利用流体驱动单元与样品容纳空间之间的流体连接进行样品注入的制作方法

本发明涉及注射器、样品分离设备和注入流体样品的方法。

背景技术：

在液相色谱法中，可以通过管道和分离单元(比如，发生样品组分分离的柱)泵送流体样品和洗脱液(液体流动相)。柱可以包括能够分离流体样品的不同组分的材料。分离单元可以通过管道连接到其它流体构件(如采样器或注射器、检测器)。在流体样品被引入到流体驱动单元(特别是高压泵)和分离单元之间的分离路径之前，应通过计量装置内活塞的相应运动从样品源(比如，样品容器)经由注射针吸入样品环预定量的流体样品。这通常在比分离单元运行的压力小得多的压力下发生。此后，切换注射器阀，以将吸取量的流体样品从计量路径的样品环的引入到流体驱动单元与分离单元之间的分离路径中，用于随后的分离。

注射器阀可以被构造为具有定子(其可以具有一个以上流体端口)和转子(其可以具有用于连接流体端口中相应流体端口的多个沟槽)的可旋转阀，转子相对于定子可旋转，从而在流体端口和沟槽之间建立所需的流体连通状态。为了能够以流体密封的方式承受例如高达1200巴的高压值，需要将转子压靠在定子上。

us3,940,994公开了用于液相色谱仪的高压样品注射器。该装置包括限定圆柱形分配室的结构，用于接收待注入到液相色谱仪中的高压载流体流的流路中的样品。控制结构介于分配室与载体流的流路之间，用于防止液体从载体流流向分配室，并且仅当分配室中的压力至少等于载体流压力时才能够沿相反方向流动。加压装置连接到分配室，以在需要时将其压力升高至至少等于载体流的压力，以使样品可以注入到载体中而不降低载体流压力。

us2015/0226710公开了一种将样品给送到液相色谱系统的分析分支中的方法。来自至少一个溶剂分支的溶剂或溶剂混合物作为第一体积流量被供应到分析分支中。来自至少一个样品分支的至少一个样品在预定时间间隔内作为第二体积流量给送到分析分支中。体积流量在预定时间间隔内减小到一定程度，并且在分析分支中由体积流量之和产生的第三体积流量大致保持不变。

us2016/0069844公开了一种用于将样品注入液相色谱系统流的方法和系统。该方法包括结合样品流和流动相流以在系统流中产生稀释的样品。将样品的体积流量控制到为稀释的样品产生所需稀释率的值。维持体积流量所在的特定值可以根据流动相的稀释率和体积流量比的期望值来确定。系统实施例包括注射器，该注射器可用于以可控的体积流率提供样品溶液以便与高压流动相结合。

然而，传统注射器的功能是有限的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够灵活操作的注射器。该目的由独立权利要求解决。进一步的实施例由从属权利要求表示。

根据本发明的一个示例性实施例，一种用于将流体样品(其中流体可以是液体和/或气体，任选的是可以包括固体颗粒)注入到样品分离设备(比如，液相色谱仪)的流体驱动器(其也可以表示为流动相驱动器并且可以被构造为高压泵)与分离单元(比如，色谱分离柱)之间的流路的注射器(其也可以表示为取样器)，其中注射器包括：样品容纳空间(比如，样品环)，其用于在注入之前容纳流体样品；样品驱动器(比如，计量泵，例如注射器泵)，其被构造用于将流体样品吸入样品容纳空间；流体阀(特别是包括定子和转子的转子阀，定子至少具有流体端口，任选的是具有流体管道，转子具有流体管道，定子和转子可以相对于彼此旋转)，其可在多个切换状态之间切换，从而选择性地将样品容纳空间与流路联接(即，流体联接)，或者将样品容纳空间与流路断开联接(即，断开流体联接)，其中在流体阀的注入切换状态下，可以通过流体阀在流体驱动器、分离单元和样品驱动器之间建立流体联接，使得由样品驱动器驱动并从样品容纳空间流向分离单元的流体(比如，流体样品)以及由流体驱动器驱动并从流体驱动器流向分离单元的另一流体(比如，流动相)在分离单元上游的流体连接部(比如，流体t型件或任何其它流体分流点或网状物)处结合；控制单元(比如，处理器，例如微处理器或cpu、中央处理单元)，其被构造为控制(特别是调节)由样品驱动器驱动的流体、由流体驱动器驱动的另一流体、以及在将流体样品从样品容纳空间注入流路期间所结合的流体(即，由样品驱动器驱动的流体和由流体驱动器驱动的另一流体的混合物)组成的组中的至少一种流体的压力。

根据另一个示例性实施例，提供了一种用于将流体样品注入样品分离设备的流体驱动器和分离单元之间的流路中的注射器，其中该注射器包括：样品容纳空间，其用于在注入之前容纳流体样品；样品驱动器，其被构造用于将流体样品吸入样品容纳空间中；流体阀，其可在多个切换状态之间切换，从而选择性地将样品容纳空间与流路联接或将样品容纳空间与流路断开联接，其中在流体阀的注入切换状态下，流体驱动器、分离单元和样品驱动器在由流体阀的流体端口限定的流体联接点(比如，阀内流动联接器)处流体联接，使得由样品驱动器驱动并从样品容纳空间流向分离单元的流体以及由流体驱动器驱动并从流体驱动器流向分离单元的另一流体在分离单元上游在流体联接点处结合(其中结合的流体可以一起朝向分离单元流动)。

根据另一个示例性实施例，提供了一种用于将流体样品注入样品分离设备的流体驱动器与分离单元之间的流路中的注射器，其中该注射器包括：样品容纳空间，其用于在注入之前容纳流体样品；样品驱动器，其被构造用于将流体样品吸入样品容纳空间；流体阀，其可在多个切换状态之间切换，从而选择性地将样品容纳空间与流路联接或将样品容纳空间与流路断开联接，其中在流体阀的注入切换状态下，流体驱动器、分离单元和样品驱动器通过流体阀流体联接，使得由样品驱动器驱动并从样品容纳空间流向分离单元的流体以及由流体驱动器驱动并从流体驱动器流向分离单元的另一流体在分离单元上游的流体联接点处结合，其中当样品容纳空间位于流体驱动器的下游且位于分离单元的上游的时候，流体阀被构造为可以切换为另一(特别是附加或作为替代，就某种流体样品的分析方面而言)注入切换状态，在该另一注入切换状态下，流体样品在流体驱动器驱动下向分离单元注入(特别是，可以在所描述的其它注入切换状态下建立起从流体驱动器，经过流体阀、样品驱动器、样品容纳空间、再次经过流体阀并且朝向分离单元的流体流；流体连接部，其被构造为流体t型件等，如上所述，在该另一注入切换状态下可以被省略。

