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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der chemischen Analyse,
insbesondere das Gebiet von Probenfördersystemen, die verwendet
werden, um eine zu analysierende Probe in ein und dann aus einem
Analyseinstrument zu transportieren. Insbesondere betrifft die Erfindung
ein Probenbehandlungssystem, das eine zu analysierende flüssige Probe
mittels eines Druckgases durch ein Analyseinstrument befördert. Die
Erfindung eignet sich besonders zur Verwendung bei der magnetischen
Kernresonanz (NMR)-Spektroskopie.
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Die
magnetische Kernresonanzspektroskopie war ein wichtiges analytisches
Verfahren, seitdem sie 1946 verfügbar
wurde. Wenn Atomkerne in ein konstantes, homogenes Magnetfeld mit
hoher Intensität
gegeben werden und gleichzeitig einem Hochfrequenz- (HF) Feld mit
einem ausgewählten Wert
ausgesetzt werden, kann eine Übertragung
von Energie (Resonanz) stattfinden und wird als Spektrallinie gemessen.
Moleküle,
die mehr als ein Atom enthalten, können Kerne aufweisen, die viele
Spektrallinien teilweise in Abhängigkeit
von der Art des Atoms, seiner Stelle innerhalb des Moleküls und seiner
Wechselwirkung mit anderen Atomkernen innerhalb des Moleküls und mit
anderen naheliegenden Molekülen
verursachen. Dieses Muster von Spektrallinien stellt eine physikalische
Information über
das Molekül
und seine Umgebungen bereit.
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Ein
einfaches Bild ist jenes des Kerns als Stabmagnet. Wenn ein System
von Kernen innerhalb eines konstanten Magnetfeldes angeordnet wird, werden
Kernenergiepegel entsprechend der Ausrichtung auf und gegen das
angelegte konstante Feld hergestellt. Eine Resonanzbedingung kann
als Übergang
zwischen den zwei Energiepegeln, wenn elektromagnetische Strahlung
mit einer bestimmten Frequenz f0 auf den
Kern aufgebracht wird, betrachtet werden. Diese Frequenz wird als
Resonanzfrequenz bezeichnet und ist durch die Gleichung: f0 = γH0/2πgegeben,
wobei γ eine
Konstante ist, die als gyromagnetisches Verhältnis bekannt und für den speziellen Kern
charakteristisch ist, und H0 die Magnetfeldstärke ist.
Daher können
in einem NMR-Spektrometer Spektraleigenschaften gemessen und für quantitative
und qualitative Ermittelungen für
den speziellen Kern entsprechend der verwendeten Frequenz verwendet
werden.
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Die
Breite der Information, die durch die NMR-Experimentierung oder -Analyse zur Verfügung steht,
beruht weitgehend auf der Tatsache, dass Kerne eines gegebenen interessierenden
Elements (z.B. 1H und 13C)
verschiedene Resonanzfrequenzen aufweisen. Überdies variieren die Resonanzfrequenzen eines
speziellen Kerns wie z.B. 1H gemäß der chemischen
Umgebung jedes Kerns innerhalb eines Moleküls. Mit anderen Worten, die
Resonanzfrequenz der Kerne eines speziellen Atoms von 13C
variiert in Abhängigkeit
davon, wie und an wen das Atom gebunden ist. Die NMR-Analyse kann
folglich eine qualitative und quantitative Information über ein
Molekül
und seine chemische Umgebung für
eine spezielle Probe bereitstellen. Innerhalb dieser ungenauen Grenzen kann
die NMR-Spektroskopie
für mehrere
Zwecke verwendet werden, einschließlich der Molekülstrukturermittlung,
der Verfolgung des Fortschritts von chemischen Reaktionen sowie
kinetischer und thermodynamischer Parameter für diese Prozesse.
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Die
NMR-Spektroskopie kann verwendet werden, um chemische Systeme in
flüssigen,
festen oder gasförmigen
Zuständen
zu untersuchen. Aus verschiedenen Gründen werden die analytischen NMR-Untersuchungen
am häufigsten
unter Verwendung von chemischen Systemen im flüssigen Zustand entweder als
Analyt(en), der/die in einem speziellen Lösungsmittel gelöst ist/sind,
oder als reine Flüssigkeiten
ohne Zugabe von Lösungsmitteln
oder anderen Chemikalien, durchgeführt.
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Die
Vorrichtung für
NMR-Experimente ist im Konzept relativ einfach und umfasst einen
großen Magneten,
um ein starkes, festes Feld H0 über einem festgelegten
Volumen zu erzeugen, eine Anzahl (von etwa zehn bis fünfzig) von
kleineren Gleichstrom- (DC) Spulen (Trimmspulen) mit dem vorstehend
festgelegten Volumen, die in der Lage sind, das räumliche
Profil des H0-Feldes einzustellen, und eine
elektronische Anlage, um eine HF-Anregungsenergie zu erzeugen (der
Sender) und um eine Spannung zu empfangen, die in der Empfängerspule
durch das System von vielen Kernen innerhalb einer Probe induziert
wird (der Empfänger).
Häufig
ist die zum Senden der HF verwendete Spule dieselbe Spule wie diejenige,
die für
den Empfänger
verwendet wird. Der Teil des NMR-Spektrometers, in dem die Probe
angeordnet wird und wo die Sende/Empfangs-Spule angebracht ist,
ist als Sonde bekannt. Obwohl das NMR-Spektrometer im Prinzip einfach
ist, sind die Herstellung und die Konstruktion sehr anspruchsvoll. Dies
liegt weitgehend daran, dass das von den Resonanzkernen erzeugte
sehr kleine Signal und das feste Feld an der Probe auf innerhalb
etwa eines Teils pro Milliarde homogen sein müssen.
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Ein
typischer Magnet, der in einem NMR-Spektrometer verwendet wird,
ist von der supraleitenden Vielfalt und wird in einem Dewar untergebracht,
der eine zylindrische Raumtemperaturbohrung umfasst, in der ein
sehr sorgfältig
gesteuertes homogenes Magnetfeld durch den Betrieb des supraleitenden
Magneten im Inneren des Dewars aufrechterhalten wird. Die NMR-Sonde
zur Verwendung mit einem supraleitenden Magneten enthält die Anregungs-
und Erfassungsschnittstelle zur Probe und ist in einem zylindrischen
Gehäuse
zum Einsetzen in die Bohrung montiert.
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Die
Hauptbegrenzung der NMR als Analyseverfahren ist ihre geringe Empfindlichkeit,
die als Verhältnis
der NMR-Spektral-
(Frequenzbereich) Signalintensität,
die in der Empfängerspule
induziert wird, zum Rauschen des Empfängers gemessen wird. Dieses
Maß der
Empfindlichkeit wird häufig
als Rauschabstand (S/N) bezeichnet. Verbesserungen der NMR-Empfindlichkeit wurden
durch Fortschritte in der NMR-Hardware,
-Software und den NMR-Verfahren erhalten. Ein Beispiel ist die Verwendung
vielmehr eines supraleitenden Spulenmagneten als eines Eisenmagneten
für den
Zweck der Erzeugung von Feldern mit höherer Stärke. Die vorliegende Erfindung
befasst sich jedoch hauptsächlich
damit, wie die verschiedenen Mittel zur Probenförderung die Empfindlichkeit
des NMR-Spektrometers beeinflussen können.
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Der
Signalanteil des Rauschabstandes wird durch die Anzahl von Kernen
in unmittelbarer Nähe zur
Empfängerspule
(Konzentration), den Füllfaktor der
HF-Spulen/Proben-Struktur
(Geometrie) und die räumliche
Homogenität
des Magnetfeldes über
der Probe beeinflusst. Für
eine verbesserte Empfindlichkeit ist es wichtig, dass die Empfängerspule
in unmittelbarer Nähe
zu den Kernen der Probenmoleküle liegt,
die in dem Lösungsmittel
gelöst
sind, und dass das Probenmaterial in der Empfängerspule nicht mehr als erforderlich
verdünnt
ist.
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Die
räumliche
Homogenität
des Magnetfeldes beeinflusst auch die genaue Messung von Spektrallinien
in Proben, in denen der Bereich von Intensitäten von Signalresonanzen groß ist (Proben
mit großem
dynamischen Bereich). Wenn Spektralmerkmale mit relativ schwacher
Intensität
nahe Spektrallinien mit hoher Intensität liegen, die durch eine weniger
als optimale Homogenität
des festen Magnetfeldes verbreitert werden können, ist es schwierig, die
Spektralmerkmale mit relativ schwacher Intensität zu beobachten. Dies ist insbesondere
in Situationen ein Problem, in denen Lösungsmittel verwendet werden,
die Kerne desselben Typs (wie z.B. 1H) wie
die Probenkerne aufweisen. Bei der automatischen chemischen Analyse
und für
die Analyse von chemischen Systemen von biologischer Relevanz tritt
diese Situation häufig
auf.
