СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ ПРОБ ЖИДКОСТНОЙ ХРОМАТОГРАФИИ Российский патент 2009 года по МПК G01N35/10 G01N1/00 

Предпосылки создания изобретения

В лабораториях и других областях применения в ряде лабораторных процедур используются автоматические манипуляторы для жидкости, которые переносят жидкие пробы. Один пример автоматического манипулятора для жидкости раскрыт в патенте США №5 988 236, принадлежащем настоящему заявителю и включенном в данное описание путем ссылки на соответствующий документ. Манипулятор для жидкости согласно патенту США №5988236 имеет рабочий стол, который поддерживает множество контейнеров для проб, с множеством зондов, поддерживаемых автоматическим устройством перемещения над рабочим столом. Автоматическое устройство перемещения может перемещать зонды до совмещения с одним или более контейнерами для проб на рабочем столе, чтобы выполнять операции загрузки-разгрузки жидкостей. Другой пример манипулятора для жидкости можно найти в патенте США №4422151, включенном в данное описание путем ссылки на соответствующий документ.

Жидкостная хроматография, включая жидкостную хроматографию высокого разрешения (ЖХВР), является одним из примеров применения, в котором используются автоматические манипуляторы для жидкости. Жидкостная хроматография используется при исследовании пробы путем разделения ее компонентов при протекании через хроматографическую колонку, сопровождаемого обнаружением разделяемых компонентов проходным детектором. Некоторые системы ЖХВР содержат автоматический манипулятор для жидкости для загрузки проб. В этих системах манипулятор для жидкости перемещает зонды для загрузки проб из контейнеров для проб и затем вводит пробы в порт для ввода пробы. Металлическая игла может быть присоединена к зонду, чтобы облегчить извлечение пробы из контейнера и ее ввод в порт для ввода пробы.

Хотя ЖХВР и другие системы химического анализа, которые включают автоматическую загрузку-выгрузку жидкости, известны, много постоянно стоящих проблем остаются нерешенными. Например, нерешенной проблемой при загрузке-выгрузке жидкостей является то, что остаток, переходящий из одной пробы в последующие пробы, может вызвать загрязнения проб и неточности при использовании многих манипуляторов жидкости.

Переходящий остаток возникает, когда остаток первой пробы остается внутри зонда или на нем либо в порте для ввода пробы и затем смешивается с последующей пробой. Чтобы уменьшить переходящий остаток, автоматические манипуляторы для жидкости в хроматографии и других испытательных системах между взятием проб обычно выполняют две промывки растворителем. Первая промывка выполняется с зондом в порте для ввода пробы, чтобы промыть порт и подсоединенные к нему линии. Затем зонд и игла удаляются из порта для ввода пробы, перемещаются в положение промывки и промываются во второй раз. Однако даже с промывкой может иметь место некоторый переходящий остаток. Дополнительная промывка уменьшает переходящий остаток, но замедляет обработку и увеличивает стоимость.

Другой пример проблемы, связанной с автоматическими способами загрузки-выгрузки жидкостей в хроматографии, включает наличие мертвого пространства, связанного с пробами. Мертвое пространство представляет собой искажение, зависящее от вида системы ввода пробы. Как правило, пробы вводят, используя перепад давлений, который может включать движущую силу воздуха или инертного газа и/или силу всасывания вакуума. В хроматографии количество пробы, которое может быть введено, называют испытательной емкостью или объемом петли для пробы. Что касается объема петли, то известные способы дозирования, как правило, использующие известные порты для ввода проб, зонды и иглы, могут приводить к значительной примеси посторонних материалов, таких как воздух, присутствующий в объеме петли. Например, если при известных способах ввода поток через загрузочную иглу слишком медленный или если не обеспечивается хорошее уплотнение между иглой зонда и портом для ввода проб, в хроматограф может быть загружен воздух или другая примесь. Чтобы минимизировать риск недостаточного количества пробы и слишком большого количества примеси, в зонд и порт для ввода пробы обычно загружают излишек пробы. Чтобы успешно загружать правильное количество пробы и гарантировать отсутствие ввода инертного газа или наличия пустого пространства, известные автоматические способы загрузки могут требовать ввода объема, приблизительно в четыре или более раз большего, чем объем петли. Этот избыточный объем прибавляет расходы и увеличивает время анализа, не говоря уже о том, что излишне тратится ценная проба.

Еще одна известная проблема автоматической загрузки-разгрузки для химического анализа касается недостаточной воспроизводимости волюметрических измерений. Преимущества точных волюметрических измерений включают желательную минимизацию специфических отклонений объема пробы от анализа к анализу. Однако способы для определения волюметрической точности с использованием известных зондов и присоединенных игл ограничены.

Данное изобретение решает также дополнительную проблему, встречающуюся во многих обычных системах ЖХВР. Во многих применениях загрузки-выгрузки жидкости, включая ЖХВР, требуются биологически совместимые компоненты. Хотя некоторые системы используют напорные краны и краны-дозаторы, сделанные из биологически совместимого полиэфирэфиркетона (PEEK) или биологически совместимого титана, в них, в конечном счете, все еще имеется несовместимый компонент (чаще всего, нержавеющая сталь) в инжекционной игле. Чтобы маскировать несовместимый элемент, инжекционные иглы могут быть сделаны из титана или покрыты им для уменьшения металлического компонента. Однако эти модификации не в состоянии уменьшить последовательный переходящий остаток, а при использовании инжекционных игл с покрытием могут возникнуть проблемы, когда это покрытие изнашивается.