根据另一个示例性实施例，提供了一种将流体样品注入样品分离设备的流体驱动器与分离单元之间的流路中的方法，其中该方法包括将流体样品注入注射器的样品容纳空间中，将将注射器的流体阀切换到注入切换状态，在注入切换状态下，流体阀流体联接流体驱动器、样品驱动器和分离单元，使得由样品驱动器驱动并从样品容纳空间流向分离单元的流体和由流体驱动器驱动并从流体驱动器流向分离单元的另一流体在分离单元上游的流体连接部处结合，由此在注入切换状态下将流体样品从样品容纳空间注入流体路径中，在注入期间控制由样品驱动器驱动的流体、由流体驱动器驱动的另一流体和结合的流体组成的组中的至少一种流体的压力(特别是控制在流体驱动器、样品驱动器和分离单元之间的流体连接部处的压力)。

根据另一个示例性实施例，提供了一种将流体样品注入样品分离设备的流体驱动器与分离单元之间的流路中的方法，其中该方法包括将流体样品注入注射器的样品容纳空间中，将注射器的流体阀切换到注入切换状态，在注入切换状态下，流体阀在流体连接点处流体联接流体驱动器、样品驱动器和分离单元，该流体连接点由流体阀的流体端口(特别是在流体阀内的流体端口)限定，使得由样品驱动器驱动并从样品容纳空间流向分离单元的流体以及由流体驱动器驱动并从流体驱动器流向分离单元的另一流体的流体在分离单元上游在流体联接点处结合，由此在注入切换状态下将流体样品从样品容纳空间注入到流路中。

根据另一个示例性实施例，提供了一种将流体样品注入到样品分离设备的流体驱动器与分离单元之间的流路中的方法，其中该方法包括将流体样品注入注射器的样品容纳空间中，将注射器的流体阀切换到注入切换状态，在注入切换状态下，流体阀流体联接流体驱动器、样品驱动器和分离单元，在注入切换状态下将流体样品从样品容纳空间注入流体路径中，使得由样品驱动器驱动并从样品容纳空间流向分离单元的流体以及由流体驱动器驱动并从流体驱动器流向分离单元的另一流体在分离单元上游的流体连接部处结合，并且在样品容纳空间(以及任选的是与样品驱动器一起)位于流体驱动器的下游且位于分离单元的上游的时候，(特别是先前、随后或作为替代)将流体阀切换为另一注入切换状态，在该另一注入切换状态下，流体样品在流体驱动器驱动下向分离单元注入。

根据又一个示例性实施例，提供了一种用于分离流体样品的样品分离设备，其中样品分离设备包括：流体驱动器，其被构造为驱动流动相；分离单元，其被构造用于分离流动相中的流体样品；注射器，其具有上述特征，用于将流体样品注入到流体驱动器与分离单元之间的流路中。

根据一个示例性实施例的第一方面，提供了一种注射器结构，其中流体驱动器、分离单元和样品驱动器在注入切换状态下通过流体阀(例如，一种流体t型连接)流体联接，提供对至少三种相关流体流中的一种以上流体流(特别是在该流体连接部处或其周围)的压力的控制。在注入期间在分离单元与流体驱动器(也称为流动相驱动器)和样品驱动器(被布置为注射器的一部分)两者同时流体联接的情况下进行压力控制的能力，允许可再现的、精确的样品注射程序。通过这种额外的流量控制，还可以精确地控制从流体驱动器流向分离单元的流体以及从样品驱动器流向分离单元的流体以及在流动结合器或流体连接部处结合的流体的流体贡献。压力调节允许特别简单的、直接的和容错性强的系统控制。

根据一个示例性实施例的第二方面，流体驱动器、分离单元和样品驱动器之间的流体联接点可以在功能上由流体阀的内部限定或者甚至在空间上被限定在流体阀的内部，特别是在流体阀的定子中。换句话说，流体连接部或流动结合器可以在结构上一体化到流体阀中，并且可以由这种流体阀的端口与流体管道之间的相互配合而构成。在这种可切换流体阀中，可以仅在特定的切换状态(特别是注入切换状态)下建立所提到的流体t型连接等，而通过将流体阀切换到除注入切换状态以外的另一切换状态，可以移除、停用或消除流体t型连接等。因此，用户仅通过单个流体阀来建立不同流体结构的灵活性显著增加。通过由静态流体端口(而不是在流体阀的外部或在其流体管道内)限定流体t型件的流体连接部或分流点并且因此限定为流体阀的定子的一部分，可以建立精确定义的且可再现的流体连接，同时获得非常小的死体积。

根据一个示例性实施例的第三方面，提供了一种注射器中的流体阀，其能够在将流体样品注入朝向分离单元的流路中的至少两种不同注入模式(分配给流体阀的两种不同注入切换状态)之间灵活地切换。在对应于流体阀的注入切换状态的第一注入模式中，可以在流体驱动器、样品驱动器和分离单元之间建立流体t型连接等，使得由流体驱动器泵送的流动相与由样品驱动器泵送的流体样品之间的可定义的(比如，通过压力调节)混合物可以向分离单元输送。然而，在对应于流体阀另一注入切换状态的第二注入模式下，可以通过流体驱动器泵送流动相经过样品驱动器和样品容纳空间，由此向分离单元泵送流体样品。在该实施例中，可以将纯流体样品输送到分离单元。流动相用于在这种其他注入模式下运输少量的流体样品，混合物不多。作为替代，可以将流体样品与流动相之间的预定混合物输送到分离单元并由分离单元分离。在由同一流体阀设定的就样品分离而言具有不同特性的不同注入模式之间进行选择的机会，进一步扩展了用户将注射程序调节到特定应用的要求的灵活性，同时可以维持注射器的高度紧凑性。

