystem gerichtet sein wird. Ferner ist die hierin vorhandene Beschreibung auf bestimmte pneumatische Charakteristika des Fluidflusses, wie z. B. den Druck, gerichtet. Das Trägerfluid kann Einkomponenten- oder Mehrkomponenten-Gase (wie z. B. Wasserstoff, Stickstoff, Argon-Methan oder Helium) abhängig von der speziellen durchzuführenden chromatographischen Trennung umfassen. Es sollte jedoch offensichtlich sein, daß die hierin vorhandenen Lehren auf andere Fluide anwendbar sind.

Wie es in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, können bevorzugte Ausführungsbeispiele 101, 102, 103 des vorliegenden Systems zum schnittstellenmäßigen Verbinden eines Gasphasenprobenvorbereitungsgeräts mit einem Gaschromatographen gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut sein. Die Beschreibung von Komponenten mit gleichen Namen und gleichen Bezugszeichen soll äquivalent sein. Einzelne Linien in den Darstellungen sollen elektronische Signalleitungen darstellen. Doppellinien sollen Fluid-tragende Leitungen darstellen.

Das dargestellte System 101 kann aufgebaut sein, um zumindest eine Probeninjektion in einem Direktinjektionsmodus zu erlauben, jedoch vorzugsweise in einem der drei auswählbaren Injektionsmodi. Das erste bevorzugte Ausführungsbeispiel 101 sei bezugnehmend auf Fig. 2 dargelegt. Die folgende Beschreibung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels in Fig. 3 wird die Flußwege verschiedener Fluidströme während eines Aufteilungs-Injektionsmodus (auch "Split"-Injektionsmodus genannt) und eines Aufteilungslos-Injektionsmodus (auch "Splitless"-Injektionsmodus genannt) beschreiben. Die Beschreibung eines dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels, das in Fig. 4 dargestellt ist, wird die Flußwege der Fluidströme während eines Direktinjektionsmodus beschreiben.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, wird ein Trägerfluidstrom von der Trägerfluidquelle 12 durch die Trägerfluidflußsteuerung 14 geleitet. Anteile des Trägerfluidstroms laufen durch einen Fluidflußbegrenzer 26 und das Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 16 zu einem Niedrigvolumen-Einlaß (nachfolgend Einlaß 30). Der Fluidflußbegrenzer 26 liefert eine kleine vorbestimmte Menge eines Flusses in einem begrenzten Fluidstrom (nominell über einem Fluß von Null, jedoch kleiner als etwa 10% des Trägerfluidstroms). Der Anteil des Trägerfluidstroms, der durch das Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 16 läuft, mischt sich mit einer Probe, um eine Proben/Trägerfluid-Mischung zu schaffen. Die Proben/Trägerfluid-Mischungs-Ausgabe aus dem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 16 wird mit dem begrenzten Fluidstrom in dem Einlaß 30 gemischt. Die Ausgabe des Einlasses 30 wird teilweise als Säulenfluidstrom zu einer Trennsäule 20 und dann zu einem Detektor 22 gerichtet. Der Rest der Ausgabe des Einlasses 30 kann blockiert werden, um einen Aufteilungslos-Injektionsmodus oder einen Direktinjektionsmodus zu erlauben, oder derselbe kann bei einer auswählbaren Flußrate als Aufteilungsentlüftungsfluidstrom in einer Aufteilungsentlüftungsleitung 34 zum Entlüften zur Umgebungsatmosphäre gemäß einem auswählbaren Betrieb eines Aufteilungs/Aufteilungslos-Flußmoduls 28 fließen.

Die Temperatur der Säule 20 wird gemäß bekannter Techniken gesteuert, derart, daß sich die injizierte Probe in ihre Komponenten trennen wird. Sobald das Trägergas (das die Probe enthält) aus der Säule 20 austritt, wird die Anwesenheit einer oder mehrerer Probenbestandteilkomponenten von dem Detektor 22 erfaßt.

