CN101180113B - 用于通过在固定相和流动相之间分配而分离物质的元件以及制备分离设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过在固定相和流动相之间分配而分离物质的元件。所述分离元件包括任何固定相和载体元件。分离元件是套件的一部分，所述套件具有至少两种包括不同固定相Si(i≥2)的分离元件Ti(i≥2)。对每种具有特定固定相Si的分离元件Ti而言，所述套件包括至少三件。分离元件联结在一起或者通过另一种方式互相连接，从而形成分离设备。本发明进一步涉及用于制备用于分离物质混合物的最优化设备的方法。

Description

用于通过在固定相和流动相之间分配而分离物质的元件以及制备分离设备的方法
本发明涉及用于通过在固定相和流动相之间分配而分离物质，尤其是用于色谱分析的元件，以及制备包括固定相的分离设备，尤其是色谱柱，的方法。
色谱分析是一种进行分离的物理化学方法，其中待分离的物质在两种相之间分配，其中之一是固定不动的固定相，而另一种相也即流动相沿着限定方向移动。
固定相是构成色谱系统的两相之一。固体相(吸着剂)、液体相(溶剂)或者凝胶可以用作固定相。对于液体相的情况而言，将其施加到固体(载体)上，所述载体也可能参与分离过程。对于结合相的情况而言，具有分离性质的层化学结合到载体上或者毛细管的内侧表面上。
在本发明的范围内，固定相也包括在液-液色谱中的准固定相。
为了保护分离柱在色谱分离期间不受污染，有时候在分离柱的前面设有前柱(Vors
Figure 2006800179000_0
ule)。一般而言，所述前柱填充有和分离柱相同的固定相，或者采用具有较低保留性的材料。
在恒溶剂分析中，流动相的组成在整个洗脱操作中保持不变。
相反，在梯度洗脱中，流动相的组成连续变化或者可替换地逐步变化(阶梯梯度)。
实际上，具有不同极性的物质通常通过梯度洗脱在宽范围的极性上通过色谱分离，这是因为以此方式可以实现选择性分离。在这种情况下，将极性更强的流动相连续或者逐步加到初始通常非极性的流动相(正相色谱法)中，或者，将极性较弱的流动相加到极性较强的相中(反相色谱法)。
为了通过梯度形成流动相，对于梯度洗脱而言，需要色谱仪具有至少两个针对不同溶剂的泵或者至少一个低压混合器和控制软件。梯度分离的稳定性通常低于恒溶剂分离。
梯度洗脱的另一个不足在于：在用例如极性逐渐增强的溶剂混合物进行洗脱之后，色谱系统必须重新回到针对下次洗脱中所用的初始非极性流动相的初始热力学平衡，也即，通过用非极性相(在本实例中)进行充分冲洗，然后所述柱才可以用于下次梯度洗脱。所述“回洗”通常用15-20倍的柱体积来进行，导致总周期时间延长，溶剂消耗量大。
因此，通过梯度洗脱来分离大量需要进行检验和分离的样品，例如，在质量控制中，存在着总周期时间延长的缺点，但是，对于大量样品的日常调查而言，处于经济上的考虑，分离良好的每次分析时间当然应该尽可能的短。
梯度洗脱的另一个缺点是流动相的一直在变的组成意味着不能采用某些检测原则。例如，当流动相的组成变化时，基本上不可能采用基于测量折射系数的检测器。
即使通常采用的UV/VIS检测器在梯度洗脱中的应用范围也受到极大的限制，这是因为许多混合的溶剂和添加剂，例如甲醇、THF、TFA、甲酸、乙酸等，自身在UV范围(＜230nm)具有强烈的吸收性。
即使对于在近来被用作万能检测器的质谱分析仪而言，在梯度洗脱中也会出现副作用，例如，存在着在不同化学环境中电离的问题，使得定量分析困难得多。
通过梯度洗脱分离物质也有生态学上的缺点：在洗脱后混合物中包含的流动相不能或者只能困难地回收，这需要代价很大地处置溶剂混合物以及为了供应(新鲜)溶剂以形成梯度所需的额外成本。而且，和恒溶剂技术相比，梯度洗脱要求采用成本高得多的更高纯度的溶剂。
另外，回洗分离柱也要求相当量的溶剂，而这些溶剂是不能回收的。
在实践中时，同样也在初步试验的范围内，用户首先由具有不同固定相的柱发展成具有最合适固定相的柱(所述柱以测试柱的形式供应)，实践中分离技术的最优化最终是基于对流动相的最优化，也即，通过选择合适的溶剂、流动相的pH值、其它添加剂等，这进而使得分离得到改善。
但是，通过有经验地选择正确的固定相，可以更简单地实现限定的选择性。但是，通常出现的情况是，一对特殊的关键峰之间一实现分离，就有另一对峰并入到色谱图中的其它地方的一个峰中。
为了防止这种情况，提出采用合适的固定相的混合物(混合床)作为固定相；对于恒溶剂分析中的特定分离问题而言，利用所述固定相通常能实现选择性分离。
G.J.Eppert和P.Heitmann在LC.GC Europe，p.2，2003年10月中提到基于如下步骤对混合床柱进行最优化：首先采用三个或者四个具有不同选择性的试验柱确定试验物质混合物的保留时间，然后针对所述特定分离问题计算合适的混合床柱。