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Bei
herkömmlichen
NMR-Spektrometern werden die Proben in einzelne Röhrchen oder Fläschchen
gegeben, die dann im Magnetfeldzentrum des NMR-Magnetfeldvolumens
angeordnet werden. Manchmal werden diese Proben entlang ihrer Zylinderachse
schnell gedreht, um die Auflösung
der Spektrallinie zu verbessern. Nach der Analyse werden die einzelnen
Röhrchen
aus der Sonde entnommen und geeignet angeordnet. Aufgrund der Anforderungen
an die dynamische Handhabung, die diese Art von Probenanordnung
betreffen sind, wurde typischerweise ein radialer Luftspalt zwischen
der Außenwand
des Probenröhrchens
und der Innenwand der Sonden-HF-Spulenstrukturen angeordnet. Da dieser
Luftspalt zu einer weniger als optimal kompakten Spulenstruktur
führt,
wird die Empfindlichkeit des Instruments notwendigerweise vermindert.
Insbesondere wirkt sich die lose Spulenstruktur negativ auf den
NMR-Füllfaktor
aus. Außerdem
benötigt
das Einführen
von Proben in verschiedene Probenröhrchen eine häufige Einstellung
der Ströme
in den Feldtrimmspulen, die in der oder um die Sondenstruktur angeordnet
sind.
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Einige
der Schwierigkeiten, die mit der herkömmlichen NMR-Probenanordnung verbunden sind,
wurden durch die Entwicklung und Verwendung von Durchfluss-NMR-Sonden
verbessert. Bei einer Durchflussanordnung wird die Probe oder der
Analyt von einem Probengefäß, das sich
außerhalb
des Magnetfeldvolumens befindet, mittels einer Transportrohrleitung
zum Magnetfeldzentrum befördert.
Ein Teil der Transportrohrleitung kann ein Teil des Probenfördersystems
sein und sich daher außerhalb
des NMR-Spektrometers
befinden, während
ein Teil der Transportrohrleitung, der hierin als interne Transportrohrleitung
bezeichnet wird, innerhalb des Spektrometers angeordnet ist. Das
Magnetfeldzentrum ist derjenige Teil des Magnetfeldvolumens mit
der höchsten
Feldhomogenität
und ist daher für
die NMR-Erfassung am besten geeignet. Eine NMR-Durchflusszelle,
die einen Teil der internen Transportrohrleitung einschließt und aus
einem NMR-kompatiblen Material besteht, ist so angeordnet, dass
ihr Zentrum (d.h. der Punkt, an dem die Erfassung stattfinden soll)
im Magnetfeldzentrum des NMR-Magneten liegt. Der Transport der Probe
wird durch Einspritzen dieser in das Magnetfeldzentrum unter Verwendung
von Flüssigkeitsdruck
erreicht. Die Flüssigkeit
kann eine zusätzliche
Menge einer Probe sein, ist jedoch häufiger eine mit der Probe kompatible
Flüssigkeit,
die als Lösungsmittel,
Träger oder
Fördermittel
bezeichnet werden kann. In bestimmten Fällen kann die Probe vor der
Einspritzung zusätzlich
durch Auflösung
mit einem speziellen Lösungsmittel,
das dasselbe wie das Trägerlösungsmittel
sein kann oder nicht, vorbereitet worden sein. Diese bewegliche
Lösungsmittelphase
befördert
folglich den Analyten in das und dann aus dem Magnetfeldzentrum.
Die Vorteile, die die Durchfluss-NMR- Anordnung gegenüber der herkömmlichen
NMR-Probenbehandlung hat, umfassen die Beseitigung des Bedarfs für den radialen
Luftspalt zwischen dem Probenröhrchen
und der HF-Spule, wodurch die Verwendung einer größeren NMR-Durchflusszelle
mit einem größeren Innendurchmesser
ermöglicht
wird, eine kompaktere Spulenstruktur, die Minimierung der Probenhandhabungs-
und -entfernungsbelange und die Verringerung des Bedarfs, die Feldtrimmungen von
Probe zu Probe einzustellen. Die Fähigkeit, eine größere NMR-Durchflusszelle mit
einem größeren Innendurchmesser
zu verwenden, und die Fähigkeit, eine
kompaktere Spulenstruktur zu haben, verbessern den Rauschabstand
und den NMR-Füllfaktor
signifikant.
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Obwohl
die Durchfluss-NMR-Probenbehandlung unter Verwendung eines Lösungsmittels als
beweglicher Träger
Vorteile gegenüber
der herkömmlichen
NMR-Probenbehandlung hat, ist sie nicht ohne eigene Probleme. Die
bedeutendste Quelle oder Ursache für Probleme stellt der Lösungsmittelbedarf
und die Effekte dar, die dieses Lösungsmittel auf die NMR-Empfindlichkeit und
insbesondere auf den Rauschabstand haben können. Die potentielle Verringerung
des Rauschabstandes ist hauptsächlich
das Ergebnis von Verdünnung
und Verunreinigung. Ein in einer Lösung angeordneter Analyt, der mittels
Transportrohrleitungen in ein NMR-Spektrometer befördert wird,
ist nicht mehr in einer bestimmten Position entlang der Länge der
Transportrohrleitung angeordnet. Tatsächlich erfordern die Diffusion und
das Mischen, dass diskrete Quellen des Analyten im ganzen Lösungsmittel
angeordnet sind. Daher wird jegliches Signal, das vom NMR-Spektrometer erfasst
wird, notwendigerweise abgeschwächt.
Man kann auch nicht beurteilen, ob irgendein für eine diskrete Analytenquelle
erfasstes Signal die Analytenprobe als ganzes darstellt, ohne das
gesamte Lösungsvolumen
zu analysieren (d.h. es besteht keine Garantie, dass eine homogene
Verteilung des Analyten innerhalb des Lösungsmittels existiert). Außerdem stellt
das Lösungsmittel
eine weitere Verunreinigungsquelle dar. Es kann die Struktur des
Analyten potentiell beeinflussen, wodurch die zum Analyten gehörende Resonanzfrequenz
geändert
wird. Es kann auch eine Resonanzfrequenz ähnlich dem Analyten aufweisen,
wodurch das Signal des Analyten verdeckt wird. Mindestens handelt
es sich um eine Rauschquelle, die sich auf das Grundliniensignal auswirken
kann.
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Ein
besseres Verfahren würde
einen Durchfluss durch eine NMR-Anordnung bereitstellen, die kein
flüssiges
Lösungsmittel
als Fördermittel
erfordert. Idealerweise würde
das Fördermittel
ermöglichen,
dass der gesamte Analyt als kontinuierlicher Pfropfen in der Transportrohrleitung
gehalten wird. Idealerweise würde
das Fördermittel
auch die genaue Positionierung eines solchen Pfropfens im Magnetfeldzentrum
des Magnetfeldvolumens ermöglichen.
Ein solches Fördermittel
hätte mehrere
Vorteile. Die Signalstärke
würde aufgrund
der Anwesenheit eines unverdünnten
Analyten im genauen Zentrum des Magnetfeldzentrums maximiert werden.
Außerdem
wäre das
Fördermittel
keine Quelle für
Verunreinigung oder Rauschen. Schließlich würde ein besseres Verfahren
die beschleunigte Entfernung der Analytenprobe aus dem NMR-Spektrometer
nach der Analyse ermöglichen.
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K.
Albert et al. offenbaren in "On-line
Coupling of Supercritical Fluid Chromatography and Proton High-field
Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy", Anal. Chem. 66, 3042–3046 (1994),
ein Fluidproben-Fördersystem
für die
Durchflussanalyse in einem NMR-Spektrometer, wobei das Spektrometer (A)
einen Magneten, der ein Magnetfeldvolumen festlegt, und (B) eine
interne Transportrohrleitung zum Durchleiten einer Probe durch das
Magnetfeldvolumen, die ein Einlassende und ein Auslassende umfasst,
aufweist, wobei das Probenfördersystem
einen Druckregler mit einem Einlassende und einem Auslassende; eine Gastransportrohrleitung
mit einem Einlassende und einem Auslassende, wobei das Einlassende
der Gastransportrohrleitung am Auslassende des Druckreglers angebracht
ist und wobei das Auslassende in einen Probenbehälter eingesetzt ist; eine Fluidproben-Transportrohrleitung
mit einem Einlassende und einem Auslassende, wobei das Auslassende
der Fluidproben-Transportrohrleitung
am Einlassende der internen Transportrohrleitung des NMR-Spektrometers
angebracht ist und das Einlassende in einen Probenbehälter eingesetzt
ist, aufweist.
