(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
命令された体積及び流量の流体をポンピングシステムによって受容システムに連続的に供給する方法であって、前記ポンピングシステムは、第１のポンプモジュールと、第２のポンプモジュールとを備えており、前記第１のポンプモジュールは、第１のポンプチャンバ及び第１のピストンを有している第１のシリンジを具備しており、また、前記第２のポンプモジュールは、第２のポンプチャンバ及び第２のピストンを有している第２のシリンジを具備しており、
前記第１のポンプチャンバを第１の選択された体積の前記流体で充填し、また、前記第２のポンプチャンバを第２の選択された体積の前記流体で充填する工程と、
選択された体積の前記流体が選択された圧力となるところの既知の同期位置へ前記第１のピストンを動かしてから、前記流体を前記受容システムに供給する工程と、
前記第１のピストンが前記流体を前記受容システムに供給している間に、前記第２のピストンを前記同期位置へと動かす工程と、
前記第２のポンプモジュールを用いて補償供給量を与えることによって、前記第１のポンプモジュールからの前記流体の供給量を補い、これにより、前記第１のポンプモジュールからの前記供給量及び前記第２のポンプモジュールからの前記供給量の合計が、前記流体の前記命令された体積及び流量に等しくなるようにする工程とを備えており、
前記第１のポンプモジュール及び前記第２のポンプモジュールから供給される供給量によって、前記受容システムに連続的に供給されている前記流体の組成又は流量に対する摂動が実質的に生じないように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記第１のピストン及び前記第２のピストンの各々に関して既知位置を決定する工程を更に備えており、前記第１のピストン及び前記第２のピストンは各々、既知のホームポジションへ作動されて、前記第１のピストン及び前記第２のピストンのその後の総ての動きに関して基準位置を確立するように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、前記第１のピストン及び前記第２のピストンは各々、それぞれのマイクロステップモータによって駆動され、前記第１のピストン及び前記第２のピストンの各々の位置は、マイクロステップ・カウンタによって追跡されるように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記既知のホームポジションは、前記マイクロステップ・カウンタのゼロカウントとして示されるように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、前記既知のホームポジションが、前記第１のポンプチャンバ及び前記第２のポンプチャンバにおけるそれぞれ前記第１のピストン及び前記第２のピストンの各々の上死点位置に実質的に等しくなるように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、前記既知の同期位置が、前記第１及び第２のポンプチャンバの各々からの流体の供給方向とは反対方向において、前記第１のポンプチャンバ及び前記第２のポンプチャンバの各々の上死点に対して遠位にある位置であるように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項７】
クロマトグラフィー装置において少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転を行う方法であって、前記クロマトグラフィー装置は、命令された体積及び流量の流体を前記クロマトグラフィー装置に連続的に供給するように構成された供給システムを具備しており、該供給システムは、第１のポンプモジュール及び第２のポンプモジュールを有するポンピングシステムを含んでおり、前記第１のポンプモジュールは、第１のポンプチャンバ及び第１のピストンを有する第１のシリンジを具備し、また、前記第２のポンプモジュールは、第２のポンプチャンバ及び第２のピストンを有する第２のシリンジを具備するように構成されており、
前記第１のピストン及び前記第２のピストンを既知のホームポジションに位置決めする工程と、
前記第１のポンプチャンバ及び前記第２のポンプチャンバの各々に選択された体積の前記流体を充填することによって、前記第１のポンプモジュール及び前記第２のポンプモジュールの各々をプライミングし、前記選択された体積の流体を、供給を保留する選択された供給圧力まで予備圧縮するプライミング工程と、
前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転がユーザが指定する作動パラメータで実行されるように前記装置を構成し、アイドル状態に入れて前記装置が前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転の開始を保留するようにする工程と、
前記装置が同期状態で作動するように前記装置に命令を与え、前記同期状態においては、前記第１のピストン及び前記第２のピストンの中の一方が前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転が開始されるところの既知の同期位置へ作動されるまで、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転が開始されず、これにより、前記装置及び供給システムの各運転毎の機械的及び流体力学的な性能を実質的に終始一貫したものにする命令工程と、
前記同期状態からアクティブ運転状態に入れ、このアクティブ運転状態の間には、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転が前記ユーザが指定する作動パラメータにしたがって実行されるようにする工程とを備え、
前記同期状態から前記アクティブ運転状態に入れる工程が、
前記第１のピストンを前記既知の同期位置へ動かし、この同期位置において、前記流体が前記クロマトグラフィー装置への前記流体の供給を行う選択された圧力になるようにする工程と、
前記第２のポンプモジュールを用いて補償供給量を与えることによって、前記第１のポンプモジュールからの前記流体の前記供給量を補い、これにより、前記第１のポンプモジュールからの前記供給量及び前記第２のポンプモジュールからの前記供給量の合計が、前記流体の前記命令された体積及び流量に等しくなるようにする工程とを備えること、を特徴とする方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、前記プライミング工程は、前記第１及び第２のポンプモジュールの中の前記流体の圧力を徐々に上昇させると同時に、前記選択された体積の流体を選択された供給圧力まで圧縮する工程を備えていること、を特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７に記載の方法において、前記装置が前記ユーザが指定する作動パラメータに平衡化されるまで、前記アイドリング状態を維持すること、を特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法において、前記命令工程は更に、前記装置が前記同期状態及び非同期注入準備状態の中の一方の状態で作動するように、前記装置に命令を与える工程を備えており、前記非同期注入準備状態においては、前記装置が前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転の開始をトリガする注入事象を待つように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、前記注入事象は、手動操作による注入事象又は自動的な注入事象によって、前記非同期注入準備状態にトリガされるように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項７に記載の方法において、前記第１のピストンが、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転の第１の運転が開始されるところの前記既知の同期位置へ作動されるまで、前記第１の運転が開始されず、また、前記第１のピストンが、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転の第２の運転が開始される前記既知の同期位置へ再度作動されるまで、前記第２の運転が開始されず、これにより、前記装置及び供給システムの各運転毎の機械的及び流体力学的な性能を実質的に終始一貫したものにするように構成されたこと、を特徴とする方法。
