用于制备液体混合物的方法与流程

用于制备液体混合物的方法
1.本技术是与母案发明名称相同的分案申请，母案的中国申请号是201480053772.x，国际申请号是pct/se2014/051109，申请日是2014年9月26日。
技术领域
2.本发明涉及用于制备液体混合物的方法，并且更具体地涉及制备液体混合物，例如缓冲液，其中测量液体混合物的电导率并间接确定ph。


背景技术：

3.缓冲溶液通常为由弱酸和其共轭碱，或弱碱和其共轭酸的混合物组成的含水溶液，并具有当向它加入少量的强酸或碱时溶液的ph改变非常小的性质。因此，缓冲溶液在广泛种类的化学应用中被用作保持ph处于几乎恒定值的手段，所述化学应用包括例如色谱法、过滤等等。通常，缓冲溶液可以由多于一种弱酸和其共轭碱构成。例如，更广泛的缓冲区域可以通过将具有重叠的单独缓冲区域的两种缓冲剂混合而产生。
4.具有所需ph，和任选地，具有所需离子强度的缓冲溶液可以通过计算缓冲剂成分的必要量并将它们混合来制备。尽管经常有必要解若干不同方程，以便根据它们的相对浓度来计算弱酸(或碱)和弱碱(或酸)的相对简单混合物的ph，但是仍存在可用于实施所述计算的商用软件。
5.另一可能性是使用反馈控制，如在wo/2011/162666中，其中ph测量的精确度限制缓冲液ph的精确度。然而，ph计的校准是耗时的并且经常是麻烦的。ph计可能并不非常精确，反应缓慢并且可容易地被例如盐污染。ph测量也依赖于温度，并且不同缓冲剂具有各种温度常数。通常不能将ph计的读数校正至标准温度。
6.因此，在本领域中仍存在改善ph
‑
测量和提供用于此目的的可靠的仪器的需要。


技术实现要素：

7.本发明提供用于测量ph的可靠的方法和工具，其避免了现有技术的缺点。
8.本发明涉及间接确定缓冲溶液ph的方法，该方法包括如果已知其电导率和浓度，则使用以下形式的表面模型方程：ph = f(电导率，浓度)或ph = f(电导率，缓冲剂浓度，盐浓度)其中表面模型方程先前已经通过将这样的方程拟合至用于培训数据集的先前测量的ph值而获得。培训数据集包括测量的或控制的浓度的值和含有处于多种不同浓度和电导率和任选不同温度下的缓冲剂的溶液的测量的电导率，并且表面模型方程通过将所得数据拟合至所描述公式而得到。
9.在第一方面中，本发明涉及不使用ph计制备具有预定ph值的液体混合物的方法，该方法包括添加和减少控制量的缓冲剂组分，优选呈液体形式，至所述液体混合物；并当获
得比电导率值时停止添加和减少缓冲剂组分，其中缓冲剂组分的减少和添加以维持缓冲剂浓度不变的方式进行并且其中所述比电导率值对应于所述液体的预定ph值，并且其中所述比电导率值通过数学模型与所述预定ph值和所述缓冲剂浓度相关，所述数学模型例如在特定缓冲剂系统上实施的表面模型方程。
10.本发明也涉及间接确定缓冲溶液的ph的方法，该方法包括测量其电导率和测量或控制缓冲剂浓度，并且其中所述比电导率值通过数学模型与所述预定ph值相关。
11.当使用表面模型方程时，它的形式可以是ph = a + b*浓度 + c*浓度^2 + d*电导率，其中a、b和c和d是缓冲剂系统具体的常数。
12.或者，表面模型方程的形式可以是ph = a + b*浓度 + c*浓度^2 + d*电导率 + e*电导率^2，其中a、b和c和d和e是缓冲剂系统具体的常数。
13.在一个备选的实施方案中，作为电导率和浓度的函数给出预测ph的表面函数通过混合物的培训集回归建模来获得，所述混合物具有已知浓度、电导率和ph。
