发明内容

本发明的目的在于产生具有尽可能精确的复合物的流动相。该目的通过独立权利要求来解决。其他实施例由从属权利要求示出。

根据本发明的第一方面的示例性实施例，提供了一种用于为样品分离装置提供流动相的流体供应装置，其中，该流体供应装置包括：供应管道，其用于提供形成流动相的至少一部分的流体；流体阀，其与供应管道流体连接并且根据其切换状态允许或防止流体从供应管道通过；弹性缓冲单元，其在流体阀的上游与供应管道流体连接并且构造成缓冲流体；和流体输送单元，其用于输送通过流体阀的流体。

根据第二方面的示例性实施例，提供了一种用于汇合和混合流体来形成流体供应装置中的流动相的一体形成式流体部件，其中，该一体形成式流体部件包括：多个流体入口，其中，能够在入口中的每一者处供应相应的流体；流体汇合单元，其用于汇合在流体入口处供应的流体；和混合单元，其用于混合所汇合的流体并且在流体出口处提供所混合的流体作为流动相。

根据第二方面的另一个示例性实施例，提供了一种用于为样品分离装置提供流动相的流体供应装置，其中，该流体供应装置包括：多个供应管道，其中，多个供应管道中的每一者构造成提供共同形成流动相的相应流体；多个流体阀，其中，多个流体阀中的每一者与供应管道中的相应一者流体连接，并且根据其切换状态允许或防止相应的流体从相应的供应管道通过；具有上述特征的一体形成式流体部件，其流体入口与流体阀耦合并且在其流体出口处提供流动相；和流体输送单元，其与用于输送流动相的流体出口流体连接。

根据第三方面的示例性实施例，提供了一种用于为样品分离装置提供流动相的流体供应装置，其中，该流体供应装置包括：多个供应管道，其中，多个供应管道中的每一者构造成提供共同形成流动相的相应流体；多个流体阀，其中，多个流体阀中的每一者与供应管道中的相应一者流体连接，并且根据其切换状态允许或防止相应流体从相应的供应管道通过；流体汇合单元，其用于在用于在汇合位置处将通过流体阀的流体汇合来形成流动相；和流体输送单元，其与汇合位置流体连接，用于输送流动相，其中，在流体阀与汇合位置之间形成如此尺寸的补偿容积：即使在沿流体阀的方向来自流体输送单元的流体回流最大的情况下，也使得流体回流由于补偿容积而无法到达流体阀。

根据另一个示例性实施例，提供了一种用于分离流体样品的样品分离装置，其中，该样品分离装置包括：具有以上参考第一、第二和第三方面描述的特征的流体供应装置，其用于提供待注入流体样品的流动相；和样品分离单元，其构造成分离注入在流动相中的流体样品(例如分离成级分)。

在本申请的上下文中，术语“流体供应装置”可以表示可以提供高精度的溶剂或溶剂组合物形式的流动相并且优选地能够使其达到升高的压力的装置。这样的流动相可以是流体，即液体和/或气体，其可选地包括固体颗粒。

在本申请的上下文中，术语“样品分离装置”可以特别表示能够并且构造成将流体样品分离成不同组分的装置。例如，可以通过色谱法或电泳进行样品分离。

在本申请的上下文中，术语“流体样品”可以特别表示包含实际待分析物质的介质(例如生物样品，比如蛋白质溶液、药物样品等)。

在本申请的上下文中，术语“流动相”可以特别表示用作载体介质的流体(特别是液体)，该载体介质用于将流体样品分别从流体驱动器和流体供应单元输送到样品分离单元。例如，流动相可以是(例如有机和/或无机)溶剂或溶剂组合物(例如水和乙醇)。

在本申请的上下文中，术语“用于缓冲流体的弹性缓冲单元”可以特别表示能够流体连接到供应管道(即在到达流体阀之前)的流体部件。这样的弹性缓冲单元可以构造成分别向通过供应管道输送的流体提供可变的、液压的和气动的补偿可能性。这种缓冲单元特别可以在压力增大的情况下弹性地并且因此可逆地增大其内部容积，并且在压力减小的情况下减小其内部容积。因此，弹性缓冲单元可以提供用于补偿压力波动的流体缓冲容积，并且因此可以以阻尼方式抑制压力脉冲。