Die begrenzte Fluidstromausgabe aus dem festen Begrenzer 26 soll als ein Fluidstrom wirken, der ausreichend ist, um: a) eine unbegrenzte durchgehende Fluidkommunikation zwischen einem Drucksensor 32 und dem Kopf der Trennsäule 20 zu liefern, während eine Wanderung oder Elution der Proben/Trägerfluid-Mischung aus dem Einlaß 30 zu dem Drucksensor 32 verhindert wird. Als Ergebnis ist der Drucksensor 32 keiner Verschmutzung oder Kontamination durch die Proben/Trägerfluid-Mischung unterworfen, wobei eine genaue Messung des Drucks des Säulenfluidstroms, der in den Kopf der Trennsäule 20 eintritt (d. h. der Säulenkopfdruck), durch den Drucksensor 32 genau erfaßt wird. Der resultierende Säulenkopfdruck, wie er durch den Drucksensor 32 gemessen wird, ist dann zum Steuern des Säulenfluidstroms und anderer Fluidströme bei dem dargestellten ersten Ausführungsbeispiel 101 sehr nützlich.

Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, kann ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel 102 aufgebaut werden, um einen Trägerfluidstrom von einer Trägerfluidquelle 112 und eine Trägerfluidflußsteuerung 114, die in der Form eines Proportionalventils 114A und eines Flußsensors 114B vorgesehen ist, zu schaffen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Nennfluß durch die Trägerfluidflußsteuerung 114 etwa 100 Milliliter (ml) pro Minute betragen. Der Trägerfluidstrom wird dann in drei Fluidströme aufgeteilt. Ein erster Fluidstrom läuft durch einen festen Begrenzer 115, um eine kleine, vorbestimmte Menge eines Flusses in einem begrenzten Fluidstrom zu schaffen (ein Nennfluß über Null, jedoch kleiner als etwa 10% des Trägerfluidstroms, weshalb bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der begrenzte Fluidstrom etwa 0,4 ml/min beträgt). Ein zweiter Fluidstrom läuft durch ein Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 116, wo sich eine Probe mit dem zweiten Fluidstrom vermischt, um eine Proben/Trägerfluid-Mischung zu schaffen. Ein dritter Fluidstrom wird durch einen Entleerungsregler (PC; PC = Purge Regulator) 130 gebracht, welcher durch in der Technik bekannte Techniken kalibriert ist, und zwar für einen Entleerungsfluß gemäß einer vorbestimmten Druck- und Flußraten-Einstellung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Nennfluß durch den Entleerungsregler etwa 3 ml/min.

Die Proben/Trägerfluid-Mischungsausgabe aus dem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 116 wird mit dem begrenzten Fluidstrom in einem Einlaß 118 gemischt. Die Ausgabe des Einlasses 118 wird teilweise als Säulenfluidstrom zu einer Trennsäule 120 gerichtet. Als Reaktion auf die Positionen eines An/Aus-Ventils 124 und eines Proportionalventils 126 wird der Rest der Ausgabe des Einlasses 118 als ein Aufteilungsentlüftungsfluidstrom in eine Aufteilungsentlüftungsleitung 122 gerichtet. Der Aufteilungsentlüftungsfluidstrom kann durch eine Aufteilungs/Aufteilungslos-Flußsteuerung 125 gesteuert sein. Der Aufteilungsentlüftungsfluidstrom kann beispielsweise in der Aufteilungsleitung 122 durch Einstellen des An/Aus-Ventils 124 blockiert werden, um den Aufteilungsfluß zu blockieren. Alternativ kann das An/Aus-Ventil 124 eingestellt werden, um den Aufteilungsentlüftungsgasfluß durch die Aufteilungsentlüftungsleitung 122 zu dem Proportionalventil 126 zur Entlüftung zur Umgebungsatmosphäre zu leiten.

