(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スーパクリティカル液体流通システム（１８）に印加された溶媒の圧力及び組成の制御方法において、
第１の液体を第１のポンプ（２０）から第１の逆止弁（７６）を介してミキサ（２６）の第１の入り口へ与えるステップと、
第２の液体を第２のポンプ（２２）から第２の逆止弁（９６）を介して前記ミキサ（２６）の第２の入り口へ与えるステップと、
前記ミキサ（２６）の出口が、液体を前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）を介して当該スーパクリティカル液体流通システム（１８）の下流にある弁（６４）に供給し、
前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）の下流の液体が前記弁（６４）により阻止され、
フィードバック回路を用いて、前記第１のポンプ（２０）を制御して、前記第１の液体でもって安定圧力を達成するまで、前記第１のポンプ（２０）と前記ミキサ（２６）への第１の入口との間の第１の流路（８２）に配置された圧力トランスジューサ（７４）の信号から導出された信号と、前記第２のポンプ（２２）と前記ミキサ（２６）の第２の入り口との間の第２の流路（１０２）に配置された圧力トランスデューサ（９４）の信号から導出された信号とに基づいて前記第１の液体の圧力を所定の設定点圧力値に調整し、且つ第２の流路（１０２）における圧力が前記所定の設定点を超えないレベルになるまで前記第２のポンプ（２２）を用いて前記第２の液体の圧力を増大させるステップと、
前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）の下流に配置された前記弁（６４）を自動的に開いて、前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）の下流側への流れを可能にするステップと、
前記第１のポンプ（２０）と前記ミキサ（２６）の第１の入り口との間の第１の流路と、前記第２のポンプ（２２）と前記ミキサ（２６）の第２の入り口との間の第２の流路と、前記ミキサ（２６）の出口を離れる液体とのそれぞれの圧力が安定化されるまで液体を前記第１及び第２のポンプ（２０，２２）を用いて排出し、且つ前記スーパクリティカル液体流通システムのスーパクリティカル・プロセスが完了するまで上記排出を継続するステップと
を備える制御方法。
【請求項２】
第３の液体が、第３のポンプ（２４）から第３の逆止弁を介して前記ミキサ（２６）の第３の入口へ与えられ、
フィードバック回路を用いて、前記第１のポンプ（２０）を制御する前記ステップが、前記第１の液体でもって安定圧力を達成するまで、前記圧力トランスジューサ（７４）の信号から導出された信号及び前記圧力トランスデューサ（９４）の信号から導出された信号、並びに前記第３のポンプ（２４）と前記ミキサ（２６）の第３の入り口との間の第３の流路に配置された圧力トランスデューサの信号から導出された信号に基づいて前記第１の液体の圧力を所定の設定点圧力値に調整し、且つ第２の流路並びに第３の流路における圧力が前記所定の設定点を超えないレベルになるまで前記第２及び第３のポンプ（２２，２４）を用いて前記第２及び第３の液体の圧力を増大させることを実行し、
前記弁（６４）が開かれ、
前記第１、第２及び第３の液体の圧力が前記所定の設定点圧力値へ増加され、
前記第２及び第３の液体の圧力は、前記第２のポンプ（２２）と前記ミキサ（２６）との間の第２の流路及び前記第３のポンプ（２４）と前記ミキサ（２６）との間の第３の流路にそれぞれの前記トランスデューサを有する前記フィードバック回路（３０）により制御される
ことを特徴とする請求項１記載の制御方法。
【請求項３】
前記弁（６４）が開かれ且つ前記第１及び第２の液体が流れた後で、前記第１及び第２の液体を一定流量モードあるいは一定圧力モードのいずれかで排出するステップを備えることを特徴とする請求項１記載の制御方法。
【請求項４】
前記弁（６４）が開かれ且つ前記第１、第２及び第３の液体が流れた後で、前記第１、第２及び第３の液体を一定流量モードあるいは一定圧力モードのいずれかで排出するステップを備えることを特徴とする請求項２記載の制御方法。
【請求項５】
前記第１の流路における圧力を表す第１の圧力信号に、前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）に送られるべき最終の液体混合物のプログラムされた比率であって、プログラムされた総液体量に対する前記第１の液体の比である前記比率を乗算して、当該乗算の第１の積を形成するサブステップと、
前記第２の流路における圧力を表す第２の圧力信号に、前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）に送られるべき最終の液体混合物のプログラムされた比率であって、プログラムされた総液体量に対する前記第２の液体の比である前記比率を乗算して、当該乗算の第２の積を形成するサブステップと、
前記第１及び第２の積を加算して、和を形成するサブステップと、
前記和を前記設定点圧力値と比較するサブステップと、
前記第１のポンプ（２０）の排出速度を、前記設定点圧力値と前記和との比較から得られた誤差信号により制御するサブステップと
を備えることを特徴とする請求項１又は３記載の制御方法。
【請求項６】
前記第１の流路における圧力を表す第１の圧力信号に、前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）に送られるべき最終の液体混合物のプログラムされた比率であって、プログラムされた総液体量に対する前記第１の液体の比である前記比率を乗算して、当該乗算の第１の積を形成するサブステップと、
前記第２の流路における圧力を表す第２の圧力信号に、前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）に送られるべき最終の液体混合物のプログラムされた比率であって、プログラムされた総液体量に対する前記第２の液体の比である前記比率を乗算して、当該乗算の第２の積を形成するサブステップと、
前記第３の流路における圧力を表す第３の圧力信号に、前記スーパクリティカル液体流通システム（１８）に送られるべき最終の液体混合物のプログラムされた比率であって、プログラムされた総液体量に対する前記第３の液体の比である前記比率を乗算して、当該乗算の第３の積を形成するサブステップと、
前記第１、第２及び第３の積を加算して、和を形成するサブステップと、
前記和を前記設定点圧力値と比較するサブステップと、
前記第１のポンプ（２０）の排出速度を、前記設定点圧力値と前記和との比較から得られた誤差信号により制御するサブステップと
を備えることを特徴とする請求項２又は４記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多種の異なる溶媒を勾配溶離液体クロマトグラフィにおけるカラムへ配送するため使用されるシステムの如き多種液体配送ポンプ・システム、あるいは液体抽出における圧力容器、あるいは流出液を一つのシリンジ・ポンプから他のシリンジ・ポンプへ切換えて中断あるいは液体の撹乱を生じることなく連続的な液流を生じるため使用されるシステム及び液体流通システムへ溶媒を供給する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ある種の多重ポンプ液体配送システムにおいては容器あるいはカラムへ配送される液体圧力を制御することに、またあるこのような圧力制御システムにおいては例えば異なる液体の比率の如き組成を制御することに努力が払われてきた。制御された圧力および組成を用いるこのようなシステムにおいては、流量が複数の異なるポンプの各々から制御される。排出モータを制御し、これにより所定の組成および適正な圧力に対する適正な流量を維持するため、圧力がトランスジューサにより測定され１つ以上の信号がフィードバックされる。これらのシステムは、極端に厳格な液体クロマトグラフィにおいて、また多種の溶媒を使用する極端に厳格な液体抽出システムにおいて特に重要である。
【０００３】
米国特許第５，０７１，５６２号に開示されるこのような種類の１つの従来技術システムにおいては、２種の異なる液体に対する２個のシリンジ・ポンプが勾配コントローラにより流量について独立的に制御され、圧力は２つのポンプ間で機械的なミキサにより均等化され、これにより第１の即ち１次液体のみがプログラムされた流量で流れるがプログラム制御下の第２のポンプは第１のポンプ圧力と等しい圧力を形成して、液体がクロマトグラフィのカラムに流れる時均等な圧力がミキサ内で混合される液体に加えられるようにする。この圧力均等化機構は、機械的構造においてミキサと組合わされる。