在本申请的上下文中，术语“流体输送单元”可以特别表示用于输送和移动流体的单元，其可选地能够使流体达到升高的压力。例如，这种流体输送单元可以是泵，例如单级或多级活塞泵。

在本申请的上下文中，术语“一体形成式流体部件”可以表示其中集成了多种流体功能的单个一体式主体。这样的一体形成式流体部件因此可以由使用者作为仅一个部件来处理。特别地，一体形成式流体部件可以构造成使得其不能在不破坏的情况下被拆分成各个部分。

在本申请的上下文中，术语“流体汇合单元”可以特别表示用于将多个流体单独流汇合为共同流体流的手段。例如，这可以通过流体T形件、流体Y形件、流体X形件等来实现。因此，各个流可以在流体汇合单元中在汇合位置处彼此汇合为共同流。

在本申请的上下文中，术语“混合单元”可以特别表示用于混合不同流体的结构，即用于增加流体混合物的均匀性的结构。具体地，这种机构可以是纯被动的，即可以在没有可移动部件的情况下操作。例如，流体管道中的流体障碍物和/或由不同流体部分通过的不同流体长度路径可以形成这种混合单元的一部分。替代地或附加地，这样的机构可以是主动的并且可以包括用于驱动和混合流体的可移动部件(例如可移动膜)、压电元件等。

在本申请的上下文中，术语“如此尺寸的补偿容积：即使在沿流体阀的方向来自流体输送单元的流体回流最大的情况下，也使得流体回流无法到达流体阀”可以表示流体阀与流体输送单元之间的流体管道的足够大内部容积，例如，在切换流体输送单元的入口阀和/或出口阀等的情况下，该内部容积可以分别人为地暂时容纳和缓冲回流的流体，并且该内部容积的尺寸使得该流体不可能回流到流体阀。发生的最大流体回流由流体供应装置的构造和尺寸以及操作控制限定。流体阀与各个流体的汇合位置之间的流体管道的内部容积形成补偿容积，该补偿容积的尺寸设计为安全地防止流体回流到流体阀，即，即使在最坏的情况下也是如此。

根据本发明第一方面的示例性实施例，通过沿流动方向在流体阀前在供应管道中实施至少一个弹性缓冲单元，可以仍然在到达流体阀之前并且因此在流体输送单元输送流体的上游实现分别对不期望出现的人为压力脉冲或压力波动进行阻尼、抑制和平衡。因此可以可靠地防止对流速或溶剂的精度的不期望的影响。缓冲单元的弹性使得能够在压力暂时增大的情况下增大其内部容积，或者在压力暂时减小的情况下减小其内部容积。因此，缓冲单元的阻尼和补偿作用提高了所提供的流动相的组合物的正确性。

根据本发明第二方面的示例性实施例，可以提供用于为流体供应装置中的实施提供多种流体功能的一体形成式流体部件。这样的流体部件可以由使用者以简单的方式整体上作为一体形成部件来处理，并且可以以紧凑的方式制造。这种流体部件使得能够以节省空间和简单的方式汇合多个流体流并且使其均匀混合。以这种方式，可以有效地抑制丢失的容积。

根据本发明第三方面的示例性实施例，在多个流体阀的上游和在来自流体阀的多个流体流汇合的汇合位置的上游，可以提供足够大的所提供的补偿容积，例如以各个流体管道的内部容积的形式。该补偿容积的尺寸有利地使得，即使在相对于流体供应装置的设计从流体供应单元朝向流体阀的最大流体回流的最坏情况下，该寄生回流会永远不会到达流体阀，而是临时地缓冲在补偿容积中，直到通过流体输送单元继续向前输送。这样，可以可靠地防止溶剂在流体阀的阀密封件处以不期望的方式结晶。因此，可以可靠地避免溶剂组分的不期望的扩散以及因此流动相的不正确的组合物。同时，通过减少阀密封件的磨损也可以增加流体阀的寿命。

下面描述流体供应装置、流体部件和样品分离装置的其他实施例。共同描述了本发明的第一、第二和第三方面的其他有利实施例。然而，应当注意，所有这些实施例可以彼此任意组合，即，本发明的第一方面的实施例也可以应用于本发明的第二和/或第三方面，并且本发明的第二方面的实施例也可以应用于本发明的第一和/或第三方面。本发明的第三方面的实施例也可以应用于本发明的第一和/或第二方面。

