СБОРНИК ФРАКЦИЙ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ПОДДОНОМ
FRACTIONS COLLECTOR WITH ADJUSTABLE TRAY

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к устройству для сбора фракций и способам его использования. Настоящее изобретение относится к устройствам, имеющим дело с жидкостью, и, более конкретно, к сборникам фракций. Предлагаемые устройства могут быть использованы для хроматографического разделения, очистки образцов и, в особенности, для высокопроизводительной очистки образцов от химических веществ.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сборники фракций являются хорошо известными устройствами, предназначенными для сбора жидких образцов, создаваемых медленно текущими источниками, имеющими переменный жидкий состав. Сборники фракций обычно используются в хроматографическом разделении, таком как высокопроизводительная жидкостная хроматография (ВЭЖХ), газовая хроматография (ГХ), сверхкритическая жидкостная хроматография (СКЖХ), колоночная хроматография и жидкостно-жидкостное разделение, и при сборе дистиллятов для различных дистилляционных процессов. Размер каждого индивидуального образца или фракции, распределяемой сборником фракций, определяется традиционным измерительным оборудованием, таким как таймер, счетчик капель, уровнемер, или посредством разнообразных спектрометрических методов. Сборники фракций обычно последовательно центрируют распределительную головку, переносят пробник или трубку для доставки образцов над отдельными сосудами для сборки, являющимися частью комплекта сосудов для сборки, и доставляют образец к сосудам-сборникам.
Сборники фракций могут приблизительно быть разделены на две группы. Первая группа включает сборники фракций, в которых на общем круглом поворотном столе смонтировано много сосудов-сборников. Эти сборники фракций обычно называют «сборниками с поворотным столом». Эти сборники фракций обычно наполняют сосуды-сборники путем объединения поворотного стола, выполненного с возможностью поворота, и держателя, также выполненного с возможностью поворота и несущего распределительную головку. Распределительную головку обычно размещают над одним сосудом-сборником, жидкость наливают в сосуд-сборник, и поворотный стол затем поворачивают, чтобы осуществить центровку с другим сосудом-сборником. В сборниках с поворотным столом сосуды-сборники обычно расположены на концентрических окружностях или по спирали. Для управления распределительной головкой над сосудами-сборниками на различных концентрических окружностях или на расширяющейся или сужающейся спирали держатель, выполненный с возможностью поворота, перемещается с обеспечением совмещения распределительной головки с каждым из отдельных сосудов-сборников в устройстве.
Вторая группа сборников фракций включает сборники с сосудами-сборниками, расположенными в форме решетки на неподвижной подставке, и распределительную головку, управляемую либо в двумерной плоскости, либо в трех измерениях с обеспечением селективного распределения жидкости в отдельные сосуды-сборники. Сборники фракций во второй группе обычно называют "X-Y сборниками".
Каждая из двух групп сборников фракций имеет свои заметные преимущества. Например, в случае большого числа сосудов-сборников жидкости сборники фракций с прямоугольной решеткой более эффективно используют пространство стола. X-Y сборники также лучше приспособлены для работы с сосудами-сборниками больших размеров, чем сборники с поворотными столами. Кроме того, X-Y сборники могут быть приспособлены к распространенным стандартным приемным пластинам, таким как микротитровые пластины или другие стандартные или сделанные на заказ устройства. В противоположность этому сборники фракций с поворотным столом могут быть более полезны при использовании в высокоразрешающей жидкостной хроматографии, поскольку они требуют более короткого отрезка соединительной трубы между источником с медленным течением и распределительной головкой, ограничивая таким образом диффузное перемешивание разделенных компонент в потоке жидкости и обеспечивая в результате лучшее разделение.
