专利名称：优化了不同溶剂间的切换的液体供给系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于以受控的比例来计量两种或多种液体的方法和液体供给系统。本发明尤其还涉及高效液相色谱应用中的液体分离系统。
背景技术：
美国专利4，018，685公开了一种用于形成梯度的比例阀切换法。美国专利4，595，496公开了一种用于避免泵吸入冲程非均匀性的液体组分控制。美国专利4，980，059公开了一种液相色谱仪。美国专利5，135，658公开了一种协调的色谱系统。美国专利7，631，542公开了一种带有流体摄入管理的色谱系统。美国专利5，862，832描述了一种梯度比例阀。国际专利申请WO 2010/030720公开了一种用于溶剂配比的时间偏移量 的调制。
发明内容本发明的目的是提供一种改进的、能够高精度地供给复合液体的液体供给器。该目的可通过独立权利要求来实现。其它实施例通过从属权利要求示出。给出了一种用于在液体供给系统中以受控的比例计量两种或多种液体并供给所产生的混合物的方法，其中该液体供给系统包括多个溶剂供给线路，每个溶剂供给线路流体连接到含有液体的贮存箱；比例阀，该比例阀夹置在该溶剂供给线路与泵入单元的入口之间，该比例阀被构造为通过依次耦合所选择的溶剂供给线路的一者和该泵入单元的入口来调制溶剂组分，其中该泵入单元被构造为从所选择的溶剂供给线路中吸入液体并且在其出口处供给液体混合物；该方法包括经由第一溶剂供给线路将第一液体吸到该泵入单元中；确定用于在不同溶剂供给线路之间切换的一个或多个切换时间点，该切换时间点以被供给到该泵入单元的液体在该切换时间点处处于预定压力范围内的方式来确定；在该切换时间点的一者处，从第一溶剂供给线路切换到第二溶剂供给线路；经由第二溶剂供给线路将第二液体吸到泵入单元中。根据本发明的实施例，该切换时间点被选择为使得在该切换时间点处，相应的液体处于预定压力范围内。例如，该压力范围可以被定义为使得，在切换点处，避免过压状态和压力不足的状态。在此情况下，在从第一溶剂到第二溶剂的切换点处，溶剂既不处于压缩状态也不处于膨胀状态。被吸入溶剂的压缩状态或膨胀状态可能导致组分误差(compositional error)。此外，由于液体供给系统管道的弹性和其它系统构件的弹性，过压状态可能导致例如管道的相应膨胀，然而压力不足的状态可能导致例如管道相应变窄。因此，通过避免切换点处的过压状态或压力不足的状态，来减少或者甚至避免组分误差。根据本发明的优选实施例，该方法包括监测泵入单元入口处的压力以确定用于在不同溶剂供给线路之间切换的切换时间点。根据本发明的优选实施例，该方法包括以被供给到泵入单元的液体在切换时间点处大致上既不处于过压状态也不处于压力不足状态的方式来确定该切换时间点。[0008]根据本发明的优选实施例，该方法包括以在该切换时间点处，大致上没有能量存储在被供给到泵入单元的液体的压缩状态或膨胀状态下或者液体供给系统的管道或其它任何系统构件的任何弹性变形中的方式来确定该切换时间点，该弹性变形取决于液体的过压或压力不足。根据本发明的优选实施例，该方法包括以被供给到泵入单元的液体在切换时间点处大致上等于预定常压(regular pressure)的方式来确定该切换时间点。根据本发明的优选实施例，该方法包括以被供给到泵入单元的液体在切换时间点处大致上处于预定常压状态的方式来确定该切换时间点。根据本发明的优选实施例，该方法包括以被供给到泵入单元的液体在切换时间点处大致上处于预定常压状态的方式来确定该切换时间点，其中该预定常压是液体在该液体供给系统的低压区域中的平均压力。根据本发明的优选实施例，该方法包括以被供给到泵入单元的液体在切换时间点·处大致上处于预定常压状态的方式来确定该切换时间点，其中该预定常压是液体在该液体供给系统的低压区域中的最终静压力。根据本发明的优选实施例，该液体供给系统还包括位于比例阀下游的压力传感器，该压力传感器被构造为监测被供给到泵入单元的液体压力；该方法还包括以下步骤的至少一者根据由压力传感器所确定的压力来选择切换时间点；将由压力传感器所确定的压力与预定常压进行比较，并且以实际压力在该切换点处大致上等于该预定常压的方式来确定该切换点。根据本发明的优选实施例，该方法还包括根据液体行为的预定模型，预先为不同的溶剂和速率确定切换时间点。根据本发明的优选实施例，当从溶剂供给线路中所选择的溶剂供给线路中吸入液体时，该液体在以最小压力为特征的第一状态与以最大压力为特征的第二状态之间执行震荡。根据本发明的优选实施例，在切换时间点处，被供给到泵入单元的液体可以仍然处于震荡状态，其中该液体在以最小压力为特征的第一状态与以最大压力为特征的第二状态之间震荡。根据本发明的优选实施例，在不同溶剂供给线路之间实施切换的切换时间点处，被供给到泵入单元的液体的动态干扰并未得到解决。根据本发明的优选实施例，当从溶剂供给线路中所选择的溶剂供给线路中吸入液体时，该液体在以最小压力为特征的第一状态与以最大压力为特征的第二状态之间执行震荡，其中震荡周期取决于液体和液体供给系统的管道的水力容量、液体供给系统的管道的水力限制以及与该管道中的液体有关的质量惯性的至少一者。