Сущность изобретения

Форма осуществления данного изобретения направлена на способ для автоматической загрузки жидких проб в прибор жидкостно-хроматографического анализа и включает шаги установки сбрасываемого наконечника на зонде, закрепленном на автоматическом устройстве перемещения, перемещение зонда автоматическим устройством перемещения в положение загрузки вблизи контейнера для проб и всасывание пробы из контейнера в сбрасываемый наконечник. Затем зонд перемещается автоматическим устройством перемещения в положение ввода вблизи порта для ввода пробы, и проба вводится из сбрасываемого наконечника в порт для ввода пробы. После этого сбрасываемый наконечник удаляется с зонда. Предпочтительно эти шаги повторяются многократно, чтобы последовательно загрузить множество проб. Благодаря применению сбрасываемого наконечника, который удаляется после использования, в основном устраняется переходящий остаток между загрузками, двухступенчатая процедура промывки между загрузками может быть заменена единственной процедурой промывки, что приводит к экономии времени и затрат. Образец способа изобретения предназначен для использования с системой жидкостной хроматографии. Кроме того, в некоторых формах осуществления изобретения описывается специализированная направляющая зонда, которая позволяет удалять использованный сбрасываемый наконечник, а также сборник отходов для сбора использованных сбрасываемых наконечников.

Сверх того, некоторые способы данного изобретения позволяют использовать меньший объем петли для анализа проб. Использование меньшего объема петли значительно уменьшает количество пробы, которое должно использоваться для каждого анализа. В некоторых формах осуществления изобретения меньший объем петли будет являться результатом уплотненного соединения сбрасываемого наконечника с портом для ввода проб.

Перечень чертежей

На фиг.1 показана система ЖХВР, содержащая автоматический манипулятор для жидкости, который является полезным для практического использования в некоторых формах осуществления изобретения.

На фиг.2 показана схема системы ЖХВР фиг.1.

На фиг.3 показана блок-схема способа изобретения.

Фиг.4А, 4В и 4С поясняют установку сбрасываемого наконечника на зонде.

На фиг.5 показан упрощенный разрез сбрасываемого наконечника и порта для ввода проб.

На фиг.6 показана часть системы ЖХВР фиг.1 и поясняется удаление сбрасываемого наконечника с зонда. На фиг.6 показан также сборник отходов, который прикрепляется к столу манипулятора для жидкости.

На фиг.7 показан вид направляющей зонда крупным планом.

Подробное описание изобретения

Обратимся теперь к чертежам. На фиг.1 показано перспективное изображение прибора для жидкостного хроматографического анализа, используемого при реализации примера осуществления способа согласно изобретению. В частности, на фиг.1 показана система жидкостной хроматографии высокого разрешения (ЖХВР), обозначенная в целом как 110. Специалистам в данной области техники будет понятно, что хотя формы осуществления изобретения показаны при использовании с системой ЖХВР, данное изобретение применимо к любому типу манипулятора для жидкости, требующему забора и дозирования пробы. В форме осуществления изобретения, показанной на фиг.1, система 110 ЖХВР содержит автоматический манипулятор для жидкости или "устройство перемещения по осям XYZ", обозначенное в целом как 112. Автоматический манипулятор для жидкости содержит дорожку 114, консоль 116, которая перемещается в первом направлении (т.е. направлении "X") по дорожке 114, и держатель 118 зонда, который перемещается во втором направлении (т.е. направлении "Y") по консоли 116. Вообще, с изобретением может использоваться любой автоматический манипулятор для жидкости, способный перемещаться в направлениях X, Y и Z. Держатель 118 зонда поддерживает один или несколько зондов 120, которые способны двигаться в вертикальном направлении (т.е. направлении "Z"). В некоторых формах осуществления изобретения зонды могут быть выполнены из нержавеющей стали и могут иметь в основном цилиндрическую форму. Квалифицированным специалистам будет понятно, что вид материала, используемого для изготовления зонда данного изобретения, особенно ничем не ограничивается. Кроме того, зонд может иметь любую форму, обеспечивающую способность присоединения зонда к сбрасываемому наконечнику и порту для ввода проб. Контроллер 122, который содержит процессор, управляет перемещением автоматического манипулятора 112 жидкости. Контроллер 122 может также управлять перекачиванием жидкости, включая аспирацию и дозирование пробы и других жидкостей. В некоторых формах осуществления изобретения контроллер будет содержать собственное программное обеспечение системы ЖХВР. Этим программным обеспечением может быть программа на базе ПК или клавиатурная программа. Специализированная клавиатура при использовании с клавиатурной программой может состоять из любой разновидности специализированных клавиатур, таких как у устройств типа PALM®. Контроллер 122 может быть связан с компьютером (не показанным), который расположен отдельно от системы 110 ЖХВР. В некоторых формах осуществления изобретения компьютер будет являться неотъемлемой частью системы ЖХВР. Вообще, множество контейнеров 126 для проб будет размещаться на рабочем столе 124. Однако должно быть понятно, что число контейнеров для проб, показанных на фиг.1, служит только для целей демонстрации, а фактически может быть только один контейнер для проб или столько контейнеров, сколько может вмещать стол. Кроме того, хотя может быть удобно использовать контейнеры для проб известного уровня техники, специалистам будет понятно, что контейнеры для проб, которые могут использоваться с изобретением, этим не ограничиваются. Контейнеры для проб могут быть сделаны из любого материала и могут иметь любую форму, позволяющую разместить их на рабочем столе и использовать в соответствии со способами и вместе с устройством согласно данному изобретению.