Как X-Y сборники, так и сборники фракций с поворотным столом должны быть отрегулированы, чтобы подходить для сосудов-сборников, используемых для взятия образцов, которые обычно бывают разных размеров. Обычно регулировку сборника фракций по вертикали выполняют либо путем ручной регулировки стоек, либо путем вертикальной регулировки (по оси Z) распределительной головки. Первый способ, используемый в некоторых X-Y сборниках, допускает ручную регулировку высоты распределительной головки путем удаления ножек основания сборника фракций и установки более длинных или более коротких ножек в зависимости от необходимости. Однако, тогда как этот способ может быть эффективным, если ножки основания регулируют вручную, подставки, содержащие сосуды-сборники, должны быть удалены во время регулировки, так как ножки могут быть отрегулированы только по одной. Кроме того, во время регулировки трудно уравновесить основание сборника, создавая возможность выплескивания. Более того, ручная регулировка требует повторного совмещения распределительной головки с сосудами-сборниками и основанием сборника, внося дополнительные этапы, выполнение которых может повредить устройство сборника фракций. Поскольку сборники фракций становятся более усовершенствованными, зазоры становятся более узкими и, следовательно, ручная регулировка блока распределительной головки может повредить некоторые хрупкие электрические детали.
Кроме того, ручная вертикальная регулировка распределительной головки может нарушить горизонтальное выравнивание, в результате чего жидкие фракции не попадут в сосуды для отбора образцов. Результатом этого может быть потерянное время из-за очистки от жидкости, вред для устройства или опасное воздействие на оператора в зависимости от состава жидкости. Кроме того, когда распределительный блок выйдет из положения выравнивания, процедуры повторного точного выравнивания могут потребовать много времени.
Включение оси вертикальной регулировки (оси Z) в распределительную головку известно в уровне техники. Однако сборники фракций с осью Z требуют сложных механизмов, а иногда и программного обеспечения, чтобы распределительная головка двигалась безотказно и точно во всех трех направлениях. Эти сложные механизмы часто увеличивают как размеры, так и стоимость. Кроме того, так как сосуды-сборники, используемые в одном проходе при сборке фракций, обычно имеют одинаковый размер, распределительная головка, которая движется в вертикальном направлении, часто является лишней.
Независимо от того, является ли сборник фракций сборником типа Х-Y или сборником с поворотным столом, особо важным при проектировании является то, чтобы механизм для выравнивания распределительной головки и сосудов-сборников был, насколько это возможно, простым и прочным и в то же время способным к надежному и точному позиционированию распределительной головки над очередным сосудом-сборником. Хотя многие сборники фракций, известные в уровне техники, могут безотказно и точно располагать распределительную головку над очередным сосудом-сборником, многие из них являются очень сложными и потому не только дорогими, но также труднорегулируемыми и обслуживаемыми. В частности, известные устройства для сбора фракций могут включать механизмы регулирования распределительной головки, которые являются чрезвычайно сложными и чувствительными.
Следовательно, существует необходимость в сборнике фракций, который надежно и точно выравнивает распределительную головку и сосуд-сборник без добавления значительной стоимости или хрупкости.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Это изобретение относится к новому устройству для регулировки расстояния между распределительной головкой и сосудом-сборником на сборнике фракций. Более определенно, это изобретение относится к основанию на сборнике фракций, которое может быть отрегулировано без регулировки ножек сборника фракций. Вследствие того, что основание сборника фракций может быть отрегулировано, нет необходимости в регулировке распределительной головки по оси Z.
В одном варианте выполнения изобретение предлагает сборник фракций, который содержит опорную систему, каретку, поддерживаемую опорной системой с возможностью перемещения, удлинитель, прикрепленный к каретке, распределительную головку, которая прикреплена к удлинителю с возможностью перемещения и которая может перемещаться с кареткой по опорной системе в первой плоскости, и основание сборника, которое с возможностью перемещения присоединено к опорной системе, причем основание сборника может перемещаться во второй плоскости, перпендикулярной первой плоскости, без регулировки опорной системы.
В некоторых вариантах выполнения изобретение может включать способ использования сборника фракций путем определения соответствующего смещения основания сборника от распределительной головки, выравнивания основания сборника с опорной системой при соответствующем смещении и прочного крепления основания сборника к опорной системе.