根据本发明的优选实施例，该泵入单元包括柱塞泵，该柱塞泵具有在泵腔室中往复运动的柱塞，该方法还包括以下步骤的至少一者以非均匀的方式移动柱塞以减少被吸入液体的震荡动力学，其中柱塞在实施切换之前减速，并且在实施切换之后加速；以非均匀的方式移动柱塞以改变摄入冲程期间的摄入速度，其中液体在该摄入冲程期间平缓加速并减速；以避免压力极限的方式操作该泵入单元以控制吸入液体的速度；通过利用速度连续变化的函数优化速度动力学来操作该泵入单元，以控制吸入液体的速度，其中减少或者甚至避免陡峭的速度变化；通过利用加速度或减速度连续变化的函数优化速度动力学来操作泵入单元以控制吸入液体的速度，结果减少或者甚至避免了陡峭的速度变化；通过利用导致摄入压力积极减弱的函数优化速度动力学来操作泵入单元以控制吸入液体的速度。根据本发明实施例的液体供给系统被构造为以受控的比例计量两种或多种液体并且供给所产生的混合物。该液体供给系统包括多个溶剂供给线路，每个溶剂供给线路流体连接到含有液体的贮存箱；比例阀，该比例阀夹置在该溶剂供给线路与泵入单元的入口之间，该比例阀被构造为通过依次耦合所选择的溶剂供给线路的一者和该泵入单元的入口来调制溶剂组分；该泵入单元被构造为从所选择的溶剂供给线路中吸入液体并且在其出口处供给液体混合物；控制单元，该控制单元被构造为控制比例阀的操作，其中在一个或多个切换时间点处实施不同溶剂供给线路之间的切换，其中该切换时间点以被供给到该泵入单元的液体在切换时间点处处于预定压力范围内的方式来选择。根据本发明的实施例，该液体供给系统还包括下列至少一者压力传感器，该压力传感器位于比例阀下游，该压力传感器被构造为监测被供给到泵入单元的液体压力；流量 传感器，该流量传感器位于比例阀下游，该流量传感器被构造为确定被供给到泵入单元的液体流量。根据本发明的实施例，该泵入单元包括柱塞泵，该柱塞泵具有在泵腔室中往复运动的柱塞。根据本发明的实施例，该液体供给系统还包括辅助腔室，该辅助腔室流体耦合到该泵入单元的入口，该辅助腔室中包括施力元件或有源元件。根据本发明的实施例，该辅助腔室被构造为容纳包含在该泵入单元中的液体混合物，混合该液体，并且将该液体重新供给该泵入单元。根据本发明的实施例，该控制单元还被构造为以经由泵入单元的入口将包含在该泵入单元中的液体序列混合物输送到该辅助腔室，并且在入口阀关闭之前将该液体序列混合物从该辅助腔室再次传送到该泵入单元，以及在该泵入单元的出口处供给混合液体的方式控制该泵入单元的操作。根据本发明实施例的液体分离系统被构造为分离流动相中的样品液体组分。该液体分离系统包括上述液体供给系统，该液体供给系统被构造为驱动该流动相通过该液体分离系统；分离单元，优选是色谱柱，被构造为分离该流动相中的样品液体组分。根据本发明的实施例，该液体分离系统还包括下列至少一者样品注射器，该样品注射器被构造为将样品液体吸到流动相中；检测器，该检测器被构造为检测样品液体的被分离组分；收集单元，该收集单元被构造为收集样品液体的被分离组分；数据处理单元，该数据处理单元被构造为处理从该液体分离系统中接收到的数据；排气装置，该排气装置用以排出该流动相。根据本发明的实施例，提供了一种被构造为以受控的比例计量两种或多种液体并且供给所产生的混合物的液体供给系统，其特征在于，所述液体供给系统包括多个溶剂供给线路，每个溶剂供给线路流体连接到含有液体的贮存箱；比例阀，所述比例阀夹置在所述溶剂供给线路与泵入单元的入口之间，所述比例阀被构造为通过依次耦合所选择的所述溶剂供给线路的一者和所述泵入单元的所述入口来调制溶剂组分；所述泵入单元被构造为从所选择的溶剂供给线路中吸入液体并且在其出口处供给液体混合物；控制单元，所述控制单元被构造为控制所述比例阀的操作，其中在一个或多个切换时间点处实施不同溶剂供给线路之间的切换，其中所述切换时间点以被供给到所述泵入单元的液体在所述切换时间点处处于预定压力范围内的方式来选择。根据本发明的实施例，所述液体供给系统还包括下列至少一者压力传感器，所述压力传感器位于所述比例阀下游，所述压力传感器被构造为监测被供给到所述泵入单元的液体压力；流量传感器，所述流量传感器位于所述比例阀下游，所述流量传感器被构造为确定被供给到所述泵入单元的液体流量；所述泵入单元包括柱塞泵，所述柱塞泵具有在泵腔室中往复运动的柱塞；在柱塞运动的摄入冲程期间，当经由所述泵入单元的所述入口吸入液体时，所述比例阀在不同的溶剂供给线路之间切换；所述比例阀具有多个开关阀，其中所述开关阀在所述泵入单元的摄入冲程期间被依次引动；将所述柱塞的摄入冲程的预定部分指定给被吸到所述泵入单元中的不同溶剂，其中通过体积包代替时间分割来完成配比。根据本发明的实施例，提供了一种用于分离流动相中的样品液体组分的液体分离系统，其特征在于，所述液体分离系统包括根据以上所述的液体供给系统，所述液体供给系统被构造为驱动所述流动相通过所述液体分离系统；分离单元，优选是色谱柱，被构造为·分离所述流动相中的所述样品液体的组分。根据本发明的实施例，所述液体分离系统还包括下列至少一者样品注射器，所述样品注射器被构造为将所述样品液体吸到所述流动相中；检测器，所述检测器被构造为检测所述样品液体的被分离组分；收集单元，所述收集单元被构造为收集所述样品液体的被分离组分；数据处理单元，所述数据处理单元被构造为处理从所述液体分离系统中接收到的数据；排气装置，所述排气装置用以排出所述流动相。