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Die
Erfindung ist durch einen Signalprozessor gekennzeichnet, der dazu
programmiert ist, den Druck am Auslassende des Druckreglers zu regeln, wenn
ein Gasdruck am Einlassende des Druckreglers vorgesehen wird, wobei
der Druck als Reaktion auf ein vom NMR-Spektrometer erzeugtes und
vom Signalprozessor erfasstes Eingangssignal geregelt wird.
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Das
Probenfördersystem
kann mindestens einen Probenbehälter
aufweisen, der in der Lage ist, einen aufgebrachten Druck aufrechtzuerhalten
und das Einsetzen des Auslassendes der Gastransportrohrleitung und
des Einlassendes der Probentransportrohrleitung zu ermöglichen.
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Das
Probenfördersystem
kann auch einen zweiten Druckregler mit zwei Enden aufweisen, die als
Einlassende und Auslassende bezeichnet werden, wobei das Auslassende
des zweiten Druckreglers eine Fluidströmung in das und aus dem Auslassende
der internen Transportrohrleitung des NMR-Spektrometers vorsieht und wobei der
Signalprozessor ferner dazu programmiert ist, den Druck am Auslassende
des zweiten Druckreglers zu regeln, wenn ein Gasdruck am Einlassende
des zweiten Druckreglers vorgesehen wird.
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Das
Auslassende des zweiten Druckreglers kann am Auslassende der internen
Transportrohrleitung des NMR-Spektrometers
angebracht sein.
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Das
Probenfördersystem
kann einen Sammelbehälter
und eine zweite Gastransportrohrleitung mit einem Einlassende und
einem Auslassende umfassen, wobei das Einlassende der zweiten Gastransportrohrleitung
am Auslassende des zweiten Druckreglers angebracht ist und das Auslassende der
zweiten Gastransportrohrleitung in den Sammelbehälter eingesetzt ist, der in
der Lage ist, einen angelegten Druck aufrechtzuerhalten, und das
Einsetzen des Auslassendes der internen Transportrohrleitung des
NMR-Spektrometers ermöglicht.
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Das
System kann einen Detektor aufweisen, der entlang der internen Transportrohrleitung
des NMR-Spektrometers angeordnet ist, um die Bewegung der Probe
in der internen Transportrohrleitung des NMR-Spektrometers zu erfassen.
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Der
Detektor kann ein W-Detektor sein.
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Der
Signalprozessor kann eine Programmspeichervorrichtung umfassen,
die seitens des Signalprozessors lesbar ist und Befehle zum Regeln
des Drucks am Auslassende des Druckreglers enthält, wenn ein Gasdruck am Einlassende
des Druckreglers vorgesehen wird, wobei der Druck als Reaktion auf
ein vom NMR-Spektrometer erzeugtes und vom Signalprozessor erfasstes
Eingangssignal geregelt wird.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Positionieren einer Probe
bei einer Durchflussanalyse in einem NMR-Spektrometer mit einer Reihe von Vorgängen bereit,
bei denen:
- (a) eine Fluidprobe vorgesehen wird;
- (b) die Fluidprobe eingelassen wird;
- (c) eine Gasdruckdifferenz direkt auf die Fluidprobe aufgebracht
wird und verwendet wird, um die Probe in eine gewünschte Position
innerhalb des NMR-Spektrometers zu transportieren;
- (d) ein oder mehrere NMR-Experimente durchgeführt werden;
und das dadurch gekennzeichnet ist, dass
- (e) eine Gasdruckdifferenz, die direkt auf die Fluidprobe wirkt,
verwendet wird, um die Probe aus dem NMR-Spektrometer zu transportieren, wobei der
Druck in Reaktion auf ein vom NMR-Spektrometer erzeugtes Signal
so geregelt wird, dass die Probe innerhalb des NMR-Spektrometers
positioniert wird.
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Die
gewünschte
Position der Fluidprobe kann durch Einstellen der Druckdifferenz
als Reaktion auf von einem Signalprozessor erfasste Signale erreicht
werden.
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Die
Erfindung wird nun nur beispielhaft mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen
genauer beschrieben, in welchen gilt:
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1 ist
eine schematische Darstellung dessen, wie die Probenförderung
gemäß der Erfindung
erreicht wird;
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
des Probenfördersystems
der vorliegenden Erfindung, das mit einem NMR-Spektrometer gekoppelt
ist, das zur Durchflussanalyse ausgelegt ist;
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3A, 3B, 3C sind
drei Darstellungen dessen, wie das verfügbare Volumen der Probe die
Position der Probe innerhalb eines NMR-Spektrometers, das mit einem
Probenfördersystem
der vorliegenden Erfindung gekoppelt ist, beeinflusst;
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel des
Probenfördersystems
der vorliegenden Erfindung, das mit einem NMR-Spektrometer gekoppelt ist,
das für
die Durchflussanalyse ausgelegt ist;
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5 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel des
Probenfördersystems
der vorliegenden Erfindung, das mit einem NMR-Spektrometer gekoppelt ist,
das für
die Durchflussanalyse ausgelegt ist;
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6 zeigt
ein viertes Ausführungsbeispiel des
Probenfördersystems
der vorliegenden Erfindung, das mit einem NMR-Spektrometer gekoppelt ist,
das für
die Durchflussanalyse ausgelegt ist;
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7 zeigt
ein fünftes
Ausführungsbeispiel des
Probenfördersystems
der vorliegenden Erfindung, das mit einem NMR-Spektrometer gekoppelt ist,
das für
die Durchflussanalyse ausgelegt ist; und
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8 zeigt
ein achtes Ausführungsbeispiel des
Probenfördersystems
der vorliegenden Erfindung, das mit einem NMR-Spektrometer gekoppelt ist,
das für
die Durchflussanalyse ausgelegt ist.
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1 ist
eine Darstellung dessen, wie Probenfördersysteme der nachfolgenden
Ausführungsbeispiele
eine Probe 110 in eine und dann aus einer Analysevorrichtung
bewegen, die an den einzelnen Probenfördersystemen befestigt ist.
Die zu analysierende Probe 110 wird innerhalb einer Probentransportrohrleitung 100 angeordnet.
Der Probe 110 wird auf einer Seite durch einen Vorwärtsdruck 120 und auf
der anderen Seite durch einen Rückwärtsdruck 130 entgegengewirkt.
Der Vorwärtsdruck 120 und der
Rückwärtsdruck 130 werden
durch Gasquellen bereitgestellt und werden durch Druckregler geregelt, wie
in den anschließenden
Beschreibungen von speziellen Ausführungsbeispielen angegeben
wird. Die Bewegung der Probe 110 wird erreicht, wenn eine Druckdifferenz
zwischen dem Vorwärtsdruck 120 und dem
Rückwärtsdruck 130 existiert.
Wenn der Vorwärtsdruck 120 den
Rückwärtsdruck 130 übersteigt, bewegt
sich die Probe 110 durch die Probentransportrohrleitung 100 in
Vorwärtsrichtung
(d.h. von der anfänglichen
Quelle der Probe 110 weg). Diese Situation kann hierin
als Zustand mit positiver Druckdifferenz bezeichnet werden. Wenn
der Rückwärtsdruck 130 dagegen
den Vorwärtsdruck 120 übersteigt,
bewegt sich die Probe 110 durch die Probentransportrohrleitung 100 in
Rückwärtsrichtung
(d.h. in Richtung der anfänglichen
Quelle der Probe 110). Diese Situation kann hierin als
Zustand mit negativer Druckdifferenz bezeichnet werden.
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2 ist
eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels,
bei dem ein Probenfördersystem 200 mit
einem NMR-Spektrometer 210 gekoppelt
ist, um den Transport einer Probe 110 in das und anschließend aus
dem NMR-Spektrometer 210 zu bewirken. Das Probenfördersystem 200 besteht
aus einem ersten Druckregler 220 mit einem Einlassende 221 und einem
Auslassende 222, einem zweiten Druckregler 230 mit
einem Auslassende 231 und einem Einlassende 232,
einer Gastransportrohrleitung 240 mit einem Einlassende 241 und
einem Auslassende 242, einer Probentransportrohrleitung 100 mit
einem Einlassende 201 und einem Auslassende 202,
einem Signalprozessor 250, einer Signaleingangsleitung 260, einer
ersten Signalausgangsleitung 270 und einer zweiten Signalausgangsleitung 280.