【０００４】
このシステムは、比較的複雑であり、２個のポンプのみに対して適合する。フィードバック回路を用いて不安定性を制御することは公知である。シリンジ・ポンプを含む単一の液流システムにおける過渡的な不安定性を制御する１つのこのようなシステムは、Ｈｅｌｍｅｒの米国特許第４，０４３，９０６号に開示されている。このようなシステムは、多段階のフィードバック・システムを用いて過渡的状態に対して充分な減衰を生じる。適正な組成を提供すると同時に安定性を維持するように圧力を制御する多溶媒システムに対してこのシステムをどのように適合させるかについての開示はない。これは、圧縮性の故に極端に厳格な液体を使用する時に特に重大な問題である。
【０００５】
Ｂｒｏｗｎｌｅｅの名義の米国特許第４，３４７，１３１号に開示される別の従来技術システムにおいては、機械的に操作される弁を備えた連続的に流れるポンプ・システムが開示される。このシステムは、反復的に動作する２個のシリンジ・ポンプを使用する。しかし、流れを撹乱することなく１つのポンプから別のポンプへ転送するためにシステムの弁あるいは他の部品がどのように自動的に作動させられるかについての開示はない。米国においては、類似のポンプがＣｈｒｏｍａｔｒａｍｉｘ社により市販されている。
【０００６】
一般に、圧力トランスジューサは、撹乱を生じることなく液体の流れの転送を阻止するため弁を自動的に制御するため使用されるべく、流動系における多数の地点で圧力を測定する精度において充分に整合されない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的とすることは、液体の混合を監視するための高精度の圧力トランスジューサはなく、混合液中に排出される各成分を監視する通常精度の唯１つの圧力トランスジューサを有する多種液体配送システム及び液体流通システムへ溶媒を供給する方法の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、液体制御システムは、それぞれ異なる供給源から排出する少なくとも１つの第１および第２のポンプを含む。この第１および第２のポンプの各々は、対応する第１および第２のポンプ出力管路を有する。第１および第２の管路から流出する液体を合流させて合成液流を得る手段が設けられる。
【０００９】
本システムは、（１）合流液体の圧力を表わす第１の信号を生じる回路手段と、（２）第１の信号を基準圧力信号と組合わせて誤差信号を得る手段と、（３）前記第１のポンプ手段により前記第１の管路に対し合流液体で排出される第１の液体のプログラムされた濃度を表わす第２の信号を生じ、かつ前記第２のポンプ手段により前記第２の管路内へ排出される合流液体における第２の液体のプログラムされた濃度を表わす第３の信号を生じるプログラム手段と、（４）前記第２の信号により誤差信号を乗じて第４の信号を得、この第４の信号を用いて第１のポンプ手段の送量を制御する手段と、（５）前記第３の信号により前記誤差信号を乗じて第５の信号を得、この第５の信号を用いて前記第２のポンプ手段の流量を制御する手段を含み、これにより前記合成液体の濃度および圧力が制御されることを特徴とする。
【００１０】
前記回路手段は、前記第１のポンプ手段の第１の流出管路における圧力を測定するよう配置された第１のトランスジューサ手段を含むことが望ましい。更に、本システムは、前記第３の信号により前記圧力信号を乗じる手段と、前記第２のポンプ手段の流出圧力を測定する第２のトランスジューサ手段と、第４の信号により前記第２のトランスジューサ手段からの信号を乗じる手段と、前記第３および第４の信号を組合わせる手段とを含み、これにより合成された流量の圧力を表わす信号が、複数のポンプの各々の出口における圧力信号から得られる。
【００１１】
第１の弁は、液体の流れを合流させる前記手段と液体を使用する手段との間の流動回路内にあり、この弁を液体制御システムの始動時に閉路させる手段がある。第２の弁は、前記液体を使用する手段の出口と連通し、前記液体制御システムの始動手順の第２段階において閉路されるようになっている。
【００１２】
第１の逆止弁は、第１の信号を生じる前記手段の下流側および前記第１および第２の管路からの液体の流れを合流させる前記手段の上流側で、前記第１の出口管路と接続され、第２の逆止弁は、第２の信号を得る前記手段からの下流側および液体を合流させる前記手段からの上流側で、前記第２の出口管路と連通し、これにより前記第１および第２の逆止弁が前記第１および第２の出口管路手段からの流れが液体を合流させる前記手段に流入することを許容し、また液体を合流させる前記手段からの前記第１および第２のポンプ手段への流入をそれぞれ制限する。
【００１３】
検出手段は、前記第１の出口管路がプログラムされた圧力に達する時を検出して、前記第２の出口管路における圧力の増加を開始する。前記第１および第２のトランスジューサの一方からの圧力の特性における急激な変化を検出する手段が設けられ、これにより逆止弁の開路が検出される。逆止弁の検出された開路は、対応するポンプの速度をプログラムされた排出流量に変化させる。
【００１４】
前記ポンプの少なくとも２個の供給圧力を、共通液体ポートに対するそれらの対応する逆止弁が開いたことを検出することにより整合させる手段が設けられ、ポンプが同じ供給圧力にあることが知られる間複数のトランスジューサの圧力信号を整合するように調整する手段が設けられ、圧力整合情報を用いて時間を短縮して多重ポンプ液体供給システムにおけるポンプ行程間の圧力を均衡させる目的のため圧力整合精度を改善する。
【００１５】
逆流防止用逆止弁が、ポンプ液体出口と１次液体供給ポンプである１つのポンプを除く全てのポンプにおけるミキサとの間に含まれ、１次液体供給ポンプの圧力と整合するように２次ポンプの圧力を変化させるように、前記ポンプの加圧を制御する手段が設けられる。本システムは、逆流防止用逆止弁の下流側の共通混合管路における圧力を測定して、この圧力に比例する信号を生じるため設けられた圧力トランスジューサ手段を含む。前記圧力信号の変化を検出して、２次ポンプの圧力均等化を表示する手段が設けられ、また圧力が等しいことが検出された後制御された圧力または流量におけるポンプの液体供給を制御する手段が設けられる。
【００１６】
液体流通システムに溶媒を供給する方法は、流路内の圧力が予め定めた設定点圧力値に達するまで、第１の液体を第１のポンプから液体システムの上流側に配置された弁へ供給することを含む。本方法は、第１の液体の圧力を、第２のポンプと前記設定点圧力の弁との間の流路におけるトランスジューサからフィードバック回路により制御し、前記液体システムの下流側への流れを許容するため前記弁を自動的に開き、圧力が安定するまで液体を排出して、このプロセスが完了するまで排出を継続することを特徴とする。
【００１７】
前記液体システムの下流側の液体は第２の弁で阻止され、第２の液体が予め設定された圧力より低い圧力まで予め定めた圧力増分だけ排出され、前記第２の弁が開かれ、前記第２の液体の圧力は前記予め設定された圧力値まで増加され、前記第２の液体の圧力は、第２のポンプと前記第１の弁との間の流路にトランスジューサを有するフィードバック・システムにより制御される。第１および第２の液体は、この第１および第２の液体が流れ前記第２の弁が開かれた後、一定流量モードかあるいは一定圧力モードのいずれかで押圧される。
【００１８】
更に、圧力信号は、前記第２のポンプと前記第１の弁との間の管路において、プログラムされた全液体量に対する前記第２の液体の比であってシステムへ送られる最終的な混合液のプログラムされた比率で乗じられて積を生じ、この積は設定点の値と比較され、前記第１のポンプの排出流量は、全液体量に対する前記第１の液体の比により乗じられた誤差信号であって前記比較からの誤差信号により制御されて第２のポンプを制御する。
【００１９】
多種液体供給システムは、液体の比率を制御する勾配制御システムの制御下で複数の異なる液体をミキサへ排出する複数のポンプを含む。各液体流の圧力は、逆止弁の上流側で監視され、監視された圧力を用いて最終的な液体の組成と圧力の双方に従って、排出流量を制御するフィードバックを生じる。カラムまたは抽出容器の流入ポートと連通する管路に弁が接続され、異なる弁がカラムまたは抽出容器の流出ポートと連通する管路に接続される。
【００２０】
このため、排出速度は適正な組成を生じるように各ポンプについて制御され、最初の液体量が別のポンプからの液体より大きな１つのポンプからの液体圧力により生じる変動もなくプログラムされた圧力を生じる。本システムはまた、組成を形成する各液体の排出流量を制御することにより逆流問題を回避しながら、混合液の組成および圧力を制御する。
【００２１】