根据实施例，提供了至少一个另外的供应管道、至少一个另外的流体阀和至少一个另外的弹性缓冲单元，该至少一个另外的供应管道用于提供形成流动相的至少另外部分的至少一份另外的流体，该至少一个另外的流体阀与至少一个另外的供应管道流体连接，并且根据其切换状态而允许或防止该至少一份另外的流体从该至少一个另外的供应管道通过，该至少一个另外的弹性缓冲单元在该至少一个另外的流体阀的上游与该至少一个另外的供应管道流体连接并且构造成缓冲该至少一份另外的流体，其中，流体输送单元构造成输送通过该至少一个另外的流体阀的至少一份另外的流体，其中，流动相从而由该流体和该至少一份另外的流体形成。换句话说，在到达相应的流体阀之前，可以在多个流体管道中的每一者中实施弹性缓冲容积，其中，从而可以抑制压力伪影，并且因此可以提高溶剂组合物的正确性。

根据实施例，缓冲单元可以包括缓冲容积和弹性补偿元件，弹性补偿元件至少部分地限定缓冲容积，弹性补偿元件构造成弹性地补偿流体管道中的压力波动。缓冲容积可以是构造成单独流体部件的缓冲单元的内部容积。通过可以自动地对正和负压力波动作出反应的弹性补偿元件(例如膜)，缓冲容积的尺寸可以以基于压力的方式进行调整。这使得能够对压力变化进行快速和精确的反应，并因此有助于溶剂组合物的正确性。

根据实施例，缓冲单元可以包括传感器单元，特别是包括传感器膜，用于检测与流体管道中的流体相关的传感器信息。在缓冲单元中，也可以集成传感器，该传感器能够检测传感器信息，该传感器信息可以用于控制样品分离装置、流体供应装置或缓冲单元本身。例如，作为传感器信息，可以使用可以提供缓冲单元的弹性的传感器膜的变形。

根据实施例，传感器信息可以选自由以下各项组成的组：流体管道中的流体的压力、流体管道中的流体的流速、流体管道中的流体的密度和流体管道中的流体的温度。传感器单元可以捕获一个或多个所述参数或其他参数。该传感器信息可以用于精确地控制样品分离装置、流体供应装置和/或缓冲单元，并且可以为此设置到控制单元。

根据实施例，缓冲单元可以包括作用器单元(或致动器单元)，特别是包括作用器膜，用于影响缓冲单元对流体的作用。因此，缓冲单元可以构造成主动缓冲单元，其弹性特性和其缓冲容积可以分别通过作用器单元的相应致动而分别被主动地调节和改变。这使得能够通过使用者或通过控制单元主动影响弹性缓冲单元的缓冲容积。

根据实施例，作用器单元对流体的影响可以选自由以下各项组成的组：缓冲单元的弹性在更刚性与更柔性的构造之间变化，以及对流体施加力。通过作用器单元的相应致动将缓冲单元的弹性膜调节为更刚性，流体系统可以被加强，并且因此可以呈现更小的弹性。通过替代地通过作用器单元的相应致动来将缓冲单元的弹性膜调节为更柔性，可以增大流体系统的补偿能力。这样，弹性缓冲单元的缓冲效果可以适应于相应应用的要求。

根据实施例，缓冲单元可以包括用于对流体进行调温、特别是加热和/或冷却的调温单元。以这种方式，在到达流体阀之前加热或冷却流体是可能的。精确的温度调节能够抑制热伪影，并因此以主动的方式对溶剂组合物的精度做出贡献。例如，这种调温单元可以构造成珀尔贴元件，其可以集成在缓冲单元中。

根据实施例，缓冲单元可以包括电活性聚合物，特别是电活性聚合物构造成传感器单元和/或缓冲单元的作用器单元的至少一部分。电活性聚合物可以特别地表示能够通过施加电压来改变其形状(并且能够在改变其形状时分别产生电压)的聚合物。例如，缓冲单元的弹性膜可以由这种电活性聚合物形成或者可以包括这种电活性聚合物。这样的电活性聚合物可以特别地用作缓冲单元中的作用器和/或传感器。电活性聚合物的示例是离子电活性聚合物和电子电活性聚合物。离子电活性聚合物可以是例如导电聚合物、离子金属-聚合物-组合物和离子凝胶。作为电子电活性聚合物，例如电致伸缩和铁电聚合物和介电弹性体可以用于缓冲单元中。与压电陶瓷相比，电活性聚合物的优点是聚合物的可实现的高伸长率和低密度及其自由成型性。