Die Temperatur der Säule 120 wird gemäß bekannter Techniken gesteuert, derart, daß sich die Probe in ihre Komponenten aufteilen wird. Sobald das Trägergas (das die Probe enthält) aus der Säule 120 austritt, wird die Anwesenheit einer oder mehrerer Probenbestandteilkomponenten von einem Detektor 128 erfaßt. Elektronische Druckprogrammiertechniken werden ins Auge gefaßt, um es dem Benutzer zu ermöglichen, die Probentrennung gemäß dem ausgewählten Injektionsmodus zu optimieren. Insbesondere kann das dargestellte Ausführungsbeispiel 102 in dem Aufteilungs-, dem Aufteilungslos- oder dem Direkt-Injektionsmodus mit einer Steuerung des Säulenflusses, die durch eine Vorwärts- oder Gegen-Druckregelung bewirkt wird, betrieben werden.

Der Drucksensor 132 erfaßt direkt den Druck des Säulenfluidstroms, der in die Trennsäule 120 eintritt. Ein Drucksensorsignal, das den Säulenkopfdruck darstellt, wird von dem Drucksensor 132 zu einem elektronischen pneumatischen Steuerungsmodul (EPC-Modul) 140 auf einer Drucksensorsignalleitung 142 gesendet. Demgemäß empfängt die EPC 140 Informationen, die die Flußrate des Fluids darstellen, das in den Einlaß eintritt (über den Flußsensor 114B), und die den Säulenkopfdruck darstellen (über den Drucksensor (PS = Pressure Sensor) 132).

Das EPC-Modul 140 empfängt ferner ein Flußsensorsignal auf einer Flußsensorsignalleitung 144 von dem Flußsensor 114B. Das Flußsensorsignal stellt den Fluidfluß in dem Trägerfluidstrom dar. Das EPC-Modul 114 liefert geeignete Steuersignale auf einer Aufteilungsentlüftungsflußsteuerungsleitung 146 zu dem An/Aus-Ventil 124 und zu dem Proportionalventil 126. Das EPC-Modul liefert ferner geeignete Steuerungssignale zu dem Proportionalventil 114A als Reaktion auf ein geeignetes Steuerungssignal auf einer Flußsteuerungsleitung 148. Der Entleerungsstrom wird durch den Entleerungsregler 130 geliefert, um eine schnelle Herstellung eines drucklosen Zustandes des Einlasses 118 zu ermöglichen, wenn es notwendig ist.

Weiter bezugnehmend auf Fig. 3 wird die Steuerung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels 102 während eines Aufteilungsinjektionsmodus beschrieben. Der Trägerfluidstrom wird durch Betrieb des Proportionalventils 114A durch die EPC 140 in einem Vorwärtsflußsteuerungsmodus gemäß dem Flußsensorsignal, das auf der Flußsensorsignalleitung 144 geliefert wird, gesteuert. Die Mehrheit des Trägerfluidstroms tritt in das Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 116 und in den festen Begrenzer 115 ein, während der Rest des Trägerfluidstroms durch die Entleerungsleitung zu dem Entleerungsregler 130 austritt. Die Ausgabe des Gasphasenprobenvorbereitungsgeräts 116 wird in dem Einlaß 118 mit dem begrenzten Fluidfluß aus dem festen Begrenzer 115 gemischt. Die Ausgabe des Einlasses 118 wird dann als ein Säulenfluidstrom, der in die Säule 120 gerichtet wird, und als ein Aufteilungsentlüftungsstrom, der zu der Aufteilungsentlüftungsleitung 122 gerichtet wird, geliefert. Somit wird nur ein Anteil der Ausgabe des Gasphasenprobenvorbereitungsgeräts 116 in die Säule 120 eintreten.