シリンジ形式のポンプの運動速度が混合液に分配される液体量に従って制御されるシリンジ形式ポンプが使用されることが望ましい。しかし、シリンジ・ポンプ内の液体の弾性即ち圧縮性および流動性が、加圧中のポンプの１つに対する逆流の回避を困難にする。タイミングが制御されねばならず、また著しい圧力異常が許容できなければ、更に困難となる。
【００２２】
動作において、１次液体は最初に、閉鎖されたカラムあるいは抽出容器の流入および流出ポートと連通する弁により排出される。一つの液体のみが使用される場合は、上流側弁が所定圧力に達した時開かれ、次いで下流側弁が開かれ、その後この圧力を維持するようにポンプ速度が制御される。ポンプは、液体が供給される圧力を測定する液体流中のトランスジューサからフィードバック回路により制御することができる。
【００２３】
複数の異なる液体が最終的な液体組成を形成するためミキサへ排出される時、本システムは、最初に１次液体で加圧され、カラムまたは抽出容器に対する上流側および下流側弁は閉じられる。次に、カラムまたは抽出容器に対して上流側の弁が開かれ、システムは１次液体により再び加圧される。カラムまたは抽出容器に対して上流側の弁は、ある実施例においては手動で開かれ、また他の実施例においては、圧力の変化率の安定を検出することにより、また圧力誤差の大きさが閾値より小さいことを検出することにより自動的に開かれる。
【００２４】
圧力容器あるいはクロマトグラフのカラムあるいは他の収受手段に対する弁が開かれる時、圧力低下が１次液体の流路において検出される。この不安定性は、他のポンプがその圧力を増加し始める前に１次ポンプのポンプ速度を制御することにより除かれる。完全手動システムにおいて、圧力がプログラムされた圧力に戻ると、他のポンプは液体流のレベルより僅かに低いレベルへ増加される。しかし、このステップは、圧力低下を検出して、圧力変化率が停止し１次液体の圧力がプログラムされた圧力値におけるレベル圧力まで上昇した時、低下が検出された後の時点に他のポンプの排出量を増加し始めることにより自動的に行われる。
【００２５】
逆止弁の圧力の下流側が上流側の圧力を越える時各ポンプからの各管路が逆止弁により閉路されるため、他のポンプとその上流側の逆止弁との間の比較的低い圧力管路への加圧された主液体流からの逆流が回避され、これにより１次ポンプからの逆流による液体流の不安定性の危険を低下させる。逆止弁はまた、異なる溶媒の不測の混合をも防止する。
【００２６】
２次ポンプからの液体流が比較的低い圧力で安定させられると、関連する流量が確立されるまで圧力傾斜（ｒａｍｐ）は圧力制御モードにおける圧力を上昇し始め、次いで２次ポンプがこの流量における流量制御モードへ切換えられる。
【００２７】
圧力をサンプリングして始動時の圧力に基くようにこれを保持することにより、傾斜のオフセットが確立される。この傾斜の勾配は、逆止弁は開く時過剰制御を防止するため一般的な低さであるが、抽出または分析時間と比較して妥当な時間で圧力を整合させるに充分な低さになるように選定される。必要な時間は、圧力トランスジューサ間の整合の精度即ち程度に依存する。
【００２８】
一旦確立されると、許容されるならば、逆止弁が開く平衡状態に達するまで圧力の傾斜はこの勾配で上昇し続け、適当な流量（あるいは組成）が確立される。ポンプからの液体が１次液体により生じる圧力による逆止弁の反対側の圧力により制限されるため、圧力は逆止弁が開く時平衡状態に急速になる。このプロセスは、各ポンプからの液体がプログラムされた圧力および組成になるまでシステムにおける他のポンプに対して反復される。このような圧力平衡手段はまた、一定組成の連続流の制御された流量あるいは制御された圧力システムにおける１つのポンプから次のポンプへの平滑な切換えのためポンプ圧力を整合させるためにも使用できる。
【００２９】
より高度な整合を達成するために、圧力トランスジューサは特定の動作条件に対して較正されるべきである。この較正は、手動によりあるいは自動的に行うことができる。上記の圧力平衡の記述において、２次ポンプの出口における逆止弁が開いた後、２つのポンプ圧力が整合することが判る。この時、圧力信号が比較されて、トランスジューサ信号を整合させる以降の均衡において使用される補正要因を提供し、これにより均衡時間を短縮する。
【００３０】
圧力を均衡化し、多重ポンプ・システムのトランスジューサ信号を相互に一致させるよう較正する別の方法は、全ての逆止弁が開いて液体が流れるまでシステムにおける全てのポンプから液体を同時に供給することである。各ポンプにおける液体の始動圧力、体積および特性が既知であるので、何時逆止弁を開くのに充分な液体が各ポンプから排出されたかを決定することができる。逆止弁が開くまで、ポンプは閉じられた空間内で液体を圧縮する。逆止弁が開いた後、全てのポンプは同じ圧力にある。この時、信号を整合させる補正ファクタを決定するため、圧力信号を比較することができる。トランスジューサは、逆止弁が開いて液体が流れることが判っている時何時でも較正することができる。
【００３１】
圧力を均衡させて多重ポンプ・システムのトランスジューサ信号を整合のため較正する更に別の方法は、手動あるいは自動弁を用いて圧力を強制的に整合させるため共通流路によりトランスジューサを一時的に結合し、この弁を圧力信号を一致させることが要求される時に開くことである。整合圧力により、圧力の補正ファクタが計算される。
【００３２】
一旦全てのポンプが１つずつ流動状態において制御組成（ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）に置かれると、カラムまたは抽出容器に流入する液体の濃度および圧力はフィードバック・システムによりプログラムされた値に維持される。一定圧力作動モードでは、異なる流量の制御信号が各ポンプに対して生じて、このポンプの流量をプログラム濃度に比例するよう制御する。これらの信号は、プログラムされた圧力を表わす設定点信号と比較されて誤差信号を生じるシステム圧力を表わす１つのフィードバック信号から得られる。この誤差信号を用いて、各ポンプに対して勾配プログラマの制御下で流量ファクタを乗じることにより異なる流量信号を生じる。
【００３３】
望ましい実施例においては、カラムまたは抽出容器と同一管路に直接結合された１つのトランスジューサから得ることもできるが、クロマトグラフあるいは抽出の運転中のシステムの圧力信号が、ポンプ出口と管路に対する逆止弁との間の各管路におけるトランスジューサから決定される。しかし、トランスジューサは、ポンプが管路に置かれる期間中ポンプ出口とその逆止弁間の各管路において使用され、別のトランスジューサを付設するよりも同じトランスジューサを使用することが経済的である。
【００３４】
液体ミキサと結合される圧力トランスジューサは、システム圧力の測定のため使用することができる。従って、関連する逆止弁が開かれるどのトランスジューサも正確に圧力を生じることができる。この逆止弁が低い流量時に閉じる危険の故に、システム圧力を表わすため全ての使用可能なトランスジューサを使用することが望ましい。
【００３５】
１つのシステム圧力を生じるのに各ポンプと関連するトランスジューサを使用するためには、トランスジューサからの各信号をトランスジューサが測定中である管路内の液体のプログラムされた比率を表わす因数で乗じ、この乗じられた信号がシステムのフィードバック圧力信号を生じるため加算される。このように、フィードバック・システムは、ポンプ出口およびこのポンプに対する逆止弁を含む流路における圧力トランスジューサによりカラムまたは抽出容器に供給される液体の圧力と濃度の双方の制御を可能にする。
【００３６】
以上の説明から、本発明の液体供給システムが下記の幾つかの利点を持つことが理解されよう。即ち、（１）通常精度の最小数のトランスジューサを使用する故に比較的廉価であり、（２）液体の安定した圧力制御および制御された組成を提供し、（３）高圧における混合により生じるポンプへの逆流を避け、（４）逆止弁の下流側における不均一な圧力による流れの停止を避け、（５）差動ポンプ動作が液体の混合流の流量および組成の双方の制御を可能にし、（６）１つのポンプから次のポンプへ切換える時圧力あるいは流れの乱れを生じることなく多数のシリンジ・ポンプの自動再充填からの連続的な流れを可能にすること。
【００３７】
本発明の上記および他の特徴については、添付図面に関して以降の詳細な記述を考察すれば更によく理解されよう。
【００３８】
【発明の実施の形態】
図１において、コントローラ１２と、濃度プログラマ１４と、液体供給システム１６と、混合液受取り装置１８とを備えた分離システム１０のブロック図が示され、前記装置１８は、例えば使用がスーパクリティカル（ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ）液体クロマトグラフ・システムあるいはスーパクリティカル液体抽出器でよい。濃度プログラマ１４、コントローラ１２および液体供給システム１６を含む液体配送システムは、主として、混合液の組成の圧力および濃度を制御しながら、単一あるいは複数の液体を受取り装置１８へ供給するためのものである。