【請求項１３】
命令された体積及び流量にしたがって受容システムに流体を連続的に供給する流体供給システムであって、
第１のポンプモジュール及び第２のポンプモジュールを具備しており、前記第１のポンプモジュールが、第１のポンプチャンバ及び第１のピストンを有する第１のシリンジを含み、また、前記第２のポンプモジュールが、第２のポンプチャンバ及び第２のピストンを有する第２のシリンジを含むように構成された、ポンピングシステムと、
選択された体積の前記流体が選択された圧力となるところの既知の同期位置へ前記第１のピストンを最初に動かしてから、前記第１のポンプモジュールで前記受容システムに前記流体を供給するように、前記ポンピングシステムを制御する、制御装置とを備えており、
該制御装置は更に、前記第１のピストンが前記流体を前記受容システムに供給している間に前記第２のピストンを前記同期位置へと動かし、その後、前記第２のポンプモジュールを用いて補償供給量を与えることによって、前記第１のポンプモジュールからの前記流体の供給量を制御し、これにより、前記第１のポンプモジュールからの前記供給量及び前記第２のポンプモジュールからの前記供給量の合計が前記流体の前記命令された体積及び流量に等しくなるように、構成されており、
前記第１のポンプモジュールの前記供給量及び前記第２のポンプモジュールを用いる前記補償供給量が、前記受容システムに連続的に供給されている前記流体の組成又は流量に対する摂動を実質的に生じさせないように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の流体供給システムにおいて、
前記制御装置は、前記第１のピストン及び前記第２のピストンの各々を既知のホームポジションへ作動させ、これにより、前記第１のピストン及び前記第２のピストンのその後の総ての動きに関して基準位置を確立することによって、前記ポンピングシステムを制御するように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の流体供給システムにおいて、前記第１のピストン及び前記第２のピストンは各々、それぞれのマイクロステップモータによって駆動され、前記第１のピストン及び前記第２のピストンの各々の位置がマイクロステップ・カウンタによって追跡されるように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の流体供給システムにおいて、前記既知のホームポジションが、前記マイクロステップ・カウンタのゼロカウントとして示されるように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項１７】
請求項１４に記載の流体供給システムにおいて、前記既知のホームポジションが、前記第１のポンプチャンバ及び前記第２のポンプチャンバのそれぞれの中にある前記第１のピストン及び前記第２のピストンの各々の上死点位置に実質的に等しくなるように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項１８】
請求項１３に記載の流体供給システムにおいて、前記既知の同期位置が、前記各々のチャンバからの流体の供給方向とは反対方向において、前記第１のポンプチャンバ及び前記第２のポンプチャンバの各々の上死点に対して遠位の位置であるように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項１９】
請求項１３に記載の流体供給システムにおいて、前記制御装置は、種々の状態を行う機械の状態を実行し、
前記種々の状態が、
前記第１のピストン及び前記第２のピストンが、既知のホームポジションに位置決めされ、前記第１のポンプチャンバ及び前記第２のポンプチャンバの各々に選択された体積の前記流体を充填し、前記選択された体積の流体を、供給を保留する選択された供給圧力まで圧縮することによって、前記第１及び第２のポンプモジュールの各々がプライミングされる、パワーアップ初期化状態と、
当該流体供給システムが、少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転の開始を保留していて、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転をユーザが指定する作動パラメータで行わせるようにする、アイドリング状態と、
前記第１のピストン及び前記第２のピストンの一方が、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転が開始されるところの既知の同期位置へ作動されるまで、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転が開始されず、これにより、前記装置及び供給システムの各運転毎の機械的及び流体力学的な性能を実質的に終始一貫したものにする状態である、同期状態と、
前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転が前記ユーザが指定する作動パラメータにしたがって行われるように前記同期状態から入る、アクティブ運転状態とを含むこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の流体供給システムにおいて、前記第１のポンプモジュール及び前記第２のポンプモジュールのプライミング動作が、前記第１及び第２のポンプモジュールの中の流体の圧力を徐々に上昇させると同時に、前記選択された体積の流体を選択された供給圧力まで圧縮する動作を含むこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項２１】
請求項１９に記載の流体供給システムにおいて、当該流体供給システムが前記ユーザが指定する作動パラメータに平衡化されるまで、前記アイドリング状態が維持されるように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項２２】
請求項１９に記載の流体供給システムにおいて、前記制御装置が更に、前記装置が前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転の開始をトリガさせる注入事象を待つ状態である、注入準備状態を実行するように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項２３】
請求項２２に記載の流体供給システムにおいて、前記注入事象が、手動操作による注入事象又は自動的な注入事象の一方によりトリガされて、前記注入準備状態になるように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項２４】
請求項２２に記載の流体供給システムにおいて、前記同期状態及び前記注入準備状態の一方から前記アクティブ運転状態に入るように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【請求項２５】
請求項１９に記載の流体供給システムにおいて、前記第１のピストンが、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転の第１の運転が開始されるところの既知の同期位置に作動されるまで、前記第１の運転が開始されず、また、前記第１のピストンが、前記少なくとも１つのクロマトグラフィーの運転の第２の運転が開始されるところの既知の同期位置に再度作動されるまで、前記第２の運転が開始されず、これにより、前記装置及び供給システムの各運転毎の機械的及び流体力学的な性能を実質的に終始一貫したものにするように構成されたこと、を特徴とする流体供給システム。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、液体クロマトグラフィー計測器及び溶媒供給システムに関し、より詳細には、クロマトグラフのポンピングシステムを制御する方法及び装置に関する。
発明の背景