Система 110 ЖХВР содержит также несколько модулей 128 жидкостной хроматографии высокого разрешения. Каждый из модулей 128 ЖХВР связан с портом 130 для ввода проб так, что пробы, введенные в порт 130 для ввода проб, могут передаваться модулям 128 для анализа. В форме осуществления изобретения, показанной на фиг.1, модули ЖХВР и порт 130 для ввода проб связаны также с контроллером 122. Кроме того, один или несколько шприцевых насосов 132 могут быть связаны с контроллером и могут сообщаться через один или несколько кранов и линий для жидкости с зондами 120 и модулями 128 ЖХВР.

Схема на фиг.2 поясняет работу одной из форм осуществления системы 110 ЖХВР и ее различных элементов. Контроллер 122 управляет автоматическим манипулятором 112 жидкости, чтобы направлять зонд 120 для забора пробы из выбранного контейнера 126 для проб. В некоторых формах осуществления изобретения контроллер 122 может управлять шприцевым насосом 132, заставляя забирать необходимый объем пробы из выбранного контейнера 126 для проб и заставляя затем автоматический манипулятор 112 для жидкости переместить зонд 120 к порту 130 для ввода проб. Затем контроллер 122, управляя шприцевым насосом 132, может создать избыточное давление для вытеснения пробы из зонда 120 в порт 130 для ввода проб и в емкость для анализируемой пробы или "емкость 136 петли".

Как только проба окажется в емкости 136 петли, контроллер 122 может начать манипулировать двухходовым шестипортовым клапаном-распределителем 134, чтобы изолировать порт 130 для ввода проб от петли 136, открыть клапан 138 и включить насос 140 для вытеснения жидкости-носителя жидкой фазы из резервуара 142, находящегося выше по потоку от петли 136 дозатора. Квалифицированным специалистам будет понятно, что, хотя на фигурах показан двухходовой шестипортовый клапан-распределитель, с изобретением может использоваться клапан-распределитель любого типа, включая, но не ограничиваясь этим, двухходовой десятипортовый распределитель и шестиходовой шестипортовый распределитель, если имеется подходящий присоединенный порт для ввода проб. Кроме того, насос 140 может быть поршневым насосом или насосом другого типа. Жидкость-носитель транспортирует исследуемую пробу из петли 136 для пробы в модуль 128 ЖХВР с колонкой 144 ЖХВР и детектором 146 для анализа. Затем контроллер 122 может включить модуль 128 ЖХВР для анализа пробы. При использовании со способами и устройством согласно изобретению проба может содержать любое число органических или биологических образцов с различными концентрациями в растворителях. В некоторых формах осуществления изобретения они могут включать биологические препараты, такие как цельная кровь, плазма и соединения, произведенные из мочи. Кроме того, небиологические составы, такие как растворы сильных кислот или щелочей, включая, но не ограничиваясь этим, трифторфторуксусную кислоту, серную кислоту, муравьиную кислоту, ледяную уксусную кислоту и концентрированный гидроксид натрия, могут использоваться с этим изобретением без каких-либо вредных влияний на процесс ввода пробы. После анализа пробы контроллер 122 может направить отходы от пробы в контейнер 148 для отходов.

В случае двухходового шестипортового клапана-распределителя 134, соединяющего порт 130 для ввода проб с контейнером 150 для отходов промывки, контроллер может управлять кранами 152 и 154 так, чтобы открывать путь потоку от шприцевого насоса 132 к резервуару 156 растворителя. Избыточное давление от шприцевого насоса 132 будет тогда прогонять промывающий растворитель через зонд 120, порт 130 для ввода проб, трехходовой кран 134 в емкость 150 для отходов промывки, очищая таким образом эти компоненты для использования при последующем анализе.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что схема на фиг.2 и связанное с ним описание поясняет только одну из многих возможных конфигураций и способов для осуществления автоматической загрузки проб для анализа ЖХВР. Много модификаций и вариантов могут осуществляться на практике. Например, может быть предусмотрено множество зондов 120. Детальный пример одного из вариантов конфигурации и способа автоматической загрузки проб ЖХВР можно найти в находящейся в общей собственности заявке на патент США №10/075811.

После описания устройства, полезного для использования на практике в способе согласно изобретению, можно теперь описать одну из форм осуществления способа согласно изобретению, показанную на блок-схеме фиг.3. Способ включает установку сбрасываемого наконечника на зонд 120 (блок 302). Обратимся снова к фиг.1. Этот способ может включать использование автоматического манипулятора 112 жидкости для перемещения одного или нескольких зондов 120 в положение над множеством сбрасываемых наконечников, поддерживаемых стойкой или опорой 401 на рабочем столе 124, и опускания затем одного или нескольких зондов 120 до сцепления с одним или несколькими сбрасываемыми наконечниками.