根据实施例，缓冲单元可以由控制单元主动控制。换句话说，通过由使用者和/或由处理器预定(例如电)控制信号，可以主动地预定缓冲器单元的配置。这样，缓冲单元的特性(例如其弹性和/或其对缓冲单元的内部容积的大小的影响)的精确和可自由改变的调节是可能的。因此，缓冲器单元可以主动地适应于特殊应用的要求。

根据实施例，一体形成式流体部件可以构造成具有流体通道的硬质体。这样的硬质体可以简单处理，可以省力地制造并且在操作中是鲁棒的。硬质体中的流体通道可以从流体入口开始延伸，经由流体汇合的汇合位置，然后通过混合单元直到流体出口。

根据实施例，流体部件可以成形为板和/或可以构造成注射成型部件或层压件。作为注射成型部件的制造使得能够省力地提供一体形成式流体部件。替代地，可以将硬质体制造为金属层压件或塑料层压件，即通过压力和/或温度压制结构化的金属或塑料层来制造硬质体。

根据实施例，流体汇合单元可以包括与流体入口流体连接的入口通道，这些入口通道在汇合位置汇合到通向混合单元的单个出口通道。有利地，所有的各个入口通道可以包括相同的内部容积。因此，能够以对称和受引导的方式汇合多个流体流以形成具有精确的可预定组合物的流动相。

根据实施例，入口通道和汇合位置可以形成大致X形的流体结构(见图2)。入口通道可以由四个支腿形成，并且汇合位置可以由X形流体结构的中心形成。还可以设置多个(例如大致X形的)引入结构的布置。通过X形引入结构，来自四个通道的流体可以汇合。如果将实施另一数量的通道和/或待汇合的流体，则引入结构也可以形成为具有另一形状，例如当三种流体融合时形成为Y形引入结构。因此，根据其他实施例，可以提供用于组合至少两种、特别是三种、四种、五种或更多种流体的引入结构。

根据实施例，混合单元可以构造成将汇合的流体分流成不同的混合通道中的多个分离的流体流，并且将混合通道中的流体流重新汇合为混合的流动相。通过这种纯被动混合单元，可以避免可移动部件，并且仍然可以实现各个流体的有效混合。这实现了混合单元的简单制造和误差鲁棒的操作。

根据实施例，不同的混合通道可以构造成预定不同流体流的不同流动时间。在不同混合通道中的不同流动时间可以通过例如各个混合通道中的不同流体长度路径、不同内径和/或不同流体限制(例如通过实现用于重定向和/或旋转流体流的流体障碍)来实现。特别地，这种被动混合单元可以构造成交叉连接的流体曲折结构。

根据实施例，混合单元可以构造成细长结构。混合单元构造得越长，其内部的混合通道构造得越长。更长的混合通道，特别是与非常短的混合通道相结合，促进了各个流体的特别有效的混合。

根据实施例，流体部件可以包括用于检测与各个流体和/或流动相相关的传感器信息的传感器单元。在流体部件中，也可以集成能够检测传感器信息的传感器，该传感器信息可以用于控制样品分离装置、流体供应装置或流体部件本身。例如，流体部件中的内部压力可以用作传感器信息。

根据实施例，传感器信息可以从由各个流体和/或流动相的压力、各个流体和/或流动相的流速以及各个流体和/或流动相的温度组成的组中选择。传感器单元可以捕获一个或多个所述参数或其他参数。该传感器信息可以用于精确地控制样品分离装置、流体供应装置和/或流体部件。

根据实施例，流体部件可以包括用于对各个流体和/或流动相调温，特别是用于加热和/或冷却的调温单元。以这种方式，仍然在到达流体输送单元之前加热或冷却流体是可能的。精确的温度调节能够抑制热伪影，并因此以积极的方式对溶剂组合物的精度做出贡献。例如，这种调温单元可以构造成集成在流体部件中的珀耳帖元件。