В одном варианте выполнения настоящего изобретения сборник фракций содержит опорную систему, каретку, содержащую удлинитель с распределительной головкой, которая присоединена к опорной системе и которая перемещается с кареткой в одной плоскости, и основание сборника, присоединенное к опорной системе с обеспечением возможности регулирования основания сборника в направлении, перпендикулярном к указанной первой плоскости. В этом варианте выполнения опорная система сборника фракций содержит левую и правую стойки с основаниями и переднюю и верхнюю перекладины. Обычно опорная система поддерживает как каретку, так и основание сборника. В некоторых вариантах выполнения первой плоскостью является уровень X-Y плоскости, параллельной опорной поверхности, такой как скамья или стол, а направлением, перпендикулярным первой плоскости, является Z-направление. Обычно основание сборника может удерживать сосуды-сборники различных размеров и форм при наличии систем подставок или без таковых.
В другом аспекте изобретения основание сборника выполнено в виде поддона, имеющего две боковые кромки, переднюю и заднюю кромки. К основанию сборника прикреплены держатели основания, которые проходят для крепления основания сборника к опорной системе. В одном варианте выполнения изобретения опорная система имеет ряд штифтов в правой и левой стойках, а держатели основания сборника имеют точки крепления, расположенные взаимодополняющим образом к штифтам в стойках опорной системы. Основание сборника может быть отрегулировано по вертикали его поднятием или опусканием и закреплением основания сборника на месте на опорной системе посредством штифтов и точек крепления на держателях основания сборника. В альтернативном варианте выполнения точки крепления на основании сборника могут быть пазами или отверстиями, а штифты в стойках могут быть закрепленными или съемными.
В другом варианте выполнения основание сборника может быть вертикально отрегулировано его поднятием или опусканием и закреплением основания сборника на опорной системе с помощью ряда отверстий для штифтов в правой и левой стойках и отверстий для крепления на держателях основания так, что съемные штифты могут быть вставлены через отверстия для крепления в отверстия для штифтов, чтобы закрепить основание сборника на месте.
В следующем варианте выполнения держатели основания сборника расположены под углом к поддону основания сборника так, что, когда поддон отклоняется назад, все основание сборника может быть отрегулировано по вертикали. В этом и других аналогичных вариантах выполнения правая и левая стойки опорной системы могут иметь канавки или выемки для фиксирования вертикальной регулировки основания сборника. Кроме того, в некоторых вариантах выполнения задняя кромка основания поддона сборника может иметь такую форму, чтобы входить в канавки или выемки, или задняя кромка основания поддона сборника может иметь прикрепленную взаимодополняющую форму к канавкам или выемкам, чтобы та точно входила в канавку или выемку.
В еще одном аспекте изобретения правая и левая стойки опорной системы сборника фракций могут иметь внешние или внутренние пазы, способные удерживать основание сборника на уровне ориентации, когда держатели основания сборника вставлены в них.
Другие варианты выполнения изобретения могут включать сборник фракций для распределения жидкости от распределительной головки в сосуды-сборники, расположенные на основании сборника, причем сборник фракций содержит опорную систему, каретку, содержащую удлинитель с распределительной головкой, которая присоединена к опорной системе и которая перемещается вместе с кареткой в одной плоскости, и основание сборника, присоединенное к опорной системе с обеспечением возможности его регулировки посредством движения подъема.
В других рассматриваемых вариантах выполнения изобретения основание сборника может быть не прикреплено к устройству, а вместо этого может покоиться на платформе или основание может быть выполнено заодно с платформой, которая может подниматься или опускаться вручную, гидравлическим способом или с помощью моторизованного винтового механизма. В таких вариантах выполнения основание сборника должно быть безошибочно и точно выровнено с распределительной головкой на аппарате, используя метки на сборнике фракций и основании сборника, располагая на аппарате лазеры и/или метки как на сборнике фракций, так и на опоре, на которой покоится сборник фракций, такой как лабораторный стол.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 является видом в аксонометрии сборника фракций, иллюстрирующим использование штифтов на стойках сборника фракций.
Фиг.2 является видом в аксонометрии сборника фракций, иллюстрирующим использование отверстий для штифтов в стойках сборника фракций.