根据本发明的实施例，提供了一种被构造为以受控的比例计量两种或多种液体并且供给所产生的混合物的液体供给系统，其特征在于，所述液体供给系统包括多个溶剂供给线路，每个溶剂供给线路流体连接到含有液体的贮存箱；比例阀，所述比例阀夹置在所述溶剂供给线路与泵入单元的入口之间，所述比例阀被构造为通过依次耦合所选择的所述溶剂供给线路的一者和所述泵入单元的所述入口来调制溶剂组分；所述泵入单元被构造为从所选择的溶剂供给线路中吸入液体并且在其出口处供给液体混合物；辅助腔室，所述辅助腔室流体耦合到所述泵入单元的所述入口，所述辅助腔室中包括有源元件；以及控制单元，所述控制单元被构造为以经由所述泵入单元的入口将包含在所述泵入单元中的液体混合物输送到流体连通到所述入口的所述辅助腔室，并且在将混合液体传送到所述泵入单元的出口之前将液体混合物从所述辅助腔室再次输送到泵入单元的方式来控制所述泵入单元的操作。本发明的实施例可以体现在大多数常规可行HPLC系统，如Agilentl290系列无限大系统、Agilent 1200系列快速分解系统或Agilent 1100HPLC系列中(全部由申请人Agilent Technologies提供-参见www. aRilent. com,在此通过引用将其包含在本说明书中)。HPLC系统的一个实施例包括泵入装置，该泵入装置具有柱塞，用以在泵工作腔室中往复运动以将该泵工作腔室中的液体压缩至高压并且在该高压下传送液体，其中在该高压下，液体的可压缩性变得明显。HPLC系统的一个实施例包括以串行方式或并行方式耦合的两个泵入装置。在串行方式下，如EP 309596 Al所公开的，第一泵入装置的出口耦合到第二泵入装置的入口，并且第二泵入装置的出口提供了泵的出口。在并行方式下，第一泵入装置的入口耦合到第二泵入装置的入口，并且第一泵入装置的出口耦合到第二泵入装置的出口，从而提供了泵的出口。在任一情况下，第一泵入装置的液体出口发生相移，优选大致为180°，对于第二泵入装置的液体出口，使得仅有一个泵入装置向系统供给液体而另一个泵入装置(例如，从供应器)摄入液体，从而能够在出口处提供连续流。但是，很明显，也可以并行地(即，同时)操作这两个泵入装置，至少在一定的过渡阶段，例如提供泵入装置之间的泵入周期的(更)平滑过渡。为了补偿由液体的可压缩性引起的液体流动脉冲，相移可以发生变化。使用相移大约为120°的三个柱塞泵也是公知的。该分离装置优选包括提供固定相的色谱柱。该柱可以是玻璃管或钢管(例如，具有10 μ m至5mm的直径和Icm至Im的长度)或者微流体柱(如EP 1577012 Al中所公开的或申请人Agilent Technologies提供的Agilent 1200系列HPLC-芯片/MS系统，例如参见 http: //www. chem. agilent. com/Scripts/PDS. asp IPage = 38308)。例如，可以利用固定相粉末来制备悬浮液，并且接着将其倾注并压到该柱中。个别组分被固定相不同程度地保留，并且当其以不同的速度传送通过具有洗脱剂的柱时彼此分离。在该柱的末端，它们一次或多或少地被分别洗脱。在整个色谱处理过程中，也可以多次部分地收集洗脱剂。该·色谱柱中的固定相或吸附剂通常是固体材料。最常见的用于色谱柱的固定相是硅胶，其次是氧化铝。过去经常使用纤维素粉末。也可以使用离子交换色谱法、反相色谱法(RP)、亲和色谱法或扩张床吸附(EBA)。尽管在EBA中使用了液化床，但固定相通常是通过EBA中的流化床被磨得极为精细的粉末或溶胶，和/或用于增加表面的多微孔。此外，还存在用于快速高性能液相色谱分离的整体柱。流动相(或洗脱剂)可以是纯净的溶剂或不同溶剂的混合物。可以选择例如使感兴趣化合物的保留量和/或流动相的数量最小化，以运行该色谱法。流动相也可以被选择为使得能够有效地分离不同的化合物。流动相可以包括有机溶剂，例如通常用水稀释过的甲醛或乙腈。对于梯度操作来说，水和有机物在分离的瓶中传送，其中从该瓶中，梯度泵可将被处理过的混合物提供给该系统。其它常见的溶剂可以是异丙醇、THF、己烷、乙醇和/或其结合，或者上述溶剂的任何结合。样品流体可以包括任何类型的制程流体、自然样品如石油、体液如等离子体，或者可以是发酵液的反应结果。液体优选是液体，但是也可以气体和/或超临界流体(例如，超流体液相色谱仪(SFC)中所使用的或者例如US 4，982，597A中所公开的)。流动相中的压力范围可以是2_200MPa(20至2000巴)，尤其是10_150MPa(100至1500 巴)，更尤其是 50-120MPa (500 至 1200 巴)。HPLC系统还可以包括用于将样品流体引入到流动相流的进样单元、用于检测样品流体的被分离化合物的检测器、用于输出样品流体的被分离化合物的分馏单元，或者上述组合。HPLC系统的更多细节通过申请人Agilent Technologies提供的上述Agilent HPLC系列所公开(参见www. aRilent. com),在此通过引用将其包含在本说明书中。本发明的实施例可以部分或全部由一个或多个合适的软件程序表达或支持，其中该软件程序可以存储在任何类型的数据载体上或者由任何类型的数据载体提供，并且可以在任何合适的数据处理单元中被实施，或者通过任何合适的数据处理单元来实施。软件程序或常规程序优选被施加在控制单元中或者由控制单元施加。