高圧液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）の溶媒供給システムは、単成分液体又は液体混合物（共に「移動相」として知られている）を供給するために使用されており、上記単成分液体又は液体混合物の圧力は、ほぼ大気圧から数千ポンド／平方インチの程度の圧力まで変化することができる。上記圧力は、移動相を固定相サポートの流体通路に通すために必要とされ、この流体通路においては、溶存分析物の分離を生じさせることができる。上記固定相サポートは、粒子の充填層、薄膜又は薄膜の集合体、あるいは、開放管を含むことができる。分析条件は往々にして、分析の過程の間に移動相の組成を変えることを必要とする（この様式は、「勾配溶離」と呼ばれている）。勾配溶離においては、移動相の粘度が変化し、これに応じて、所要の体積流量を維持するために必要な圧力が変化することになる。
別の分析条件は、移動相の組成を時間経過と共に一定に維持することを必要とすることがある（この様式は、「定組成溶離」と呼ばれている）。しかしながら、一定の組成は、複数の成分の混合物から生ずることができ、そのような複数の成分の相対的な量は往々にして、分離という目的を達成するために、分数のパーセントのレベルまで調節することが必要とされる。
液体クロマトグラフィーにおいては、適正な分離手法（ハードウェア、ソフトウエア及び化学組成を含む））を選択すると、注入された試料混合物がその各成分に分離する。これら各成分は、合理的に明確な別個のゾーン又は「バンド」になって溶離する。これらバンドが検知器を通過する際に、それぞれのバンドの存在を監視することができ、検知器の出力（通常は、電気信号の形態）を発生させることができる。溶離バンドの中の分析物の濃度のパターンは、術語である「クロマトグラフのピーク」を生じさせる。上記パターンは、時変電気信号によって表すことができる。ピークは、注入時間（すなわち、注入時間はゼロに等しい）に対するそれぞれの「保持時間」に関して特徴づけることができる。上記保持時間は、バンドの中心が検知器を通過する時間である。多くの用途において、ピークの保持時間を用い、標準試料及び較正試料に関連づけられた分析に基づいて、溶離分析物の独自特性を推定する。ピークに関する保持時間は、移動相の組成、並びに、固定相を通過した移動相の積算体積によって強く影響される。
クロマトグラフィーの有用性は、ラン・ツウ・ラン再現精度（ｒｕｎ−ｔｏ−ｒｕｎ  ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ）に大きく依存し、従って、１セットの運転において標準試料又は較正試料を分析し、その後、測定用試料すなわち未知試料を分析し、更にその後に、より多くの標準試料を分析することができ、これにより、その結果生ずるデータに信頼をもつことができる。周知のポンピングシステムは、幾つかの非理想的な特性を示し、これらの特性は、分離性能を低下させると共に、ラン・ツウ・ラン再現精度を低下させる。周知のポンピングシステムが示す上述の非理想的なポンプ特性の中でも、溶媒組成の変動及び／又は体積流量の変動が一般的である。
周知のＨＰＬＣポンピングシステムに存在する体積流量の変動は、与えられた分析物に関する保持時間を変化させるので不都合である。すなわち、分析物が固定相の中に保持される時間量は、望ましくない体積流量の変動の関数として変動するので望ましくない。これにより、その成分の保持挙動から試料すなわちサンプルの独自特性を推測する際に困難性が生ずる。体積流量の変動は、複数のポンプの出力を合計して溶媒組成を与える際に、溶媒組成の変動を生じさせることがある。
周知のＨＰＬＣポンピングシステムに存在する溶媒組成の変動は、当該システムの分析物検知器との不都合な相互作用を生じさせ、あたかもサンプルの存在から生じたように検知される摂動を生じさせることがある。事実、干渉信号が発生する。この干渉信号は、分析物に起因する実際の信号と合計され、未知のサンプルの量が溶離試料のピークの面積から計算される際に、誤差を発生する。
従来技術は、溶媒の供給を制御し、分析用計測器のための供給システムの吐出量の摂動を最小限にすること、を目的とした技術並びに機器のシステム設計で一杯である。液体クロマトグラフィーの如き用途で使用されるように流体を高圧で供給する、無数のポンプの形態が周知である。米国特許第４，８８３，４０９号（’４０９特許）に開示されるポンプような周知のポンプは、少なくとも１つのプランジャ又はピストンを組み込んでおり、該プランジャ又はピストンは、流体が導入されるポンプ室の中で往復動する。ポンプ室の中で往復動する上記プランジャの振動数及びストローク長を制御して、ポンプから吐出される流体の流量を調節する。しかしながら、プランジャを駆動するためのアセンブリは、駆動されているプランジャに望ましくない運動を生じさせることのある要素の複雑な組み合わせであり、上記望ましくない運動は、供給システムの吐出量を精確に制御することを困難にすると共に、クロマトグラフの基準線に「ノイズ」すなわち検知可能な摂動と呼ばれるものを生じさせる。上記ノイズの多くは、システムにおけるランダムな統計的な変動から生ずるのではなく、それらの多くは、ポンプの機械的な「符号定数」の関数である。機械的な符号定数は、単数又は複数のピストンを駆動する直線運動を生み出すためにポンプに使用されるボール／ネジ駆動機構、歯車、及び／又は、他の構成要素の異常の如き、機械的に関係する現象に関係づけられるか、あるいは、高度の処理、もしくは、溶媒圧縮の開始又は完了、又は、シリンダからの溶媒供給の開始の如き物理的な現象に関連づけられる。
上記’４０９特許、並びに、米国特許第５，３９３，４３４号に開示される如き、液体クロマトグラフィーの用途において液体を供給するための代表的な周知のシステムは、往復動プランジャを各々有していて相互に接続された２つのポンプヘッドを有する、複式ピストンポンプを備えている。プランジャは、吐出量の変動を最小限にするために、所定の位相差で駆動される。ピストンのストローク長及びストローク振動数は、ピストンが別個に同期して駆動されているときに、独立して調節することができる。予備圧縮を各々のポンプシリンダにおいて与えられたポンプサイクルで行って、流体の圧縮性の変動を補償し、これにより、実質的に一定のシステム圧力及び吐出流量を維持することができる。
しかしながら、従来技術で周知のそのようなシステムにおいては、あるピストンストロークから次のピストンストロークまで、あるいは、あるクロマトグラフィーの運転から次のクロマトグラフィーの運転まで、流体圧縮又は流体供給の開始又は完了の如き重要な物理的な事象がポンプの正確な既知の機械的な位置で生ずるという保証はない。また、従来技術で周知のそのようなシステムにおいては、あるピストンストロークから次のピストンストロークまで、あるいは、あるクロマトグラフィーの運転から次のクロマトグラフィーの運転まで、正確な既知の機械的な位置の確保が一連のクロマトグラフの運転において規定の反復可能な点で行われるという保証はない。
周知の供給システムを用いた場合には、クロマトグラフの運転の終了時に、システムの各々のアクティブポンプは、外観上任意の機械的な位置又は位相に存在することができる。新しい運転が任意の機械的な位相から直接開始された場合には、そのシステムの機械的な符号定数が異なり、クロマトグラフ分析の結果に悪影響を与える。
このことは、システム圧力を動的に変えて溶媒の粘度が変化しても一定の流量を維持する必要がある、クロマトグラフィーの勾配モードにとって特に重要である。システムの流体圧特性、特に、システムの流体圧キャパシタンスは、ポンプの機械的な位相の関数として変化する。システムの流体圧キャパシタンスの変動は、流体圧的なシステム応答の時定数を変化させることになる。従って、吐出圧プロファイルのトラッキング（追随）、及び、実際の体積吐出量は、運転ごとに正確に反復されない。複数のクロマトグラフの運転にわたって、クロマトグラフのピークと周囲の基準線の特徴との間に相対的な動きが生じ、この相対的な動きは、ピーク領域及び保持時間を決定する精度に悪影響を与え、従って、サンプル量を保証しそのサンプルの独自特性を推定するクロマトグラフィーの能力に悪影響を与える。
発明の概要
本発明は、能動的な位相調整を実行して、進行中の流量の摂動を実質的に生じさせることなく、供給システムの被動要素の実質的に正確な機械的な位置を積極的に回復し、運転ごとの溶媒吐出量の再現精度を向上させる、溶媒供給方法及び装置を提供する。
本発明によれば、溶媒供給システムは、ポンプの複数のピストンを既知の位置まで知能的に駆動する機構を含み、単数又は複数の流体を既知の圧力で供給するように構成される。本システムのアクティブポンプの各々の供給シリンジは、次の運転が開始される前に、既知の機械的な位相へ復帰され、その際には、本システムに供給される所要の体積流量及び溶媒組成が維持されると共に、運転という意味において、あるポンプモジュールから次のポンプモジュールへのその後の総ての遷移すなわち受け渡しを同じ組の論理ステップを用いて取り扱うことができる。