Фиг.3 является видом в аксонометрии сборника фракций, иллюстрирующим использование внешних пазов в стойках сборника фракций.
Фиг.4 является видом в аксонометрии сборника фракций, иллюстрирующим использование внутренних пазов в стойках сборника фракций.
Фиг.5 является видом в аксонометрии основания сборника альтернативного вида.
Фиг.6 является видом в аксонометрии основания сборника механизированного типа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ
Как показано в варианте выполнения на Фиг.1, устройство 100 сборника фракций содержит вертикально регулируемое основание 101 в заданном положении под распределительной головкой 150. Как будет понятно специалисту, это заданное положение может находиться в любом диапазоне положений. Приведенные в качестве неограничивающего примера заданные положения могут вполне подходить для подставок, содержащих сосуды-сборники известного размера. В других вариантах выполнения заданное положение может быть выполнено с возможностью регулировки непрерывным образом, позволяя использовать сосуды-сборники, сделанные по размерам заказчика. Распределительная головка 150 с возможностью перемещения установлена на удлинителе 160, который, в свою очередь, с возможностью перемещения установлен на каретке 170. В варианте выполнения, представленном на Фиг.1, распределительная головка 150 может перемещаться вдоль удлинителя 160 в направлении Y, а удлинитель 160 может перемещаться в направлении X. Специалисту будет понятно, что направления Х и Y выбраны произвольно и не могут служить ограничением. Можно предвидеть варианты выполнения, в которых головка 150 перемещается в направлении Х и в которых удлинитель 160 перемещается в направлении Y.
Сборник 100 фракций, как показано на Фиг.1, поддерживается левой стойкой 180, основанием 200 левой стойки, правой стойкой 190 и основанием 210 правой стойки. Как будет понятно специалисту, основания стоек могут быть любой формы, пригодной для придания стойкам устойчивости. Хотя на рисунках показана определенная форма основания, это не является ограничением для формы основания. Две стойки соединены верхней перемычкой 220 и передней перемычкой 230. Хотя вариант выполнения, изображенный на Фиг.1, показывает верхнюю перемычку 220 и переднюю перемычку 230 как намертво соединяющие две стойки, другие варианты выполнения предусматривают верхнюю перемычку 220 и переднюю перемычку 230, выполненные присоединенными с возможностью отсоединения к двум стойкам, например, с помощью винтов. Дополнительные варианты выполнения предусматривают переднюю перемычку, проходящую до опорной поверхности. В некоторых вариантах выполнения стойки, основания стоек и перемычки образуют опорную систему для сборника фракций. В других вариантах выполнения предполагается, что опорная система не содержит передней перемычки.
Каретка 170 установлена позади передней перемычки 230 одним из известных способов, хорошо известных для специалистов в этой области техники. Основание 101 сборника имеет поддон 102, где располагаются подставки 240, как показано, или где могут располагаться индивидуальные сосуды-сборники, использующие систему, отличную от системы подставок. Основание 101, кроме того, имеет два держателя 110, которые проходят от области поддонов основания 101 и обеспечивают крепление основания к левой стойке 180 и к правой стойке 190. Держатели 110 основания обеспечивают возможность вертикальной регулировки по высоте основания 101.
Для крепления основания сборника предусмотрен ряд специальных устройств, показанных на фиг.1, 2, 3. На фиг.1 как левая стойка 180, так и правая стойка 190 имеют ряд передних штифтов 140 и задних штифтов 145. Как показано, все штифты находятся в фиксированных положениях, однако, очевидно, что штифты могут также быть выполнены подвижными. На Фиг.1 показаны держатели основания сборника, имеющие как передние точки 120 крепления, так и задние точки 130 крепления. Основание 101 прикреплено к левой стойке 180 и правой стойке 190 путем сцепления передних точек 120 крепления с передними штифтами 140 и задних точек 130 крепления с задними штифтами 145. Передние штифты 140 и задние штифты 145 расположены на левой стойке 180 и правой стойке 190 так, что основание 101 находится на нужном уровне, когда все точки крепления сцеплены с соответствующими штифтами.