【００３９】
濃度プログラマ１４は、個々の成分の濃度を表わす信号を与え、制御された圧力における液体供給システム１６からの液体流における成分に変化を生じるようにプログラムされる。当技術においては適当濃度のプログラマが公知であり、濃度プログラマ１４自体は、勾配プログラマとしてコントローラ１２および液体供給システム１６と共働する限りこれを除いて、本発明の一部をなすものではない。この装置は、多くのアナログ勾配プログラマが公知であるが、望ましい実施態様においてはディジタルによる百分率の組成を表わす調時された信号を提供する。無論、アナログ系が使用されるならば、これをコントローラ１２に接続するために互換性のあるインターフェースが必要となろう。同様に、当技術においては、多くの使用がスーパクリティカル液体抽出システムおよびクロマトグラフ・システムがある。
【００４０】
液体供給システム１６は、コントローラ１２から混合される各液体に対して使用される排出流量を示す信号を受取り、これを装置１８へ送る。信号は、液体供給システム１６からコントローラ１２へ送られて、個々の液体が混合される前のこれら液体からの等しくない管内圧力と、安定状態にある時の各管路内圧力とを示す。このように、流量は、例え圧縮し得る液体の場合も、混合液体流の圧力が一定に維持される間、比例的に予め選定された総量に維持される。
【００４１】
液体供給システム１６は、第１、第２および第３のポンプ・システム２０、２２、２４と、ミキサ２６とを含む。各ポンプ・システムは、ミキサ２６と連通する出力管路を含み、ミキサ２６は、装置１８と連通する出力管路を有する。ポンプ・システム２０、２２、２４は、コントローラ１２から電気信号を受取って流量を制御し、圧力信号を再び圧力トランスジューサからコントローラ１２へ提供する。どのような数のシステムも使用できるが、説明のため３個のポンプ・システムが図１に示される。
【００４２】
このような構成により、ポンプ・システム２０、２２、２４は、一時に１つのポンプが作動圧力まで増加されるように、ポンプ・システムを越えてミキサ２６に対する安定な作動圧力が制御されるように、それぞれこれらの流量について制御される。ポンプ毎の作動圧力は、コントローラ１２へフィードバックされる圧力信号における変化により検出される。
【００４３】
図２において、圧力制御回路３０、第１、第２および第３のポンプ制御回路３２、３４、３６、濃度および流量制御回路３８、および圧力およびモード選択回路４０を有するコントローラ１２のブロック図が示される。濃度および流量制御回路３８は、濃度プログラマ１４（図１）、圧力制御回路３０、およびポンプ制御回路３２、３４、３６から信号を受取り、これら信号を用いてポンプの流量を制御する。流量の制御のため、濃度および流量制御回路３８もまたポンプと接続されて、排出量（ｐｕｍｐｉｎｇ  ｒａｔｅ）を制御する信号を供給し、かつフィードバック圧力信号を受取る。
【００４４】
濃度および流量制御回路３８は、下記の如くコンピュータの制御下で自動的に、あるいはスイッチなどにより手動で調整される。即ち、（１）他のポンプあるいは圧力制御とは独立的に動作する幾つかのポンプを選択し、あるいは（２）ポンプが所定の背圧で安定化のため一定流量条件下で排出するまで固定された流量におけるポンプ圧力を変化させて、ポンプが、所定の背圧に達した後ポンプからの最終的圧力および最終的濃度と関連するフィードバックにより制御されるようにすること。
【００４５】
圧力およびモード選択回路４０は、ポンプ制御回路３２、３４、３６と接続されて、予め加圧された条件、あるいは第１のマスター・ポンプの背圧を記録する背圧の如き条件を選定し、あるいは第１のポンプの圧力へ変化させる。この圧力モード選択回路４０は、これらの出力および幾つかの設定点フィードバック信号のいずれかをポンプ制御回路３２、３４、３６に接続することができる。この目的のため、圧力およびモード選択回路４０は、圧力ディップ（ｄｉｐ）検出器５０と、システム圧力設定点４２、個々のポンプ圧力設定点４４、第１モード選択スイッチ４６および第２モード選択スイッチ４８を含む。望ましい実施態様においては、圧力およびモード選択回路４０はディジタル的に構成される。
【００４６】
圧力ディップ検出器５０は、ポンプ制御回路３２から圧力変化を受取るように電気的に接続されて、カラムあるいは抽出容器に対する弁の開度を表わす急激な一時的圧力低下即ちディップを受取る。この信号は、計器その他の器具においてあるいは自動的に検出されて、システムを最初に加圧した１次ポンプ以外の別のポンプによる固定圧力傾斜（ｒａｍｐ）の生成（ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ）タイミングを決定するため使用される。モード選択スイッチ４６、４８は、それぞれポンプ制御回路３４およびポンプ制御回路３６に接続され、次の３つの位置のいずれかに安定し得る。即ち、（１）低い圧力値に保持される予め加圧された位置、（２）低い排出圧力における圧力を追従するようにポンプ制御回路３２により制御される如きマスター制御ポンプの出力における圧力より低い値を表わす信号に接続される位置、および（３）ポンプの出口圧力がシステム圧力に置かれる時使用される圧力上昇変化により制御される位置である。
【００４７】
図３において、上流側弁６０、スーパクリティカル液体クロマトグラフ・システムまたはスーパクリティカル液体抽出システム６２および下流側弁６４を有する液体受取り装置１８であってスーパクリティカル液体クロマトグラフ・システムまたはスーパクリティカル液体抽出システムが上流側弁６０および下流側弁６４の両者と連通する液体受取り装置１８のフロー図が示される。上流側弁６０は、その入口ポートがミキサ２６（図１）の出口ポートと接続されその出口ポートがスーパクリティカル液体クロマトグラフ・システムまたはスーパクリティカル液体抽出システム６２の入口ポートと接続されている。
【００４８】
このような構成により、１次ポンプが加圧されるまで圧力制御された流れが上流側弁６０により阻止され、１次ポンプが加圧された時弁が開かれるが、下流側弁６４は、抽出容器またはクロマトグラフカラムも加圧されるまで閉じられた状態を維持し、次いで最終的に下流側弁６４が開かれて液体流のシステム６２内での分離が達成される。流れが確立された後、２次ポンプが加圧されて混合が開始される。
【００４９】
スーパクリティカル液体抽出システムは、本願と同じ譲受人に譲渡された１９９０年７月１３日出願の米国特許出願第０７／５５３，１１９号に開示されたシステムでよい。ポンプは、同特許に開示されたポンプでよく、特に米国ネブラスカ州６８５０４、Ｌｉｎｃｏｌｎ、Ｓｕｐｅｒｉｏｒ  Ｓｔｒｅｅｔ  ４７００、私書箱５３４７のＩｓｃｏ社製の商標ＳＦＸ  ２１０の下に市販されるスーパクリティカル液体抽出システム、および米国ネブラスカ州、Ｌｉｎｃｏｌｎ、Ｓｕｐｅｒｉｏｒ  Ｓｔｒｅｅｔ  ４７００、私書箱５３４７のＩｓｃｏ社により市販される１００Ｄ／２６０Ｄシリンジ・ポンプでよい。
【００５０】
図４において、第１のポンプ７０、液体供給源７２、圧力トランスジューサ７４、逆止弁７６および管路８２を有するポンプ・システム２０のフロー図が示される。ポンプ７０は、導体８０を介してコントローラ１２（図１）に電気的に接続されて、これが管路８２を介して排出（ｐｕｍｐ）する第１の即ち１次液体を含む液体供給源７２に対するその排出量を制御する信号を受取る。圧力トランスジューサ７４は、管路８２における液体と連通して液体の圧力を測定し、導体７８を介してこの管路の圧力を表わす信号を与える。管路８２はまた、逆止弁７６と連通して出口管路８２を介してミキサ２６（図１）への流れを許容するが、管路８２からポンプ７０へ戻る流れは阻止する。
【００５１】
このような構成により、圧力トランスジューサ７４は、電気信号を導体７８上のフィードバック信号として再びコントローラ１２（図１）へ与え、コントローラ１２から導体８０を介して信号を受取り、ミキサ２６（図１）へ排出される液体量を制御する。このフィードバック信号は、システムを加圧して弁からスーパクリティカル液体クロマトグラフまたはスーパクリティカル液体抽出器へ与えられる勾配の一組成（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を形成するように、ポンプ７０の排出量を厳密に制御するため使用される。
【００５２】
図５において、ポンプ９０、液体供給源９２、圧力トランスジューサ９４、逆止弁９６および管路１０２を有するポンプ・システム２２のフロー図が示される。このポンプ・システムは、ポンプ・システム２４（図１）と同じものであり、ポンプ・システム２２のみについて記述する。制御され、かつミキサ２６（図１）に対して液体を分配するポンプ・システム２４および別のポンプ・システムは、同じように接続され、ポンプ・システム２２と同じように動作する。