供給システムは、少なくとも１つの「論理ポンプ」を備えており、この論理ポンプは、少なくとも２つのポンプモジュールを含んでおり、これらポンプモジュールは各々、モータ駆動される複数のシリンジを有している。これらシリンジはそれぞれ、ピストン又はプランジャを備えており、これらピストン又はプランジャは、マイクロプロセッサ制御装置の如き制御機構の制御下で、往復動するように構成されている。ポンプの位相調整は、上記複数のシリンジが同期して作動することによって実行される、補完的な又は補償的な供給機構を用いて行われる。供給システムの論理ポンプを構成する複数のポンプモジュールの中の任意のポンプの独立したモータ駆動型のシリンジが、システムに対する規定の吐出流量を保管する又は維持する供給シリンジとして作用する機能を有しており、一方、上記論理ポンプの他のシリンジは、負荷を受けた状態で再設定される。吐出流量を維持する上述の供給シリンジを用いることにより、再設定しているすなわち位相調整されているシリンジは実質的に同時に、目標位置及び目標圧力に到達することができる。単数又は複数のシリンジを既知の位相へ復帰させる行為は、受容システムに連続的に供給されている移動相の組成又は流量に実質的に摂動を発生させない。
本発明の特徴は、高性能液体クロマトグラフィーのように、溶媒のポンピング作用、溶媒組成の勾配の発生、及び、溶媒の混合作用が、分析の正確性、精度及び感度にとって極めて重要である、分析システムの向上を含む。本発明に従って構成されたシステムは、単数又は複数の供給機構（例えば、ポンプ）の機械的な符号定数及び流体圧特性の決定的な性質を利用して、クロマトグラフシステムの定性的及び定量的な機能を改善し、これにより、分析物の保持時間の可変性を減少させ、また、ポンプにより誘発される検知器の干渉を安定化させることによって、複数の運転の間のデータの一貫性を改善する。
【図面の簡単な説明】
本発明の上述の及び他の特徴並びに利点は、例示的な実施の形態に関する以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことにより、十分に理解されよう。
図面において、
図１は、本発明によるアクティブポンプの位相調整を実行するシステムの論理ポンプのブロック図であり、
図２は、本発明によるアクティブ位相調整を組み込んだシステムのシステム運転状態の状態図であり、
図３は、本発明によるアクティブ位相調整を組み込んだシステムにおいてシリンジピストンをホームポジション（定位置）へ作動させるプロセスを示す流れ図であり、
図４は、本発明によるアクティブ位相調整を組み込んだシステムにおいてポンプのプライミングを行うプロセスを示す流れ図であり、
図５は、本発明によるアクティブ位相調整を組み込んだシステムにおいてシリンジを充填するプロセスを示す流れ図であり、
図６Ａは、図１の論理ポンプの第１及び第２のシリンジの可能性のある初期状態、並びに、これに対応する図６Ｂの流れ図によるアクティブ位相調整工程を示す表であり、
図６Ｂは、本発明によるアクティブ位相調整に伴う機械的な工程を示す流れ図であり、
図７は、同期シリンジにおけるシリンジ位置の概略図である。
詳細な説明
本発明によるアクティブポンプの位相調整作業は、少なくとも２つのポンピングユニットを備える連続供給システムで実行されるのが好ましく、そのような連続供給システムは、例えば、本件出願と同時に係属していて同一の出願人によって所有されている、１９９７年６月１０日に発行された”ＳＯＬＶＥＮＴ  ＰＵＭＰＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭ”と題した米国特許第５，６３７，２０８号明細書に記載されており、この米国特許明細書は、ここで参照することによりその全体が本明細書に組み込まれるものとする。そのようなシステムは、図１に示す論理ポンプによって構成されており、この論理ポンプは、実質的に同一な２つのポンプモジュール１０ａ、１０ｂを備えており、これらポンプモジュールは、互いに協働して、論理ポンプからの連続的な供給を行うように作動する。ポンプモジュール１０ａ、１０ｂは各々、マイクロステップモータで駆動されるプランジャ又はピストン１２ａ、１２ｂによって形成されたシリンジを備えており、上記プランジャ又はピストンは、それぞれのポンプ室１４ａ、１４ｂから流体を押し出すように作動可能である。各々のシリンジは、専用の圧力センサ１６ａ、１６ｂを備えており、これら圧力センサは、それぞれの圧力信号をマイクロプロセッサ制御装置（図示せず）に与える。それぞれの切換弁１８ａ、１８ｂ並びにこれらに関連する弁アクチュエータが、マイクロプロセッサの制御下で作動して、各々の弁に関して少なくとも３つの機能位置を実行する。これら機能位置は、「充填」位置、「デッドエンド（行き止まり）」位置（すなわち絶縁位置）、及び、「供給（吐出）」位置を含んでいる。
本供給システムは、上述の米国特許に記載されているように、多数の別個の状態を変遷して完全な供給サイクルを実行する。そのようなシステムは、本発明によるアクティブ位相調整作業を実行するように適正に構成されており、上記システムには、各々のピストンに関して専用のモータが設けられていて、第１のピストンの第２のピストンに対するピストン運動を切り離すようになっている。従って、他方のポンプモジュールが供給している間に、あるいは、係合している間に、溶媒の圧縮性を一方のポンプモジュールにおいて「オフライン」で対処することができる。すなわち、関連する切換弁がデッドエンド位置にある間に、大気圧の溶媒を一方のポンプ室の中に入れ、他方のポンプモジュールの作動とは独立して、圧縮する（一般的には、システム圧力まで上昇される）ことができる。オフラインで圧縮された溶媒を所望の圧力保留吐出口に保持し、最終的には、厳密に平衡させて必要に応じて供給することができる。
上述の米国特許に記載された代表的な論理ポンプの具体例においては、切換操作の際の体積誤差を全くもたない切換弁を用いており、これにより、デッドエンド室からの新しい体積の液体を、システム圧力の正味の変化を全く生ずることなく、また、切換の際の体積誤差を全く生ずることなく、オンラインで搬送することができる。これに応じて、以前にオンラインであったシリンジがオフラインになると、システム圧力の正味の変化は全くなく、また、体積誤差も全くない。上述の供給システムは、各運転の開始に伴うシステム圧力の急激な変遷を全く生ずることなく、連続的な供給を行う。それぞれのポンプヘッドと直接調和している圧力センサは、オフライン室又はシリンダ圧力の充填及び排出を監視し、システムの溶媒の流れと流体圧的に連続している少なくとも１つのセンサが常に存在するように構成されている。
従来技術で周知の位相外れカム型単一モータポンプとは反対に、各々のピストンに個別のモータを使用することにより、補償供給を行うことのできる本発明によるアクティブ位相調整作業が容易になり、論理ポンプの他方のポンプモジュールが補償供給を行っている（すなわち、負の供給、あるいは、調節され／減少された正の供給を行っている）間に、上記論理ポンプの一方のポンプモジュールを負荷の下で「同期」位置に再設定することができる。従って、論理ポンプからの流体供給が、再設定／同期位置決め操作の間に中断されることはない。論理ポンプの中における液体の上記効果的な直交流は、供給システムの各々のポンプモジュール並びに供給システム全体を作動中に再度整相することを可能にする。供給システムのそのような再位相調整又はアクティブ位相調整は、総てのクロマトグラフィーの運転を既知の機械的な開始位相又は開始位置から進行させることを可能にすると共に、一つの運転が実行されている間の機械的な位相調整を維持することを可能にする。従って、ポンプの機械的な位相の関数としての溶媒供給の可変性が、クロマトグラフの変化する横断運転として実質的に除去され、ラン・ツウ・ラン再現精度を向上させる。
当業者には理解されるように、クロマトグラフの実行作業は、幾つかの流体を対応する数の論理ポンプによってポンピングする作業を含むことができる。本発明によるアクティブ位相調整作業は、供給システムの総ての論理ポンプが次の運転の開始の前に既知の機械的な位置へ復帰されたときに最適に実行され、その場合には、上記既知の位相へ復帰させる行為が、受容システムに連続的に供給されている移動相の組成又は流量に実質的に摂動を生じさせることはない。