在下文中，将说明注射器、样品分离设备和方法的其它实施例。

应当提到的是，“控制单元被构造为控制由样品驱动器驱动的流体、由流体驱动器驱动的另一流体、以及在将流体样品从样品容纳空间注入流体路径期间所结合的流体组成的组中的至少一种流体的压力”和/或“由流体阀限定的流体联接点”和/或“其中流体阀被构造为在样品容纳空间位于流体驱动器的下游且位于分离单元的上游的时候，能够切换为另一注入切换状态，在该另一注入切换状态下，流体样品在流体驱动器驱动下向分离单元注入”，这些特征可以自由组合(即，这些特征中的两个或三个的所有组合是根据本发明示例性实施例的注射器、方法和样品分离设备的可能实施方案)。

在一个实施例中，流体连接部或流动联接器被构造为流体t型件、流体y型件或流体x型件。在流体t型件和流体y型件的情况下，两个流动流在一个分流点处结合成单个出口路径。在流体x型件的情况下，可以存在一个另一流体管道。该另一流体管道可以是第二流体出口管道或第三流体入口管道。其它类型的流动联接器也是可能的。

在一个实施例中，控制单元被构造用于在注入期间控制流体连接部处或其周围的压力。因此，可以以给定或期望的压力方式可靠地进行注入。这增加了样品分离程序的再现性。作为附加或替代，在注入期间，在连接样品驱动器与流体连接部的流体路径中，在连接流体驱动器与流体连接部的流体路径中，和/或在连接流体连接部与分离单元的流体路径中，压力也可以被控制。

在一个实施例中，控制单元被构造为在注入期间保持流体连接处的压力恒定。因此，向分离单元泵送并随后经过分离单元的流体的压力可不随时间变化。这允许可再现的样品分离。作为附加或替代，在注入期间，在连接样品驱动器与流体连接部的流体路径中，在连接流体驱动器与流体连接部的流体路径中和/或在连接流体连接部与分离单元的流体路径中，压力也可以保持恒定。

在一个实施例中，控制单元被构造为使流体驱动器和样品驱动器的操作同步以控制压力。因此，控制单元可以控制流体驱动和样品驱动两者。因此，流体驱动器和样品驱动器的操作可以由公共控制单元协调。特别是，控制单元可以控制流体驱动器用以泵送流动相的第一压力。此外，控制单元可以控制样品驱动器用以泵送流体样品的第二压力。通过单独地控制流路中的第一流量和分配给样品容纳空间的第二流量，也可以精确且灵活地调节流动相和流体样品在流体连接部处的混合比。

在一个实施例中，控制单元被构造用于调节由流体驱动器驱动的流动相和由样品驱动器朝分离单元驱动的流体样品之间在流体连接部处的混合比。例如，如果某种应用需要或要求，则允许利用流动相获得流体样品的预定稀释度。例如，用构造为较弱溶剂的流动相稀释强溶剂中的流体样品(可能需要用于存储目的)可以在分离单元的上游完成，并且可能导致流体样品直接在分离单元入口处吸附的空间浓度。这提高了分离效率。

在一个实施例中，控制单元被构造用于调节出口压力值和出口流量值中的至少一者，根据出口压力值和出口流量值中的至少一者，流动相与流体样品之间的混合物被驱动通过分离单元。例如，控制单元可以控制流体驱动器和样品驱动器，使得在操作期间获得预定义的或目标出口压力值/目标流量值。例如，注射器或样品分离设备可以由控制单元控制，从而获得流入分离单元的混合或结合流体的预定压力。作为替代，可以调节预定出口流量(特别是出口体积流量，即，单位时间输送的流体体积)。因此，不仅可以调节流体样品和流动相之间的相对贡献，而且——作为补充或替代——可以根据用户偏好或通过自动控制来调节单位时间的总量。此外，可以调节流体连接部上游的两个流体路径中(即，在由流体驱动器操作的流体路径中以及在由样品驱动器操作的流体路径中)的一个的单个流量值。所描述的压力和/或流速控制允许获得操作更灵活的样品分离设备。

更特别是，控制单元可以被构造用于还调节由流体驱动器输送的流动相和由样品驱动器输送的流体样品之间的预定混合比。例如，控制单元可以控制流体驱动器和样品驱动器，使得实际获得的混合比等于预定的或目标混合比。这可以通过调节样品驱动器和/或流体驱动器的相应活塞的体积-时间排量特性来实现。然后，控制单元可以以获得目标混合比的方式驱动流体驱动器和样品驱动器。这为用户和样品分离设备提供了样品分离设备的流体输送特性的非常高的灵活性和精度。

在一个实施例中，流体联接点至少部分地位于流体阀的内部，特别是在定子和转子之间(比较例如图4)。因此，流体联接点可以由一个以上端口和一个以上流体管道(比如，在转子和定子中的沟槽)分别限定。换句话说，流体t点等可以一体化到流体阀的内部。因此，可以获得基本上无死体积的联接。

因此，可以获得不那么复杂的构造。事实上，流体t点可以以较少的硬件工作一体化到流体转子阀中。将流体联接点至少部分地设在流体阀的内部，还允许流体t型件被构造为只是临时的流体t型件，其在流体阀的一个切换状态下建立(比如，比较图4)，并且其在流体阀切换到另一个切换状态下时可以消失(比较例如图3或图5)。

在一个实施例中，流体阀是可旋转的流体阀，其具有可相对于彼此旋转的转子和定子，以便使定子的不同流体端口(任选的是其可以还具有一个以上流体管道)与转子中的一个以上相应的流体管道对准。定子可以具有多个流体端口，每个流体端口连接到样品分离设备的毛细管或流体部件。转子可以具有一个或者多个流体管道，例如沟槽，所述一个以上流体管道可以通过使转子相对于定子旋转而在相应的流体端口之间选择性地流体联接或断开联接。作为替代，可以实现纵向切换的流体阀。

在一个实施例中，流体连接点至少部分地由在注入切换状态下在该流体管道的中心位置(即，在其端部之间的任何位置)处流体联接到一个流体管道的一个流体端口限定，其中该流体端口进一步流体地连接到朝向分离单元引导的毛细管(比较例如图4中的附图标记108)。换句话说，流体t点可以由与所述的流体端口流体连接的所述的流体管道和所述的毛细管限定。这样以少量工作提供了一种流体t型架构。