通过参考实施例中更为具体的描述以及(多个)附图，将会更容易理解本发明实施例的其它方面和许多伴随的优点。功能相同或大致相似的特征用相同的(多个)标号表示。下面是附图的概要解释。图I示出了被构造为供给复合溶剂流的液体分离系统的一部分；图2A-2B示出了如何在泵入单元的摄入阶段吸入不同的溶剂；图3示出了液相色谱系统的概要图；图4示出了由水和1%至10%的丙酮制成的复合溶剂所得到的试验结果；图5A-5C不出了管道中溶剂的震荡行为；图6示出了压力随时间的函数；图7A-7C示出了柱塞位置在三个不同的柱塞运动过程随时间的函数；图8示出了包括至少一个压力传感器的液体供给系统的结构；以及图9示出了包括适于混合已经被吸入的溶剂的辅助腔室的液体供给系统。
具体实施方式
图I示出了被构造为以受控的比例计量液体并供给所产生混合物的液体供给系统。该液体供给系统包括四个贮存箱100、101、102、103，这些贮存箱的每一者包括相应的溶剂A、B、C、D。贮存箱100至103的每一者经由相应的液体供给线路104、105、106、107流体连通到比例阀108。比例阀108被构造为连接四个液体供给线路104至107中被选择的一者与供给线路109，并且在不同的液体供给线路之间切换。供给线路109与泵入单元110的入口连接。因此，在泵入单元110的低压侧执行溶剂混合。在图I所示的示例中，泵入单元110包括第一柱塞泵111，该第一柱塞泵111流体地串行连接到第二柱塞泵112。第一柱塞泵111配有入口阀113和出口阀114。第一柱塞115由第一马达116驱动，并且在第一泵腔室117内作往返运动。第二柱塞118由第二马达119驱动，并且在第二泵腔室120内作往返运动。此外，可以通过共同的驱动系统，例如比例阀来操作这两个柱塞。在第一柱塞泵111的摄入阶段，入口阀113打开，出口阀114关闭，并且第一柱塞115沿下行方向运动。因此，由供给线路109供给的溶剂被吸到第一泵腔室117中。在第一柱塞115的下行冲程期间，比例阀108可以在不同的液体供给线路之间切换并且因此在不同的溶剂之间切换。因此，在第一柱塞115下行冲程期间，可以将不同的溶剂接连吸到第一泵腔室117中。在可替换性的构造中，可以具有用于各个液体供给线路104至107的专用入口阀，其中该专用入口阀接着如上所述受到控制，从而代理比例阀108。图2A示出了在第一柱塞的下行冲程期间被吸到第一泵腔室117中的三种不同溶剂A、B、C的示例。首先，将第一液体供给线路104连接到泵入单元的入口，并将溶剂A吸到第一泵腔室117中。在第一柱塞115吸入一定量的溶剂A之后，比例阀108在时间点200处从溶剂A切换到溶剂B。然后，一定量的溶剂B经由第二液体供给线路实时时钟105被摄入。在时间201处，比例阀108从溶剂B切换到溶剂C。接着，将一定量的溶剂C吸到第一泵腔室117中。时间点202表示第一柱塞下行冲程的结束。当以协调的方式控制时间点200,201时，则接着在第一柱塞下行冲程的末尾，第一泵腔室117中含有被限定了溶剂组分的溶剂A、B、C。图2B示出了其中对占较大百分比的溶剂A和占较小百分比的溶剂B进行混合的示例。在此情况下，如下所述来执行比例阀108的切换首先，吸入一定量的溶剂A。接着，在时间点203处，比例阀108从溶剂A切换到溶剂B，并且吸入少量的溶剂B。接着，在时间点204处，比例阀108从溶剂B再次切换到溶剂A，并且在下行冲程的剩余部分 期间，吸入溶剂A。在第一柱塞下行冲程的末尾，在时间点205处，第一泵腔室117含有包括占较大百分比的溶剂A和占较小百分比的溶剂B的复合溶剂。在第一柱塞115的下行冲程期间，第二柱塞118执行上行冲程并且传送流体流，并且在泵入单元的出口 121处，高压提供复合溶剂流。在将相应量的不同溶剂吸到第一泵腔室117中之后,入口阀113关闭，第一柱塞115开始沿上行方向运动，并且将包含在第一泵腔室117中的液体压缩至系统压力。在可替换性的构造中，当比例阀108能够耐受高压时，可以忽略额外的入口阀113。出口阀114打开，并且在随后的再填充阶段，第一柱塞115沿上行方向运动，第二柱塞118沿下行方向运动，并且将复合溶剂从第一泵腔室117输送到第二泵腔室120。在再填充阶段，由第一柱塞泵111供给的复合溶剂量通常大于由第二柱塞泵112吸入的复合溶剂量，并且因此，在出口125处，保持了连续的复合溶剂流。在将被定义了数量的复合溶剂从第一柱塞泵111供给到第二柱塞泵112之后，出口阀114关闭，第二柱塞118沿上行方向运动，从而保持了连续的复合溶剂流，而当第一柱塞115开始沿下行方向运动时，入口阀113打开，并且再次将不同的溶剂吸到第一泵腔室117 中。图I所示的液体供给系统可以用于例如向分离装置供给复合溶剂流，其中该分离装置适于分离样品液体的组分。图3示出了液体分离系统的结构。该液体分离系统包括四个包含四种不同溶剂A、B、C、D的贮存箱300至303，这些贮存箱流体耦合到比例阀304。比例阀304负责在不同的溶剂之间切换并且在泵入单元306的低压侧向入口 305提供相应的溶剂。在泵入单元306的低压侧实施不同溶剂的混合。泵入单元306被构造为向分离装置307供给复合溶剂流，其中该分离装置307可以例如是色谱柱。