一般的に、アクティブ位相調整作業は、一連の連続的な動作として実行される。この一連の連続的な動作は、同期すべきシリンジ（あるいは、「同期シリンジ」）と命名されるシリンジを有する第１のポンプモジュールと、補助シリンジ（「非同期シリンジ」）と命名されるシリンジを有していて機械的に上記第１のポンプモジュールと実質的に同一の第２のポンプモジュールとから構成される、単一の論理ポンプに関して以下に詳細に説明され、また、図２乃至図７に示されている。上記一連の連続的な動作は、アクティブ位相調整作業を開始させる命令が出されたときのポンプの機械的な位相の「スナップショット」に応じて、若干変化する（すなわち、より多くの又はより少ない機械的な位相を必要として、より長く又はより短くなる）。すなわち、アクティブ位相調整作業は、連続的に供給する論理ポンプから成る上記２つのポンプモジュールのそれぞれのシリンジ（すなわち、同期及び非同期）の状態の関数である動作を含む。ポンプの実際の動作は、「位相調整すべき」シリンジ（すなわち、同期シリンジ）を有するポンプモジュールがその時点において供給ポンプモジュールであるか否か、及び、非同期シリンジと命名された補助ポンプモジュール（すなわち、第２のポンプモジュール）が位相調整作業を実行するに十分な残留容量を有しているか否かに依存する。各々のポンプモジュールの状態に関する情報が、ピストン位置データ及びユーザが要求した流量又は命令された流量に基づく計算によって、制御装置で直接得ることができる。この例示的な実施の形態においては、ピストン位置は、そのピストンを基準位置（「ホーム」位置）に対する方向に作動させる駆動モータが実行する多数の微小段階すなわちマイクロステップ（ｍｉｃｒｏｓｔｅｐ）として維持される。
本発明によるアクティブ同期は、この例示的な実施の形態においては、制御マイクロプロセッサ上で実行される監視制御プログラムによって行われる。図２は、供給システムの作動、並びに、このシステムの任意の時点における特定の状態又は作動モードを決定する種々の事象又はユーザが出した命令の状態図である。ユーザが出した命令は、当業界で周知のグラフィカル・ユーザ・インターフェース（ＧＵＩ）の如きユーザ・インターフェースを介して、クロマトグラフシステムに与えられる。事象は、動力時システム始動、又は、システムハードウェアによって指定された動作の完了の如き、システムの活動によって促進されるシステム発生である。
動力時リセット動作の形態の事象は、重要なシステム・リソースの動力時自己検査を開始させる。上記システム・リソースは、基本的には、制御マイクロプロセッサを含むシステムのＣＰＵボードに限定される。当業界で周知の低水準の検査、例えば、ＲＡＭの妥当性検査、ＥＰＲＯＭのチェック・サム、Ａ／Ｄ変換器の機能検査等が成功裏に完了すると、制御装置は、システムの残りのハードウェア・エレメントの初期化を引き続き行う。そのような初期化作業は、各々のポンプモジュールのピストンを既知位置に位置決めする作業を含む。その後、ポンプモジュールは、供給を行うようにプライミングされる。
本発明による機械的なアクティブ位置に特に関連して、「待機」状態に入る前にシステムの各々のポンプモジュールに関して行われる重要な初期化動作は、「ホーム」位置への初期化作業、すなわち、各々のポンプモジュールの位置を既知位置に位置決めする作業である。「ホーム」位置への位置決め作業を行うために使用される一連の連続的な事象は、図３に示されている。
論理ポンプのポンプモジュールのピストン位置は、最初は（理論的に）未知である（ステップ３０）。ポンプモジュールの切換弁を「充填」位置にする（ステップ３２）と、このピストンは、ＴＤＣ（上死点）から約０．０５ｍｍ（約０．００２インチ）離れる方向に動かされ（ステップ３４）、関連する圧力センサを介してシリンダの基準圧力を決定する（ステップ３６）。ピストンが再位置決めされて基準圧力が決定された後に、そのピストンは、「ホーム」位置センサがトリガされるまで、ＴＤＣに向かって動かされる（ステップ３８）。上記ピストンは、ＴＤＣ位置と実質的に等しい「ホーム」位置で停止し、ポンプモジュールの位置カウンタ（すなわち、マイクロステップ・カウンタ）は、ゼロに設定される（ステップ４０）。ピストンはその後、この例示的な実施の形態においてはＴＤＣから約０．０５ミリ（約０．００２インチ）の距離である、ＴＤＣから「供給位置の終点」までの距離だけ動かされ（ステップ４２）、その位置において、圧力センサを較正してゼロ圧力（すなわち、０ＰＳＩＧ）の値を確立することができる（ステップ４４）。この時点において、「ホーム・シーケンス」が終了し（ステップ４６）、各々のポンプモジュールに関する実際のピストン位置が既知となる。単数又は複数のポンプモジュールの機械的な要素の物理的位置（「ホーム」に相当する）は、駆動モータの単一のマイクロステップまでの高い分解能で得ることができる。システムがパワーアップする間に一旦「ホーム」を得ると、ポンプモジュールのピストンのその後の総ての位置決め作業は、デジタル式のステップカウントによって行われることを理解する必要がある。「ホーム」位置決めシーケンス（図３に関して説明する）は通常、パワーアップ初期化作業の間にだけ実行され、パワーが中断されたり、あるいは、完全な初期化作業を必要とするシステム状態（例えば、ピストン位置エラー）が発生したりしない限り、再度実行されることはない。
ポンプのプライミング作業が、別の重要な初期化作業であり、この初期化作業は、クロマトグラフィーのいずれかの運転状態に入る前に行われる。ポンプのプライミング作業のシーケンスは、図４に示されている。このプライミング作業のシーケンスは、供給しないポンプモジュールの状態（ステップ５０）、及び、同じ論理ポンプの供給するポンプモジュールの状態（ステップ５２）を実質的に同時に決定することによって、開始される。各々のポンプモジュールのそれぞれの状態（すなわち、供給しないポンプモジュール及び供給するポンプモジュールの状態）は、それぞれのピストンの位置が未知であるエラー状態（ステップ５４、ステップ５６）、予圧縮、供給又は圧縮のいずれかを行う加圧状態（ステップ５８、ステップ６０）、あるいは、「ホーム」位置において行われる、又は、「充填」位置において切換弁により減圧が行われる、もしくは、パージ作業が行われる、非加圧状態（ステップ６２、ステップ６４）の中のいずれか一つの状態である。
供給するポンプモジュール又は供給しないポンプモジュールのピストン位置が未知であれば、その単数又は複数のポンプモジュールのピストンを「ホーム」位置に動かすことによって、既知位置が確立される（ステップ６６、ステップ６８）。いずれかのポンプモジュールが加圧状態にある場合には、そのポンプモジュールを減圧しなければならない（ステップ７０、ステップ７２）。
ピストンを既知位置にし、また、それぞれのポンプモジュールを減圧状態にすると、図５に関して後に説明するように、ポンプモジュールを充填し（ステップ７４、ステップ７６）、予備圧縮し（ステップ７８、ステップ８０）、システム圧力まで圧縮し（ステップ８２、ステップ８４）、供給状態にする（ステップ８６、ステップ８８）ことができる。ポンプモジュールを供給状態にした後に、供給状態にある両方のポンプモジュールでシステムをペンディング状態にし（ステップ９０）、システム入力がクロマトグラフの運転モードになるペンディング状態にする。
図５に示す充填作業のシーケンスは、関連するポンプモジュールが、供給するために必要な適正体積の液体を有して、他方のポンプモジュールの再位置決め作業又は再位相調整作業を行うことを可能にする。この例示的な実施の形態における適正体積は、通常の供給を行うために必要とされる流体体積に同期シリンジの再位置決め作業又は再位相調整作業の間の交換を行うために必要とされる体積、すなわち、同期ピストンの再位置決め作業を行うために必要とされる補完流量を加えた体積である。充填作業は、関連する切換弁（図１の１８ａ又は１８ｂ）を「充填」位置へ動かし（ステップ２０）、ピストンが供給位置の始めにあることを対話式に検査する（ステップ２２）ことによって、開始される。この例示的な実施の形態における供給位置の始めは、上死点（ＴＤＣ）から約１２．７ｍｍ（約０．５インチ）動いた点である。ピストンが供給位置の始めにある場合には、そのピストンは、供給を行うための適正体積の液体を有しており、従って、充填作業のシーケンスは終了する（ステップ２４）。ピストンが供給位置の始めにない場合には、充填作業のシーケンスを終了させるために、そのピストンをそこまで動かさなければならない（ステップ２６）。充填作業のシーケンスは、ポンプのプライミング作業の間にだけ行われるのではなく、論理ポンプが作動している間にも定常的に実行されることに注意する必要がある。