在一个实施例中，流体阀是可在注射器的控制单元的控制下切换的有源流体阀。流体阀的切换可由相同的控制单元触发，该控制单元还协调流体驱动器和/或样品驱动器的泵送，以获得紧凑且适当协调的布置。

在一个实施例中，注射器包括控制单元，该控制单元被构造为控制流体阀的切换，以便选择以下模式之一：

-在注入切换状态下流体样品被注入的给送注入模式，(参见图4)；

-在另一注入切换状态下流体样品被注入的流通模式(参见图5)。

在给送注入模式下，可以在样品驱动器驱动下将流体样品从样品容纳空间向分离单元注入的时候，维持流体驱动器与分离单元之间的流体连接。在流通模式下，流体驱动器可以驱动流体样品，将流体样品从样品容纳空间向分离单元注入。仅通过将单个流体阀切换到一个或另一个切换状态来调节给送注入模式或流通模式的能力，将紧凑的构造与高度的功能性和灵活性相结合。

在一个实施例中，流体驱动器和样品驱动器是可控的，用于通过在流体连接部处以预定混合比将由样品驱动器驱动的流体样品和由流体驱动器驱动的流动相混合，注入预定的流体样品-流动相混合物。如果需要，这允许在注射时实现流体样品的预定稀释度。

在一个实施例中，注射器被构造为通过调节体积-时间排量特性来调节混合比，样品驱动器通过体积-时间排量特性来驱动流体样品。特别是，样品驱动器可以被构造用于调节待注入流体路径中的流体样品的体积。对泵送特性的控制可以通过控制样品驱动器活塞的时间-位置轨迹来实现。对于注入，可以在流体联接点处注入受控量的流体样品(比如，受控体积，或对于与温度无关或与压力无关的操作而言，受控量的分子)。当需要预定的稀释时，这可能另外涉及对流量的考虑(即，对时间因素的考虑)。当使用计量泵(例如，注射泵)时，这可以通过一定体积的时间控制排量来实现。因此，仅通过相对于流体驱动器的操作来调节样品驱动器的活塞轨迹，可以精确且容易地调节混合比。

在一个实施例中，样品驱动器是可操作的并且流体阀可切换到压力调节切换状态，在压力调节切换状态下，在切换流体阀以将流体样品向分离单元注入之前，能够在样品容纳空间中调节预定压力(特别是用于注入的过压，特别是高于环境压力的过压)。

在一个替代方案中，在将流体样品注入到流体驱动器与分离单元之间的流路之前，对流体样品进行预压缩可以减小在切换时的压力峰值。在这样的替代方案中，样品容纳空间中的压力被预先调节为基本上对应于流路中的压力。这防止了不期望的流体切换人为因素并且延长了柱各部件的寿命。这些人为因素中的一个是在不同压力值下流体联接流体路径时未定义的压力校准下未经控制的体积流量。

特别是，样品驱动器可以是可操作的，并且流体阀可以是可切换的，使得用于注射的预定过压触发(并且特别是提供注入力)以便通过压力平衡(特别是，没有活塞运动)将流体样品从样品容纳空间向分离单元注入。因此，在另一替代方案中，样品容纳空间中的压力被预先调节为大于在注入之前的流路中的压力。在这样的实施例中，样品容纳空间可以达到高于流路压力的限定压力。为了在期望的时间点进行注射，样品容纳空间然后可以被流体切换到流路(其可以被表示为“注射过压”操作模式)。这引起样品容纳空间与流路之间的压力平衡，使得根据本条件，将限定体积的流体样品从样品容纳空间转移到流路中。该量由绝对压力值、与流路相关的过压、样品容纳空间中的流体样品的当前体积及其可压缩性来限定。在这种类型的注入中，样品驱动器的活塞在注入时间点不需要移动。在非常小的注入体积的情况下，可以有利地实施这种程序，因为在这种情况下，通过样品驱动器的活塞轨迹来限定注入体积可能无法以足够的精度减小。这种过压针对注射结构的另一个应用是一系列多次连续注射，例如就相关色谱法而言。

在一个实施例中，样品驱动器被构造用于将一定量的流体样品吸入样品容纳空间中，并且随后将吸取量的流体样品的多个部分单独向分离单元注入。因此，后面部分可以间隔相应的预定延迟时间。因此，注射器可以以过填充模式操作。这意味着容纳在样品容纳空间中的流体样品的体积可以大于在操作的特定阶段向分离单元注入的注入体积。因此，可以一次性地将足够量的流体样品装入样品容纳空间，并且在不同时间或者以特定的时间间隔或延迟时间间隔，随后将流体样品的几个部分向分离单元注入。可以通过随时间施加到样品驱动器的压力来调节样品容纳空间的共同填充的多个单独部分的注入。仅作为一个示例，可以吸取100μl流体样品，然后不同时间分10次向分离单元注入10μl所吸取流体样品。

例如，当执行随机运行操作时，所描述的过填充模式可能是有利的。在这种随机运行模式中，为了根据分离分析获得额外信息，可以根据某种模式执行多个样品部分的注入。关于这方面，参考us3,691,364。

所描述的过填充模式的另一应用是化学反应的研究。例如，流体样品的化学反应可以在样品容纳空间中执行，或在样品分离空间与分离单元之间的途中执行，或在分离单元处执行。当在不同的反应阶段通过分离单元分析样品部分时，可以跟踪这种反应的动力学。这可以用所述的过填充模式进行。

在一个实施例中，流体阀包括可相对于彼此旋转的定子和转子，其中定子包括多个端口和至少一个流体管道(特别是多个流体管道，例如一个以上沟槽)，所述至少一个流体管道与所述多个端口的至少一部分永久流体连通，并且转子包括至少一个流体管道(特别是多个流体管道，例如一个以上沟槽)。转子管道可以通过相对于使转子相对于定子旋转而与定子端口和/或定子管道选择性地流体联接或断开联接。这种实施例在图2至图6b中示出。通过这样的实施例可以获得短的流体路径。