14.缓冲剂的浓度可通过以下ior、ir和在几个波长下的uv吸收度中的任一种来测量。
15.测量或控制缓冲剂浓度的一种备选方式是分别将酸和碱的储备溶液制备为已知浓度，例如通过将称重量的缓冲盐稀释至测量的体积并随后控制或测量来自储备溶液的流量（flow）和至缓冲液混合物的公共点(common point)的水的流量。控制或测量缓冲剂浓度的还另一种方式是测量关于储备溶液的电导率或另一性质，如ir光吸收度或其它吸收度或ior信号，然后利用预先测定的电导率(或ir或ior)与浓度曲线，使用那些信号，反算储备溶液的浓度。使用以此方式获得的关于储备溶液的浓度的信息和关于测量的或控制的至混合点的流量的信息，则有可能计算混合缓冲剂的浓度。
16.具有缓冲剂浓度和缓冲液的电导率的知识，就有可能根据本发明，使用作为缓冲溶液的电导率和浓度的函数的ph表面模型方程确定ph。对于每种类型的缓冲溶液，这样的表面模型方程可通过以下预确定：(i) 使用属于所考虑的浓度和电导率的相关区域的培训数据集；(ii) 测量属于该培训数据集的溶液ph和(iii) 使用数字回归方法例如多重线性回归(mlr)或偏最小二乘方(pls)法以从数据获得作为回归模型的表面模型方程。
17.优选地，本发明的方法为计算机执行的。
18.在第二方面中，本发明涉及以上描述的方法用于控制缓冲剂制剂系统或在线稀释系统的用途。所述方法也可用于其中将ph和浓度用作实验设计(doe)参数的筛选实验。
19.在第三方面，本发明涉及包括计算机程序产品的装置，所述计算机程序产品包含用于使计算机进行以上描述的方法的指令。
20.该装置可包括电导率传感器和浓度传感器以及使用以上描述的方法从测量的电导率计算ph的工具。该装置也可允许缓冲剂浓度的输入并包括使用以上描述的方法的步骤从测量的电导率计算ph的工具。
21.下面，将参考附图，仅以举例的方式，更详细地描述本发明。
附图说明
22.图1显示根据以下实施例1中的实验细节的按比例并且中心化的ph系数的结果。
23.图2显示根据以下实施例1中的实验细节的ph观测值与预测值的图。
24.图3 显示示出自以两种不同方式制备的缓冲液的所得的测量ph值的图。通过配方
和通过“通过电导率
‑
反馈的ph”。两个值都与靶值比较，参见以下实施例2。
25.为了有助于理解本公开的发明，下面将定义许多术语。
26.定义缓冲液如本文使用的，缓冲溶液是通常由弱酸和其共轭碱或弱碱和其共轭酸的混合物组成的含水溶液。它具有当向它加入少量的强酸或碱时溶液的ph改变非常小的性质。缓冲溶液在广泛种类的化学应用中被用作保持ph处于几乎恒定值的手段。
27.电导率 (电解的)电解质溶液的电导率(或电导系数)是其导电能力的度量。电导率的si单位是
ꢀ“
西门子”/米(s/m)。
28.离子强度溶液的离子强度是溶液中所有离子的浓度的函数(浓度总和的一半乘以所有离子的离子电荷的平方)。离子强度通常以单位mol/dm3给出。
29.表面模型方程此处使用的表面模型方程是形式f(x,y)的函数，其中x和y是两个独立的变量，其为缓冲溶液的特性。更具体而言，在此上下文中，x(或y)是指缓冲溶液的电导率和y(或x)是指缓冲剂浓度。
30.发明详述如以上提到的，本发明涉及制备液体混合物，并且更具体地制备液体混合物，例如缓冲液，其中测量液体混合物的电导率并且如果缓冲剂浓度已知间接确定ph。此外，本发明涉及提供制备具有预定ph值的液体混合物的方法，该方法包括使用电导率作为反馈控制参数。下面分别描述了用于预测ph，确定表面模型方程和计算ph的方法。