【００５３】
本システムにおいては、ポンプ９０は、導体１０４上でコントローラ１２（図１）から信号を受取ってこれが排出する排出量を制御し、導体１０６上に実際の排出量を示すフィードバック信号をコントローラ１２に対して与える。このポンプは、液体供給源９２からのその液体を圧力トランスジューサ９４および逆止弁９６と連通する管路１０２を介して、管路８２（図４）における管路が圧力トランスジューサ７４および逆止弁７６と連通する方法と同じ方法でミキサ２６（図１）へ与えるため供給する。
【００５４】
管路１０２における圧力に関する情報を供給するため、圧力トランスジューサ９４は、液体の適正濃度および適正圧力を維持するためミキサ２６（図１）に与えられるべき液体供給源９２からの液体量を適正に表わすためポンプ９０の排出速度の制御において使用するため、導体９８および１００（図１）を介して管路１０２内の圧力を表わす信号をコントローラ１２（図１）に対して与える。
【００５５】
図６において、第１、第２および第３の濃度倍増器１１０、１１２、１１４と、第１および第２の流量サンプル／保持回路１１６、１１８と、第１および第２の流量入力スイッチ１２０、１２２とを備えた濃度／流量制御回路３８のブロック図が示される。第１の流量入力スイッチ１２０は第２のポンプを制御し、第２の流量入力スイッチ１２２は第３のポンプを制御する。望ましい実施態様において、スイッチおよび濃度倍増器はディジタル形態で構成される。
【００５６】
第１、第２および第３のポンプを制御するため、第１の濃度倍増器１１０は導体１４８と電気的に接続され、３位置の第１の流量入力スイッチ１２０の可動アマチュアは導体１５０と電気的に接続され、第２の３位置の流量入力スイッチ１２２の可動アマチュアは導体１５２に電気的に接続される。これら導体は、流量入力信号をポンプ・システム２０、２２、２４（図１）へ与えて、第１の流量入力スイッチ１２０と第２の流量入力スイッチ１２２が、それぞれの圧力トランスジューサにより与えられる測定値と、以下に述べる予備加圧の段階に対する圧力設定点との間の圧力誤差とそれぞれ関連する導体１５６、１５４上のポンプ制御回路３４、３６からの信号を受取るため、第１の位置にそれぞれ接続される時排出量を制御する。この信号は、それぞれの圧力をゼロの誤差に保つための所要の流量を指示する。
【００５７】
スイッチの第２の位置において、スイッチ１２０、１２２のアマチュアはそれぞれ、流量サンプル／保持回路１１６、１１８から異なる傾斜信号を受取り、この傾斜信号によりポンプ・システム２２、２４の対応するものが最終的なシステム圧力まで傾斜を生じさせる。第３の位置においては、前記アマチュアは、プログラムされた濃度を提供するため要求される濃度倍増器１１２、１１４の各々から流量を受取る。これら信号については、以下に記述する。
【００５８】
３位置スイッチ１２０、１２２の可動アマチュアがその第２の位置にある時、導体１５０、１５２が、ポンプ・システム２２、２４とそれぞれ接続された出力導体１５０、１５２からの信号を格納する流量サンプル／保持回路１１６、１１８により与えられる圧力傾斜排出量と等価の信号を、その各ポンプ・システム２２、２４（図１）に与える。
【００５９】
３位置スイッチ１２０、１２２がそれらの可動アマチュアをスイッチの第３の接点に接続される時、導体１５０、１５２は濃度倍増器１１２、１１４からの信号を供給して、それぞれポンプ・システム２２、２４の排出量を制御する。濃度倍増器１１２、１１４は、これも濃度倍増器１１０に接続される導体１５８に電気的に接続される。
【００６０】
別の排出流量に対する信号を与えるため、導体１５８は濃度倍増器１１０、１１２、１１４に接続され、これに対してプログラムされたシステム圧力を維持するため必要な総流量信号を与える。この総流量信号は、接続される３つの濃度倍増器の全てと関連して個々のポンプ流量を設定する。この目的のため、３つの濃度倍増器もまた、導体１３０、１３２、１３４の対応するものにおけるそのそれぞれの濃度信号を受取るように接続される。このため、３位置スイッチからの出力信号は、第３の位置にある時、信号を導体１４８を介してポンプ・システム２０（図１）を制御し、信号を導体１５０を介してポンプ・システム２２へ供給し、導体１５２を介してポンプ・システム２４へ供給する。
【００６１】
濃度倍増器１１０、１１２、１１４は、それぞれポンプ・システム２０、２２、２４の各々により排出されるべき最終的な液体流の百分率を表わす信号であって、濃度プログラマ１４（図１）によりそれぞれ与えられる導体１３０、１３２、１３４上の信号同士を乗じることにより、それらの出力導体へ、また最後には、制御する各ポンプへ与えられる信号を計算する。このように、各コントローラは各ポンプを制御する信号を与えて、このポンプが装置１８（図１）に供給される最終的液体流の流量の部分を表わす、ミキサ２６（図１）に供給されるべき液体に比例する流量を排出するようにする。
【００６２】
図７において、圧力傾斜ジェネレータ１６０、圧力サンプル／保持回路１６２、減算回路１６４、および全体的に１６６で示されるシステム・フィードバック圧力信号ジェネレータを有する圧力制御回路３０のブロック図が示される。システム・フィードバック圧力信号ジェネレータ１６６は、濃度プログラマ１４からの導体１３０、１３２、１３４上の最終的混合液に与えられる液体の割合を示す信号を受取り、第１、第２および第３のポンプ・システム２０、２２、２４からの液体中における圧力トランスジューサからの導体７８、９８、１０８上の信号を受取る。これらの信号から、システム・フィードバック圧力信号ジェネレータ１６６は、信号を生成して、これを導体１７０に対して基準圧力と比較されるシステム・フィードバック信号として与える。この信号は、基準信号と共に、装置１８に与えられる液体の圧力を最終的に制御し、プログラムされた濃度の保存の役割を演じることになる。
【００６３】
減算回路１６４は、導体７８上の第１のポンプ２０からの出口管路内の圧力を表わす信号を受取り、これは１次液体信号であり、望ましい実施態様においては約２１．１ｋｇ／ｃｍ２（３００ｐｓｉ）である値を差引く。この回路は、この減算値を表わす信号を導体１７２へ与え、この信号は以下に述べる方法でシステムが加圧される始動位相中に他のポンプを制御する。
【００６４】
この信号は、圧力サンプル／保持回路１６２へ与えられ、圧力サンプル／保持回路１６２はこの信号をサンプルして格納し、これを圧力傾斜ジェネレータ１６０へ与える。圧力傾斜ジェネレータ１６０は、第１の位相の間、圧力に達しつつある第１のポンプを除く全てのポンプにおける低い値による予備圧が存在し、第２の位相の間、導体１７２上の信号が他のポンプにおける圧力を第１のポンプの出口管路における圧力より低い約２１．１ｋｇ／ｃｍ２（３００ｐｓｉ）の値まで上昇させ、次に最終位相において圧力傾斜ジェネレータ１６０からのランプ電圧が導体１７４を介して与えられて他のポンプを加圧させるように、予備圧サイクルの第２位相の間一定の勾配電圧を生じる。
【００６５】
導体１７０に対するシステムのフィードバックを表わす信号を生じるため、システム・フィードバック圧力信号ジェネレータ１６６は、加算回路１８０と、第１、第２および第３の圧力倍増器１８２、１８４、１８６と、第１および第２の検出器１８８、１９０と、第１および第２の１次導関数ジェネレータ１９２、１９４を含む。
【００６６】
勾配プログラムの開始を制御するため、第１および第２の検出器１８８、１９０は、第２および第３の圧力トランスジューサと接続された導体９８、１０８における信号の導関数を検出し、この導関数は、それぞれ導体９８、１０８および検出器１８８、１９０に電気的に接続された第１および第２の１次導関数ジェネレータ１９２、１９４により生成される。これらジェネレータの出力は、それぞれ検出器１８８、１９０へ与えられ、これらはそれぞれ濃度プログラマ１４（図１）に対して導体１８９、１９１上に第２および第３のポンプ・システム２２、２４からの出口管路における逆止弁の開度を示す信号を与える。
【００６７】
液体ミキサと接続された圧力トランスジューサは、システムの圧力を測定するため使用することができる。従って、関連する逆止弁が開くトランスジューサは、圧力を正確に表わすことができる。逆止弁が低い流量で閉じる危険の故に、全ての使用可能なトランスジューサを用いてシステム圧力を表わすことが望ましい。
【００６８】
各ポンプと関連するトランスジューサを用いて１つのシステム圧力を生成するため、トランスジューサからの各信号は、トランスジューサが測定中の管路内の液体のプログラムされた百分率を表わす因数で乗じられ、この乗じられた信号が加算されてシステムのフィードバック圧力信号を生じる。このように、フィードバック・システムは、ポンプ出口およびこのポンプに対する逆止弁を含む流路における圧力トランスジューサによりカラムまたは抽出容器に供給される液体の圧力と濃度の両方の制御を可能にする。