在另一个实施例中，流体阀包括可相对于彼此旋转的定子和转子，其中定子包括多个端口，但不包括流体管道，并且转子包括至少一个流体管道(特别是多个流体管道，例如一个以上沟槽)。通过使转子相对于定子旋转，转子管道可以与定子端口选择性地流体联接或与定子端口断开联接。这种实施例在图7中示出。通过这种实施例可以获得定子的非常简单的结构。

在一个实施例中，注射器包括针和被构造为容纳针的针座，其中针可朝样品容器驱动，用于通过样品驱动器将流体样品吸入样品容纳空间中，并且其中针被构造为在注入之前可驱动到针座。在这种构造中，流体样品可以储存在样品容器(比如，小瓶)中。针可以例如通过机器人从针座中驱出，并且可以将针浸入样品容器中的流体样品中。随后，可以沿相反方向驱动样品驱动器(比如，计量泵)的活塞，由此将一定量的流体样品从样品容器经由针吸入流体容纳空间。此后，针可以被驱回到针座中以在针座建立流体密封的连接。通过将流体阀切换到注入切换状态，可以将吸入的流体样品从样品容纳空间向分离单元注入。

在一个实施例中，样品驱动器包括活塞，该活塞被构造为当吸入流体样品时以及在注入切换状态下当将流体样品注入到流路中朝分离单元压迫流体样品时，沿相反方向移动(这可能涉及活塞的反向运动)。可以将活塞安装成用于在样品驱动器的活塞室中往复运动。为了将流体样品抽入或吸入样品容纳空间中，可以反向移动活塞，以将流体样品从样品容器通过针抽入样品容纳空间中。与此相反，为了将流体样品通过给送注射从样品容纳空间朝分离单元泵送到流路中，可以控制活塞向前移动以提供样品驱动力。该样品驱动力与流动相驱动力之间的关系然后确定给送注入模式中的混合比，流体驱动器通过所述流动相驱动力朝流体联接件驱动流动相。因此，样品吸取和样品注射可能涉及活塞的两个相互反平行的运动方向。

在一个实施例中，在随后联接到另一通道(比如，废料部或流路)之前，可以在样品容纳空间的(断开联接)状态下执行对期望压力值的调节，以调节样品容纳空间中的压力条件，使得在切换时不会发生人为因素。优选的是，可以将样品容纳空间中的压力预先调节为与另一个通道中的压力相同(其可以被表示为用以避免人为因素的压力调节)。

上述液体阀的实施例可以在能够通过传统方式得到的hplc系统中实施，例如agilent1200系列快速分离液相色谱(lc)系统或agilent1100hplc系列(均由申请人安捷伦科技公司提供，参见www.agilent.com，通过引用并入本文)。

在可以实现一个以上上述液体阀的样品分离设备统的一个实施例，包括作为流体驱动器或流动相驱动器的泵送装置，该泵送装置具有泵活塞，该泵活塞用于在泵工作室中往复运动，以将泵工作室中的液体压缩到液体的可压缩性变得显著的高压。该泵送装置可以被构造为了解(借助于操作员的输入、来自仪器的另一个模块的通知等)或者推导出可以用来代表或检索在采样装置中预期的液体内含物的实际性质的溶剂性质。

流体分离设备的分离单元优选包括提供固定相的色谱柱(参见例如http://en.wikipedia.org/wiki/columnchromatography)。这种柱可以是玻璃管或钢管(例如，直径为50μm至5mm，长度为1cm至1m)，或微流体柱(例如，在ep1577012中公开的，或由申请人安捷伦科技公司提供的agilent1200系列hplc-chip/ms系统)。各个组分由固定相以不同方式驻留，并且在利用洗脱液使它们以不同速度传播通过柱的时候至少部分地相互分离。在柱的端部，它们每次洗涤一个，或至少不完全同时洗脱。在整个色谱法过程中，洗脱液也可以以一系列馏分的方式被收集。柱色谱法中的固定相或吸附剂通常是固体物质。柱色谱法最常用的固定相是硅胶、表面改性硅胶，其后是氧化铝。纤维素粉过去经常被使用。离子交换色谱法、反相色谱法(rp)、亲和色谱法或膨胀床吸附(eba)也是可以的。固定相通常是精细研磨的粉末或凝胶，和/或是用于增加表面的微孔。

流动相(或洗脱液)可以是纯溶剂或不同溶剂(例如，水和有机溶剂，例如can、乙腈)的混合物。例如，可以进行选择，使对感兴趣化合物的驻留最小化，以及/或者使用以运行色谱法的流动相的量最小化。还可以选择流动相，使得流体样品的不同化合物或馏分可以得到有效分离。流动相可以包含有机溶剂，例如甲醇或乙腈，常常用水稀释。为了执行梯度操作，水和有机物在单独的瓶子中被输送，梯度泵将编程的混合物从所述单独的瓶子输送到系统。其它通常使用的溶剂可以是异丙醇、thf、己烷、乙醇和/或它们的任意组合物，或者这些溶剂与上述溶剂的任何组合。

流体样品可以包括但不限于任何类型的工艺液体、天然样品(如果汁)、体液(如血浆)，或者可以是来自发酵液的反应结果等。

在流动相中由流体驱动器产生的压力可以在2mpa至200mpa(20巴至2000巴)，特别是10mpa至150mpa(100巴至1500巴)的范围内，更特别是50mpa至120mpa(500巴至1200巴)。

样品分离设备，例如hplc系统，还可以包括用于检测流体样品中分离出的化合物的检测器、用于输出流体样品中分离出的化合物的分馏单元，或它们的任意组合。这种hplc系统的进一步细节，针对agilent1200系列快速分离lc系统或安捷伦1100hplc系列进行了公开，这两种产品都由申请人安捷伦科技公司在www.agilent.com上提供，这些细节将通过引用并入本文。

本发明的实施例可以通过一个以上合适的软件程序部分或完全实施或支持，所述软件程序可以存储在任何种类的数据载体上，或以其它方式由任何种类的数据载体提供，并且可以在任何合适的数据处理单元中被执行或由任何合适的数据处理单元执行。软件程序或例程可以优选应用于控制单元中或由控制单元应用。