В варианте выполнения, показанном на Фиг.1, вертикальная регулировка основания 101 выполняется путем ручного расцепления точек крепления 120, 130 и перемещения основания сборника вверх или вниз в зависимости от требуемого положения, а затем повторного сцепления точек крепления 120, 130 со штифтами 140, 145 в новом положении.
Вариант выполнения, изображенный на Фиг.2, иллюстрирует другой способ крепления основания 101 к стойкам 180, 190 сборника 100 фракций. На Фиг.2 показан держатель 110 основания сборника, имеющий передние фиксирующие отверстия 125 и задние фиксирующие отверстия 135, в то время как левая стойка 180 и правая стойка 190 имеют передние отверстия 142 для штифтов и задние отверстия 148 для штифтов. Отверстия для штифтов и фиксирующие отверстия расположены так, что передние фиксирующие отверстия 125 совмещены с передними отверстиями 142 для штифтов, а задние фиксирующие отверстия 135 совмещены с задними отверстиями 148 для штифтов, когда основание 101 расположено на нужном уровне. Когда фиксирующие отверстия и отверстия для штифтов совмещены, для крепления основания 101 к стойкам могут быть вставлены подвижные штифты 141. Хотя в представленном варианте выполнения отверстия для штифтов и штифты имеют цилиндрическую форму, специалистам будет понятно, что штифты могут быть любой формы, включая квадратную, прямоугольную, полукруглую и т.п. В альтернативных вариантах выполнения через фиксирующие отверстия и отверстия для штифтов пропускают шпильки, чтобы крепить основание 101 к стойкам.
На Фиг.3 показан еще один вариант выполнения настоящего изобретения. На Фиг.3 левая стойка 180 и правая стойка 190 сборника фракций имеют присоединенные наружные пазы 250. В некоторых вариантах выполнения внешние пазы 250 не установлены, а являются неотъемлемой частью стоек. В варианте выполнения, изображенном на Фиг.3, держатели 110 основания сборника вставлены в наружные пазы для удержания основания сборника в фиксированном положении. Наружные пазы 250 расположены на стойках на разных высотах так, чтобы основание 101 было расположено на нужном уровне при креплении к сборнику 100 фракций. Для того чтобы добиться большего или меньшего диапазона регулировки высоты основания 101, специалист может предусмотреть многочисленные размеры пазов и промежутков. Например, наружные пазы 250 могут быть устроены в соответствии с сосудами-сборниками, существующими в технике в настоящее время. Целью изобретения не является ограничение проиллюстрированным диапазоном положений или числом положений, показанных на чертежах.
Вариант выполнения, изображенный на Фиг.4, показывает устройство, подобное устройству, показанному на Фиг.3. На Фиг.4 показаны внутренние пазы 260, выполненные в левой и правой стойках 180, 190 сборника 100 фракций. В этом случае держатели 110 основания сборника вставляют во внутренние пазы 260. Внутренние пазы 260 расположены на стойках на различных высотах, так чтобы основание 101 было расположено на нужном уровне после прикрепления к сборнику 100 фракций. Снова заметим, что расположение внутренних пазов не является ограничивающим. Кроме того, специалисту будет очевидно, что, хотя внешние пазы, показанные на Фиг.3, и внутренние пазы, показанные на Фиг.4, расположены на перпендикулярных сторонах стоек, пазы могут быть расположены на любой стороне стойки, если для этого могут быть приспособлены держатели основания сборника. В некоторых вариантах выполнения внутренний паз проходит через стойку. В других вариантах выполнения внутренние пазы могут быть расположены на параллельной стороне стойки. Если внутренние пазы находятся на параллельной стороне стойки, держатель основания сборника должен иметь по меньшей мере один выступ для соединения.