但是，这些混合床形式的固定相的缺点在于柱生产商必须接受委托以充填(Packen)针对每个新分离问题的相应混合床柱。因此，在短期内，用户很可能不能进行具有所需选择性的恒溶剂分析。由于用户没有必需的特定装备而且缺乏相关的技术知识，所以柱不能由用户充填。另外，将混合床以具有良好再现性的方式充填到分离柱中也是相当困难的。
在多维色谱法(multidimensional Chromatographie)中，已知可以从主柱提供将在不同时刻连接起来的柱分支，从而各个级分随后通过所述暂时性连接的柱在限定的时间点从所述主柱“分流出来”。最后，在多维色谱法中混合物的分离仅仅在该分离设备的固定相上发生到一定程度，而主要的分离则是通过转换到另外供给有洗脱剂的另外分离设备上来实现。
即使采用多维色谱分析可以实现良好的分离，但是它非常昂贵，容易出现故障，而且仅仅适用于以相当大的成本进行日常测量。
为了解决特定分离问题，比如20个组分氨基酸混合物的分离，J.L.Glajch等在“Journal of Chromatography”，318(1985)，p.23中提出通过组合固定相和四个流动相来改善选择性。但是，这种设置是基于纯经验性试验，所以还没有具体计算过。
为了实现液体色谱分析中流动相的最优化，Sz.Nyiredy、B.Meier、C.A.J Erdelmeier、O.Sticher在“High Resolution Chromatogr.&Chromatogr.Communications”8，(1985)中提出了所谓的“棱镜”模式。在这种模式中，溶剂强度垂直绘制，而在水平面内用二维绘制组分的比例，所述比例主要影响选择性。
随后，在柱液相色谱分析中，由15个单独的测量结果预测流动相的总体最优化，由12个单独的测量结果预测流动相的局部最优化(Sz.Nyiredy、W.Wosniok、H.Thiele、O.Sticher，“Fluid Chromatogr.”，14，3077(1991))。
该模型也被用于在液-液萃取中实现萃取剂的最优化，在这种情况下，可以由12个测量值来确定最优的萃取剂(Sz.Nyiredy，“Chromatographia”，51，288(2000))。
本发明基于的问题是提供能够快速、高效、环保、并具有最优选择性和检测能力的解决色谱分离问题的设备和方法。
这个问题通过权利要求1和15的特征得以解决。
根据本发明，提供了不同分离元件的套件(Set)，由此可以构建具有不同固定相的分离设备，所述构建是通过将不同分离元件联结或者连接到一起来执行的。
本发明的所述套件包括可以联结或者连接到一起的、具有不同固定相Si(i≥2)的分离元件，这些分离元件中至少三种包含不同的固定相Si。
联结或者连接是通过将这样的分离元件联结或者连接在一起来进行的，具体而言，是将载体元件联结起来，所述载体元件和各个固定相一起形成分离元件。例如，可以通过将柱段(S
Figure 2006800179000_1
ulensegment)在其各自的管端部联结在一起将所述柱段联结起来。
通过另外的联结器或者连接器将分离元件联结起来也是可行的。
在本发明的范围内，如果两个固定相SA和SB在选择性上不同，那么这两个固定相就不同。
因此，最小的套件在每种情况下包括三个分离元件或者柱段SA和在每种情况下三个分离元件或者柱段SB，其中A和B是具有不同选择性的固定相。
优选，套件包括至少三种包含不同固定相SA、SB和SC的分离元件或者柱段，套间包括3个每种这些分离元件是优选的，优选至少5个，优选至少7个，尤其优选在每种情况下是10个或者以上。
各个固定相应该经选择以使它们具有不同的物理化学性质。
任选地，除了上述三种不同类型的分离元件以外或者替代上述三种不同类型的分离元件，所述套件可以包含例如具有下列固定相的分离元件，所述固定相包含饱和的或者不饱和的烷基(C1、C2、C3、C4、C6、C8、C12、C14、C16、C18、C22、C27、C30)，所述烷基可以是单环的、多环的或者无环的、脂环的或者杂环的；硝基、氰基、羰基、羧基、羟基、二醇或者硫醇基团、环氧丙氧基，任选醚化的；氨基或者手性基团、酰胺基、氨基甲酸酯、脲、全氟烷基或者全氟芳基和其它卤代烷基和卤代芳基、聚丁二烯基团或者其它有机聚合物、亲和色谱改性体(affnit
Figure 2006800179000_2
tschromatographisch Modifizierung)或者可离子交换基团(阳离子交换剂、阴离子交换剂、两性离子)、未改性的载体材料(例如，氧化硅凝胶)、分子烙印聚合物(molekular gepr
Figure 2006800179000_3