【００６９】
この目的のため、圧力倍増器１８２、１８４、１８６は、導体７８、９８、１０８から第１、第２および第３のポンプ・システム２０、２２、２４からの管路における圧力を表わす圧力信号を受取り、これら信号に、圧力倍増器１８２、１８４、１８６に与えられる導体１３０、１３２、１３４における信号により表わされる如き最終液体流にあるようにプログラムされた液体の比率を乗じる。これら圧力倍増器からの出力は、加算回路１８０において加算され、液体が供給されてミキサ２６（図１）において組合される前に各ポンプ・システムからの出口管路で測定される如き液体と関連する組成を含むフィードバック圧力値を表わす出力信号を導体１７０に結果として生じる。
【００７０】
このように、いずれかのポンプからの出口管路のどれかにおける変動の結果、ポンプ・システムが圧力の低下を補正するようにフィードバック信号１７０における対応する各変化を生じる。これは、ミキサ２６（図１）の下流側に別個のフィードバック・トランスジューサを使用することなくシステムが装置１８（図１）に対する圧力を制御することを可能にし、更に濃度をプログラムされた値に維持する。
【００７１】
図８において、コンパレータ２０２と、フィードバック・フィルタ２０４とを有するポンプ制御回路３２が示される。コンパレータ２０２は、（１）システム・フィードバック圧力信号ジェネレータ１６６（図７）における加算回路１８０（図７）からのもので導体１７０上の、システムのフィードバックを表わす信号を受取り、（２）導体２００上で圧力システムの電圧４２からの設定圧力電圧を表わす信号を受取り、（３）２つの信号を比較し、（４）２つの信号間の差を表わす誤差信号を生じる。
【００７２】
コンパレータ２０２からの誤差信号は、第２のフィードバック回路に対するフィルタ２０４を介してポンプ・システム２０（図１）に与えるため導体８０へ与えられる。これは、各々がフィードバック信号を受取る３つのポンプ制御回路３２、３４、３６（図２）の１つである。ポンプ制御回路３２は、導体１７０上でシステム圧力信号を受取り、ポンプ制御回路３４、３６（図２）はそれぞれ関連する対応管路における対応する圧力トランスジューサから対応する信号を受取り、その対応するフィードバック信号をポンプ・システムのその対応する１つに送る。
【００７３】
ポンプ制御回路３４、３６（図２）は、そのフィードバック信号をセレクタ・スイッチ４６、４８を介して送る。比較フィードバック信号は、１つの位置において潜在的な予備圧力を受取り、別の位置において第１の管路８２（図１、図４）におけるトランスジューサからの測定圧力から２１．１ｋｇ／ｃｍ2（３００ｐｓｉ）を差引いた差を受取り、最終位置において圧力傾斜ジェネレータ１６０（図７）からの導体１７４におけるランプ電位を受取るように、スイッチ４６、４８から受取られる。
【００７４】
図９において、ポンプ・インターフェース２３０およびポンプ駆動回路２３２を有するポンプ７０のブロック図が示される。ポンプ・インターフェース２３０は、導体２３４上にプログラムされた流量を示す信号を受取り、導体２３６上にポンプ７０からの実際の流量を示す信号を出力する。
【００７５】
ポンプ・インターフェース２３０は、ポンプおよびポンプ駆動回路２３２に対してロータリ・ポンプ・モータが運動する位置を表わす信号を送り、ポンプの駆動に対して位置の制御を行う。液体は、この信号に応答して導体２３８を介して排出される。ポンプに液体を排出させる駆動信号が、ポンプ・インターフェース２３０により導体２３８を介してポンプおよびポンプ駆動回路２３２へ与えられる。
【００７６】
要求速度が閾値を越えて増加する時、ポンプ駆動電源電圧をモータ速度に整合させるため、信号が導体２４０を介して与えられる。この信号は、ポンプおよびポンプ駆動回路２３２に対する電圧を増加させる。ポンプがポンプ駆動回路２３２の制御下で液体を管路２３８内に排出する時、ポンプの回転モータの運動が導体２４２、２４４における位置フィードバック信号を変化させる結果となり、ポンプ・インターフェース２３０に対してモータ位置を表示して、これがこの位置を排出されるプログラムされた液体量に対するプログラム位置と比較して、ポンプ・モータに対して電力を供給する電力増幅器に対する電力を調整して排出された液体をプログラムされた流量に追従するよう制御する。
【００７７】
図１０において、電力増幅器２１０と、モータ２１２と、直角象限位置エンコーダ２１４と、減速ギア２１６と、ピストン２１８と、シリンダ２２０とを有するポンプおよびポンプ駆動回路２３２が示される。電力増幅器２１０は、導体２３８において信号を受取り、これら信号を用いて用いてモータ２１２を付勢する。モータ２１２は、ピストン２１８をシリンダ２２０内へ駆動して液体を排出する。
【００７８】
直角象限位置エンコーダ２１４は、導体２４２、２４４上でポンプ・インターフェース２３０（図９）へ位置のフィードバック信号として送る信号を生じる。ポンプ・インターフェース２３０（図９）は、この信号を位置の入力信号と比較して、ポンプをプログラムされた速度に維持するため使用される誤差信号を生じる。減速ギア２１６は、ＤＣモータ２１２をピストン２１８に結合し、増加した力で運動を伝達する従来の形態の電力伝達装置と、ピストンを駆動するボールねじ型直線アクチュエータとを含む。
【００７９】
電力増幅器２１０は、電源２２２により与えられる電圧により決定される２つの領域で動作する。１つの領域では、電源２２２が４０ボルトを提供し、他の領域では電源２２２により８０ボルトが供給される。バイアス電圧は、モータ速度が１つの領域から他の領域へ変化することを示すポンプ・インターフェース２３０からの信号に応答してリレー２４８により制御される２位置スイッチ２２４に接続される。
【００８０】
図１１において、モータ位置設定点回路２５０と、直角象限検出器および加減算カウンタ２５２と、コンパレータ２５４と、モータ位置制御入力信号回路２５６とを有するポンプ・インターフェース２３０のブロック図が示される。これらの回路は、一緒に結合されて排出量に関する情報を受取り、これに応答してポンプおよびポンプ駆動回路２３２（図９）を制御する信号を生じる。
【００８１】
所定の流量に対する適正な速度でポンプのピストン２１８（図１０）を駆動するようにポンプ・モータ２１２（図１０）に与えられねばならない電力を決定するため、モータ位置設定点回路２５０が導体２３４におけるプログラムされた流量を示す信号を受取り、これからモータの角度位置設定点を計算する。この値はコンパレータ２５４へ与えられる。直角象限検出器および加減算カウンタ２５２は、直角象限位置エンコーダ２１４（図１０）からの測定されたモータ位置を示す信号を導体２４２、２４４上で受取り、この位置を示す信号をコンパレータ２５４に与え、このコンパレータ２５４がプログラムされた設定点をポンプ位置と比較して、位置の誤差をモータ位置制御入力信号回路２５６へ与える。
【００８２】
モータ２１２（図１０）に与えられる電力を制御するため、モータ位置制御入力信号回路２５６は、（１）コンパレータ２５４から位置の誤差を受取り、（２）直角象限検出器および加減算カウンタ２５２から出力を受取り、（３）利得信号を導体２３８上で電力増幅器２１０（図１０）へ与え、導体２４０上で信号をリレー２４８（図１０）へ与える。
【００８３】
モータ設定点を計算するため、モータ位置設定点回路２５０は、流れに対するプログラムされた方向を示す信号を生じる手段２６０と、流れの絶対値を示す信号を生じる手段２６２と、位置増分当たりのクロック周期数を決定する手段２６４と、クロック・パルス・ジェネレータ２７２と、除算器２６６と、加減算カウンタ２７０とを含む。導体２３４における流量入力信号は、流れの方向を示す信号を結果として生じ、この信号は加減算カウンタ２７０へ与えられてパルスが加算あるいは減算のいずれにカウントされるかを判定して、導体１７２上にモータ角度位置設定点を結果として生じる。導体２３４上の流量入力からの絶対値が、位置の増分率に照らして決定され、位置増分当たりのクロック周期計算手段２６４にディジタル的に与えられる。
【００８４】
位置増分当たりのクロック周期を計算するため、１リッタ流量当たりの分数の如き流量の大きさの逆数が、クロック２７２により与えられるクロック数／分により乗じられ、この乗算結果がポンプの位置増分当たり排出された液体のリッタ数で乗じられる。望ましい実施態様においては、この計算はコンピュータ・プログラムによりディジタル信号で行われるが、ブロック図に示した如き回路を使用することもできる。クロック除算器は、第１段がハードウエアであり第２段が計算段である２段からなる。
【００８５】