Фиг.4А, 4В и 4С полезны для дальнейшего пояснения установки сбрасываемого наконечника. В форме осуществления изобретения, показанной на фиг.4А, 4В и 4С, сбрасываемый наконечник насаживается на зонд, используя сцепление силами трения. На фиг.4А показано множество зондов, опускаемых на опору 401, которая удерживает множество сбрасываемых наконечников 402, как правило, размещаемых в виде матрицы. Каждый зонд 120 имеет вставляемый конец 404 зонда, а каждый из сбрасываемых наконечников имеет входное отверстие 406 для приема вставляемого конца 404 зонда. Специалистам в данной области техники будет понятно, что этот вставляемый конец зонда и входное отверстие сбрасываемого наконечника могут иметь любую форму, обеспечивающую их соединение вместе и возможность удаления сбрасываемого наконечника позднее. На фиг.4А показаны также направляющая 408 зонда, сквозь которую зонд 120, поступательно скользя, перемещается в вертикальном направлении. На фиг.4В показан вставляемый конец 404 зонда, вставленный во входное отверстие 406 сбрасываемого наконечника до сцепления силами трения со сбрасываемым наконечником 402. На фиг.4С показан зонд 120, поднимаемый вместе со сбрасываемым наконечником 402, который удерживается силами трения на вставляемом конце 404 зонда. Хотя во многих формах осуществления изобретения сбрасываемый наконечник будет устанавливаться на зонде, используя сцепление силами трения, может использоваться любая другая форма установки сбрасываемого наконечника на зонде, которая позволяет удалять сбрасываемый наконечник с применением способов и устройства данного изобретения.

Как лучше всего показано на виде фиг.4С, в одной форме осуществления изобретения сбрасываемые наконечники 402 имеют в общем коническую форму и имеют выходную часть 410 сбрасываемого наконечника, расположенную напротив более широкой входной горловины 406 сбрасываемого наконечника. Стенка 412 сбрасываемого наконечника соединяет входную горловину 406 сбрасываемого наконечника с его выходной частью 410. В некоторых формах осуществления изобретения стенка сбрасываемого наконечника будет иметь в основном форму конуса. В большинстве форм осуществления изобретения сбрасываемый наконечник 402 выполнен из пластмассы или другого эластичного материала, выбранного с учетом таких свойств, как химическая инертность и совместимость, долговечность, стоимость и т.п. В некоторых формах осуществления изобретения сбрасываемый наконечник 402 выполняется из гидрофобного материала. Не ограничивающие объема изобретения примеры материалов сбрасываемого наконечника 402 включает полипропилен, политетрафторэтилен (PTFE) и аналогичные полимеры. Однако сбрасываемый наконечник может быть сделан из любого приемлемого материала. Вообще, здесь термин сбрасываемый наконечник включает в себя любой наконечник, который используется только для одной пробы, и не предназначен для ограничения объема изобретения сбрасываемыми наконечниками, имеющимися на рынке в настоящее время.

Как показано на блок-схеме фиг.3, вслед за установкой сбрасываемого наконечника на зонде одна из форм осуществления изобретения предусматривает перемещение зондов 120 с установленными сбрасываемыми наконечниками 402 (как в общем показано на фиг.4С) в положение загрузки пробы вблизи выбранного образца, содержащегося в контейнере 126 или контейнерах для проб (блок 304). Как показано на фиг.1, этот шаг может повлечь за собой перемещение зонда 120 автоматическим манипулятором 112 жидкости в направлениях Х, и/или Y, и/или Z относительно одного или нескольких контейнеров 126 для проб, находящихся на столе 124, чтобы совместить зонд с пробой. После совмещения зонда проба может быть загружена из контейнера 126 для проб в сбрасываемый наконечник 402 (блок 306). Это может быть достигнуто, например, вводом выходной части 410 сбрасываемого наконечника в образец и приведением в действие шприцевого насоса 132 для забора пробы в сбрасываемый наконечник 402 (фиг.4С). Как будет понятно специалистам, работа шприцевого насоса 132 позволяет загрузить известный объем пробы. В некоторых формах осуществления изобретения проба может быть загружена в сбрасываемый наконечник с помощью радиально-поршневого насоса, шлангового насоса, электромагнитного насоса или возвратно-поступательного поршневого насоса.

Обратимся теперь к фиг.1 и 4С и блок-схеме фиг.3. Способ согласно одной из форм осуществления изобретения вслед за загрузкой пробы в сбрасываемый наконечник 402 предусматривает перемещение зонда 120 и сбрасываемого наконечника 402 автоматическим манипулятором 112 жидкости в положение ввода проб рядом с портом 130 для ввода проб и затем вставку сбрасываемого наконечника 402 в порт 130 для ввода проб (блок 308). На фиг.5 показан разрез порта 130 для ввода проб со сбрасываемым наконечником 402, вставленным в него. Обычно порт 130 для ввода проб имеет внутренний канал 502, приспособленный для помещения сбрасываемого наконечника 402. Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, хотя внутренний канал, показанный на фиг.5, имеет форму конуса, может использоваться любой внутренний канал, позволяющий вставлять сбрасываемый наконечник. Основание 504 порта для ввода проб образовано концом внутреннего канала 502, с которым выходная часть 410 сбрасываемого наконечника входит в контакт, когда вставляется сбрасываемый наконечник 402. Как понятно специалистам, может быть использован любой порт для ввода проб, который обеспечивает преимущества изобретения. Как также понятно специалистам, порт для ввода проб может быть сделан из любого биологически совместимого материала. В качестве примеров, не ограничивающих объем изобретения, эти материалы могут включать полиэфирэфиркетон (PEEK) или титан.