システムのパワーアップの間に「ホーム」位置が達成された後には、デジタル式位置カウンタのハードウェア及びソフトウエアが始動される（すなわち、ゼロ位置から動く）。他の総ての位置追跡作業が、マイクロステップ式のデジタルカウントの増分作業及び減分作業を行うことによって行われ、これにより、機械的な位置を表す不確実性が時間経過と共にシステムに導入されることは全くない。再度図２を参照すると、初期化作業は、システムがパワーアップされて流体を何等供給しない「待機モード」又は「アイドリングモード」に移行する（ステップ１００）ことによって終了する。システム制御の下で、使用可能な総てのポンプモジュールをプライミングして供給を行うことができる。システムは「待機」状態にあり、この「待機」状態においては、ポンプ、検知器及びヒータの如き総てのハードウェア要素は、「静止」状態にあって、オペレータが診断モード（ステップ１０２）又はアイドル運転モード（ステップ１０４）を出すのを待つ。
診断モード進入命令に応答して、「待機」状態（ステップ１００）から診断モード（ステップ１０２）に入ることができる。当業者には理解されるように、診断モードにおいては、種々のシステム診断を行って、基本的なシステム動作を検査することができる。診断モード退出命令に応答して診断モードから出ると、システムは「待機モード」（ステップ１００）に戻る。
運転モードに入るようにユーザが出す命令（ユーザ出力命令）に応答して、「待機」状態（ステップ１００）からアイドル運転モード（ステップ１０４）に入ることができる。アイドル運転モード（ステップ１０４）は、クロマトグラフィーの運転を開始するときにシステムが入ることのできる幾つかのモードの中の一つのモードである。アイドル運転モードにおいては、収集されるすなわち集められるクロマトグラフィーの実際の運転データは全く存在しないが、システムは、ユーザが特定した運転パラメータ（組成、カラム温度等を含む）に従って、その初期状態にある。このアイドル運転モードは、クロマトグラフィーのカラムが平衡化して指定された状態になるようにする何らかの選択された期間にわたって維持され、これにより、新しい組の運転パラメータ（例えば、新しい組成等）に伴う遷移状態を避ける。
アイドル運転モード（ステップ１０４）においては、運転状態は、それ以前の運転の終点の周囲からのループの結果として設定することができたものであり、この場合には、運転状態は、それ以前の運転の終点において有効であった状態と同じ状態である、ということを理解する必要がある。ユーザは一般的に、最終的な状態が初期状態と同じ状態になり（すなわち、初期状態が、勾配運転の終了時に自動的に回復される）、これにより、ループ操作が極めて予測可能に作動するように、勾配プロファイルを構成する。そうではなく、システムのパワーアップの後に最初にアイドル運転モードに入ることができ、この場合には、ユーザは、ユーザ・インターフェースを介して、システムのどの初期状態が有効になるかを指定する。いずれの場合にも、ポンプのプライミングシーケンスは、アイドル運転モードに移行させるように、成功裏に完了していなければならない。
カラムがアイドル運転モード（ステップ１０４）において平衡化されて、安定的な運転が利用可能になると、注入準備状態（ステップ１０６）に入るようにシステムに命令することができる。注入準備は、手動操作又は当業界で周知の自動インジェクタによってトリガされる注入事象をシステムが待っている状態である。注入事象が起こると、システムはアクティブ運転状態（ステップ１０８）に移行する。注入準備状態（ステップ１０６）からアクティブ運転状態（ステップ１０８）への移行を生じさせる注入事象は、どのような特定の機械的な事象とも同期しない（すなわち、注入準備状態（ステップ１０６）を通って入るアクティブ運転状態（ステップ１０８）は、ポンプアクティブ位相調整（すなわち、本発明によるポンプ同期化）を利用しない）ことを、理解する必要がある。
アクティブ運転状態（ステップ１０８）の間には、クロマトグラフィーの運転が実際に実行されているので、運転タイマが作動している。装置が勾配モードで運転されている場合には、その勾配は、アクティブ運転状態の間に実行される。クロマトグラフィーのデータが収集され、オペレータによって指定されたクロマトグラフィーの運転におけるあらゆる調時された事象が実行される。アクティブ運転状態（ステップ１０８）においては、クロマトグラムが発生される。この例示的な実施の形態におけるアクティブ運転状態（ステップ１０８）は、クロマトグラムが完了したことを表す運転事象の終了（この場合には、システムはアイドル運転モード（ステップ１０４）に戻る）、オペレータが出す運転中断命令（例えば、収集されているデータが装置の不安定な状態を表している：この場合には、システムは、アイドル運転モード（ステップ１０４）に戻る）、及び、システムハードウェアによって検知され何らかのシステムの故障を表す深刻な故障事象（この場合には、システムは「待機」状態（ステップ１００）に戻る）のいずれかによって終了される。
本発明によれば、システムは、アイドル運転状態（ステップ１０４）から、過渡的な同期状態（ステップ１１０）を通って、アクティブ運転状態（ステップ１０８）へ移行することができる。上記同期状態（ステップ１１０）は、本発明によるアクティブ位相調整を行う。ポンプの同期化は、ポンプのアクティブ位相調整を行うために、オペレータによってユーザ・インターフェースを介して要求される。過渡的な同期状態（ステップ１１０）に入ることによって、非同期注入事象を待つ注入準備状態（ステップ１０６）が回避される。過渡的な同期状態は、同期事象を発生し、この同期事象から、クロマトグラフの運転がトリガされる。すなわち、クロマトグラフの運転のタイミング（すなわち、運転タイマの開始）は、（手動操作による又は自動化された注入事象の如き外部的な事象によって指示されるのではなく）供給システムのポンプの同期化によって指示される。
論理ポンプから構成されていて、本発明にしたがって連続的な供給を行うように同期されたそれぞれのシリンジを有している、一対のポンプモジュールは、「同期シリンジ」及び「非同期シリンジ」を含むように任意に指定される。この例示的な実施の形態においては、小さな数のすなわち最も左側のポンプモジュールが、同期シリンジになるように最初に指定される。「同期」及び「非同期」の指定は、複数のストロークを必要とする運転の実行中に変化する。すなわち、複ストローク運転（複数ストロークの運転）においては、同期は、一方のポンプから他方のポンプへのその後の供給の移行の度毎に実行される。同期シリンジは、本発明による同期位置、すなわち、図７に示す既知の又は標準化された位置へ作動され、クロマトグラフの運転における流体流が開始されたときに、同期シリンジは、上記既知位置から供給シリンジになって、各運転ごとに機械的及び流体力学的に実質的に終始一貫したシステムの性能を確保する。非同期シリンジと指定された他方のシリンジ（本明細書においては、「補助」シリンジ又は「補助」ポンプモジュールとも呼ばれる）は、同期シリンジと同期化して作動して連続的な供給を行う。補助シリンジとしての最初の運転を開始する上記他方のシリンジは、複ストローク運転のその後のストロークにおいて同期シリンジになる。すなわち、上記補助シリンジは、既知の位置又は標準化された位置からその供給を始めて、実質的に終始一貫した機械的及び流体力学的な性能を確保する、供給シリンジになる。この変更は、任意の大きな数の連続的なストロークにわたって行うことができる。
本発明によるアクティブ位相調整を行うために実行されるポンプ同期化運転は、図６Ａ及び図６Ｂに示されている。一般的に言えば、補助ポンプモジュールが供給していて、この補助ポンプモジュールが所要の流体容量を有している場合には、位相調整シーケンスは最も短く且つ最も簡単である。この場合には、位相調整すべきシリンジ（すなわち、同期シリンジ）は、瞬間的なシステム圧力になるまで、充填状態、予備圧縮状態及び圧縮状態のシーケンスを段階的に経る。その後、上記同期シリンジの遮断弁が切り換えられて同期シリンジをオンラインにする。この時点において、位相調整すべきシリンジを負荷状態で再位置決めすることができ、一方、補助シリンジは、要求されたシステム流量に潜在的な流量変動を補償するために必要な流量を加えた流量を供給する。上記流量変動は、同期シリンジが同期位置へ移動することにより生ずる。