Nachdem die Probeninjektion durch Betrieb des Gasphasenprobenvorbereitungsgeräts 118 eingeleitet worden ist, um eine Proben/Träger-Fluidmischung zu schaffen, wird ein Anteil der zu analysierenden Mischung in die Säule 120 getragen, während der Rest der Mischung durch die Aufteilungsentlüftungsleitung 122 zur Entlüftung zu der Umgebungsatmosphäre gerichtet wird. Der Gegendruck des Aufteilungsfluidstroms in der Aufteilungsentlüftungsleitung 122 wird durch die EPC 140 gemäß dem Säulendruck gesteuert, der durch das Drucksensorsignal dargestellt wird, das auf der Drucksensorsignalleitung 142 geliefert wird. Als Reaktion erhält die EPC ein Aufteilungsentlüftungssteuersignal auf der Steuerleitung 146, um das An/Aus-Ventil 124 zu öffnen, und um den Fluidfluß, der durch das Proportionalventil 126 durchgeht, zu steuern.

In Fig. 3 ist ebenfalls gezeigt, daß ein Aufteilungslos-Injektionsmodus gemäß der folgenden Beschreibung bewirkt werden kann. Während einer aktiven Abtastphase wird der Trägerfluidstrom durch Betrieb des Proportionalventils 114A gemäß dem Flußsensorsignal, das zu der EPC 140 auf der Flußsensorsignalleitung 144 geliefert wird, vorwärts-flußgesteuert. Die Mehrheit des Trägerfluidstroms tritt in den Einlaß 118 ein, während der Rest des Trägerfluidstroms durch die Entleerungsleitung zu dem Entleerungsregler 130 austritt. Die Ausgabe aus dem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 116 wird mit dem begrenzten Fluidfluß in dem Einlaß 118 gemischt. Die Ausgabe des Einlasses 118 wird dann als der Säulenfluidstrom geliefert, der in die Säule 120 gerichtet ist, während der Aufteilungsentlüftungsstrom, der zu der Aufteilungsentlüftungsleitung 122 gerichtet ist, durch einen Betrieb des An/ Aus-Ventils 124 unterbrochen wird. An dem Ende der aktiven Abtastphase bleibt das An/Aus-Ventil 124 geschlossen, und die Steuerung des Proportionalventils 114A wird über einen Betrieb der EPC 140 verändert, um eine Vorwärtsdruckregelung des Trägerfluidflusses gemäß dem Drucksensorsignal zu bewirken, das auf der Drucksensorsignalleitung 142 geliefert wird. Die zu analysierende Probe wird von der Proben/Trägerfluidmischung in die Säule 120 getragen. An dem Ende der Injektionsperiode bewirkt die EPC 140: a) daß sich das An/ Aus-Ventil 124 öffnet, und daß das Proportionalventil 126 eine Gegendruckregelung des Aufteilungsentlüftungsfluidflusses bewirkt, um den Einlaß 118 zu entleeren, und b) eine Vorwärtsflußsteuerung des Trägerfluidflusses durch einen Betrieb des Proportionalventils 114A gemäß dem Flußsensorsignal, das auf der Flußsensorsignalleitung 144 geliefert wird.

Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, kann das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel 102 modifiziert werden, um ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel 103 zum Bewirken eines Direktinjektionsmodus durch Trennen (vor dem Durchführen der Direktprobeneinführung) der Aufteilungsentlüftungsleitung 122 von dem Einlaß 118 zu schaffen. Der Fluid-tragende Kanal in dem Einlaß 118, der somit durch die Auftrennung freigelegt ist, wird dann durch Verwendung eines geeigneten Geräts, wie z. B. einer Abdeckung 123 beendet (geschlossen). Während einer Vorinjektions- und Desorptions-Phase bewirkt das EPC-Modul 140 eine Vorwärtsflußsteuerung des Trägerfluidflusses durch einen Betrieb des Proportionalventils 114A gemäß dem Flußsensorsignal, das auf der Flußsensorsignalleitung 144 geliefert wird. Während einer folgenden Injektionsphase wird der Trägerfluidfluß durch eine Vorwärtsdruckregelung des Proportionalventils 114A durch die EPC 140 gemäß dem Drucksensorsignal gesteuert, das auf der Drucksensorsignalleitung 142 geliefert wird. Die Ausgabe aus dem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät 116 wird mit dem begrenzten Fluidstrom in dem Einlaß 118 gemischt, wobei die Ausgabe des Einlasses 118 dann als der Säulenfluidstrom, der in die Säule 120 gerichtet ist, bereitgestellt wird. Die zu analysierende Probe wird somit direkt in die Säule 120 injiziert.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Einlässe 30, 118 umfassen geeignete Anschlußstücke (nicht gezeigt) und Fluid-tragende Kanäle, die verbunden sind, um in sich ein gemeinsam verwendetes, minimales Innenvolumen zu definieren. Die Fluid-tragenden Kanäle, die das Innenvolumen definieren, können Kanäle mit schmaler Bohrung (d. h. kleinem Volumen) mit Innenoberflächen sein, die aus einem chemisch inerten Material gebildet sind. Eine bevorzugte Menge des Innenvolumens für die Einlässe 30, 118 beträgt etwa 35 µl oder weniger. Eine thermische Steuerung bestimmter Abschnitte der dargestellten Ausführungsbeispiele, wie z. B. der Säule 120 und der Einlässe 30, 118, kann durch bekannte Vorrichtungen (nicht gezeigt), wie z. B. eine oder mehrere Heizer/Thermoelementsensor-Einheiten, erreicht werden.

Das zweite und das dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel 102, 103 sind vorzugsweise in dem Aufteilungs-, dem Aufteilungslos- oder dem Direktinjektionsmodus gemäß einer Injektionsmodustabelle, die durch Verwendung eines Eingabe/Ausgabe-Geräts 102 ausgewählt wird, betreibbar. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel des EPC-Moduls 140 ist daher aufgebaut, um als ein Tastatur-betätigtes, Tabellen-getriebenes Steuersystem zu arbeiten, wobei die Konfiguration und der Betrieb des Systems und insbesondere die Steuerung der Gasströme, die bei den vorher erwähnten Injektionsmodi wirksam sind, durch Verwendung des Eingabe/Ausgabe-Steuerungsgeräts 102 und eine Systemsteuerung 109 (oder eine ähnliche Steuerung in einer Computerarbeitsstation, einer zentralen Steuerstation oder einem Gaschromatographen) gesteuert werden können. Der Betreiber kann einen Dateneintrag und ein Editieren der Steuertabelle mittels einer Tastatur 106 durchführen. Eine Anzeige 104 zeigt Informationen über den gegenwärtigen Zustand bestimmter Systeme an, während die Systeme in Betrieb sind. Tatsächliche Werte von Betriebsparametern und Systemsteuerwerte (wie z. B. Einstellungspunkte) sind vorzugsweise in einer oder mehreren Steuertabellen organisiert, die als Reaktion auf eine Dateneingabe von dem Betreiber auf dem Eingabe/Ausgabe-Gerät 102 und als Reaktion auf eine Programmierung und eine Firmware, die in der Systemsteuerung 109 wirksam sind, erzeugt werden. Die besagten Tabellen sind beispielsweise auf der Anzeige 104 betrachtbar und mittels der Tastatur 106 editierbar. Die Systemsteuerung 109 umfaßt vorzugsweise eine Datenerfassungs-, eine Speicher-, eine Berechnungs- und weitere Prozeßsteuerungs-Schaltungen, die zum Einleiten und Steuern der verschiedenen Funktionen bezüglich des Betriebs des Systems geeignet sind, und eine Software und/oder Firmware, die sich auf das Ausführen der Funktionen und Operationen beziehen, die in den Steuertabellen angezeigt sind, und insbesondere für das Erzeugen, Speichern, Betreiben und Editieren der Injektionsmodustabellen, die auf der Anzeige 104 angezeigt sind, geeignet sind.