根据实施例，一体形成式流体部件可以由一种材料制成。因此，部件可以由单一的均质材料制成，例如作为注射成型部件或作为由塑料制成的层压件。这实现了均匀的物理性质(特别是热膨胀)并且实现了简单的制造。

根据实施例，流体汇合单元可以构造成将在流体入口中的相应一者处供应的流体中的每一者分流到多个相应的部分通道中。此外，在多个汇合位置中的每一者处，流体汇合单元可以将分配给不同流体的部分通道重新汇合。由此，在汇合位置中的每一者处，可以获得不同流体的相应汇合流。随后，流体汇合单元可以将在汇合位置处汇合的流供应到混合单元来进行混合。因此，也可以提供多个汇合位置，其可以分别汇合先前被分流的各个流体的部分流，并且可以随后将其供应到混合单元用于混合。以这种方式，即使当汇合位置之一由于另一原因而被阻塞或故障时，汇合和随后的混合也可以以误差鲁棒的方式执行。在这种情况下，通过其他汇合位置，可以保持随后可以混合的流体的供应。在图10中示出了对应的构造。

根据实施例，流体汇合单元可以包括流体阀与汇合位置之间的入口通道，其共同内部容积阻止补偿容积，用于防止流动相从流体输送单元回流到流体阀中。由于可以高精度地确定这样的流体通道的尺寸，因此也可以以简单且精确的方式预先确定补偿容积，以可靠地保护流体阀，即使在从流体输送单元向后的流体回流最大的情况下。

根据实施例，补偿容积可以为至少5μL，特别是至少10μL，进一步特别是至少30μL。对于在色谱法中使用的活塞泵，已经证明这些容积适合于防止不希望的泵回流到流体阀中。

根据实施例，流体供应装置可以包括多个供应管道，这些供应管道与相应的流体阀流体连接，并且其中，这些供应管道中的每一者与多个流体组分源中的相应一者流体连接，用于提供形成流动相的相应流体。以这种方式，通过在多个供应管道的下游布置配比单元(其包含各个流体阀)，可以获得具有不同溶剂(例如水、有机溶剂，例如甲醇或乙腈等)的一系列串联布置的流体包。在配比单元的流体阀的每次切换操作中，流动相的溶剂组分可以通过该配比单元。通过随后通过流体阀主动地切换各个供应管道，可以出现一系列溶剂组分，其可以通过在流体输送单元中扩散、主动混合和/或压缩来处理成均匀的流动相。

根据实施例，流体供应装置可以包括一个汇合位置，在该汇合位置处，由流体组分源制成的流体包被汇合以形成流动相。在本发明的上下文中，术语“流体包”特别表示分别在流体管道中相继和顺序流动的流体的部分的时间和空间顺序。这些部分可以相对于相应流体包的物质不同。例如，配比单元可以交替地将输送溶剂组合物的管道与不同的供应管道流体连接，其中从相应的供应管道，相应的流体包被耦合到管道中并被输送。因此，首先得到一系列弱混合和分离的流体包，其然后可以被混合。在流体汇合位置，来自流体组分源的流体包融合。由此，获得具有期望组合物的流动相，其可以通过流体阀相对于相应供应管道的打开间隔来调节。汇合位置可以构造成例如流体T位置、流体Y位置、流体X位置等。

根据实施例，流体阀可以构造成配比单元，用于对由供应管道供应的相应流体的流体包进行配比。如已经描述的，通过切换配比单元，使得可以从具有各个溶剂组分的各个供应管道分别供应特定长度的流体包，可以调节流动相的每种期望溶剂组合物。参考色谱梯度运行，溶剂组合物可以随时间变化，以释放在色谱分离柱处吸附的流体样品的级分，即在特定溶剂组合物下对每个级分进行分离。然而，也可以使溶剂组合物随时间保持恒定，例如以等度色谱分离模式。

根据实施例，流体阀可以共同构造成多通道梯度阀。例如，流体阀可以形成四通道梯度阀，即可以构造成四元阀。

根据实施例，相应的流体阀可以是双向流体阀，特别是可以构造成主动双向流体阀或被动单向流体阀。该至少一个流体阀特别可以是主动或被动入口阀。其特别是可以设置在流体输送单元的上游。