Сбрасываемый наконечник и отверстие 503 порта для ввода проб формируют радиальное уплотнение 505. Изменяя диаметр отверстия 503 порта для ввода проб или размер используемого сбрасываемого наконечника, можно перемещать радиальное уплотнение 505 в любое число положений без потери преимуществ изобретения. Как пример, не ограничивающий объем изобретения, радиальное уплотнение 505 может перемещаться в точку, находящуюся ближе к выходной части сбрасываемого наконечника или ближе к вставляемому концу сбрасываемого наконечника, чтобы обеспечить соответственно меньший или больший мертвый объем. До тех пор пока радиальное уплотнение 505 обеспечивает уплотнение сбрасываемого наконечника в порте для ввода проб, оно может использоваться в любом положении. Поскольку внутренний канал порта для ввода проб обеспечивает преимущества изобретения, специалистам будет понятно, что внешняя форма порта для ввода проб может принимать любой вид. В некоторых формах осуществления изобретения у внешней части порта для ввода проб может быть удобно иметь только немного больший диаметр, чем у внутреннего канала. Однако в других формах осуществления изобретения внешняя часть порта для ввода проб может быть значительно большей, чем внутренний канал. Соединительная линия 506 для текучей среды проходит через основание 504 порта для ввода проб и идет к модулю 128 ЖХВР, показанному на фиг.1. В одной из форм осуществления изобретения внутренний канал 502 имеет кольцевой заплечик 508, который находится вблизи основания 504 порта для ввода проб. В большинстве форм осуществления изобретения кольцевой заплечик 508 находится не далее чем приблизительно в 6,35 мм от основания 504 порта для ввода проб.

Другой способ изобретения предусматривает плотное прилегание стенки 412 сбрасываемого наконечника к внутреннему каналу 502, предпочтительно к кольцевому заплечику 508. После того как сбрасываемый наконечник 402 вставлен и плотно соединен с внутренним каналом 502, способы согласно изобретению предусматривают выполнение последующего шага ввода пробы (блок 310). Как было указано со ссылкой на схему фиг.2, проба может быть введена посредством создания перепада давлений шприцевым насосом 132. В некоторых формах осуществления изобретения проба может быть введена в порт для ввода проб с помощью радиально-поршневого насоса, шлангового насоса, электромагнитного насоса или возвратно-поступательного поршневого насоса.

Вставка сбрасываемого наконечника 402 в порт 130 для ввода проб с использованием способов и устройств данного изобретения обеспечивает ряд ценных преимуществ. Например, данное изобретение уменьшает величину объема петли, необходимого в устройстве ввода проб. Обычно в системе ЖХВР объем исследуемой пробы называют объемом петли для пробы. При анализе пробы желательно обеспечить, чтобы весь объем петли содержал исследуемую пробу и чтобы в нем не присутствовали никакие примеси, такие как воздух или заполняющий инертный газ. При загрузке пробы в порт для ввода проб с помощью разрежения или избыточного давления это может быть трудной задачей, так как есть шанс, что немного воздуха или другого заполняющего газа будут втянуто в порт для ввода проб и в приемник объема петли. Мертвое пространство, существующее во время загрузки в порту для ввода проб, повышает риск втягивания газа или воздуха.

Чтобы минимизировать этот риск, предыдущие способы обычно требовали загрузки в зонд объема, приблизительно в четыре или более раз большего, чем объем петли, для минимизации мертвого пространства. Однако было обнаружено, что способами данного изобретения точные результаты могут быть получены при загрузке объема, только приблизительно в два раза большего, чем объем петли. В качестве гипотезы, не ограничивающей объем изобретения, предполагается, что уменьшение объема, необходимого при загрузке, прежде всего, является результатом в целом взаимосоответствующей конфигурации сбрасываемого наконечника 402 и порта 130 для ввода проб. Например, предполагается, что плотное прилегание стенки 412 сбрасываемого наконечника и кольцевого заплечика 508 значительно минимизирует мертвое пространство.

Должно быть понятно, что другие способы изобретения могут включать операции использования таких конфигураций сбрасываемого наконечника и внутреннего канала, которые отличаются от показанных на фиг.5. Внутренний канал, который более близко сопрягается с формой сбрасываемого наконечника, чем показанный на фиг.5, может оказаться полезным при дальнейшем уменьшении или даже исключении мертвого пространства. Во многих формах осуществления изобретения конфигурация внутреннего канала, в общем показанного на фиг.5, используется потому, что она допускает использование с современными моделями стандартных, не сбрасываемых (многоразовых) наконечников, а также использование со многими стандартными сбрасываемыми наконечниками конусной формы.