附图说明

通过下面结合附图对实施例进行的更详细描述，本发明的实施例的其它目的和许多伴随优点，将容易看到并变得更好理解。基本上或功能上相同或类似的特征将用相同的标号表示。

图1示出了根据本发明实施例的液体样品分离设备，特别用于高效液相色谱(hplc)。

图2至图5示出了根据本发明一个示例性实施例的注射器处于不同切换状态。

图6a示出了根据图2至图5的流体阀定子的端口和沟槽。

图6b示出了根据图2至图5的流体阀转子的沟槽。

图7示出根据本发明另一个示例性实施例的注射器，该注射器具体流体阀，该流体阀具有定子和转子，定子有端口但没有沟槽，转子有沟槽。

具体实施方式

图中的图示是示意性的。

在更详细地描述附图之前，将概括本发明的一些基本考虑，已经基于这些基本考虑开发了示例性实施例。

根据本发明的一个示例性实施例，提供了一种向分离单元注入流体样品的给送注射结构。在这种给送注射操作中，可以将流体样品排出到主路径(或流路)中，而不会流过计量路径。因此，通过给送注射，流体样品可以被给送到主路径中，特别是在流体驱动器一方面与流动相驱动器之间另一方面与分离单元之间保持直接流体连接的时候。在根据本发明一个示例性实施例的注射器构造中，样品驱动器或计量装置可以在旁路位置用可选用的外部泵冲洗以减少残留。在一个实施例中，给送注射也可以与泵流相关。此外，可以连续进行给送注射以用主通过流(即，用由流体驱动器驱动的流动相)稀释流体样品。在一个实施例中，可以根据方法(特别是色谱法)的要求来调节给送注射的特性(特别是速度、稀释度等)。根据本发明的一个示例性实施例，可以使用针对不同注射体积的可变环。

为了设计注射器，特别是根据本发明一个示例性实施例的注射器的流体阀，可以仅提供一个具有相应的定子/转子设计的单个高压阀。在一个实施例中，可以计算压缩/泄压体积。此外，还可以使用额外的压力传感器顺序或有差别地测量压力，以确定压缩/泄压体积。

根据一个示例性实施例对这种设置的使用提供了液压注射功能，其具有在切换到流路中或从流路切换出来之前和/或之后利用流体驱动器或计量装置对环和/或针和/或针座进行压缩和/或泄压的能力。

此外，样品驱动或计量装置可以用由另外的冲洗泵提供的新鲜溶剂清洗。因此，计量装置可以用安装在取样器中的冲洗泵清洗。

利用所述的注射器设计，给送注射是可能的。所描述的结构独立于在分析流路中使用的溶剂。样品被引入时可对用于稀释流体样品的溶剂产生微不足道的影响，这是可能的。除了在注射流体样品期间之外，两个流路(即，针、作为样品容纳空间的环、针座、作为样品驱动器的计量装置，对主路径，作为流体驱动器的分析泵、作为分离单元的柱)可独立工作。因此，两个路径中使用的溶剂可以不同。

本发明的示例性实施例具有几个优点。为了从分析仪器的主路径中排除针、针座、环和计量装置，可以使用此设置。可以利用计量装置的柱塞运动或预先产生的过压(用于提供根据该过压将预定量的流体样品注射到流路中所需的注射力)来将流体样品注入针、针座、环和计量装置的路径中。注射速度可以调整，并且可以被设定为方法参数。此外，在给送模式下，可以根据注入模式(给送到分析流)和计量装置柱塞运动稀释流体样品。相对路径流动而言的额外流动(经过计量装置的柱塞移动)和相关流动，计量装置的柱塞运动的流动，都是可能的。针、针座、环和计量装置可压缩和可泄压路径可以被实施。在一个实施例中，仅存在由于样品路径预压缩而引起的注射导致的微不足道的压力波动。在一个实施例中，利用一次抽取可以进行多次给送注射。高频注射也是可能的，例如用于反应监测。例如，反应可以发生在环中，并且可以通过计量装置的切换和柱塞移动部分地给送到主通道。另外的优点是由于清洗位置导致低残留，在该清洗位置，还可以提起针以(使用从冲洗泵泵送的溶剂)清洁针座接口。在一个实施例中，注射体积可以是可选择的。这不是限制性的，例如可以在所安装的环的最大容积范围内选择。所描述的注射器结构在宽范围的压力(例如，高达1300巴)下是压力稳定的。此外，所描述的注射器结构可用于许多应用，例如用于超临界流体色谱。

现在更详细地参考附图，图1描绘了根据本发明一个示例性实施例的作为样品分离设备10的液体分离系统的一般性示意图。作为流体驱动器20的泵通常通过脱气器27从溶剂供应器25接收流动相，一般要通过脱气器27，脱气器27脱气并因此减少流动相中的溶解气体的量。流动相驱动器或流体驱动器20驱动流动相通过包括固定相的分离单元30(例如，色谱柱)。可以在流体驱动器20与分离单元30之间提供实现流体阀95的取样器或注射器40，以便使样品流体进入流动相中或将样品流体添加到流动相中(通常称为样品引入)。分离单元30的固定相被构造为分离样品液体的化合物。提供检测器50用于检测样品流体的分离出来的化合物。可以提供分馏单元60以输出分离出来的样品流体化合物。

尽管流动相可以只由一种溶剂组成，但它也可以由多种溶剂混合。这种混合可以是低压混合并且设置在流体驱动器20的上游，使得流体驱动器20已经接收并泵送混合的溶剂作为流动相。作为替代，流体驱动器20可以由多个单独的泵送单元组成，其中多个泵送单元各自接收并泵送不同的溶剂或混合物，使得流动相(由分离单元30接收)的混合发生在流体驱动器20(或其一部分)高压下游处。流动相的组成(混合物)可以随时间保持恒定，即所谓的等度模式(isocraticmode)，或随时间变化，即所谓的梯度模式。