Хотя на Фиг.1-3 продемонстрировано крепление держателя 110 основания сборника на внешней стороне стойки, также допускается, чтобы места крепления, использующего любое из вышеупомянутых устройств, могли быть также на обращенной внутрь части стоек. Кроме того, специалисту будет понятно, что в качестве стоек 180, 190 могут быть использованы стойки различных типов. В некоторых вариантах выполнения стойки могут быть стойками с канавками, так же как и стойками других типов. В некоторых вариантах выполнения обе кромки стойки имеют вырезы или выемки других типов. В других вариантах выполнения только одна сторона стойки будет иметь канавки или выемки. Специалисту будет понятно, что число, размеры и сторона устройств крепления не должны ограничиваться проиллюстрированным диапазоном положений или числом положений, показанных на чертежах.
На Фиг.5 показан вариант выполнения альтернативного типа блока 300 основания сборника. В варианте выполнения, изображенном на Фиг.5, стойка опорной системы содержит канавки или выемки 280, в которых можно разместить стержень 330. Задняя кромка 290 основания 300 может покоиться на стойках 180, 190, возможно, в канавках или выемках, чтобы далее поддерживать основание 101. На Фиг.5 держатели 320 основания сборника расположены под углом к плоскости основания сборника. Держатели 320 могут либо быть прикреплены с помощью стержня 330, как показано на Фиг.5, соединены скобой либо стержень может только частично проходить от одной стойки к другой. Как понятно специалисту, протяженность стержня может изменяться в альтернативных вариантах выполнения. Стержень может быть либо коротким, либо длинным, придерживаясь сущности изобретения.
В варианте выполнения, изображенном на Фиг.5, основание 300 альтернативного типа регулируется по вертикали путем достаточного поднятия передней части основания 300 для того, чтобы освободить заднюю кромку 290 от стоек 180, 190 и освободить стержень 330 из канавок 290, а затем перемещать со скольжением основание 300 сборника вверх и вниз по стойкам до требуемого положения. В дополнение к канавкам 280, как показано на Фиг.5, предусмотрены другие варианты выполнения. Например, предусмотрен ряд выемок, в которые вставляется взаимодополняющая по форме часть задней кромки основания поддона сборника. Кроме того, выемки могут также служить замками, предназначенными для использования с ключом, имеющим взаимодополняющую форму.
Предусмотрены также механизированные варианты выполнения изобретения. Например, сборник фракций может содержать основание с гидравлическим подъемником. Как показано на Фиг.6, сборник 500 фракций может содержать основание 510 сборника с подъемником 520 винтового типа. Подъемник 520, приводимый в движение с помощью винта, может содержать винт 530 и раздвигающийся каркас 540. Хотя вариант выполнения, показанный на Фиг.6, демонстрирует два подъемника с винтовым механизмом, специалисту будет понятно, что может быть использовано любое число подъемников, если только они смогут работать со сборником фракций. Предусмотрено также, что варианты выполнения, содержащие гидравлический подъемник или подъемник с винтовым механизмом, могут быть моторизованы либо с помощью автоматической системы, либо с помощью системы, приводимой в движение с помощью рук. В механизированных вариантах выполнения основание сборника может и не быть прикреплено к сборнику фракций. Вместо этого основание сборника может опираться на платформу или быть выполненным с ней заодно, при этом платформа может быть поднята или опущена вручную, гидравлическим способом или моторизованным винтовым механизмом. В таких вариантах выполнения основание сборника нужно надежно и точно выровнять с распределительной головкой на устройстве. Точное выравнивание может быть выполнено с помощью меток на устройстве и основании сборника путем расположения лазеров на устройстве и/или с помощью меток как на устройстве, так и на опоре, на которой находится устройство, такой как скамья. Из-за того что механизированные варианты добавляют уровень сложности к вертикально регулируемому основанию сборника и могут быть непрактичными в некоторых ситуациях, а также из-за того, что механизированные варианты используют механику, для понимания которой необходимы квалифицированные специалисты, эти варианты не будут далее описываться.
В то время как варианты выполнения вышеописанного изобретения описаны в некоторых деталях путем иллюстрации и примера, чтобы обеспечить ясность и понимание, следует понимать, что могут быть сделаны некоторые изменения и модификации без отклонения от изобретения в его более широких аспектах, как определено в формуле изобретения.