Обратимся снова к фиг.3. Вслед за вводом пробы выполняется анализ пробы (блок 312). Во многих формах осуществления изобретения этот анализ будет состоять из жидкостной хроматографии высокого разрешения. Вслед за вводом пробы способ, показанный на фиг.3, может также включать ввод органического растворителя для промывки порта 130 для ввода проб с целью подготовки к последующему анализу (блок 314). В одном способе шаг, следующий за промывкой порта для ввода проб, включает использование автоматического манипулятора для жидкости для перемещения зонда и сбрасываемого наконечника в положение сброса вблизи сборника отходов (блок 316). В способе, показанном на фиг.3, сбрасываемый наконечник затем будет удаляться и помещаться в сборник отходов (блок 318).

Фиг.6 поясняет удаление сбрасываемого наконечника и помещение его в сборник отходов. На фиг.6 показан зонд 120 со смонтированным на нем сбрасываемым наконечником 402, расположенный выше сборника 133 отходов. Как показано на фиг.7, зонд 120 скользя проходит сквозь канал 702 в направляющей 408 зонда. В большинстве форм осуществления изобретения этот канал 702 будет соосным. Как правило, диаметр канала 702 в направляющей 408 зонда является достаточно большим, чтобы позволять зонду 120 скользя проходить, но не разрешать проходить сбрасываемому наконечнику 402. Соответственно, чтобы удалить сбрасываемый наконечник 402 с зонда 120, контроллер может использовать автоматический манипулятор для жидкости для перемещения зонда 120 вертикально вверх сквозь канал направляющей 702 зонда. Специалистам в данной области техники будет понятно, что общая форма канала направляющей зонда ограничивается только требованием того, чтобы она позволяла проходить зонду, но не сбрасываемому наконечнику. Например, канал 702 направляющей зонда в форме осуществления изобретения, показанной на фиг.7, может иметь цилиндрическую форму, потому что такова форма зонда. Однако в других формах осуществления изобретения весь зонд или часть зонда и канал направляющей зонда могут иметь прямоугольный профиль. Кроме того, достаточно чтобы зонд мог перемещаться сквозь направляющую зонда до точки присоединения сбрасываемого наконечника; отсутствует требование, чтобы канал направляющей зонда и зонд имели одинаковую форму.

Направляющая зонда может содержать больше, чем один канал. Например, направляющая зонда может содержать два или более, три или более либо четыре или более каналов. Вообще число каналов в направляющей зонда будет соответствовать числу зондов, используемых способами изобретения. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что число каналов направляющей зонда может быть больше, чем число зондов, используемых способом. Когда сбрасываемый наконечник 402 входит в контакт с направляющей 408 зонда, сбрасываемый наконечник 402 будет сброшен с зонда 120 и упадет в сборник отходов 133, находящийся под ним. В некоторых формах осуществления изобретения во время удаления сбрасываемого наконечника зонд будет полностью проходить сквозь направляющую зонда. В других формах осуществления изобретения зонд будет проходить сквозь направляющую зонда лишь на расстояние, необходимое для удаления сбрасываемого наконечника. Как правило, направляющая зонда будет являться интегральной частью автоматического манипулятора для жидкости. В некоторых формах осуществления изобретения направляющая зонда будет присоединяться к автоматическому манипулятору жидкости с возможностью демонтажа для повторного использования. При сбросе наконечника направляющая зонда может перемещаться вдоль неподвижного зонда или же зонд может перемещаться сквозь неподвижную направляющую зонда. В некоторых формах осуществления изобретения предусматриваются оба перемещения.

Вообще, направляющая зонда может быть выполнена из любого материала, достаточно прочного для того, чтобы допускать удаление сбрасываемого наконечника, когда сбрасываемый наконечник зонда входит в контакт с направляющей зонда. В качестве примера, не ограничивающего объем изобретения, направляющая зонда может быть выполнена из таких материалов, как нержавеющая сталь.

В форме осуществления изобретения, показанной на фиг.3, следующий за перемещением сбрасываемого наконечника 402 шаг включает повторение шагов 302-318, если необходимо проанализировать дополнительное число проб (блок 320), и наконец завершение, если все пробы были проанализированы (блок 322). Следовательно, способ, показанный на фиг.3, может быть полезен для последовательной загрузки серии исследуемых проб в один или несколько модулей 128 ЖХВР.

При использования на практике изобретения, такого как представленное на фиг.3, обеспечиваются ценные преимущества. Эти преимущества могут включать, но не ограничиваться этим, существенное сокращение остатка, переходящего из одной пробы в другую между последовательными анализами, а в некоторых случаях по существу даже устранение переходящего остатка. Действительно, при практическом использовании изобретения было обнаружено, что между анализами может быть достигнут последовательный переходящий остаток ниже приблизительно 0,005% (массы пробы). Во многих формах осуществления изобретения достигнут переходящий остаток на уровне, который является необнаружимым, и поэтому по существу устраненный.