样品注射器308位于泵入单元306与分离装置307之间。经由样品注射器308，样品液体309可以被引入到分离流路径中。由泵入单元306供给的复合溶剂流通过分离装置307驱动样品的组分。在其流经分离装置307的过程中，该样品的组分被分离。位于分离装置307下游的检测单元310被构造为当各种样品组分出现在分离装置307的出口处时对其进行检测。图I所示的液体供给系统很适合用在液体分离系统中，尤其适合用在液相色谱系统中。但是，应注意，图I所示的液体供给系统也可以用在其它领域。对于图I所示的液体供给系统，已经注意到当大量的第一溶剂与少量的第二溶剂混合时，在出口 121处所提供的复合溶剂中容易出现组分误差。这与图2B所描述的情况相对应，其中占较大百分比的溶剂A与占较小百分比的溶剂B混合，其中溶剂B在时间间隔204期间被吸入。[0064]为了更好地理解这些组分误差，已经对水和少量丙酮的混合物进行了研究，其中丙酮的含量以从0%到10%的阶梯形式增加。如图4所示，丙酮的含量以1%的阶梯作为时间的函数从等等增加至10%，从而丙酮的相应含量随图2B中时间间隔206长度的增加而相应地增加。在出口 121处所得到的复合溶剂的相应浓度由光吸收量来测量，并且用图4中的任意单位(mAU)如实线表示。除了测量浓度之外，期望浓度1%、2%等等的丙酮如点划线所示。在含有I %丙酮的情况下，测量值远远低于I %丙酮的期望值400。在含有2%丙酮的情况下，测量值远远大于2%丙酮的期望值401，并且在含有3%丙酮的情况下，测量值也远远大于3%丙酮的期望值402。在含有大于3%丙酮的复合溶剂的示例中，测量值与期望值之间的偏差变得并不明显。必须注意，该偏差取决于大量的设定参数和条件，并且可在其它情况下的表现出不同的模式。造成此情形的原因与流体动力学有关，并且在此对溶剂B的情况进行了描述。当比例阀108从溶剂A切换到溶剂B时，包含在液体供给线路105中的溶剂B的容积经由供给线路109流体连接到第一泵腔室117。第一柱塞115继续下行运动，并且由于第一泵腔室117中的压力不足，包含在液体供给线路105中的溶剂B的容积朝第一柱塞泵111加速 运动。所产生的流体动力学如图5A至图5C所示。图5A示出了刚刚切换之后的情况。由于泵腔室500中的压力不足，包含在管道502中的溶剂B的容积501朝泵腔室500加速运动，如箭头503所示。为了平衡低阻尼系统中的初始压差，溶剂B的速度将增加直至高于泵腔室500的摄入速度。如图5B所示，溶剂B的容积的加速量导致包含在泵腔室500中的流体的压缩504。该压缩504取决于溶剂B的加速容积的惯性。该压缩504与包含在泵腔室500中的流体的暂时过压相对应。接着，泵腔室500中的流体的压缩504将产生弛豫，并且由此导致其速度发生变化，最终使流体沿相反方向运动，如箭头505所示。图5C示出了运动的下一阶段。使泵腔室500中的流体减压，并且因此，可以检测泵腔室500中的流体的压力不足。接着压缩管道502中的流体，并且该压缩506可能导致管道膨胀。此外，压缩506可能导致流体的加速507。因此，对流体的震荡行为进行观测；流体在管道501与泵腔室500之间来回冲洗。因此，泵腔室500中的压力在过压的状态与压力不足的状态之间震荡。但是即使该震荡运动的实际振幅没有高到使该流动反向，事实只是在一定的压力条件下，在特定的时间点处，比例阀108与泵腔室之间的液体和全部弹性构件也能够使存在的、或多或少的溶剂干扰溶剂的被限定混合物的摄入。图6示出了泵入单元110的入口处的压力随时间的函数。在时间点600处，比例阀108被切换，并且包含溶剂A的液体供给线路104流体连接到泵入单元110。在刚刚切换之后，观测到压力下降601，并且接着，压力达到最小值602。结果，包含在液体供给线路104中的溶剂A的容积朝第一泵腔室117加速运动，并且因溶剂A的加速容积的惯性，泵腔室中的流体被压缩，并且观测到泵腔室中的压力上升603。这会导致过压604，其中过压604导致流体沿相反方向净流动，并且因此，观测到压力减小605。流体的震荡运动导致在泵入单元的入口处所检测到的压力发生相应的震荡，由此所述震荡的振幅随时间衰退，正如阻尼震荡理论所公知的。因此，达到压力的稳定水平606。接着，在时间点607处，比例阀108从溶剂A切换到溶剂B，并且因此，包含在液体供给线路105中的溶剂B流体耦合到泵入单元。在刚刚切换之后，存在压力下降608。在第一泵腔室117中所产生的压力不足609导致包含在液体供给线路105中的溶剂B沿泵入单元110的方向加速。结果，检测到压力上升610，并且第一泵腔室117中的压力达到最大值611。现在，使第一泵腔室117中的流体减压，这回产生相反方向的运动。结果，压力减至最小值612。因此，第一泵腔室117中的压力出现震荡，由此该震荡的振幅随时间减小直至到达稳定水平613。图6所示的震荡是造成图4所示的组分误差的原因。当吸入少量溶剂B时，该组分误差尤为明显，其中吸入少量溶剂B意为图2B所示的时间间隔204如此短，使得当比例阀从溶剂B切换到溶剂A时，震荡还没有完成。在图6中，示出了三个不同的时间间隔614、615、616，其中溶剂B在上述时间间隔内被吸入。例如，在时间间隔614内只吸入溶剂B的情况下，当切换发生时溶剂B处于膨胀状态，并且因此，吸入的溶剂B的量小于其应该被吸入的量。