ハードウエア乗算器の代わりに、コンピュータ・プログラムが望ましい実施態様において使用されるが、ハードウエア乗算器、分割器および加減算カウンタは従来技術において周知であり、代わりに使用することもできる。望ましい実施態様において使用されるコンピュータは、米国カルフォルニア州９５０５１、Ｓａｎｔａ  Ｃｌａｒａ、Ｂｏｗｅｒｓ  Ａｖｅｎｕｅ  ３０６５のＩｎｔｅｌ社により製造販売されるＩｎｔｅｌ  ８０１０６ＫＢ−１２である。（Ｉｎｔｅｌは、Ｉｎｔｅｌ社の商標である。本発明と関連する演算を実現するため使用されたモジュールは本文の付属書Ａに付属する。）
位置増分当たりのクロック周期２６４からのモータの角度位置設定点を決定するため、望ましい実施態様においては６ＭＨｚのクロックであるクロック・パルス・ジェネレータ２７２からの出力は、コンピュータ２６４の出力により除され、位置増分当たりのクロック周期２６４で６ＭＨｚクロック２７２の出力を除す除算器２６６へ与えられる位置増分当たりのクロック周期を表わすコンピュータ２６４の出力により除される。この信号は、加減算カウンタ２７０により合計されてコンパレータ２５４へ与えられる。
【００８６】
モータ２１２（図１０）に対するモータの角度位置フィードバックを示す信号を生じるため、周知の直角象限検出器および加減算カウンタ２５２は導体２４２および２４４上で信号を受取り、これら信号をコンパレータ２５４に対して与えられるモータ角度位置フィードバック信号へ変換する。
【００８７】
モータ駆動入力を示す信号を生じるため、モータ位置制御入力信号回路２５６は、フィードバック回路２６８と、利得乗算器２８６と、閾値検出器２９０と、第１導関数ジェネレータ２８８とを含む。フィードバック回路２６８は、コンパレータ２５４に結合されて誤差信号を受取り、利得乗算器２８６が電力増幅器２１０（図１０）に与えられる信号２３８を生じるように利得乗算器２８６に接続される。利得乗算器２８６は、閾値検出器２９０の出力と電気的に接続されて、導体２４０が導体２４０上に信号を与えて電力増幅器２１０のバイアスを増加するかあるいはこれを図１０に関して述べたように減少させるかに従って利得の領域即ちレベルを変更する。これは、全ループ利得を一定に保持する。
【００８８】
第１導関数ジェネレータ２８８は、その入力が直角象限検出器および加減算カウンタ２５２と電気的に接続されて、モータ２１２（図１０）の角度位置を示すパルス・カウントを受取り、これからの流量を示す信号を生じる。この信号は、導体２３６および閾値検出器２９０へフィードバック信号として与えられる。閾値検出器２９０は、その閾値を越える時信号を導体２４０へ与え、望ましい実施態様におけるその閾値はモータ２１２の最大速度の半分より大きくなるように設定される。
【００８９】
動作において、１次液体は最初に１次ポンプ・システム２０（図１）により排出されてシステムを始動時に加圧する一方、カラムまたは抽出容器の流入および流出ポートと連通する両方の弁６０、６４（図３）は閉路される。１種の液体のみが使用されるならば、弁６０（図３）は、システムが加圧された後に弁６４（図３）に続いて所定の圧力に達する時に開かれ、その後ポンプ速度はこの圧力を維持するように制御される。ポンプは、液体が配送される圧力を測定する液体流における圧力トランスジューサ７４（図４）からフィードバック回路により制御される。
【００９０】
複数の異なる液体が液体の最終的組成を形成するためミキサ２６（図１）へ排出される時、カラムまたは抽出容器に対する弁６０（図３）が閉路される間、システムは最初に１次液体により加圧される。次に、カラムまたは抽出容器に対する弁６０が開かれ、システムが１次液体により再び加圧される。カラムまたは抽出容器の出口に対する弁６４（図３）は、ある実施例では手動で、また他の実施例では自動的に開かれる。自動的に開路するため、圧力の安定化は、圧力誤差の大きさが約０．３５２Ｋｇ／ｃｍ2（５ｐｓｉ）より小さい時に検出される。手動操作の場合は、検出器は指示灯あるいは他の警報器でよい。望ましい実施態様においては、この機能は、図１に関して先に述べた信号を検出するコンピュータ制御システムにより行われる。
【００９１】
圧力容器またはクロマトグラフのカラムあるいは他の受取り装置１８（図１または図３）に対する弁６０（図３）が開かれる時、圧力のディップが１次液体が流れる流路において検出される。この不安定性は、他のポンプがその圧力を上昇させ始める前に、１次ポンプの排出速度を制御することにより除かれる。完全に手動のシステムにおいては、圧力がプログラムされた圧力へ戻ると、他のポンプが液体流のレベルより僅かに低いレベルに増加される。しかし、このステップは、圧力のディップを検出して、１次液体の圧力がプログラムされた圧力値におけるレベルまで増加した時、圧力のディップが検出された後の時点に他のポンプの排出量を増加し始めることによって自動的に行われる。
【００９２】
逆止弁の下流側の圧力が上流側の圧力を越える時、各ポンプからの各管路が７６（図４）または９６（図５）の如き異なる逆止弁により閉じられる故に、加圧された主要液体流から他のポンプおよびそれらの上流側の逆止弁間の比較的低い圧力の管路への逆流が避けられ、これにより１次ポンプからの逆流による液体流の不安定性の危険を低減する。
【００９３】
２次ポンプからの液体流が比較的低い圧力で安定すると、弁６４（図３）が開かれて液体をスーパクリティカル・システムに流動させ、流れが安定した後、圧力傾斜は、１次および２次ポンプ圧力が一致するまで圧力を上昇させ始める。
【００９４】
傾斜のオフセット即ち開始圧力は、１次圧力をサンプリングしてこれを保持することにより確立される。前記傾斜の勾配は、逆止弁が開く時の過剰制御を防止するのに一般的な遅さであるが抽出あるいは分析時間と比較して妥当な時間内に圧力を整合するに充分な早さになるように選定される。要求される時間は、圧力トランスジューサ間の整合の精度即ち程度に依存する。例えば、もしトランスジューサが約０．３５ｋｇ／ｃｍ２（５ｐｓｉ）以内で整合されるならば、圧力傾斜は約２１．１ｋｇ／ｃｍ２（３００ｐｓｉ）ではなく約０．７０ｋｇ／ｃｍ２（１０ｐｓｉ）だけ上昇することができ、結果として非常に短い均衡時間を生じる。
【００９５】
一旦確立されると、圧力傾斜は、均衡状態に達するまでこの勾配で立ち上がり続けることが許容され、この時逆止弁が開いて適正な流量（あるいは組成）が確立される。ポンプからの液体が１次液体により生じる圧力による逆止弁の反対側の圧力によって制限される故に、圧力は均衡状態を急速に形成し、この時逆止弁が開く。このプロセスは、各ポンプからの液体がプログラムされた圧力および組成となるまでシステムにおける他のポンプに対して反復される。このような圧力均衡手段はまた、一定組成の連続的な流れの制御された流量即ち制御された圧力システムにおいて１つのポンプから次のポンプへ平滑に切換えるようにポンプ圧力を整合させるために使用することができる。
【００９６】
傾斜は、圧力制御モードにおいて開始され、その後流量制御モードにより継続される。モードの切換えの理由は、圧力ポンプが一定流量モードにおいて比較的平滑であり、これが逆止弁の開放の更に信頼し得る検出を可能にすることである。一旦圧力傾斜が圧力の制御下で開始すると、これは所定の傾斜率を生じる流量が測定されるまでプログラムされた勾配で継続する。次いで、ポンプはこの測定流量において一定流量モードへ切換わり、均衡状態に達するまでこの傾斜を継続し、この時逆止弁が開いて適正な流量（あるいは組成）が確立される。
【００９７】
ポンプからの液体は１次液体により生じる圧力のため逆止弁の反対側における圧力により制限されるので、圧力は急速に均衡状態になり、この時逆止弁が開く。逆止弁の開放は、ピストンが密閉ポンプ・シリンダではなく制御された圧力システム内へ排出を開始する時、圧力の傾斜が平坦になることにより示される。この傾斜率の変化は、１次導関数ジェネレータ１９２および検出器１８８（図７）により検出される。このプロセスは、各ポンプからの液体がプログラムされた圧力になるまでシステム内の他のポンプに対して反復される。
【００９８】
より高度の整合度を達成するため、圧力トランスジューサは特定の動作条件に対して較正されるべきである。この較正は、手動によりあるいは自動的に行うことができる。圧力均衡の先の記述において、２次ポンプの出口における逆止弁が開いた後、２つのポンプ圧力が整合することが知られる。この時、トランスジューサ信号を整合させるため以後の均衡状態で使用される補正因数を生じるため圧力信号を比較することができ、これにより均衡時間を短縮する。
【００９９】
圧力を均衡させて、複数のポンプ・システムのトランスジューサ信号を相互に較正させる別の方法は、全ての逆止弁が開いて液体が流れるまでシステムにおける全てのポンプから液体を同時に配送することである。各ポンプにおける液体の始動圧力、体積および特性が知られているため、何時逆止弁を開くのに充分な液体が各ポンプから排出されたかを決定することができる。逆止弁が開くまで、ポンプは閉鎖空間内で液体を圧縮しつつある。