为了接收信息和/或控制操作，可以将数据处理单元或控制单元70(由虚线箭头所示)联接到样品分离设备10中的一个以上装置，数据处理单元或控制单元70可以是pc或工作站。例如，控制单元70可以控制控制单元20的操作(例如，设置控制参数)，并从其接收关于实际工作条件(诸如泵出口处的输出压力等)的信息。控制单元70还可以控制溶剂供应器25的操作(例如，设置待供应的溶剂或溶剂混合物)和/或脱气器27的操作(例如，设置诸如真空度等控制参数)，并且可以从溶剂供应器25和/或脱气器27接收关于实际工作条件的信息(比如，随时间供应的溶剂成分、真空度等)。控制单元70可以进一步控制采样单元或喷射器40的操作(例如，控制样品注射或同步样品注射与流体驱动器20的操作条件)。分离单元30也可以由控制单元70控制(例如，选择特定的流路或柱，设定操作温度等)，并且作为回报将信息(例如，操作条件)发送到控制单元70。因此，检测器50可以由控制单元70控制(例如，关于光谱或波长设置、设置时间常数、开始/停止数据采集)，并将信息(例如，关于检测到的样品化合物)发送到控制单元70。控制单元70还可以控制分馏单元60的操作(例如，结合从检测器50接收的数据)并提供返回数据。

如图1中示意性地所示，流体阀95可以进入切换状态，在切换状态下，在流体阀95内形成流体t型件(参见附图标记108)，从而在所示注入切换状态下(比较图1中的垂直箭头)流体联接流体驱动器20、分离单元30、以及注射器40的样品容纳空间。

图2至图5示出了根据本发明一个示例性实施例的注射器40处于不同切换状态下。

根据图2至图5的注射器40被构造用于将流体(这里：液体)样品注入到高压流体驱动器20(被构造用于泵送流动相，即，可定义的溶剂组合物)与分离单元30(被实施为色谱柱)之间的流路104中。为了将流体样品分离成馏分，注射器40包括用于在注入之前容纳一定量的流体样品的样品环或样品容纳空间100。可以实施为计量泵或注射泵的样品驱动器102构造成当流体阀95切换到相应的切换状态时将流体样品从样品容纳空间100驱动到流路104中(参见图4)。为了将流体样品朝向分离单元30驱动，样品驱动器102的活塞被控制以向前移动。样品驱动器102进一步构造成用于通过活塞188的向后运动将流体样品从样品容器(未示出)吸入样品容纳空间100中。流体阀95可以在控制单元70的控制下切换为多种切换状态(参见图2至图5)。通过切换流体阀95，可以选择性地将样品容纳空间100与流路104(参见例如图4)相联接，或将样品容纳空间100与流路104断开联接(参见例如图2或图3)。控制单元70可以被构造用于调节出口压力值和/或出口体积流量值(任选的是，还可以调节出口质量流量值)，根据该出口压力值和/或出口体积流量值，流动相与流体样品之间的混合物被驱动到分离单元30。除了调节随时间所供应的流体的绝对量之外，控制单元70可以同时调节流动相与流体样品之间的相对混合比。

流体阀95是可旋转流体阀95，具有可相对于彼此旋转的转子和定子，使定子的不同流体端口1-6与转子中相应的流体管道110对准。如图2至图5中附图标记155所示，部分流体管道110可以被实施为定子沟槽，而流体管道110的其余部分(未用参考标号155表示)根据图2至图5被实施为转子沟槽。这一点在图6a、图6b中进一步详细地示出。流体阀95是能够在注射器40的控制单元70的控制下切换的有源流体阀。

注射器40包括针112和构造成容纳针112的针座114。虽然在图中未示出，但是样品驱动器102可朝向样品容器(未示出)驱动针112，以便将储存在样品容器中的流体样品吸入样品容纳空间100中。针112进一步构造成在注入之前被驱回到针座114(如图2至图5所示)。

附图标记166表示废料部。

参考图2，示出了注射器40的流体阀95的清洗位置。根据图2，流体驱动器20或分析泵流体地连接到实施为液相色谱柱的分离单元30。在所示的清洗位置中，环或样品容纳空间100、针112、针座114和实现为计量装置的样品驱动器102连接到可选的冲洗泵180。

在根据图2的切换状态下，建立从流体驱动器20经由流体阀95的流体端口1、6和管道110、155直到分离单元30的流体连接。建立从冲洗泵180经由流体阀95的流体端口2、3和管道110、155、样品驱动器102、样品容纳空间100、针112、针座114、回到流体阀95以及从流体阀95到废料部166的另一流体连接。

现在参考图3的切换状态，样品驱动器102是可操作的，并且流体阀95被切换到抽取和泄压/压缩切换状态，在抽取和泄压/压缩切换状态下，在切换流体阀95以向分离单元30注入流体样品之前，在样品容纳空间100中可调节预定的过压。

在根据图3的流体阀95的抽取位置和压缩位置中，流体驱动器20或分析泵连接到分离单元30或液相色谱柱。样品容纳空间100(也表示为环)、针112、针座114和样品驱动器102或计量装置被阻挡。因此，在根据图3的切换状态下，可以在注射器40内对流体进行泄压或压缩。此外，可以根据图3的切换状态下抽取流体样品。

在根据图3的切换状态下，建立从流体驱动器20经由流体阀95的流体端口1、6和管道110、155直到分离单元30的流体连接。冲洗泵180被断开。建立从样品驱动器102，经由样品容纳空间100、针112、针座114、回到流体阀95的阻塞的流体端口5的另一流体连接。

参考图4，流体阀95已被切换到给送注射位置。现在，流体驱动器20流体连接到流路104，样品驱动器102也流体连接到该同样的流路104。样品容纳空间100、针112、针座114、样品驱动器102流体连接到由静态流体端口6形成并位于静态流体端口6的位置处的阀内流体t型件或流体连接部108(比较图4)。通过用静态流体端口6来限定流体连接部108或流体t型件的分流点且因此限定为流体阀95的定子的一部分，可以建立一个特别精确限定且可再现的流体连接部108，具有很小的死体积或没有死体积。通过样品驱动器102或计量装置的柱塞移动，可将先前吸入的流体样品注入分离单元30。

更特别是，在如图4所示的流体阀95的注入切换状态下，流体驱动器20、分离单元30和样品驱动器102通过流体阀95流体联接，使得由样品驱动器102驱动并从样品容纳空间100流向分离单元30的流体(例如，流体样品)以及由流体驱动器20驱动并从流体驱动器20流向分离单元的30的另一流体(例如，流动相，例如溶剂组合物)在分离单元30上游在流体连接部108处结合或混合。两个流体流在流体连接部108处的结合在图4中由箭头177、199指示。因此，两个流体流在流体连接部108处结合成流向分离单元30的公共流体流。