31.预测ph由此，本发明的一个目的是如果已知其电导率和浓度，则间接确定缓冲溶液的ph。与ph测量相比，电导率测量快和可靠并且可以将温度校正至例如标准的室温25℃。此外，通常在每年的基础上校准对于电导计而言是足够的。因此，测量电导率而不是ph应该是有利的。
32.本发明也提供了不使用ph计将具有给定缓冲剂浓度的缓冲液制备成预定ph值的方法。存在有可能做到这一点的其它方法，例如具有所需ph，并任选地，具有所需离子强度的缓冲溶液通过计算缓冲剂成分的必要量并将它们混合可以精确制备，如先前在ep 2269055 b1中所描述。然而与那些方法相反，本发明所述方法不使用配方并相反地使用测量的电导率作为反馈控制参数。使用反馈控制以获得具有所需性质的缓冲液并不新颖。例如一种这样的方法描述于wo/2011/162666。然而，与那种方法（其中测量的ph必需作为控制参数）相比具有很大的差别和优势。在本案例中，具有正确ph和缓冲剂浓度的正确缓冲液通过一些手段将电导率测量和控制缓冲剂浓度结合而获得。
33.测量或控制缓冲剂浓度可以以不同方式实现。例如测量或控制缓冲剂浓度可以通过使用折射指数(ior)技术或红外(ir)光谱学、uv吸收度或其它方法而实现。
34.测量或控制缓冲剂浓度的一种备选方式是分别将酸和碱的储备溶液制备至已知浓度，例如通过将称重量的缓冲盐稀释至测量的体积并随后控制或测量来自储备溶液的流
量和至缓冲液混合物的公共点的水的流量。控制或测量缓冲剂浓度的还另一种方式是测量关于储备溶液的电导率或另一性质，如ir光吸收度或其它吸收度或ior信号，然后利用预先测定的电导率(或ir或ior)与浓度曲线，使用那些信号，反算储备溶液的浓度。使用以此方式获得的关于储备溶液的浓度的信息和关于测量的或控制的至混合点的流量的信息，则有可能计算和控制混合缓冲液的浓度。
35.因此，因为只要计算或控制缓冲剂浓度，就有可能根据本发明通过监测缓冲液的电导率而计算ph，因此也可能用电导率反馈控制来确定各成分、酸和碱的量。
36.无论此处所描述的方法用于预测缓冲液的ph还是用于使用电导率反馈控制来产生具有正确ph和缓冲剂浓度的缓冲液，本发明的中心特征是作为电导率和缓冲剂浓度的函数确定ph的表面模型方程，换句话说，作为形式f(x,y)的函数，其中x (或y)是指缓冲溶液的电导率，和y (或x)是指缓冲剂浓度。现在将描述如何能够得到此方程。
37.表面模型方程的确定缓冲液的表面模型方程的形式ph = f(电导率,浓度)或ph = f(电导率, 缓冲剂浓度, 盐浓度)可通过将自(电导率, 浓度)空间中的有限数量的点获得的ph数据拟合至上面的方程而产生。实验设计(doe)可有利地使用但并非是必需的。将方程拟合至用于培训集的所测量的数据这一步骤对于本领域任何技术人员而言并不难做。所得的方程在由培训集中不连续数目的点所覆盖的区域中在一定精度内是有效的。
38.计算ph最终，通过使用以上描述的表面模型方程和电导率的测量值与相应的缓冲剂浓度的测量或控制值一起计算ph作为所需缓冲溶液的预测ph。
39.本发明方法可通过在电子数据处理装置上运行的软件实施，所述装置例如计算机。这些软件可以在任何合适的计算机可读介质上提供给计算机，包括记录介质、只读存储器或可以经电或光缆或通过无线电波或其它工具传输的电或光信号。