Weitere Techniken zum Liefern einer elektronischen pneumatischen Steuerung sind beispielsweise in dem U.S. Patent Nr. 4,994,096 von Klein u. a. und in dem U.S. Patent Nr. 5,108,466 offenbart, deren Offenbarungen hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Klein u. a. offenbaren ferner eine elektronische Drucksteuerung von Fluiden in "CGC Using a Programmable Electronic Pressure Controller", J. High Resolution Chromatography 13 : 361, Mai 1990. Eine detailliertere Erörterung einer elektronischen pneumatischen Steuerung für die hierin beschriebenen Injektionstechniken ist im Stand der Technik zu finden, wie z. B. bei M. S. Klee, GC Inlets - An Introduction, Hewlett-Packard Company, Februar 1990; K. Grob, Classical Split and Splitless Injection in Capillary GC, zweite Ausgabe, Huethig, 1988; P. L. Wylie, J. Phillips, K. J. Klein, M. Q. Thompson und B. W. Hermann, "Improving Splitless Injection with Electronic Pressure Programming: J High Resolution Chromatography 14 : 649, Oktober 1991; S. S. Stafford, K. J. Klein, P. A. Larson, R. L. Firor und P. L. Wylie, "Applications of Electronic Pressure Control and Pressure Programming in Capillary Gas Chromatography", Hewlett-Packard Company, Application Note 228-141, Veröffentlichungsnummer (43) 5091-2731E, Oktober 1991.


Anspruch[de]
  1. 1. System zum Durchführen einer Injektion einer Gasphasenprobe in eine Trennsäule, die bei einer chromatographischen Analyse nützlich ist, mit folgenden Merkmalen:

    einer Quelle (12, 112) eines Trägerfluids zum Liefern eines Trägerfluidstroms;

    einer Einrichtung (14, 114) zum Aufteilen des Trägerfluidstroms in einen ersten und in einen zweiten Fluidstrom;

    einem Fluidflußbegrenzer (26, 115), der mit dem ersten Fluidstrom wirksam verbunden ist, zum Liefern eines begrenzten Fluidstroms;

    einem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät (16, 116), das mit dem zweiten Fluidstrom wirksam verbunden ist, zum Einführen einer Gasphasenprobe in den zweiten Fluidstrom, um eine Proben/Träger-Fluidmischung zu liefern;

    einem Einlaß (30, 118), der mit dem Fluidflußbegrenzer (26, 115) und mit dem Gasphasenprobenvorbereitungsgerät (16, 116) wirksam verbunden ist, zum Empfangen des begrenzten Fluidstroms bzw. der Proben/Träger-Fluidmischung, wobei der Einlaß eine Einrichtung zum Kombinieren der Proben/Träger-Fluidmischung und des begrenzten Fluidstroms und eine Einrichtung zum Liefern eines Säulenfluidstroms aufweist; und

    einem Drucksensor (32, 132), der mit dem begrenzten Fluidstrom wirksam verbunden ist, wobei der Drucksensor in wesentlicher fluidmäßiger Kommunikation mit dem Säulenfluidstrom ist, um ein Drucksensorsignal zu liefern, das den Säulenkopfdruck darstellt.
  2. 2. System gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Merkmale aufweist:

    eine Trägerfluidflußsteuerung (14, 114), die mit dem Trägerfluidstrom wirksam verbunden ist, zum Steuern des Flusses des Trägerfluidstroms als Reaktion auf ein Trägerfluidflußsteuerungssignal;

    eine Steuerungseinrichtung (109, 140), die eine Einrichtung aufweist, die gemäß einem auswählbaren Injektionsmodus betreibbar ist, zum Empfangen des Drucksensorsignals und zum Erzeugen des Trägerfluidflußsteuerungssignals gemäß dem Drucksensorsignal.
  3. 3. System gemäß Anspruch 2, bei dem die Steuerungseinrichtung (109, 104) ferner ein elektronisches pneumatisches Steuerungsmodul (140) aufweist.
  4. 4. System gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem die Steuerungseinrichtung (109, 140) ferner Steuerungstabelleninformationen zum Liefern des Trägerfluidflußsteuerungssignals aufweist, um eine Vorwärtsdruckregelung des Säulenfluidstroms zu bewirken.
  5. 5. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgende Merkmale aufweist:

    eine Aufteilungsentlüftungsleitung (34), die mit dem Einlaß wirksam verbunden ist und in fluidmäßiger Kommunikation mit dem begrenzten Fluidstrom, der Proben/Träger-Fluidmischung und dem Säulenfluidstrom ist, zum Liefern eines Aufteilungsentlüftungsfluidstroms von denselben;

    eine Aufteilungsentlüftungssteuerung (125), die mit der Aufteilungsentlüftungsleitung wirksam verbunden ist, zum Steuern des Aufteilungsentlüftungsfluidstroms als Reaktion auf ein Aufteilungsentlüftungssteuerungssignal; und

    eine Steuerungseinrichtung (140), die eine Einrichtung aufweist, die gemäß einem auswählbaren Injektionsmodus betreibbar ist, zum Empfangen des Drucksensorsignals und zum Erzeugen des Aufteilungsentlüftungssteuerungssignals gemäß dem Drucksensorsignal.
  6. 6. System gemäß Anspruch 5, bei dem die Steuerungseinrichtung (140) ferner eine Einrichtung zum Liefern von Steuerungstabelleninformationen zum Bereitstellen des Aufteilungsentlüftungssteuerungssignals aufweist, um eine Gegendruckregelung des Säulenfluidstroms zu schaffen.
  7. 7. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner folgende Merkmale aufweist:

    eine Trägerfluidflußsteuerung (14, 114), die wirksam mit dem Trägerfluidstrom verbunden ist, zum Steuern des Flusses des Trägerfluidstroms als Reaktion auf ein Trägerfluidflußsteuerungssignal;

    eine Aufteilungsentlüftungsleitung (34), die mit dem Einlaß wirksam verbunden ist und in fluidmäßiger Verbindung mit dem begrenzten Fluidstrom, der Proben/Träger-Fluidmischung und dem Säulenfluidstrom ist, zum Liefern eines Aufteilungsentlüftungsfluidstroms aus denselben;

    eine Aufteilungsentlüftungssteuerung (125), die mit der Aufteilungsentlüftungsleitung wirksam verbunden ist, zum Steuern des Aufteilungsentlüftungsfluidstroms als Reaktion auf ein Aufteilungsentlüftungssteuerungssignal; und

    eine Steuerungseinrichtung (140), die eine Einrichtung aufweist, die gemäß einem auswählbaren Injektionsmodus zum Aufnehmen des Drucksensorsignals und zum Erzeugen zumindest entweder eines Trägerfluidflußsignals oder eines Aufteilungsentlüftungssteuerungssignals oder beider Signale gemäß dem Drucksensorsignal betreibbar ist.
  8. 8. System gemäß Anspruch 7, bei dem die Steuerungseinrichtung (140) ferner eine Einrichtung zum Bewirken des auswählbaren Injektionsmodus gemäß einem ausgewählten des Aufteilungs-, des Aufteilungslos- und des Direktinjektionsmodus, und zum Bewirken eines ausgewählten des Vorwärts- und des Gegendruckregelungsmodus aufweist.
  9. 9. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Fluidflußbegrenzer (26, 115) einen begrenzten Fluidstrom mit einer Flußrate von weniger als etwa 10% der Trägerfluidstromflußrate liefert.
  10. 10. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,

    bei dem die Einrichtung (14, 114) zum Teilen des Trägerfluidstroms in einen ersten und in einen zweiten Fluidstrom eine Einrichtung zum Teilen des Trägerfluidstroms in einen dritten Fluidstrom aufweist; und

    das ferner einen Entleerungsregler (130) zum Aufnehmen des dritten Fluidstroms aufweist, wobei derselbe auswählbar betreibbar ist, um die Herstellung eines drucklosen Zustands des Einlasses zu schaffen.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com