Другой пример преимуществ, реализуемых посредством способов изобретения, касается волюметрической точности объемов пробы и уменьшения отклонений объема анализируемой пробы. Для жидкостной хроматографии и многих других применений химических исследований на результаты испытаний может влиять объем анализируемой пробы. Из-за этой и других причин в анализах желательны однородные объемы исследуемой пробы. Было найдено, что способы изобретения обеспечивают очень низкую вариацию между объемами исследуемой пробы. Относительная объемная вариация между рядом загрузок исследуемой пробы может быть выражена коэффициентом вариации (CV), который является статистической характеристикой отклонения переменной от ее среднего значения.

В том смысле, в котором оно используется здесь, отклонение является среднеквадратическим отклонением отдельного объема пробы, а среднее значение - средним от фактического объема ряда исследуемых проб, у которых было желательно иметь одинаковый объем. Было найдено, что способы изобретения могут обеспечить коэффициент вариации приблизительно меньше 1% и более предпочтительно - приблизительно меньше 0,5%. Как теория, не ограничивающая объем изобретения, предполагается, что эти преимущества и выгоды являются следствием операций использования сбрасываемого наконечника, сделанного из полипропилена или другого гидрофобного материала, который противостоит удержанию пробы на его стенках, а также шагов использования сбрасываемого наконечника с конической или другой формой, которая минимизирует увлажняемую площадь стенки, и других причин.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что способы изобретения могут также вести к другим многочисленным выгодам и преимуществам. Специалистам также будет понятно, что способ осуществления изобретения, показанный и описанный здесь, является всего лишь одной из форм осуществления изобретения и что много эквивалентных и альтернативных способов возможны в пределах объема изобретения. Хотя были описаны несколько модификаций, много дополнительных изменений описанного устройства также возможны в пределах объема изобретения. Соответственно, сделанное здесь рассмотрение не должно интерпретироваться как ограничение объема заявленного изобретения. Например, хотя способ изобретения был рассмотрен специально в отношении ЖХВР, он также применим и к другим способам исследования, которые используют жидкостную хроматографию, а также дополнительные измерительные приборы.

Кроме того, автоматический манипулятор для жидкости может содержать множество портов для ввода проб, а система ввода проб для жидкостной хроматографии может содержать рабочий стол и сборник отходов, съемно прикрепленный к рабочему столу для сбора использованного сбрасываемого наконечника после ввода пробы в соединительную линию для текучей среды.

Специалисты в данной области техники также легко поймут, что там, где элементы группируются вместе обычным образом, как в формуле Маркуша, данное изобретение охватывает не только всю группу, внесенную в список в целом, но и каждый элемент группы индивидуально и все возможные подгруппы главной группы. Соответственно, для всех целей данное изобретение охватывает не только главную группу, но также и главную группу без одного или нескольких элементов группы. Данное изобретение предусматривает также явное исключение одного или нескольких любых элементов группы в заявленном изобретении.

Все ссылки, патенты и публикации, упомянутые здесь, специально включены в данное описание путем ссылки на соответствующий источник. Если не указано иначе, использование неопределенного артикля означает "один или более".

Хотя данное изобретение было описано со ссылкой на детали форм осуществления изобретения, показанные на чертежах, эти детали не предназначены для ограничения объема изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения.

Группа изобретения относится к способу и устройству для автоматической загрузки проб жидкостной хроматографии. Способ автоматической загрузки пробы включает установку сбрасываемого наконечника на зонде с использованием автоматического манипулятора для жидкости. При этом зонд образует часть автоматического манипулятора для жидкости. Затем осуществляют перемещение зонда автоматическим манипулятором для жидкости в положение загрузки вблизи пробы. Загрузку пробы в сбрасываемый наконечник осуществляют с использованием автоматического манипулятора для жидкости. После зонд перемещается автоматическим манипулятором для жидкости в положение ввода вблизи порта для ввода проб. Затем осуществляют вставку сбрасываемого наконечника во внутренний канал порта для ввода проб, причем внутренний канал имеет кольцевой заплечик, так что сбрасываемый наконечник плотно прилегает к кольцевому заплечику, и ввод пробы из сбрасываемого наконечника во внутренний канал порта для ввода проб. При этом порт для ввода проб выполнен с входным отверстием порта для вставки сбрасываемого наконечника, установленного на зонде автоматического манипулятора для жидкости. Порт имеет внутренний канал, идущий от входного отверстия порта, и основание порта, выполненное как часть внутреннего канала. Автоматический манипулятор для жидкости содержит устройство перемещения зондов, зонд, установленный на консоли устройства перемещения зондов, шприцевый насос, при работе связанный с зондом, контроллер, при работе связанный со шприцевым насосом, чтобы вызвать аспирацию пробы через зонд, и порт для ввода проб. При этом система ввода содержит автоматический манипулятор для жидкости, клапан ввода и соединительную линию для текучей среды, соединяющую основание порта для ввода проб с клапаном ввода. Достигаемый при использовании данных изобретений технический результат заключается в сокращении времени анализа и уменьшении стоимости обработки пробы. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ автоматической загрузки пробы, включающий:
установку сбрасываемого наконечника на зонде с использованием автоматического манипулятора для жидкости, при этом зонд образует часть автоматического манипулятора для жидкости;
перемещение зонда автоматическим манипулятором для жидкости в положение загрузки вблизи пробы;
загрузку пробы в сбрасываемый наконечник с использованием автоматического манипулятора для жидкости;
перемещение зонда автоматическим манипулятором для жидкости в положение ввода вблизи порта для ввода проб;
вставку сбрасываемого наконечника во внутренний канал порта для ввода проб, причем внутренний канал имеет кольцевой заплечик, так что сбрасываемый наконечник плотно прилегает к кольцевому заплечику, и ввод пробы из сбрасываемого наконечника во внутренний канал порта для ввода проб.