根据实施例，流体输送单元可以构造成抽取流动相。例如，流体输送单元可以包括活塞泵或多个串联或并联活塞泵，特别是双活塞泵。特别地，流体输送单元可以选自由以下各项组成的组：二元泵、四元泵和多通道泵。例如，流体输送单元可以包括初级活塞泵和布置在下游的次级活塞泵。初级活塞泵可以缩回其活塞以从至少一个流体阀抽取流动相并且将其传送到其活塞室中。随后，初级活塞泵可以通过活塞的向前运动压缩流动相。通过初级活塞泵的活塞的缩回和次级泵的活塞的同时向前运动，压缩的流动相可以从初级泵传送到次级泵中。随后，次级活塞泵可以通过其活塞的向前运动将已经预压缩的流动相输送到分离路径中，即，朝向样品分离单元(例如色谱柱)。然而，应该注意的是，替代的流体输送单元是可能的，例如并非串联而是并联的两个活塞泵，或者单个活塞泵。也可以使用其他泵类型，例如蠕动泵。

根据实施例，流体输送单元可以构造成以至少500bar、特别是至少1200bar的压力输送流动相。换句话说，流体输送单元可以是高压泵。换句话说，流体输送单元可以提供高的和最高的压力，如对于液相色谱样品分离装置、特别是例如HPLC的要求所期望的。在所述高压下，流动相的已经很小的体积误差可能导致对分离结果的显著影响。

根据实施例，有待将其成分混合的流体可以是流动相，待分离的流体样品在(特别是色谱法)样品分离期间引入该流动相中。这种流动相特别地可以是溶剂或恒定或可变的溶剂组合物，其沿着样品分离装置的流体管线共同输送实际待分离的流体样品。在色谱分离实验中，例如，在将流体样品的级分吸附在样品分离装置的固定相上之后的梯度操作中，通过相继改变流动相的溶剂组合物，流动相可以将级分从样品分离单元(比如色谱分离柱)释放。替代地，例如，等度模式也是可能的，其中，溶剂组合物可以随时间维持恒定。流动相的精确组合物对流速和输送的流体体积量具有影响。这种影响转而影响分离结果的精度，特别是色谱图中峰的位置和幅值(特别是高度)。通过增加流动相的组合物的精度，可以获得更多可比较的分离数据，并且分离结果(例如色谱分离方法中的色谱图)可以变得更精确。

根据实施例，在多个流体组分源与流体输送单元之间可以设置一个脱气器。脱气器可以从所分配的液体去除包含在溶剂中的气体，该溶剂通过流体输送单元从各个流体组分源(特别是溶剂容器)输送。液体溶剂中的这种气泡可能影响流体组合物的精度。例如，这种脱气器可以通过可渗透膜将待输送的溶剂与交换介质流体连接，使得液体溶剂中的气泡扩散到交换介质中。

根据实施例，流动相和组合物分别可以包括至少第一溶剂(特别是水)和第二溶剂(特别是有机溶剂)。

样品分离装置可以是微流体测量装置、生命科学装置、液相色谱装置、HPLC(高效液相色谱法)、UHPLC设备或SFC(超临界液相色谱)装置。但是，许多其他应用也是可能的。

根据实施例，样品分离装置可以构造成色谱分离单元、特别是色谱分离柱。在色谱分离的情况下，色谱分离柱可以设置有吸附介质。流体样品可以保持在那里，并且随后可以不在特定溶剂组合物存在之前以级分的形式释放，由此完成样品分离成其级分。

例如，泵送系统可以适配为在高压(例如约100bar至高达1000bar或更高)下将流体和流动相分别递送通过系统。

样品分离装置可以包括用于将样品引入流体分离路径中的样品注入器。这种样品注入器可以包括在对应的液体路径中的注入针头，该注入针头能够与座耦合，其中，针头可以移出座以接收样品，其中，在将针头重新插入到座中之后，样品位于例如通过切换阀可以连接到系统的分离路径的流体路径中，这导致将样品引入到流体分离路径中。

样品分离装置可以包括用于收集所分离的组分的级分收集器。例如，这样的级分收集器可以例如将所分离的样品的不同组分引导到不同的液体容器中。然而，还可以将所分析的样品供应送到排放容器。

优选地，样品分离装置可以包括用于检测所分离的组分的检测器。这种检测器可以产生信号，该信号可以被观测和/或记录并且指示流动通过该系统的流体中的样品组分的存在和量。