Ein Probenbehälter 290 ist
auch zu erkennen. Der Probenbehälter 290 bildet
nicht notwendigerweise ein Element des Probenfördersystems 200; ein
Probenbehälter 290, der
in der Lage ist, einen angelegten Druck aufrechtzuerhalten, ist
jedoch mit der Funktion der Probenfördervorrichtung 200 integral.
Mit anderen Worten, es ist nicht erforderlich, dass der Probenbehälter 290 dauerhaft
in der angegebenen Position befestigt ist. Tatsächlich wird erwartet, dass
in anderen Ausführungsbeispielen
eine Probenschale, die zahlreiche Probenbehälter 290 enthält, zur
Verwendung beim Probenfördersystem 200 ausgelegt
sein könnte.
Probenschalen dieser Art werden auf dem Gebiet für andere Analysevorrichtungen
verwendet und es wird erwartet, dass das Probenfördersystem 200 ebenso durch üblichen
Fachleuten bekannte Mittel ausgelegt sein könnte. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen
könnten
die einzelnen Probenbehälter 290 so
bewegt werden, dass sie in Berührung
mit der Gastransportrohrleitung 240 und der Probentransportrohrleitung 100 positioniert
werden, oder alternativ könnten
die Gastransportrohrleitung 240 und die Probentransportrohrleitung 100 bewegt
werden, um sie in Berührung
mit einem einzelnen Probenbehälter 290,
der sich auf einer Probenschale befindet, zu positionieren.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel,
das in 2 angegeben ist, ist das NMR-Spektrometer 210 ein
NMR-Spektrometer, das für
eine Durchflussanalyse ausgelegt ist. Das NMR-Spektrometer 210, mit dem das
Probenfördersystem 200 gekoppelt
ist, ist durch eine Analysezone 205 und eine interne Transportrohrleitung 215 mit
einem Einlassende 216 und einem Auslassende 217 gekennzeichnet.
Das Einlassende 216 und das Auslassende 217 der
internen Transportrohrleitung 215 stellen somit den Einlass und
den Auslass des NMR-Spektrometers 210 dar. Die Analysezone 205 ist
ferner durch eine NMR-Durchflusszelle 225, die einen Teil
der internen Transportrohrleitung 215 umfasst, und einen
Magneten 235, der in der Lage ist, ein Magnetfeld zu erzeugen,
gekennzeichnet. Die interne Transportrohrleitung 215 verläuft durch
den Magneten 235. Dieser Magnet 235 kann ein Permanentmagnet,
ein nicht-supraleitender Elektromagnet, ein supraleitender Magnet
oder irgendein anderer Magnet der auf dem Fachgebiet gut bekannten
oder anschließend entwickelten
Art sein. Die NMR-Durchflusszelle 225 befindet sich innerhalb
des Magneten 235 und ist optimal auf das Magnetfeldzentrum
ausgerichtet, um das größtmögliche Volumen
der Probe dem Magnetfeldzentrum auszusetzen. Der Teil der internen Transportrohrleitung 215 mit
der NMR-Durchflusszelle 225 kann einen Innendurchmesser
aufweisen, der den Innendurchmesser der restlichen Teile der internen
Transportrohrleitung übersteigt.
Wie vorher angegeben, ermöglicht
dieser vergrößerte Innendurchmesser
eine erhöhte
NMR-Empfindlichkeit durch Erhöhen
sowohl des NMR-Rauschabstandes als auch des NMR-Füllfaktors.
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Die
Probentransportrohrleitung 100 und die interne Transportrohrleitung 215,
einschließlich
desjenigen Teils der internen Transportrohrleitung 215 mit
der NMR-Durchflusszelle 225,
können
hierin gemeinsam als "Transportrohrleitung" bezeichnet werden.
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Eine
Gasquelle, die in der Lage ist, einen Vorwärtsdruck 120 zu liefern,
ist mit dem Einlassende 221 des ersten Druckreglers 220 gekoppelt.
Das Auslassende 222 des ersten Druckreglers 220 ist
am Einlassende 241 der Gastransportrohrleitung 240 angebracht.
Das Auslassende 242 der Gastransportrohrleitung 240 und
das Einlassende 201 der Probentransportrohrleitung 100 sind
in den Probenbehälter 290 eingesetzt.
Das Einlassende 201 der Probentransportrohrleitung 100 sollte
vorzugsweise innerhalb des Probenbehälters 290 auf eine
Weise angeordnet sein, um den Transport eines wesentlichen Teils
der Probe 110, die sich innerhalb des Probenbehälters 290 befindet,
zu ermöglichen.
Das Auslassende 242 der Gastransportrohrleitung 240 ist
vorzugsweise in einer Position über
irgendeiner erwarteten Probenhöhe
angeordnet. Indem das Auslassende 242 der Gastransportrohrleitung 240 in
einer solchen Position (d.h. über
der Probenhöhe)
gehalten wird, sollte die Möglichkeit
einer signifikanten Vermischung (entweder durch echtes Mischen oder
durch Diffusion) der Probe 110 und von Gas, das den Vorwärtsdruck 120 vorsieht,
minimal sein.
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Das
Auslassende 202 der Probentransportrohrleitung 100 ist
mit dem Einlassende 216 der internen Transportrohrleitung 215 gekoppelt.
Das Auslassende 217 der internen Transportrohrleitung 215 ist
mit dem Auslassende 231 des zweiten Druckreglers 230 gekoppelt.
Eine zweite Gasquelle, die in der Lage ist, einen Rückwärtsdruck 130 zu
liefern, ist mit dem Einlassende 232 des zweiten Druckreglers 230 gekoppelt.
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Der
Signalprozessor 250 empfängt Signale vom NMR-Spektrometer 210 über die
Signaleingangsleitung 260. Der Signalprozessor 250 überträgt Signale
(auf der Basis von Signalen, die vom NMR-Spektrometer empfangen
werden) zum ersten Druckregler 220 über die erste Signalausgangsleitung 270 und
zum zweiten Druckregler 230 über die zweite Signalausgangsleitung 280.
Die vom Signalprozessor 250 übertragenen Ausgangssignale
bewirken, dass die Druckregler 220 und 230 den
Vorwärtsdruck 120 und
den Rückwärtsdruck 130,
die die Druckregler 220 und 230 durchlaufen, einstellen.
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Sobald
der Probenbehälter 290,
der die Probe 110 enthält,
wie angegeben, jedoch vor dem Beginn der NMR-Analyse positioniert
wurde, sind der Vorwärtsdruck 120 und
der Rückwärtsdruck 130 gleich.
Die Vorwärtsbeförderung
oder der Vorwärtstransport
der Probe 110 in die Transportrohrleitung und schließlich in
die Analysezone 205 wird durch Einstellen der Druckdifferenz
zwischen dem Vorwärtsdruck 120 und
dem Rückwärtsdruck 130 derart eingeleitet,
dass der Vorwärtsdruck 120 den
Rückwärtsdruck 130 übersteigt
(d.h. Zustand mit positiver Druckdifferenz). Vorzugsweise wird dies
durch Erhöhen
des Vorwärtsdrucks 120,
während
der Rückwärtsdruck 130 auf
einem konstanten Pegel gehalten wird, erreicht. Wahlweise kann der
Zustand mit positiver Druckdifferenz durch Senken des Rückwärtsdrucks 130,
während
entweder der Vorwärtsdruck 120 erhöht oder
dieser auf einem konstanten Pegel gehalten wird, erreicht werden.
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Das
als Fördermittel
gewählte
Gas sollte bezüglich
einer beliebigen Probe 110 reaktionsunfähig sein. Es ist keine absolute
Anforderung, dass die Gasquelle für den Vorwärtsdruck 120 und den
Rückwärtsdruck 130 gleich
ist, obwohl die Zweckmäßigkeit
es nahelegen würde,
dass dasselbe Gas für
beide verwendet wird. Das bevorzugte Gas ist Stickstoff, der auch
als trockener Stickstoff oder "Stickstoff
mit hoher Reinheit" bezeichnet
wird.
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Der
in beiden Richtungen aufgebrachte Gasdruck (d.h. der Vorwärtsdruck 120 und
der Rückwärtsdruck 130)
sollte ausreichen, um die Probe rechtzeitig über die gesamte Länge der
Transportrohrleitung zu befördern.