这与图4中1%的丙酮轨迹相对应，其中实际吸入的溶剂B的量小于I %丙酮的期望值400。因此，在时间 间隔614内所吸入的溶剂量并不充分。相反，在相对较长的时间间隔615内吸入溶剂B的情况下，当比例阀从溶剂B再次切换到溶剂A时，溶剂B的容积处于压缩状态。因此，吸入的溶剂B的量实际上过大。这与图4所示的2%丙酮轨迹相对应。这里，实际测量的丙酮量远远高于2%丙酮轨迹的校正值401。在进行切换运动过程中，溶剂处于压缩状态，并且因此，吸入了过多包含液体的丙酮。上述情况同样适用于较长的时间间隔616，例如，这可以与图4中含液体为3%的丙酮的情况相对应。在此情况下，泵腔室中流体的压力大于标准常压，并且因此，实际通过比例阀的溶剂B的量大于应该通过比例阀的溶剂B的量，并且超过正常值402。因此，在比例阀关闭的时间点处实际吸到吸入线路中的溶剂容积的震荡行为直接关系到由此产生的复合溶剂的组分误差，这对于相对较短的阀开启时间是尤为重要的，也就是说本示例中陈述了少量的溶剂B。根据本发明的实施例，试图通过谨慎地选择比例阀从溶剂B再次切换到溶剂B时的切换点来减少或甚至消除复合溶剂的组分误差。除了考虑阀工作周期的线性关系之外，该控制系统也将考虑实际压力条件。在泵腔室中的溶剂在切换时间点处处于过压的状态下，吸入的溶剂B的量太多。相反。在泵腔室中的溶剂在切换时间点处处于压力不足的状态下，吸入的溶剂B的量太小。因此，在切换时间点处，泵腔室中的溶剂应该处于常压，或至少接近常压。根据本发明的实施例，避免了从溶剂B到溶剂A的切换发生在泵腔室中的溶剂处于压力不足的状态或处于过压状态的时间点处，这是因为压力不足的状态和过压状态均会导致复合溶剂的组分误差。在图6的示例中，从溶剂B到溶剂A的切换可例如发生在时间点617处，这是因为在时间点617处，包含在泵腔室中的溶剂处于常压状态。在时间点617处，包含在泵腔室中的溶剂既不处于压力不足的状态，也不处于过压状态。时间点618也是适合从溶剂B再次切换到溶剂A的时间点，这是因为在时间点618处，泵腔室中的溶剂处于常压状态。另一可能性便是选择时间点619作为从溶剂B再次切换到溶剂A的切换点，这是因为在时间点619处，泵腔室中的溶剂也处于常压状态。因此，通过选择时间点617、618、619的一者(或者其中泵腔室中的溶剂处于常压状态的其它任何点)作为从溶剂B再次切换到溶剂A的切换点，来减少或者甚至消除复合溶剂的组分误差。因此，甚至对于少量溶剂B(例如，低于5%的溶剂B)来说，也可以提供具有溶剂A和溶剂B的校正混合比的复合溶剂。结果，对于依赖于由液体供给单元，例如液相色谱仪所供给的复合溶剂的校正混合比的任何测量来说，可以实现测量精度的明显提高。甚至对于少量的溶剂B来说，也可以获得准确的测量结果O在现有技术方案中，第一柱塞泵的第一柱塞在摄入阶段执行了线性运动。这如图7A所示，其中图7A示出了柱塞位置随时间的函数。在时间点700处，第一柱塞开始沿下行方向运动。在时间间隔701内，以恒定的速率吸入溶剂A。在时间点702处，比例阀从溶剂A切换到溶剂B。在随后的时间间隔703内，第一柱塞继续匀速运动，并且吸入溶剂B。在时间点704处，执行从溶剂B再次到溶剂A的切换，并且在时间间隔705内，以恒定的速率吸入溶剂A。在时间点706处，第一柱塞到达其终点位置。由于第一柱塞在摄入阶段的恒定速率，所以吸入的溶剂A和溶剂B的量与时间间隔701、703、705的相应长度之间存在线性关系O根据本发明的实施例，选择从溶剂B切换到溶剂A的切换点，使得第一泵腔室中溶·剂的任何震荡行为不会干扰到溶剂组分。具体而言，选择从溶剂B切换到溶剂A的切换点，使得第一柱塞泵中的溶剂在切换点处既不处于压缩状态，也不处于膨胀状态。图7B示出了根据本发明实施例的柱塞运动。与现有技术方案相比，开始点707和第一切换点708保持不变，但是第二切换点从先前的切换点709偏移到新的切换点710，其中在考虑了溶剂震荡行为的情况下选择了新的切换点710。在新的切换点710处，第一柱塞泵中的溶剂既不处于过压状态，也不处于压力不足的状态。在时间点711处，结束摄入阶段。为了吸入合适量的溶剂A和溶剂B，柱塞运动必须适配修正定时。在时间间隔712内，柱塞运动的斜度保持不变。但是，当第二切换点已经移向右侧时，新的时间间隔713大于先前的时间间隔703。因此，在新的时间间隔713内，斜度714下降。新的时间间隔715小于先前的时间间隔705。因此，在时间间隔715内，柱塞运动的斜度716增加。因此，可以在输入阶段吸入合适数量的溶剂A和溶剂B的方式来适配柱塞运动。应注意，在摄入阶段，图I所示的柱塞泵111的出口阀114关闭，并且因此，在摄入阶段，只要吸入了合适数量的溶剂A和溶剂B，第一柱塞115就可以执行任意的运动。图7C示出了根据本发明另一实施例的柱塞运动。在图7C中，开始点717、第一切换点718、第二切换点719和结束点720与图7B中的相应时间点706、707、709、710对应。与图7B中一样，以第一柱塞泵中的溶剂在第二切换点719处既不处于过压状态也不处于压力不足状态的方式来选择第二切换点719。然而，与图7B相比，该柱塞运动是不同的。在时间间隔721内，第一柱塞缓慢加速，接着吸入溶剂A，并且接着，第一柱塞减速。