【０１００】
逆止弁が開いた後、全てのポンプは同じ圧力にある。この時、信号を整合させる補正因数を決定するため圧力信号を比較することができる。この方法は、ポンプが異なる液体を排出し溶媒混合物の初期の組成を常に知らねばならない場合には最適ではない。
【０１０１】
図１２において、ポンプ７０、９０、液体供給源７２、９２、弁９６、ミキサ２６Ａおよび圧力トランスジューサ９４Ａを有する液体流システム１６Ａの別の実施例が示される。本例においては、図１２に示されるようにトランスジューサが逆流防止逆止弁の下流側に接続されるならば、システム内の１つの圧力トランスジューサ９４により、７０および９０の如き複数のポンプを圧力において均衡させることができる。最初に加圧される１次溶媒ポンプ７０は、逆止弁を必要としない。９０の如き２次および他のポンプは、流路と直列に接続された９６の如き出口逆止弁を有する。
【０１０２】
運転は、２次ポンプ９０により１次ポンプ７０を低い圧力で加圧することにより開始され、これにより２次ポンプの出口逆止弁９６を圧力差で閉鎖させる。その時２次ポンプの圧力は、前項において述べた方法で１次ポンプの圧力を整合させるように傾斜する。
【０１０３】
圧力が整合すると、逆止弁９６が開いて別の液体流をミキサ出口へ解放する。増加した液体流は、摂動前にサンプルされた値に圧力を比較することにより、もしくは圧力の１次又は次の導関数における変化を検出することにより検出し得る圧力変動を結果として生じる。このプロセスは、全てのポンプがプログラムされた圧力、流量あるいは組成において配送するまでシステム内の他のポンプに対して反復される。
【０１０４】
図１３において、ポンプ７０、９０、液体供給源７２、９２、弁９６、ミキサ２６Ａおよび圧力トランスジューサ７４、９４、弁９７およびミキサ２６を有する多重ポンプ・システムの圧力を均衡化しトランスジューサ信号を較正するための更に別の液体供給システム１６Ａが示される。本例においては、圧力を強制的に一致させるため弁９７を貫通する共通流路によりトランスジューサを一時的に接続することにより、７４、９０４の如き複数のトランスジューサを整合させることができる。手動あるいは自動弁９７が、トランスジューサ間の流路に配置され、圧力信号を整合させることが要求される時に開かれる。
【０１０５】
液体が流れあるいは流れない状態では圧力は整合し、この時圧力補正因数が計算される。弁は変更可能な比率を許容し、あるいは液体の連続流の配送を許容するため閉じられる。トランスジューサは、許される時は何時でも結合弁を開くことにより較正される。この方法は、弁が開かれる時ある理由から１つのポンプから他のポンプへの溶媒流を許容することが望ましくなければ最適ではない。
【０１０６】
一旦全てのポンプが１つずつ制御された組成に対して始動状態になると、カラムまたは抽出容器に流入する液体の濃度および圧力はフィードバック・システムによりプログラムされた値に維持される。一定圧力運転モードにおいては、各ポンプ毎に異なる流量制御信号が生成されて、プログラムされた濃度と比例するようにこのポンプの流量を制御する。これらの信号は、プログラムされた圧力を表わす設定点信号と比較されて誤差信号を生じるシステム圧力を表わす１つのフィードバック信号から得られる。この誤差信号を用いて、勾配プログラマの制御下で流量因数を乗じることにより各ポンプ毎に異なる流量信号を生じる。
【０１０７】
望ましい実施態様においては、クロマトグラフの運転あるいは抽出運転中のシステムの圧力信号は、カラムまたは抽出容器と直接連通状態に接続された１つのトランスジューサから得ることもできるが、ポンプ出口と管路に対して逆止弁との間の各管路におけるトランスジューサから決定される。しかし、トランスジューサは、ポンプが管路に組込まれる期間中各ポンプの出口とその逆止弁間のポンプと関連する各管路において使用され、別のトランスジューサを付設するよりは同じトランスジューサを使用するほうが経済的である。
【０１０８】
各ポンプと関連するトランスジューサを用いて１つのシステム圧力を生じるため、１つのトランスジューサからの各信号はトランスジューサが測定中である管路内の液体のプログラムされた百分率を表わす因数で乗じられ、この乗じられた信号はシステムのフィードバック圧力信号を生じるため加算される。このように、フィードバック・システムは、ポンプ出口およびこのポンプに対する逆止弁を含む流路における圧力トランスジューサによりカラムまたは抽出容器に供給される液体の圧力および濃度の双方の制御を可能にする。
【０１０９】
【発明の効果】
以上の記述から、本発明の多種溶媒配送システムが下記の如き幾つかの利点を有することが理解されよう。即ち、（１）幾つかのポンプに対して制御フィードバックを供給すると共に最終混合流の圧力を制御するため最小限のポンプ数を使用するためかなり経済的であり、（２）液体の混合物の安定した圧力制御ならびに液体の組成に対する制御の双方を提供し、（３）高圧で混合することにより生じるポンプへの逆流を回避し、（４）逆止弁の下流側における不均等な圧力による流れの停滞を回避し、（５）混合液体流の流量および組成の双方を制御する差圧ポンプ動作を可能にすること。
【０１１０】
本発明の望ましい実施態様を特定的に記述したが、本文の教示に照らしてシステムにおける多くの変更および修正が可能である。従って、本発明が頭書の特許請求の範囲内で本文に特に述べた以外の方法で実施可能であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】液体受取り装置と結合された多種液体供給システムを示すブロック図である。
【図２】図１の多種液体制御システムにおいて使用されるコントローラを示すブロック図である。
【図３】多種の液体を受取り使用するための典型的な装置を示すブロック図である。
【図４】図１の実施例において使用されるポンプ・システムを示すブロック図である。
【図５】図１の実施例において使用可能な別のポンプ・システムを示すブロック図である。
【図６】図１のコントローラの一部を示すブロック図である。
【図７】図１のコントローラの別の部分を示すブロック図である。
【図８】図１の実施例の更に別の部分を示すブロック図である。
【図９】図１の実施例において使用可能なポンプを示すブロック図である。
【図１０】図９のポンプの一部を示す概略図である。
【図１１】図９の実施例において使用可能なポンプ制御システムを示すブロック図である。
【図１２】図１の多種液体供給システムにおいて使用可能な液体流動システムの別の実施例を示す概略フロー図である。
【図１３】図１の多種液体供給システムにおいて使用可能な液体流動システムの更に別の実施例を示す概略フロー図である。
【符号の説明】
１０  分離システム
１２  コントローラ
１４  濃度プログラマ
１６  液体供給システム
１８  混合液受取り装置
２０  第１のポンプ・システム
２２  第２のポンプ・システム
２４  第３のポンプ・システム
２６  ミキサ
３０  圧力制御回路
３２  第１のポンプ制御回路
３４  第２のポンプ制御回路
３６  第３のポンプ制御回路
３８  濃度および流量制御回路
４０  圧力およびモード選択回路
４２  システム圧力設定点
４４  個々のポンプ圧力設定点
４６  第１モード選択スイッチ
４８  第２モード選択スイッチ
５０  圧力ディップ検出器
６０  上流側弁
６２  液体抽出システム
６４  下流側弁
７０  ポンプ
７２  液体供給源
７４  圧力トランスジューサ
７６  逆止弁
８０  管路
８２  管路
９０  ポンプ
９２  液体供給源
９４  圧力トランスジューサ
９６  逆止弁
９７  弁
１０２  管路
１１０  濃度倍増器
１１２  濃度倍増器
１１４  濃度倍増器
１１６  流量サンプル／保持回路
１１８  流量サンプル／保持回路
１２０  流量入力スイッチ
１２２  流量入力スイッチ
１６０  圧力傾斜ジェネレータ
１６２  圧力サンプル／保持回路
１６４  減算回路
１６６  システム・フィードバック圧力信号ジェネレータ
１７０  フィードバック信号
１８０  加算回路
１８２  圧力倍増器
１８４  圧力倍増器
１８６  圧力倍増器
１８８  検出器
１９０  検出器
１９２  １次導関数ジェネレータ
１９４  １次導関数ジェネレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003588071.tif 000011
【図１１】
0003588071.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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