Die Gasdrücke
sollten jedoch nicht so hoch sein, dass sie verursachen, dass das
Gas die Kontinuität
der Probe 110 unterbricht, während sie sich durch die Transportrohrleitung
bewegt (d.h. die Probe sollte als kontinuierlicher Probenpfropfen
existieren). Vorzugsweise sollten die Gasdrücke niedrig genug sein, dass
selbst die Diffusion des Gases in den Probenpfropfen nicht in einem signifikanten
Grad auftritt. Die maximale Kontinuität der Probe 110 ist
aufgrund des günstigen
Effekts, den diese Bedingung auf die NMR-Empfindlichkeit hat, wie durch den Rauschabstand
(S/N) angegeben, erwünscht.
In herkömmlichen
NMR-Spektrometern, die für
die Durchflussanalyse ausgelegt sind, wird auf die Signalstärke durch
den Bedarf, ein flüssiges
Lösungsmittel
als Fördermittel
zu verwenden, negativ eingewirkt. Das Mischen der Probe 110 innerhalb
des Lösungsmittelträgers und
die Diffusion der Probe 110 in den Lösungsmittelträger verursacht,
dass die einzelnen Probeneinheiten im ganzen Lösungsmittelträger angeordnet
sind. Das offensichtliche Ergebnis dieses Mischens und dieser Diffusion
besteht darin, dass die Konzentration der Probe 110 innerhalb
des Trägers,
die durch die Transportrohrleitung strömt, als Gradient vorliegt.
Die von der Probe 110 erzeugten Signale, während sie
sich durch die NMR-Durchflusszelle 225 und das Magnetfeld
bewegt, variieren daher gemäß diesem
Gradienten.
-
Irgendeine
Ermittlung der wahren Signalstärke
muss diese Verdünnung
berücksichtigen.
Außerdem
wirkt sich die Anwesenheit eines Lösungsmittelträgers auf
den Rauschabstand negativ aus, da er eine potentielle Rauschquelle
ist. Dem Träger
ist typischerweise ein Signal zugeordnet, das subtrahiert oder anderweitig
berücksichtigt
werden muss. Außerdem
kann das Lösungsmittel
Verunreinigungen enthalten, die eine zusätzliche Rauschquelle darstellen.
Der Konzentrationsgradient kann auch die Feldhomogenität beeinflussen,
was zu einer verlängerten Einrichtungszeit
führt und
potentiell die Form der Spektrallinien und den Rauschabstand beeinflusst.
-
Unter
Verwendung von Druckgas als Fördermittel
können
viele der unerwünschten
Effekte eines Lösungsmittelträgers vermieden
werden. Da die Mischung und Diffusion nicht in einem messbaren Grad auftreten,
wird die Probe 110 nicht verdünnt (d.h. die Probe 110 wird
als Pfropfen gehalten). Die von einer speziellen Struktur erzeugte
Signalstärke
variiert nur, wenn die Konzentration dieser Spezies innerhalb der Probe 110 variiert.
Da das gesamte Analysevolumen geringer ist, wenn kein Lösungsmittel
verwendet wird, sollte erwartet werden, dass irgendwelche Konzentrationsschwankungen
und daher Signalschwankungen wesentlich geringer sein sollten, wenn
vielmehr eine Gasförderung
als eine Lösungsmittelförderung
verwendet wird. Da die Vermischung des Trägergases und der Probe nicht
in irgendeinem signifikanten Grad stattfindet, kann außerdem irgendeine zusätzliche
Rauschquelle, die zum Träger
gehören könnte, vermieden
werden, indem sichergestellt wird, dass nur die Probe 110 denjenigen
Teil der Transportrohrleitung und insbesondere denjenigen Teil der NMR-Durchflusszelle
belegt, der der NMR-Analyse unterzogen wird (d.h. das Magnetfeldzentrum).
Die genaue Positionierung der Probe auf die beschriebene Weise kann
mit dem Probenfördersystem 200 durch
das anschließend
beschriebene Verfahren erreicht werden.
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Wenn
der Probentransport aufgrund des Zustandes einer positiven Druckdifferenz
beginnt, wird die NMR-Erfassung eingeleitet. NMR-Signale werden
durch den Signalprozessor 250 überwacht. Die Überwachung
der NMR-Signale kann digitale oder analoge Rückkopplungsverfahren verwenden,
wie üblichen
Fachleuten bekannt. Wenn ein starkes konsistentes Signal erfasst
wird, bewirkt der Signalprozessor 250 die Einstellung entweder
des Vorwärtsdrucks 120 (d.h.
mittels des ersten Druckreglers 220), des Rückwärtsdrucks 130 (d.h.
mittels des zweiten Druckreglers 230) oder irgendeiner
Kombination der beiden, um eine Druckdifferenz von Null zu erhalten.
Wenn die Druckdifferenz Null ist, endet die Bewegung der Probe 110.
Die genaue Positionierung der Probe 110 innerhalb des gewünschten
Bereichs wird vorzugsweise unter Verwendung von minimalen Drücken, um
eine Bewegung zu bewirken, und durch allmähliches Verlangsamen der Bewegung
der Probe 110, wenn ihre Anwesenheit in der ungefähr erwünschten
Position erfasst wird (d.h. langsames Einstellen der Druckdifferenz,
sobald eine anfängliche Zunahme
der Signalstärke
erfasst wird), erreicht. Unter Verwendung dieser bevorzugten Verfahren
sollte es möglich
sein, denjenigen Teil der Probe 110 mit dem höchsten Rauschabstand
genau innerhalb des Magnetfeldzentrums zu positionieren.
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Sobald
die gewünschte
Positionierung der Probe 110 und eine Druckdifferenz von
Null oder fast Null erreicht sind, kann das NMR-Experiment durchgeführt werden.
Es ist bevorzugt, dass eine Druckdifferenz von Null und daher der
Stillstand der Probe 110 vor dem Beginn des NMR-Experiments
erreicht wird, aber das NMR-Experiment kann in einer Situation durchgeführt werden,
in der sich die Probe bewegt. Wenn der Signalprozessor 250 über die
Signaleingangsleitung 260 feststellt, dass das NMR-Experiment
abgeschlossen wurde, wird die Probe aus dem NMR-Spektrometer 210 gespült (d.h.
entfernt). Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird die Entfernung der Probe erreicht, indem sie wieder in den
Probenbehälter 290 gesaugt
wird. Die Entfernung der Probe 110 aus dem NMR-Spektrometer 210 wird durch
Einstellen der Druckdifferenz derart erreicht, dass der Rückwärtsdruck 130 den
Vorwärtsdruck 120 übersteigt
(d.h. Zustand mit negativer Druckdifferenz). Um die Menge an Zeit,
die für
jede Analyse erforderlich ist, zu minimieren, wäre es offensichtlich erwünscht, genau
zu wissen, wann die ganze Probe 110 in den Probenbehälter 290 zurückgeführt wurde. Eine
Art und Weise zum Minimieren der der Entfernung zugeordneten Zeit
besteht darin, ein Protokoll der Durchflussrate als Funktion der
Zeit für
die anfängliche
Einleitung der Probe 110 aufzunehmen. Die aus diesem Protokoll
entnommenen Daten können dann
verwendet werden, um festzustellen, welche Kombination von Durchflussrate
und Zeit erforderlich ist, um das NMR-Spektrometer 210 von
der Probe 110 zu reinigen. Die Durchflussraten- und Zeitdaten können durch üblichen
Fachleuten bekannte Mittel gesammelt werden und dann vom Signalprozessor 250 verwendet
werden, um die Druckdifferenz einzustellen. Es wird erwartet, dass
andere üblichen
Fachleuten bekannte Mittel auch verwendet werden könnten. Diese
könnten
die Überwachung
auf einen Abfall der Signalstärke
und das Festlegen eines festgelegten Zeitraums, der mit diesem Abfall
der Signalstärke beginnt
und der eine vollständige
Entfernung der Probe 110 garantieren würde, umfassen.
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Aus 2 sollte
offensichtlich sein, dass das Gas, das den Vorwärtsdruck 120 und den
Rückwärtsdruck 130 bereitstellt,
wie die Probe 110 bewegliche Phasen sind. Das Volumen des
Gases, das der Probe 110 als Vorwärtsdruck 120 und Rückwärtsdruck 130 entgegenwirkt,
variiert notwendigerweise in Abhängigkeit
von der Bewegungsrichtung der Probe 110 innerhalb der Transportrohrleitung.