在第一切换时间点718处，柱塞速率相当低，或者甚至为O。接着，在随后的时间间隔722内，第一柱塞平缓加速，吸入溶剂B，并且第一柱塞缓慢减速。在第二切换点719处，柱塞速率相当低，或者甚至为O。接着，在时间间隔723内，第一柱塞加速，吸入溶剂A，并且减速。图7C所示的柱塞运动使得能够平缓地摄入各种溶剂。为了选择从溶剂B再次切换到溶剂A的合适切换点，在泵入单元的入口处追踪压力变化是非常有用的。为此，可以在比例阀与泵入单元的入口阀之间的流动路径中包含压力传感器。图8示出了包括至少一个压力传感器的液体供给系统。图8的液体供给系统包括四个包含不同溶剂A、B、C、D的贮存箱800至803。这四个贮存箱800至803经由相应的液体供给线路流体连接到比例阀804。比例阀804适于有选择地使这四个贮存箱800至803之一与泵入单元的入口耦合。该比例阀804由梯度控制器805控制，其中该梯度控制器805由系统控制器806控制。为了监测溶剂压力的震荡行为，在比例阀804与泵入单元的入口阀808之间的流动路径中包含压力传感器807。该压力传感器807连接到模/数转换器809，其中该模/数转换器809适于将模拟测量值转换为数字测量值。该数字测量值被供给系统控制器806。该系统控制器806适于分析由压力传感器807测量的压力的震荡并且适于为比例阀804确定合适的切换点。由系统控制器806确定的切换点被转发给梯度控制器805，并且该梯度控制器805根据所确定的切换点来执行比例阀804的切换。可以通过入口控制器810来控制泵入单元的入口阀808，其中该入口控制器810耦合到系统控制器806。入口控制器810被构造为在摄入阶段打开或关闭入口阀808。该泵入单元包括具有第一柱塞812的第一柱塞泵811，其中第一柱塞泵811经由出口阀813流体耦合到第二柱塞泵814，其中第二柱塞泵814包括第二柱塞815。第一柱塞812由第一马达816与第一螺栓817的驱动，其中第一弹簧818将第一柱塞812压向第一螺栓817。类似地，第二柱塞815由第二马达819和第二螺栓820驱动，其中第二弹簧821将·第二柱塞815压向第二螺栓820。第一马达816和第二马达819均由泵驱动控制器822和位置伺服系统823控制。位置伺服系统823接收来自第一编码器824的第一马达816的实际位置并接收来自第二编码器825的第二马达819的实际位置。位置伺服系统823根据这些反馈信号来控制第一马达816和第二马达819的操作。可选的，图8所示的液体供给系统还可以包括位于第二柱塞泵814出口处的第二压力传感器826。该压力传感器826可以适于监测由液体供给系统供给的流体流的压力。模/数转换器809将第二压力传感器826所提供的模拟值转换成相应的数值，并且可以通过系统控制器806对上述数值进行分析和评估。在图8所示的实施例中，通过监测和评估溶剂压力的任何震荡来确定在第一溶剂与第二溶剂之间进行切换的最佳时间点。但是，还存在其它用以追踪和评估液体供给线路中的溶剂震荡的可能性。例如，可以在连接比例阀804与泵入单元的入口的液体供给线路中包括流量传感器。可以通过监测溶剂的流量来检测该溶剂的任何震荡行为。第三种可能性便是提前为不同的溶剂、不同的流速和不同的梯度确定比例阀804的最佳切换时间，并且将所得到的最佳切换时间存储在可进入到系统控制器806的表格中。对于各种情况，系统控制器806可以从该表格中读取最佳切换点并且相应地控制液体供给系统。当连续将两种或多种不同的液体吸到第一柱塞泵中时，为了得到同源复合溶剂，期望进一步混合这些不同的溶剂。图9示出了被构造为混合复合溶剂的各种不同组分的结构。在图9中，含有不同溶剂的四个不同的贮存箱900至903流体耦合到比例阀904。该比例阀904的出口经由开关905流体连接到泵入单元906的入口，其中该泵入单元906包括具有第一柱塞908的第一柱塞泵907和具有第二柱塞910的第二柱塞泵909。在摄入阶段，将各种不同的溶剂吸到第一柱塞泵907的泵腔室中。接着，为了混合这些各种不同的溶齐U，第一柱塞908开始沿上行方向运动，而第二柱塞泵仍然向系统供给流动。它将复合溶剂从第一柱塞泵907的泵腔室中推出。因此，复合溶剂流被设置在泵入单元906的入口处，所述流经由转换器905指向辅助腔室911。辅助腔室911包括有源部件912，其中该有源部件912可以是例如装载有弹簧的有源部件，或者可以由例如专用引动机构驱动。复合溶剂从第一柱塞泵907的泵腔室被输送到辅助腔室911。接着，第一柱塞908开始沿下行方向运动并且吸入包含在辅助腔室911中的溶剂，而有源部件912向下运动。因此，该复合溶剂从辅助腔室911经由转换器905被再次供给第一柱塞泵907的泵腔室。通过在泵腔室与辅助腔室911之间来回移动包含在第一柱塞 泵907的泵腔室中的溶剂的容积，混合了复合溶剂的各种组分，并且得到了同源复合溶剂。在混合之后，该复合溶剂的容积从第一柱塞泵907被传送到第二柱塞泵909，并且在泵入单元906的出口处被供给。