40.以上描述的预测ph以前没有在其它地方被描述过。在先前情况，已经描述了ph的预测或在给定ph下的缓冲剂制剂。例如在us20110039712 a1和ep 2269055 b1，但是那些方法或类似方法没有使用电导率并且需要配方。另一方面，另一方法描述了从其组分预测电导率（pct se2011/051513），但该方法没有描述怎样能够自电导率测量得到ph，无需通过下式针对所述多种物类的每一种离子物类计算摩尔电导率：л = л0ꢀ–ꢀ
κ x sqrt(c)其中л是摩尔电导率，л0是无限稀释的摩尔电导率，c是离子物类的浓度，和k是kohlrausch系数，和其中k和л0从包含针对各离子物类的k和л0的预定值的数据集获得。
41.此处描述的预测ph仅需要校准以下形式的表面方程：ph = f(电导率，缓冲剂浓度)或ph = f(电导率，缓冲剂浓度，盐浓度)具有在给定精度的有效范围，并仅仅测量电导率和控制或测量缓冲剂浓度和如果
有必要控制或测量盐浓度。此处描述的预测ph不需要针对每一种离子物类计算摩尔电导率，或л0是无限稀释的摩尔电导率或kohlrausch系数。
42.此处描述的预测ph可用于若干目的。示例性的应用包括控制缓冲剂制剂系统或在线稀释系统的用途。这样预测ph也可用于其中将ph和浓度(但并非电导率)用作实验设计(doe)参数的筛选实验。还另一个应用为通过测量其ph和电导率来确定储备溶液或缓冲液的确切浓度。
43.以上描述的方法可用于获得针对与特定浓度的非缓冲盐(例如nacl)结合的具体缓冲剂系统的具体表面模型。也可将表面方程广义化以包括盐浓度，即f(x,y,z)，其中z是盐浓度。或者，保持nacl浓度不变并获得一个针对各nacl浓度的模型。
44.现在将通过以下非限制性实施例，仅以举例的方式，更详细地描述本发明。
实施例
45.实施例1: 作为浓度和电导率的函数，用于ph的表面模型方程在该试验中，电导率和缓冲剂浓度被用于间接确定ph。使用modde版本9.0来获得表面模型方程作为包含模型系数的回归模型。在培训集 (表格)中包含了柠檬酸盐缓冲液的三种不同的浓度水平和每种浓度的六种不同电导率值。使用具有5个泵和unicorn 5控制软件(ge healthcare biosciences ab)的实验室规模的
ä
kta探测者系统(ge healthcare biosciences ab)混合缓冲液，其中通过人工设置来自酸(0.5 m 柠檬酸)和碱(0.5 m柠檬酸三钠)的储备溶液和来自水的流量来控制浓度。使用具有常数2.1的线性温度校正来离线测量电导率，并使用校准的hanna ph计离线测量ph。
46.表1：偏最小二乘方回归分析用于获得表面模型方程作为浓度、电导率和ph之间的关系(图1)。
47.用7种柠檬酸盐缓冲液进行测试集，以测试该模型的预测能力（表）。
48.表2：该模型的预测能力测试的测试集用于所有运行的所测量ph值均在预测的区间内，因此该模型被证明能够允许间接确定ph(图2)。
49.实施例2: 使用电导率反馈控制制备给定ph的缓冲液。
50.本发明的一个目的是提供通过使用电导率作为反馈控制参数而制备具有预定ph值的液体混合物的方法。在此情况，不需要配方，并且不需要在线ph计。总共21种不同缓冲液被用于比较用此方式的缓冲液制备（表3）并与其中控制进入溶液的流量并且使用配方制备缓冲液的第二种情况比较。第一种方法（其为本发明中描述的方法）的靶电导率值是通过测量来自第二种方法结果文件的温度校正的电导率而获得的电导率值。根据结果，与通过配方和ph计制备的缓冲液相比，通过电导率反馈的缓冲液制备在ph上显示无差异（图3）。
51.表3：按两种不同方式（通过配方和通过电导率反馈）制备的缓冲液