Daher muss ein Mittel zur Handhabung des Gases, das durch die Auslassenden 222 und 231 des
ersten und des zweiten Druckreglers 220 und 230 zurückströmt, bereitgestellt werden.
Ein beliebiges der üblichen
Fachleuten bekannten Mittel kann verwendet werden. Wenn die Gasquellen
für den
Vorwärtsdruck 120 und
den Rückwärtsdruck 130 diskrete
endliche Quellen wie z.B. einzelne Zylinder oder ein Zylinder sind,
wird die Entfernung des Fördergases
einfach erreicht, indem einfach das Gas in die Zylinder zurückgedrückt wird. Wenn
die Gasquellen jedoch zweckgebundene Anlagengasleitungen sind, steht
diese Lösung
wahrscheinlich nicht zur Verfügung.
In diesem Fall könnten
Vierweg-Druckregler für
den ersten Druckregler 220 und den zweiten Druckregler 230 verwendet
werden, um zu ermöglichen,
dass der Stickstoff oder ein anderes Fördergas dem Probenfördersystem 200 entzogen
wird. Aus dieser Beschreibung werden übliche Fachleute natürlich erkennen,
dass die Entfernung von überschüssigem Fördergas
durch eine beliebige Anzahl von Mitteln durchgeführt werden kann.
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Aus 2 sollte
auch offensichtlich sein, dass in Abhängigkeit vom Volumen der Probe 110, das
sich anfänglich
im Probenbehälter 290 befindet, die
Position der Grenzfläche
zwischen der Probe und dem Gas, das den Vorwärtsdruck 120 bereitstellt,
variiert. Wenn der Vorwärtsdruck 120 und
der Rückwärtsdruck 130 ins
Gleichgewicht gebracht wurden und die Probe 110 genau im
Magnetfeldzentrum angeordnet wurde, kann diese Grenzfläche innerhalb des
Probenbehälters 290,
der Probentransportrohrleitung 100 oder der internen Transportrohrleitung 215 existieren.
Das Volumen der Probe 110 im Probenbehälter 290 sollte jedoch
für eine
maximale NMR-Empfindlichkeit immer ausreichen, um den Teil der Analysezone 205 mit
dem Magnetfeldzentrum vollständig
zu belegen (d.h. kein Stickstoff im Magnetfeldzentrum), und sollte
vorzugsweise ausreichen, um die NMR-Durchflusszelle 225 vollständig zu
belegen. Drei potentielle Grenzflächen, zwei für optimale
NMR-Empfindlichkeit erwünscht
und eine für
optimale NMR-Empfindlichkeit unerwünscht, sind in 3 gezeigt.
In 3A reicht das vorhandene anfängliche Volumen der Probe 110 aus,
um zu ermöglichen,
dass die Grenzfläche 300 zwischen
der Probe 110 und dem Gas, das den Vorwärtsdruck 120 bereitstellt,
im Probenbehälter 290 bleibt,
und um zu ermöglichen,
dass die Probe 110 die Analysezone 205 des NMR-Spektrometers
vollständig
belegt. In 3B reicht das vorhandene anfängliche
Volumen der Probe 110 aus, um zu ermöglichen, dass die Probe 110 die
Analysezone 205 des NMR-Spektrometers 210 vollständig belegt,
reicht jedoch nicht aus, um zu ermöglichen, dass die Grenzfläche 300 zwischen
der Probe 110 und dem Gas, das den Vorwärtsdruck 120 bereitstellt,
im Probenbehälter 290 bleibt.
Die Grenzfläche 300 kann
in der Probentransportrohrleitung 100 oder in der internen
Transportrohrleitung 215 existieren. Die in 3A und 3B dargestellten
Bedingungen sind für
optimale NMR-Empfindlichkeit
gegenseitig annehmbar. Wenn jedoch, wie in 3C angegeben,
das anfängliche Volumen
der Probe 110 unzureichend ist, um die Analysezone 205 des
NMR-Spektrometers 210 vollständig zu
belegen, können
die NMR-Empfindlichkeit und
die spektrale Auflösung
leiden.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann es erwünscht
sein, in hohem Maße
sicherzustellen, dass die Transportrohrleitung vollständig frei
von der Probe 110 oder einem anderen Rückstand ist. Ein Reinigungsvorgang
wird typischerweise verwendet, um diese Zwecke zu erzielen. Irgendeines
der umfangreich bekannten Reinigungsprotokolle kann mit der Kombination
aus Probenfördersystem 200 und NMR-Spektrometer 210 verwendet
werden. Wahlweise kann ein Reinigungsprotokoll, das speziell für eine neue
Anwendung oder Analyse erdacht ist, verwendet werden. Ein bekanntes
Reinigungsprotokoll, das verwendet werden kann, fordert aufeinanderfolgende
Waschungen mit einer wässerigen
Säure wie z.B.
Chlorwasserstoffsäure
(HCl) und Aceton an. Übliche
Fachleute werden natürlich
erkennen, dass das Probenfördersystem 200 andere
herkömmliche
Komponenten umfassen kann, um ein Ausspülen (d.h. Reinigen) des Systems zwischen
Proben 110 zu ermöglichen,
um eine Kreuzkontamination zu vermeiden. Die Probentransportrohrleitung 100 kann
beispielsweise eine oder mehrere Öffnungen, Ventile, T-Stücke usw.
zum Einführen
von Reinigungslösungen
(z.B. HCl und Aceton) oder von Spülgas (z.B. trockener Stickstoff)
umfassen. Das Spülen
dieser Reinigungsmittel durch die Transportrohrleitung kann durch
Anordnen der Mittel in Probenbehältern 290 und
dann durch Verändern
der Druckdifferenz über der
Transportrohrleitung auf die vorher beschriebene Weise erreicht
werden. Die Reinigungsmittel können beliebig
oft durch die Transportrohrleitung geleitet werden. Der Reinigungsvorgang
wird vorzugsweise durch Spülen
der Transportrohrleitung mit Stickstoff abgeschlossen. Dies kann
durch eine beliebige Anzahl von Mitteln erreicht werden, von denen
zwei sind: Koppeln eines leeren Probenbehälters 290 mit dem
Probenfördersystem 200 und
Integrieren einer Umleitung vom ersten Druckregler 220 zur
Probentransportrohrleitung 100, wodurch ermöglicht wird, dass
Stickstoff in die Transportrohrleitung strömt (d.h. sowohl die Probentransportrohrleitung 100 als auch
die interne Transportrohrleitung 215), ohne durch einen
Probenbehälter 290 strömen zu müssen. Stickstoff
kann für
die Spülzwecke
auch vom zweiten Druckregler 230 geliefert, durch die Transportrohrleitung
und dann entweder durch die Umleitung oder einen leeren Probenbehälter geleitet
werden. Der Stickstoff seitens irgendeines dieser Verfahren kann dann
aus dem System durch ein beliebiges der vorher beschriebenen Verfahren
entfernt werden, einschließlich
Ablassen des Stickstoffs aus einer Öffnung an einem der Druckregler 220 und 230 oder
Zurückleiten
des Stickstoffs in einen Stickstoffzylinder.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
der Rückwärtsdruck 130 durch
den Atmosphärendruck
bereitgestellt werden. Dieses Verfahren ist brauchbar, da, wie vorher
angegeben, eine der bevorzugten Weisen zum Erreichen einer Beförderung einer
Probe 110 darin besteht, den Vorwärtsdruck 120 zu erhöhen bzw.
zu senken, während
der Rückwärtsdruck 130 konstant
gehalten wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
entspricht der konstante Rückwärtsdruck 130 dem
Atmosphärendruck.
Die Anwendung dieses Ausführungsbeispiels
beseitigt den Bedarf für
den zweiten Druckregler 230. Eine Druckdifferenz von Null,
daher keine Probenbewegung, wird durch Einstellen des Vorwärtsdrucks 120 gleich
dem Atmosphärendruck
erhalten. Die Vorwärtsförderung (d.h.
Zustand mit positiver Druckdifferenz) wird durch Erhöhen des
Vorwärtsdrucks 120 relativ
zum Atmosphärendruck
erreicht und eine negative oder Rückwärtsförderung (d.h. Zustand mit negativer
Druckdifferenz) wird durch Verringern des Vorwärtsdrucks 120 relativ
zum Atmosphärendruck
erreicht. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel
brauchbar ist, ist es aufgrund der potentiellen Reaktivität von Sauerstoff
und anderen Elementen in der Atmosphäre mit der Probe 110 nicht
bevorzugt. Aufgrund der minimalen Drücke und Druckdifferenzen, die
erforderlich sind, um die Probenförderung zu erzielen, könnten außerdem geringfügige Atmosphärendruckschwankungen
signifikante schädliche
Auswirkungen auf die Probenanalyse haben. Dieses Ausführungsbeispiel
ist in 4 angegeben.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel, das
in 5 angegeben ist, ist ein Sammelbehälter 500 am
Auslassende 217 der internen Transportrohrleitung 215 angeordnet.