2. Способ по п.1, в котором загрузка пробы в сбрасываемый наконечник включает загрузку объема, не более чем в два раза превышающего объем петли для пробы.

3. Способ по п.1, в котором прилегание сбрасываемого наконечника к кольцевому заплечику обеспечивает радиальное уплотнение.

4. Способ по п.1, включающий выполнение жидкостного хроматографического анализа пробы при помощи прибора для жидкостной хроматографии.

5. Способ по п.1, в котором операции повторяют многократно, чтобы последовательно загрузить множество проб в порт для ввода проб.

6. Способ по п.1, включающий удаление сбрасываемого наконечника с зонда.

7. Способ по п.6, в котором удаление сбрасываемого наконечника включает перемещение зонда сквозь направляющую зонда с помощью автоматического манипулятора для жидкости, при этом сбрасываемый наконечник удаляется с зонда при входе в контакт с направляющей зонда.

8. Порт для ввода проб, имеющий:
входное отверстие порта для вставки сбрасываемого наконечника, установленного на зонде автоматического манипулятора для жидкости;
внутренний канал, идущий от входного отверстия порта;
основание порта, выполненное как часть внутреннего канала; и кольцевой заплечик, расположенный во внутреннем канале между входным отверстием порта и основанием порта, для обеспечения плотного прилегания сбрасываемого наконечника.

9. Порт для ввода проб по п.8, в котором кольцевой заплечик обеспечивает радиальное уплотнение для плотного прилегания сбрасываемого наконечника.

10. Порт для ввода проб по п.8, в котором кольцевой заплечик расположен ближе к основанию порта, чем к входному отверстию порта.

11. Порт для ввода проб по п.8, в котором кольцевой заплечик расположен не далее чем приблизительно в 6,35 мм от основания порта.

12. Порт для ввода проб по п.8, в котором входное отверстие порта обеспечивает плотное прилегание сбрасываемого наконечника.

13.Автоматический манипулятор для жидкости, содержащий:
устройство перемещения зондов,
зонд, установленный на консоли устройства перемещения зондов,
шприцевый насос, при работе связанный с зондом,
контроллер, при работе связанный со шприцевым насосом, чтобы вызвать
аспирацию пробы через зонд, и
порт для ввода проб, имеющий входное отверстие порта для вставки сбрасываемого наконечника, установленного на зонде;
внутренний канал, идущий от входного отверстия порта;
основание порта, выполнение как часть внутреннего канала; и
кольцевой заплечик, расположенный во внутреннем канале между входным отверстием порта и основанием порта, для обеспечения плотного прилегания сбрасываемого наконечника.

14. Автоматический манипулятор для жидкости по п.13, в котором кольцевой заплечик обеспечивает радиальное уплотнение для плотного прилегания сбрасываемого наконечника.

15. Автоматический манипулятор для жидкости по п.13, в котором кольцевой заплечик расположен ближе к основанию, чем к входному отверстию порта для ввода проб.

16. Автоматический манипулятор для жидкости по п.13, в котором кольцевой заплечик расположен не далее чем приблизительно в 6,35 мм от основания порта для ввода проб.

17. Автоматический манипулятор для жидкости по п.13, в котором входное отверстие порта для ввода проб обеспечивает плотное прилегание сбрасываемого наконечника.

18. Автоматический манипулятор для жидкости по п.13, содержащий множество портов для ввода проб.

19. Автоматический манипулятор для жидкости по п.13, содержащий множество зондов.

20. Система ввода проб для жидкостной хроматографии, содержащая устройство перемещения зондов,
зонд, установленный на консоли устройства перемещения зондов, входное отверстие порта для ввода проб для вставки сбрасываемого наконечника, установленного на зонде;
внутренний канал, идущий от входного отверстия порта для ввода проб;
основание порта для ввода проб, выполненное как часть внутреннего канала;
кольцевой заплечик, расположенный во внутреннем канале между входным отверстием порта для ввода проб и основанием порта для ввода проб, для обеспечения плотного прилегания сбрасываемого наконечника, клапан ввода,
соединительную линию для текучей среды, соединяющую основание порта для ввода проб с клапаном ввода,
пшрицевый насос, при работе связанный с зондом, и
контроллер, при работе связанный со шприцевым насосом, чтобы вызвать аспирацию пробы в зонд и ввод пробы в соединительную линию для текучей среды.

21. Система по п.20, дополнительно содержащая рабочий стол и сборник отходов, съемно прикрепленный к рабочему столу для сбора использованного сбрасываемого наконечника после ввода пробы в соединительную линию для текучей среды.

22. Система по п.20, дополнительно содержащая направляющую зонда, связанную с зондом и имеющую соосный с зондом канал, который допускает скользящее прохождение зонда в вертикальном направлении, но не допускает скользящее прохождение сбрасываемого наконечника в вертикальном направлении для удаления сбрасываемого наконечника с зонда.