在根据图4的注入切换状态中，控制单元70被构造为在将流体样品从样品容纳空间100注入流路104期间控制由样品驱动器102驱动的流体(特别是流体样品)和/或由流体驱动器20驱动的另一流体(特别是被配置为溶剂或溶剂组成的流动相)。因此，特别是可以控制由流动相和流体样品组成的结合流体的压力。特别是在流体驱动器20、分离单元30和样品驱动器102之间的流体连接部108处的流体压力可以受到控制。作为系统操作的基础，可以在一个或者若干个位置处(例如，在样品驱动器102和/或流体驱动器20处，和/或在流体连接部108处，和/或流体连接部108的下游，例如通过一个以上压力传感器等)测量压力。可以将所测量的压力值与相应的阈值进行比较。然后可以在控制单元70的控制下单独或共同地调节流体驱动器20和/或样品驱动器102的流体驱动压力，以使实际压力值与相应的阈值一致。更具体地说，控制单元70被构造为在注入期间保持流体连接部108处的压力恒定。控制单元70使流体驱动器20和样品驱动器102的操作同步，以控制压力。在根据图4的注入切换状态中，控制单元70还可以被构造用于调节在流体连接部108处流向分离单元30的由流体驱动器20驱动的流动相和由样品驱动器102驱动的流体样品之间的混合比。在流体阀95的注入切换状态下，流体驱动器20、分离单元30和样品驱动器102在由流体阀95限定的流体联接点108处流体联接。更准确地说，在根据图4的这种切换位置中，流体联接点108位于有源流体阀95的内部。从图4可以看出，通过在流体连接部108处以预定的混合比混合由样品驱动器102驱动的流体样品和由流体驱动器20驱动的流动相混合，可控制流体驱动器20和样品驱动器102以便注射预定的流体样品-流动相混合物。可以通过调节各个流速，特别是通过调节相关活塞的体积-时间排量特性来调节混合比。

在上述根据图3的切换状态下，样品驱动器102也可以在控制单元70的控制下操作，以便将大量的多部分量的流体样品吸入样品容纳空间100。随后，在根据图4的切换状态下，可以在不同的不连贯(或不连续的)时间间隔期间将先前吸入量的流体样品的这些多个部分向分离单元30注入。然后，可以用一个以上预定义的延迟时间临时隔开的方式分离各个部分。

因此，在将注射器40的流体阀95切换为根据图4的注入切换状态时，流体阀95在由流体阀95内部的流体联接部108限定的流体t点处流体联接流体驱动器20、样品驱动器102和分离单元30。在该注入切换状态下，流体样品可以从样品容纳空间100注入到流路104中从流体连接部108向分离单元30引导的部分。同时，另一流动相流体流从流体驱动器20经由流体连接部108向分离单元30泵送。

在根据图4的切换状态下，建立从流体驱动器20经由流体端口1、6和流体阀95的管道110、155直到分离单元30的流体连接。冲洗泵180断开。建立从样品驱动器102经由样品容纳空间100、针112、针座114、返回到流体阀95的流体端口5并从流体端口5到流体连接部108的另一流体连接。在流体连接部108处，源自流体驱动器20的流体流和源自样品驱动器102的流体流被混合或结合。

从图4可以看出，所示注射切换模式中的流体联接点108由在该流体管道110的中心位置处流体联接到一个流体管道110的一个流体端口6限定。流体端口6进一步流体连接到朝向分离单元30引导的毛细管111(形成流路104的一部分)。

参考图5，示出了注射位置。

在根据图5的流体阀95的切换位置中，在样品容纳空间100位于流体驱动器20的下游且位于分离单元30上游的时候，流体样品在流体驱动器20驱动下向分离单元30注入。因此，在根据图5的另一注入切换状态下，流体阀95没有(或不再)在流体驱动器20、分离单元30和样品容纳空间100之间形成流体t型件。与此相反，建立从流体驱动器20经由流体阀95、样品驱动器102、样品容纳空间100、针112、针座114、再次到流体阀95和分离单元30的连续流体连接。在该另一注入切换状态下，由流体驱动器20驱动的流体在流向分离单元30之前流经样品驱动器102和样品容纳空间100。

从图4和图5的比较可以看出，不同之处基本上涉及流体阀95的切换位置，控制单元70被构造为控制流体阀95的切换，以便选择以下模式之一：

–在注入切换状态下注入流体样品的给送注射模式(比较图4)；或

-在另一切换状态下注入流体样品的流通模式(比较图5)。

在图4的给送注入模式中，得以实现以流动相对流体样品进行限定且可调节的混合或稀释。然而，在图5的流通模式中，流体样品作为界定在小份流动相之间的小份流体输送，但基本上没有混合或稀释。根据图2至图5的阀设计允许提供的注射器40具有根据图4或图5的两个所描述的注入功能。

图6a示出了根据图2至图5的流体阀95定子600的端口1-6和作为流体管道110的沟槽。图6b示出了作为根据图2至图5的流体阀95的转子650的流体管道110的沟槽。

图7示出了根据本发明另一个示例性实施例的注射器40，其具有流体阀95，该流体阀95具有定子和转子，该定子具有端口1-6但没有沟槽，该转子具有作为流体管道110的沟槽。图7的实施例与图2至图6b的实施例的不同之处在于沟槽型管道110的形状、位置和尺寸以及在于流体端口1至6的位置。这些示例表明，参考图2至图6b描述的功能可以用不同的阀设计来实现。如图2至图6b中的附图标记155所指示的，根据图2至图6b，流体管道110的一部分被实施为定子沟槽，而流体管道110的其余部分(未用附图标记155表示)被实施为转子沟槽。与此相反，根据图7的设计不需要定子沟槽，即，所有的流体管道110都被实施为转子沟槽。图7还示出了流体节流部171和/或止回阀144可以实施在流体阀95和废料部166之间。该设置也可以根据图2至图6b进行。作为冲洗泵180的替代，图7的实施例实施了溶剂瓶191。

应当注意，术语“包括”不排除其他元件或特征，术语本身不排除多个。还可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应当注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。