Wie der Probenbehälter 290 ist
der Sammelbehälter 500 in
der Lage, einen an diesen angelegten Druck aufrechtzuerhalten. Der Zweck
des Sammelbehälters 500 besteht
darin, analysierte Proben 110 zu sammeln, wenn es nicht
erwünscht
ist, sie zum Probenbehälter 290 zurückzuführen. Die
Volumenkapazität
des Sammelbehälters 500 sollte
zumindest ausreichen, um das maximale erwartete Volumen der Probe 110 zu
halten und um einen kleinen Kopf- bzw. Totraum über der gesammelten Probe 110 zu
ermöglichen.
Vorzugsweise weist der Sammelbehälter 500 eine
ausreichende Volumenkapazität
auf, um zahlreiche analysierte Proben 110 zu halten. Diese
Situation ist bevorzugt, um den Bedarf zu minimieren, den Sammelbehälter 500 ständig zu
leeren.
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Eine
zweite Gastransportrohrleitung 310 mit einem Einlassende 311 und
einem Auslassende 312 ist auch in 5 dargestellt.
Das Auslassende 312 der zweiten Gastransportrohrleitung
ist in den Sammelbehälter 500 eingesetzt.
Das Auslassende 231 des zweiten Druckreglers 230 ist
am Einlassende 311 der zweiten Gastransportrohrleitung 310 angebracht. Eine
Gasquelle, die einen Rückwärtsdruck 130 vorsieht,
ist somit am Einlassende 232 des zweiten Druckreglers 230 angebracht.
Die Beförderung
einer analysierten Probe 110 zum Sammelbehälter 500 wird
durch die folgenden Schritte erzielt. Sobald der Signalprozessor 250 feststellt,
dass das NMR-Experiment abgeschlossen hat, werden Signale zu den zwei
Druckreglern 220 und 230 über die Signalausgangsleitungen 270 und 280 gesandt.
Diese Signale bewirken, dass die Druckregler 220 und 230 den
Vorwärtsdruck 120 und
den Rückwärtsdruck 130 einstellen,
um einen Zustand mit positiver Druckdifferenz (d.h. einen Zustand,
in dem der Vorwärtsdruck 120 den
Rückwärtsdruck 130 übersteigt)
zu erreichen. Diese Druckdifferenz bewirkt, dass die Probe 110 aus dem
NMR-Spektrometer 210 und
in den Sammelbehälter 500 strömt. Das
vollständige
Entfernen der Probe 110 aus der Transportrohrleitung kann
durch ein beliebiges der vorher beschriebenen Mittel oder durch
ein beliebiges Fachleuten bekanntes Mittel festgestellt werden.
Diese könnten
die Protokollierung der Durchflussrate, der Zeit und der Gesamtlänge der
Transportrohrleitung umfassen, um einen gewünschten Spülzeitraum zu ermitteln, oder
den Signalprozessor 250 einen Druckabfall an den Druckreglern 220 und 230 erfassen
lassen, der auftritt, wenn sich die ganze Probe 110 im
Sammelbehälter 500 befindet.
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Bei
einer Abänderung
des in 5 dargestellten Ausführungsbeispiels kann es erwünscht sein,
den Sammelbehälter 500 gegen
ein zweites Analyseinstrument, wie z.B. einen Hochdruck-Flüssigchromatographen
(HPLC) oder irgendein Flüssigkeitstrennverfahren,
ein W-VIS-Spektrophotometer, ein
Massenspektrometer oder vielleicht ein weiteres NMR-Spektrometer,
auszutauschen. Das zweite Analyseinstrument könnte alternativ nach dem Sammelbehälter 500 angeordnet
werden, in welchem Fall es erforderlich ist, dass eine Rohrleitung
das zweite Analyseinstrument mit dem Sammelbehälter 500 verbindet.
Die Messung (Signalausgabe) vom ersten NMR-Spektrometer 210 (oder
Vorrichtung) könnte automatisch
analysiert werden und eine logische Entscheidung darüber getroffen
werden, wie die Probe zu leiten ist. Die logische Entscheidung könnte von
der Bedienperson oder von einem Signalprozessor, der dazu programmiert
ist, die Auswahl auf der Basis der gelieferten Eingabe durchzuführen, getroffen
werden. Ein üblicher
Fachmann sollte erkennen, dass es möglich sein kann, dass mehrere
Instrumente nach dem anfänglichen
Instrument entweder in Reihe oder parallel vorhanden sind, die weitere
Analysen auf der Basis der Ergebnisse des ersten Instruments oder
irgendeines anderen Protokolls durchführen können. Es sollte auch offensichtlich
sein, dass die Kombination aus Probenfördersystem 200 und NMR-Spektrometer 210,
die in 5 angegeben ist, nicht das erste Analyseinstrument
in einer solchen Analysekette sein könnte und dass irgendeines der vorher
angegebenen Analyseverfahren oder andere der Kombination aus Probenfördersystem 200 und NMR-Spektrometer 210 vorangehen
könnte.
Wenn dies der Fall wäre,
wäre es
erforderlich, den Probenbehälter 290,
der bei der Kombination aus Probenfördersystem 200 und
NMR-Spektrometer 210 verwendet wird, so anzupassen, dass
er eine Probe 110 von einem stromaufwärts liegenden Instrument aufnimmt.
Ein solches Beispiel dafür,
wie Instrumente in einer Analysekette gekoppelt werden könnten, könnte die
Verwendung eines NMR- Spektrometers
im unteren Bereich sein, dem Analysekosten als Anfangsrasterwerkzeug
zugeordnet sind, um festzustellen, ob eine Probe 110 entweder
zu einer zusätzlichen NMR-Analyse,
die durch ein NMR-Spektrometer im oberen Bereich mit beträchtlich
höheren
zugehörigen Analysekosten
durchgeführt
werden könnte,
oder alternativ zu irgendeinem anderen Analyseinstrument oder einem
Ablass gesandt werden muss.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
es wieder erwünscht
sein, einen Reinigungsvorgang durchzuführen, nachdem die Experimentierung,
die von dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
Gebrauch macht, verwendet wird. Irgendein vorher beschriebener Reinigungsvorgang kann
wieder verwendet werden.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel, das
in 6 dargestellt ist, kann es erwünscht sein, die analysierte
Probe kontinuierlich oder periodisch aus dem Sammelbehälter zu
entnehmen, ohne den Sammelbehälter 250 physikalisch
vom Probenfördersystem 200 abzukoppeln.
Eine Art und Weise, wie dies erreicht werden kann, besteht darin,
eine Ablassleitung 600 mit einem Regelventil 610,
das geöffnet
werden kann, um die Entfernung der analysierten Probe 110 zu
ermöglichen,
vorzusehen. Um den Druck während
der Probenförderung
und -analyse aufrechtzuerhalten, sollte dieser Ablassvorgang erst dann
durchgeführt
werden, wenn die Experimentierung oder Analyse beendet ist. Dieser
Vorgang kann unter Verwendung von automatischen oder manuellen Ventilen
auf eine üblichen
Fachleuten bekannte Weise durchgeführt werden. Die Druckdifferenz,
wie vorher beschrieben, kann verwendet werden, um die Entfernung
der Probe aus dem Sammelbehälter 500 über die
Ablassleitung 600 zu bewirken. Bei einer Abänderung
bzw. Variante dieses Ausführungsbeispiels könnte der
Ablass 600 mit einem stromabwärts liegenden Analyseinstrument
verbunden sein, wie vorher beschrieben.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel, das
in 7 dargestellt ist, kann es ebenso erwünscht sein,
dass ein Mittel vorhanden ist, um die Probe 110 kontinuierlich
oder periodisch in den Probenbehälter 290 zu
befördern.