位相調整すべき（同期）シリンジを負荷状態で再位置決めする正しい方向に機械的なバックラッシを取るのが効果的である。ピストン速度の変化は、流量変動を回避するような態様で、当業界で周知のように行われる。本明細書で説明するようにアクティブ位相調整を行うために、上述の特許明細書に記載される機能を果たすために使用される弁は、両方向の流体の流れ（すなわち、システムに関してシリンダに入る方向及びシリンダから出る方向の流れ）を許容しなければならないことにも注意する必要がある。
目標とするデジタル式の位置カウントが、適正位置（「同期」又は同期位置と呼ばれる）を表示すると、「位相調整すべき」シリンジ（すなわち、同期シリンジ）が停止して、システム制御装置に連絡され、同期シリンジは、上記位置に維持されて、システムの運転状態（図５に関して説明した）に従うシステム制御装置による別の命令を待つ。複数の論理ポンプがシステムに存在する場合には、各々のポンプの同期ピストンは、他の総てのアクティブポンプが位相又は同期を開始したということをシステム制御装置に連絡するまで、同期位置に保持される。この例示的な実施の形態においては、同期位置は、そのピストンが全ストロークまでの行程の４分の１である位置である。すなわち、同期位置においては、流体チャンバの４分の３が、受容システムに供給するために使用可能である。
総てのアクティブポンプは、同期位置から、運転の実行を開始する命令を受けることができ、その結果、各々のポンプの位相調整されたシリンジ（オンラインにあってシステム圧力にある）は、供給シリンジになり、また、それ以前に供給していたシリンジは、オフラインに移行して、再充填、予備加圧を行って次の動作を待つ。従って、同期位置は、既知の出発位置を与え、この出発位置は、クロマトグラフの運転を通じてのポンプの機械的な識別の変動性を実質的に排除する。
補助シリンジで使用可能な体積が不十分であったり、あるいは、「位相調整すべき」（同期）シリンジが実際に供給している場合には、「短い」シーケンスを開始する前に通り抜けなければならない、何らかの機械的な状態が存在している。そのような「短い」シーケンスは、上に全体的に説明されており、また、図６Ａ及び図６Ｂに関して後に詳細に説明する。
補助シリンジが供給しているが、短いシーケンスを実行するには不十分な体積を有している場合には、位相調整すべき（同期）ポンプへの受け渡しが行われ、これにより、補助シリンジは、オフラインになり、再充填、予備圧縮、及び、システム圧力への圧縮が行われて、再度オンラインになり、その結果、位相調整作業が開始されたときにその時点で短い供給を開始する十分な容量を持ち、再充填、予備圧縮又は圧縮のいずれかのシーケンスの中で作動している補助シリンジが、その動作を完了して供給状態に入ることになる。そのような時点において、補助シリンジは、必要な容量を有しており、短いシーケンスを開始して完了することができる。
より詳細に言えば、ここで図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、オペレータは、アイドル運転モード（ステップ１０４）から、アクティブ位相調整を要求して、同期モード（ステップ１１０）に入ることができる。この同期モードにおいては、監視制御装置が、論理ポンプ（並びに、システムに存在している可能性のある他の論理ポンプ）を構成する一対のシリンジの同期化を検査する。
システムがアイドル運転状態にあるときには、上記一対のシリンジ（すなわち、同期シリンジ及び非同期シリンジ）は、図６Ａの表に示す４つの可能性のある状態の中の１つの状態になることができる。上に概説したように、上記シリンジの状態は、同期化を行うために実行しなければならない機械的なステップの範囲を指示する。同期化プロセス（図６Ｂに示す）において検査され、シリンジの状態を決定すると共に最終的に同期化プロセスにおけるステップの数を決定する、基本的な考慮事項は、同期シリンジが流体を供給するプロセスにあるか否か（すなわち、同期シリンジがオンラインであるか、あるいは、オフラインであるか：ステップ１２０）ということ、及び、同期シリンジがオフラインであるならば、供給に使用可能な流体／行程の量が非同期シリンジに残っているかどうか（ステップ１２２）ということである。
同期シリンジの現在の状態が、圧縮又は予備圧縮の位置にあり、一方、非同期シリンジが、供給を行っていて、同期シリンジが同期位置に作動されている間の吐出流量を阻害することなく供給を行うに十分な残留容量を有している場合には、比較的短い同期操作（ステップ１２４）を実行することができる。他の総ての場合、すなわち、同期シリンジが、圧縮／予備圧縮の位置にあり、非同期シリンジが、供給を行っていて、同期シリンジが同期位置へ作動されている間に、吐出流量を阻害することなく供給を行うに不十分な容量を有している場合、また、同期シリンジが、供給を行っていて、非同期シリンジが圧縮／予備圧縮の位置にある場合、そして、同期シリンジが、供給を行っていて、非同期シリンジが供給を行っている（すなわち、ハンドオフ（受け渡し行程）の間）場合には、長い同期操作（ステップ１２６）を行わなければならない。
上記長い同期操作（ステップ１２６）は、サイクルの完了、及び、同期シリンジの回復を行う。すなわち、ハンドオフが開始され（ステップ１２８）、同期シリンジがオフラインになっている間に、非同期シリンジを用いて供給を行う。その後同期シリンジは、上述の操作にしたがって充填され（ステップ１３０）、予備圧縮位置へ移動される（ステップ１３２）。この予備圧縮位置は、この例示的な実施の形態においては、約７．０３ｋｇ／平方ｃｍ（１００ＰＳＩＧ）である。上記予備圧縮位置及びこれに対応する圧力は、機械的な要素の完全性をチェックするために、すなわち、システム漏洩、あるいは、シリンジがシステム圧力に到達することを阻むことになる問題をチェックするために、シリンジが取ることのできる圧力として幾分任意に選択される。シリンジはその後、実質的にシステムの作動圧力である点まで十分に圧縮される（ステップ１３４）。従って、同期シリンジは、反復作動され、同期位置へ作動される準備が整う。
比較的短い同期操作（ステップ１２４）は、長い操作（ステップ１２６）の後に続き、実質的にシステム圧力になるかシステム圧力に近くなった後の同期シリンジの微調整を容易にする。この時点においては非供給状態又はオフライン状態にある同期シリンジは、所望のシステム供給圧力まで微調整される。この微調整は、最初に、同期シリンジの圧力を非同期圧力又は供給シリンジ圧力に実質的に等しい値にする（ステップ１３６）ことによって、行われる。選択に応じて、同期シリンジを供給シリンジに等しくした後の所定期間にわたって待機し（ステップ１３８）、これにより、同期シリンジが完全にシステム圧力になる前に、ピストンシールが緩むことができるようにするのが望ましい。
同期シリンジは徐々に、完全なシステム圧力になされる。この操作は、最初に、同期シリンジを供給シリンジ（非同期シリンジ）の圧力の９５％まで上昇させ（ステップ１４０）、その後、非同期シリンジ（供給シリンジ）の圧力の１００％まで上昇させることによって、行われる。また、同期シリンジを徐々に加圧することは、同期シリンジが供給を行う時の供給流量の摂動を確実に回避することにもなる。
この時点において、非供給シリンジ又は同期シリンジの切換弁（図１の参照符号１８ａ）を供給位置へ切り換えることにより、同期シリンジをオンラインにする準備が整う。上記切換弁は、遮断位置又はオフライン位置からシステムの接続が存在する供給位置へ切り換えられる（ステップ１４４）が、同期シリンジからの流量はゼロであって、ピストンは最初は、シリンジから流体を排除するように作動されない。
両方のシリンジは、同期化した状態で作動するようにオンラインにされる。同期シリンジは、この例示的な実施の形態においては供給方向へ、（圧縮位置）から同期位置に作動される。同期シリンジの同期位置へのそのような作動は、受容システムの中に流れを一時的に導入し、この流れは、補償されていなければ、論理ポンプによって受容システムへ供給される正味流量に悪影響を与える（すなわち、正味流量を増大させる）。その論理ポンプからの受容システムの要求量（すなわち、ユーザが命令する流量）が、同期位置へ動いている同期シリンジの運動によって発生される流量よりも少ない場合には、同期出力は負の供給動作の形態の補償供給を行って（ステップ１４６）、上記一時的な過剰な流量を補償し、これにより、受容システムに供給される正味流量を一定に維持することになる。そうではなく、上記論理ポンプからの受容システムの要求量が、同期位置へ動いている同期シリンジの運動により発生される流量よりも多い場合には、非同期シリンジは、正の供給を維持しながらその流量を減少させることによって、補償動作を行い、これにより、同期シリンジ及び非同期シリンジに由来する上記論理ポンプからの合計流量を再度一定に維持し、ユーザが命令する流量に等しくすることになる。すなわち、論理ポンプからの受容システムの要求量が、同期位置への同期シリンジの運動によって発生される流量よりも多い場合には、非同期シリンジは、同期動作の間に減少される量の正の供給の形態の補償供給を行う。この動作は、上記論理ポンプからの受容システムの要求量が同期位置への同期シリンジの運動によって発生される流量よりも少ない場合に行われる、負の供給動作とは反対である。