权利要求1.一种被构造为以受控的比例计量两种或多种液体并且供给所产生的混合物的液体供给系统，其特征在于，所述液体供给系统包括 多个溶剂供给线路(104-107)，每个溶剂供给线路流体连接到含有液体的贮存箱(100-103)； 比例阀(108)，所述比例阀(108)夹置在所述溶剂供给线路(104-107)与泵入单元(110)的入口之间，所述比例阀(108)被构造为通过依次耦合所选择的所述溶剂供给线路的一者和所述泵入单元(110)的所述入口来调制溶剂组分； 所述泵入单元(110)被构造为从所选择的溶剂供给线路中吸入液体并且在其出(121)处供给液体混合物； 控制单元，所述控制单元被构造为控制所述比例阀(108)的操作，其中在一个或多个切换时间点处实施不同溶剂供给线路之间的切换，其中所述切换时间点以被供给到所述泵入单元的液体在所述切换时间点处处于预定压力范围内的方式来选择。
2.根据权利要求I所述的液体供给系统，其特征在于，还包括下列至少一者 压力传感器，所述压力传感器位于所述比例阀下游，所述压力传感器被构造为监测被供给到所述泵入单元的液体压力； 流量传感器，所述流量传感器位于所述比例阀下游，所述流量传感器被构造为确定被供给到所述泵入单元的液体流量； 所述泵入单元包括柱塞泵，所述柱塞泵具有在泵腔室中往复运动的柱塞； 在柱塞运动的摄入冲程期间，当经由所述泵入单元的所述入口吸入液体时，所述比例阀在不同的溶剂供给线路之间切换； 所述比例阀具有多个开关阀，其中所述开关阀在所述泵入单元的摄入冲程期间被依次引动； 将所述柱塞的摄入冲程的预定部分指定给被吸到所述泵入单元中的不同溶剂，其中通过体积包代替时间分割来完成配比。
3.根据权利要求I或2所述的液体供给系统，其特征在于，还包括辅助腔室，所述辅助腔室流体耦合到所述泵入单元的所述入口，所述辅助腔室中包括施力元件或有源元件。
4.根据权利要求I或2所述的液体供给系统，其特征在于，还包括下列至少一者 所述辅助腔室被构造为容纳包含在所述泵入单元中的液体混合物，混合所述液体，并且将所述液体重新供给所述泵入单元； 所述控制单元还被构造为以经由所述泵入单元的所述入口将包含在所述泵入单元中的液体序列混合物输送到所述辅助腔室，并且在所述入口阀关闭之前将所述液体序列混合物从所述辅助腔室再次传送到所述泵入单元，以及在所述泵入单元的出口处供给混合液体的方式来控制所述泵入单元的操作。
5.一种用于分离流动相中的样品液体组分的液体分离系统，其特征在于，所述液体分尚系统包括 根据权利要求I至4中任一项所述的液体供给系统，所述液体供给系统被构造为驱动所述流动相通过所述液体分离系统； 分离单元(307)，优选是色谱柱，被构造为分离所述流动相中的所述样品液体的组分。
6.根据权利要求5所述的液体分离系统，其特征在于，还包括下列至少一者样品注射器，所述样品注射器被构造为将所述样品液体吸到所述流动相中； 检测器，所述检测器被构造为检测所述样品液体的被分离组分； 收集单元，所述收集单元被构造为收集所述样品液体的被分离组分； 数据处理单元，所述数据处理单元被构造为处理从所述液体分离系统中接收到的数据； 排气装置，所述排气装置用以排出所述流动相。
7. —种被构造为以受控的比例计量两种或多种液体并且供给所产生的混合物的液体供给系统，其特征在于，所述液体供给系统包括 多个溶剂供给线路，每个溶剂供给线路流体连接到含有液体的贮存箱(900-903)；比例阀(904)，所述比例阀(904)夹置在所述溶剂供给线路与泵入单元(906)的入口之间，所述比例阀被构造为通过依次耦合所选择的所述溶剂供给线路的一者和所述泵入单元(906)的所述入口来调制溶剂组分； 所述泵入单元(906)被构造为从所选择的溶剂供给线路中吸入液体并且在其出口处供给液体混合物； 辅助腔室(911)，所述辅助腔室(911)流体耦合到所述泵入单元(906)的所述入口，所述辅助腔室(911)中包括有源元件；以及 控制单元，所述控制单元被构造为以经由所述泵入单元的入口将包含在所述泵入单元(906)中的液体混合物输送到流体连通到所述入口的所述辅助腔室(911)，并且在将混合液体传送到所述泵入单元的出口之前将液体混合物从所述辅助腔室(911)再次输送到泵入单元(906)的方式来控制所述泵入单元的操作。
专利摘要本实用新型涉及优化了不同溶剂间的切换的液体供给系统，具体提供了一种被构造为以受控的比例计量两种或多种液体并且供给所产生的混合物的液体供给系统，其特征在于，所述液体供给系统包括多个溶剂供给线路(104-107)，每个溶剂供给线路流体连接到含有液体的贮存箱(100-103)；比例阀(108)，所述比例阀(108)夹置在所述溶剂供给线路(104-107)与泵入单元(110)的入口之间，所述比例阀(108)被构造为通过依次耦合所选择的所述溶剂供给线路的一者和所述泵入单元(110)的所述入口来调制溶剂组分；所述泵入单元(110)被构造为从所选择的溶剂供给线路中吸入液体并且在其出口(121)处供给液体混合物；控制单元，所述控制单元被构造为控制所述比例阀(108)的操作，其中在一个或多个切换时间点处实施不同溶剂供给线路之间的切换，其中所述切换时间点以被供给到所述泵入单元的液体在所述切换时间点处处于预定压力范围内的方式来选择。
文档编号G01N35/00GK202693596SQ201220011500
公开日2013年1月23日 申请日期2012年1月9日 优先权日2011年2月9日
发明者克劳斯·威特, 康斯坦丁·乔伊海特, 菲利普·赫组戈 申请人:安捷伦科技有限公司