Dies wäre
insbesondere erwünscht,
wenn das NMR-Spektrometer 210 als Online-Qualitätskontrollverfahren
für einen
chemischen Prozess verwendet wird. Die Kombination aus Probenfördersystem 200 und
NMR-Spektrometer 210 könnte
mit einem Prozess 700 über
eine Produktprobenbehandlungs-Rohrleitung 710 mit
einem Regelventil 720 gekoppelt sein. Durch diese Kombination
könnte
die Zuführung
der Probe 110 in den Probenbehälter 290 kontinuierlich
oder periodisch wiederholt werden, sobald eine Analyse erwünscht wäre. Um den
Druck während
der Probenförderung und
-analyse aufrechtzuerhalten, sollte die Zuführung der Probe 110 wiederum
erst dann wiederholt werden, nachdem die Analyse beendet ist. Dieser Vorgang
kann unter Verwendung von automatischen oder manuellen Ventilen
auf üblichen
Fachleuten bekannte Weisen durchgeführt werden. Bei einer Variante
dieses Ausführungsbeispiels
könnte
der Prozess 700 gegen ein stromaufwärts liegendes Analyseinstrument
ausgetauscht werden, wie vorher beschrieben.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel kann
es erwünscht
oder sogar notwendig sein, die Probe 110 mit einem geeigneten
Lösungsmittel
zu verdünnen.
Obwohl die Anwesenheit des Lösungsmittels
als Fördermittel
nicht erforderlich ist, kann es manchmal erforderlich sein, die
Probe 110 mit einem geeigneten Lösungsmittel zu verdünnen. Zwei
Fälle, bei
denen die Verdünnung
geeignet sein könnte,
liegen vor, wenn das verfügbare
Probenvolumen unzureichend ist, um denjenigen Teil der NMR-Durchflusszelle 225,
der auf das Magnetfeldzentrum ausgerichtet ist, vollständig zu
füllen,
und wenn das von der Probe 110 erhaltene Signal zu stark
ist. Das geeignete Lösungsmittel
für eine
spezielle Probe 110 variiert, wie üblichen Fachleuten bekannt,
in Abhängigkeit von
der Zusammensetzung der Probe 110. Unter Bedingungen wie
z.B. diesen, bei denen die Anwesenheit einer kleinen Menge an Lösungsmittel
erwünscht ist,
sollte die Verwendung der beschriebenen Probenfördersysteme 200 immer
noch eine verbesserte NMR-Empfindlichkeit gegenüber Probenfördersystemen, die ein Lösungsmittel
als Fördermittel
(d.h. Träger)
verwenden, bereitstellen.
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Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann es erwünscht
sein, andere Detektoren wie z.B. UV-Detektoren entlang der Transportrohrleitung
anzuordnen, um entweder die genaue Positionierung der Probe 110 im
Magnetfeldzentrum oder die vollständige Entfernung der Probe 110 aus
der Transportrohrleitung, sobald das NMR-Experiment durchgeführt wurde,
zu bewirken. In Abhängigkeit
von ihrer Position relativ zu den anderen Komponenten bei der Kombination
aus Probenfördersystem 200 und
NMR-Spektrometer 210 können
die Detektoren besser für
die Durchführung
der genauen Positionierung der Probe 110 innerhalb des
Magnetfeldzentrums oder die vollständige Entfernung der Probe 110 aus
der Transportrohrleitung (z.B. entweder Zurückführen der Probe 110 in
den Probenbehälter 290 oder
Befördern
der Probe 110 in den Sammelbehälter 500) geeignet sein.
Die Signale von den Detektoren werden durch die Signaleingangsleitungen
zum Signalprozessor 250 gesandt. Die Signale geben mindestens
die Anwesenheit oder Abwesenheit der Probe 110 an diesem
Punkt der Transportrohrleitung an, der von den einzelnen Detektoren
beobachtet wird. Der Signalprozessor 250 verwendet dann
diese Signale möglicherweise
und vorzugsweise in Kombination mit den vom NMR-Spektrometer 210 über die
Signaleingangsleitung 260 erhaltenen Signalen, um festzustellen,
wie der Vorwärtsdruck 120 und
der Rückwärtsdruck 130,
die durch die Druckregler 220 und 230 laufen,
eingestellt werden sollten, um den gewünschten Zweck (d.h. genaue
Positionierung der Probe 110 oder vollständige Entfernung
der Probe 110) zu erzielen. Ein Detektor oder Detektoren,
der/die näher
am Magnetfeldzentrum des NMR-Magneten angeordnet ist/sind (d.h.
je weiter sie am Magneten 235 liegen), ist/sind zum Bewerkstelligen
der genauen Positionierung der Probe 110 besser geeignet.
Ein Detektor oder Detektoren, der/die vom Magnetfeldzentrum des
NMR-Magneten weiter weg angeordnet ist/sind (d.h. je näher sie
zum Magneten 235 liegen), ist/sind besser für das Bewerkstelligen
der vollständigen
Entfernung der Probe 110 geeignet. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen,
wie z.B. dem in 8 dargestellten, kann es erwünscht sein,
mehrere UV-Detektoren
entlang der Transportrohrleitung anzuordnen, um beide Zwecke zu
erfüllen.
In 8 sind vier UV-Detektoren 800, 810, 820 und 830 an
unterschiedlicher Stelle entlang der Transportrohrleitung angeordnet.
Zwei der Detektoren 800 und 810 sind vor der NMR-Durchflusszelle 225 angeordnet
und zwei der Detektoren 820 und 830 sind nach
der NMR-Durchflusszelle 225 angeordnet. Die Detektoren 800, 810, 820 und 830 übertragen
Signale über die
Signaleingangsleitungen 805, 815, 825 und 835 zum
Signalprozessor 250. Die Detektoren 800 und 830,
die mit größtem Abstand
von der NMR-Durchflusszelle 225 angeordnet sind, sind zum
Bewerkstelligen des Entfernens der Probe 110 besser geeignet, wohingegen
die zwei Detektoren 810 und 820, die näher an der
NMR-Durchflusszelle 225 angeordnet sind, zum Bewerkstelligen
der genauen Positionierung der Probe 110 zur NMR-Experimentierung
besser geeignet sind. Übliche
Fachleute werden natürlich
erkennen, dass die gewählte
Detektorart, die Anzahl von Detektoren und die Position der Detektoren entlang
der Transportrohrleitung in Abhängigkeit
von der erwünschten
Genauigkeit der Positionierung der Probe 110 oder vom Grad,
in dem die Bedienperson sicher sein will, dass die Probe 110 vollständig aus der
Transportrohrleitung entfernt wurde, signifikant variieren können.
-
Für übliche Fachleute,
die Nutzen aus dieser Offenbarung ziehen, ist es ersichtlich, dass
der Signalprozessor 250 eine beliebige Vorrichtung oder Einheit
sein kann, die in der Lage ist, Eingangssignale zu empfangen, Reaktionshandlungen
auf diese Eingangssignale festzusetzen und diese festgesetzten Reaktionen
durch Ausgangssignale zu übertragen.
In seiner am wenigsten automatisierten, aber betriebsfähigen Form
könnte
die Funktion des Signalprozessors von einer menschlichen Bedienperson durchgeführt werden,
die die vom NMR-Spektrometer 210 oder von einem anderen
Instrument erzeugten Signale beobachten und dann die geeignete Reaktion
(d.h. geeignete Druckänderungen)
auf die Signale festlegen würde.
Bei anderen Ausführungsbeispielen
kann der Signalprozessor 250 eine beliebige Kombination
von elektronischer Software oder Hardware sein, die dazu programmiert
ist, diese Handlungen durchzuführen.
Irgendeine der vorangehenden Variationen kann tatsächlich durch
Programmieren eines geeigneten Universalcomputers mit einer geeigneten
Hardware implementiert werden. Die Programmierung kann durch die
Verwendung einer Programmspeichervorrichtung, die für den Computer lesbar
ist, und Codieren eines Programms mit Befehlen, die vom Computer
ausführbar
sind, um die vorstehend beschriebenen Operationen durchzuführen, durchgeführt werden.
Die Programmspeichervorrichtung kann beispielsweise die Form von
einer oder mehreren Disketten; einer CD-ROM oder einer anderen optischen
Platte; eines Magnetbandes; eines Festwertspeicherchips (ROM); und
andere Formen der auf dem Fachgebiet gut bekannten oder anschließend entwickelten
Art annehmen. Das Programm mit Befehlen kann ein "Objektcode", d.h. in binärer Form, der
mehr oder weniger direkt vom Computer ausführbar ist; ein "Quellcode", der eine Kompilierung
oder Interpretation vor der Ausführung
erfordert; oder eine gewisse Zwischenform wie z.B. ein teilweise
kompilierter Code, sein. Die genauen Formen der Programmspeichervorrichtung
und der Codierung von Befehlen sind hier unwesentlich.