いずれの場合にも、同期シリンジが同期位置へ動いている間に受容システムによって要求される流量に比較して差を生じさせる何らかの変化は、非同期シリンジによって発生される流量の符号（正又は負）及び大きさの一方又は両方を調節することによって、補償されなければならない。同期シリンジが同期位置に到達すると、同期シリンジの流量は、ゼロに設定され、非同期シリンジの流量は、システムに供給するために必要な流量に復帰される（ステップ１４８）。複数のポンプがシステムに存在する場合には、同期状態に到達したシリンジは、システムの他のポンプが同期状態に到達するまで、ゼロ流量に維持されることになる。
この時点において、同期化が達成されたこと、すなわち、同期シリンジがクロマトグラフの運転を開始させるための既知の同期位置にあることを、オペレータ及び／又はシステムに知らせる必要がある。この例示的な実施の形態においては、可聴報知器が鳴って、同期シリンジが同期位置にあることを知らせる（ステップ１５０）。次に、監視制御装置が、注入準備状態を通過して、非同期シリンジの流量をゼロにすると共に、同期シリンジの流量をシステム供給流量にして、同期シリンジを供給シリンジ１５２にすることができる（ステップ１５２）。アクティブ位相調整の総ての機械的な操作は、上述の同期モード（図２のステップ１１０）で完了されるのが効果的である。
監視制御装置は、複数の論理ポンプの総てに関してそれぞれの同期シリンジが同期位置にあるという連絡を受けると、アクティブ運転状態（図２のステップ１０８）へ移行することができ、このアクティブ運転状態においては、同期シリンジは、既知の同期位置から始まる供給シリンジになる（ステップ１５４）。手動操作型又は自動型のインジェクタが、同期シーケンスに従うことができ、これにより、同期シリンジが同期位置に到達しているという表示が、インジェクタをトリガして運転タイマを始動させ、これによってクロマトグラフィーの運転を開始させ、その結果、供給システムが、関連する（既知の）符号及び流体力学的な特性をもって既知位置で開始する。
本シーケンスの残りのステップは、次のハンドオフ（非同期／補助シリンジが同期化される、すなわち、同期シリンジになる）のために非同期シリンジを準備する工程を含んでいる。クロマトグラフィーの運転が開始され、同期シリンジが供給を行うと、非同期シリンジを有するポンプモジュールはオフラインになる。次のハンドオフのために、非同期シリンジは、充填され（ステップ１５６）、予備圧縮され（ステップ１５８）、そして、システム圧力まで圧縮される（ステップ１６０）。この時点において、システムは、クロマトグラフィーの運転の間に、アクティブ運転状態（図２のステップ１０８）に留まる。
ポンプのアクティブ位相調整が上述のように実行されていて、システム全体において関与する総てのポンプが全部既知の位相になっている間には、運転を開始した後に論理ポンプの全体的な状態に基づいてそれ以上の作業を行う必要はないことを理解する必要がある。すなわち、いずれかの論理ポンプがトリガされて、要求された流量又は流量パターンで機械的な既知の初期位相／位置から運転を行った後には、種々のポンプ動作のメンテナンスは、システム制御装置の入力に基づく時間に従って、システムの他のポンプを参考にすることなく、時間経過と共に実行される。
同期シリンジを供給状態までにすることに関して、漸増的な圧力の上昇、及び、待機状態（すなわち、最初に、供給シリンジの圧力の９５％まで上昇させ、その後、供給シリンジの圧力の１００％まで上昇させる工程を含む）を上に説明したが、漸増的な他の圧力上昇を実行することができること、あるいは、十分な待機期間を用いるか又は用いないで緩やかで連続的な圧力上昇を実行することができることを理解する必要がある。
上に開示した実施の形態は、同期位置に到達した時に、可聴報知器を鳴らすが、可聴報知器以外の手段を用いて同期の達成を知らせることができることは理解されよう。そのような手段は、自動インジェクタ、タイマ又は他の関連する機器の如き他の計器装備をトリガするために使用することのできる、アナログ又はデジタルの電気信号を含む。
上に説明した例示的なシステムは、シリンジの中の流体をシステム供給圧力まで圧縮する前に約７．０３ｋｇ／平方ｃｍ（１００ＰＳＩＧ）まで予備圧縮する工程を含んでいるが、他の目標圧力を用いて予備圧縮を行うか、あるいは、システムの完全性をチェックするための予備圧縮を単に周期的に行うかもしくは全く行わないこともできることは理解されよう。
連続的に供給する（論理）ポンピングシステムとして構成された第１及び第２のポンプモジュールでアクティブ位相調整が実行される実施の形態に関して、本発明を上に説明し図示したが、アクティブ位相調整は、３以上の複数のポンプモジュールを含むシステムにおいて実行することができ、実際に、アクティブ位相調整をシステムにおいて実行して、任意の数の論理ポンプを次の運転の前に機械的な既知位置に回復させることができることは理解されよう。
同様に、ここに示す実施の形態は、マイクロステップ・カウンタによってその位置が追跡されるマイクロステップモータによって作動されるピストンを有するように説明されているが、別の作動モータの如き他の作動及び追跡機構を用いることができ、例えば、ブラシモータ又はブラシレスモータ等のＤ．Ｃ．モータ、並びに、位置エンコーダ等の如き別の追跡センサ又は位置センサを用いることができることは理解されよう。
この例示的な実施の形態においては、同期位置は、流体チャンバの４分の３を受容システムに供給するのに使用可能にするために、全ストロークまでの行程の４分の１である位置であるが、そのような同期位置は、ポンプの機械的な符号及び流体特性を複数の運転にわたって実質的に固定するために、複数の再位置決め可能な複数のピストンの中の任意の１つのピストンが各運転の前に復帰することのできる任意の位置として、任意に選択することができることは理解されよう。
また、本明細書に記載する例示的な実施の形態は、ピストンをシリンダの中へすなわち供給方向に動かすことにより、同期位置を達成するが、ピストンをシリンダから外方へ動かすことによって同期を達成することもでき、この場合には、流量を増大させる補償供給は、上述とは実質的に反対になることを理解する必要がある。
本発明によるアクティブ位相調整が上述の米国特許の供給システムで実行されることを上に説明したが、アクティブ位相調整は上述のように、第１のピストンの第２のピストンに対するピストン運動を寸法又は規模には関係無く分離するように各々のピストンの専用モータで適正に構成された種々のＨＰＬＣポンピングシステムのいずれかにおいて実行できることを理解する必要がある。
更に、上述の実施の形態は、待機状態、診断状態、アイドル運転状態、注入準備状態及びアクティブ運転状態を含む監視制御機構にしたがってクロマトグラフィーの運転を行う例示的な装置において実行されているが、本発明によるポンプのアクティブ位相調整を行う同期化状態を含む装置において、他の運転状態を実行することができることは理解されよう。
上に説明した本発明の実施の形態は、切換操作時に体積誤差をもたない切換弁、すなわち、積極的に作動され切換体積がゼロの弁を備えているが、切換体積を他の手段によって制限することのできる他の切換弁を含むシステムにおいて本発明によるアクティブ位相調整を実行することができることは理解されよう。
また、本発明によるポンプ同期化は、ポンプの低圧側、入口又は側部に溶媒組成が形成されるシステムに応用することができ、例えば、従来技術で周知の低圧勾配形成システム又は低圧溶媒配合システムにポンプの同期化を応用することができることを理解する必要がある。
本発明の例示的な実施の形態に関して本発明を説明し且つ図示したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、そのような実施の形態の態様及び細部における他の種々の変更、省略及び追加を行うことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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