gte polymer，MIP)或其组合，例如多官能固定相。
和多维色谱分析不同，物质是在最优化的基础上在联结或者连接的分离设备或者柱上进行分离，即，混合物的组分通过整个分离设备。联结在一起的分离元件至少在整个分离中保持互相连接——在多维色谱分析中公知的在分离过程中的联结或者脱联(Abkopplung)是不会发生的。
另一重要之处是联结的分离设备的固定相彼此之间的比例是可变的，这是因为所述分离设备可以再次被拆成单个的分离元件，而且可以由这些单个的分离元件构建固定相彼此之间比例不同并且具有不同选择性的分离设备。
和已知的混合床式柱不同，本发明所需的柱是通过机械联结各个即用型分离元件，即通常通过将载体元件(例如，管子的片段作为柱段)连接或者联结在一起构成。这不会改变固定相，它们在分离元件中保持不变，尤其是它们不混合在一起。
和制备预先计算好的混合床式柱不同，根据本发明用户可以通过简单机械联结所需的柱段来原位制备所需的分离设备，而前者最终是柱生产商根据特定的用户需要来填充柱，也即必须准备和混合特定的固定相。
本发明还涉及制备用于分离物质混合物的最优设备的方法。
首先，对所述至少两种固定相Si(i≥2)的每一种而言，要对将在将创建的流动相中分离的混合物进行基础测量，每种组分的相关保留因子k由下式确定
k＝(tR-tM)/(tM-tM Ec)    (1)
(tR：保留时间，tm：流动时间，tm Ec：附加柱体积校正)。附加柱体积校正考虑了进料管线体积、注射器体积和检测器单元体积对时间的贡献。推荐这样确定流动相，从而使得K值位于最早和最后洗脱的物质之间，范围是1-20。
所述基础测量应该优选在每种分离元件上(例如，SA、SB、SC)或者在数个相似或者不同联结元件上(例如，10个联结元件SA；或者5个SA、3个SB、2个SC；3个SA、5SB、2SC；和2个SA、3SB和5个SB)进行。所述基础测量也可以在分开的基础测量柱上进行。
随后，根据对将要分离的每种组分以及具有固定相Si的每种分离元件确定的k值，然后针对特定分离问题计算分离元件和其尺寸的最优组合，并随后按照先前计算的方式将具有预定尺寸的分离元件联结或者以其它方式连接成该最优化的分离设备。
分离元件的尺寸意味着各个固定相在分离元件中的体积。当分离元件具有不变直径时，所述尺寸和长度成比例。如果所有的分离元件都具有相同的直径和相同长度，那么所述尺寸和将要联结的分离元件数目N成比例。
针对特定分离问题的分离元件的最合适组合优选采用棱镜模型计算。优选地，对于固定相和其尺寸的任何可行组合而言，基于通过所述基础测量结果确定的保留因子ki，规定待联结的分离元件的预定数目N，尤其是预定总数N＝X+Y+Z的分离元件的分离元件数目，由此计算在选择率点XYZ待分离的组分的各自保留因子，也即，固定相Si的各个杂相组合的保留因子kxyz：
kxyz＝(X×kA+Y×kB+Z×kC)/(X+Y+Z)    (2)
其中X表示分离元件SA的数目，Y表示分离元件SB的数目，Z表示分离元件SC的各自数目。
由所述大量的计算联结可能性XYZ，确定分离元件或者段的具有最佳选择性α或者最佳分辨率Rs的联结，然后，将所述各个元件或者柱段联结在一起形成针对所述分离问题最优化的并且包括N个分离元件的分离设备，尤其是柱，其中α由下式确定：
α＝k2/k1    (3)
Rs由下式确定：
RS＝2*(tR2-tR1)/(W1/2 1+W1/2 2)    (4)
其中tR1是各个化合物的保留时间，W1/2 1是各个化合物的半高峰。
利用分离元件尤其是柱段的具体计算后的联结，可以就特殊分离问题对固定相进行最优化，从而不再需要用连续变化的或者逐步变化的流动相来进行洗脱，或者不再需要让生产商充填特定的混合床式柱。
如果基础测量结果已经表明可以由仅仅一种类型的柱段来实现所需的分离，那么所述计算的其余部分可用来对柱的长度进行最优化，以及仅仅由所述一种类型的柱段来构建所述柱。
否则，计算给定数目为N的柱段的各种可行的柱段组合，直到获得所需的分离为止。当达到了一对或者多对关键峰的所需选择率αcrit或者分辨率Rs，crit时，可以终止最优化和计算。
如果，在对例如三种类型柱段并且柱段总数为N的各种可行组合进行计算的计算结果范围内，没有计算出足够好的分离，也即，没有得到针对特殊分离问题限定的值以下的Rs，crit，那么改变(尤其是增加)柱段的数目N，并就该改变的数目N’再次进行计算。
如果，在对N个柱段进行计算的计算结果范围内，没有预测到令人满意的分离，那么需要进行新的计算，增加一种或多种另外的固定相。
为此，用所述另外的柱段Sj另外进行基础测量，并随后进行新计算。
如果，对于给定组合而言，分离能力不足，那么可以通过以现有比例增加柱段总数N来提高分辨率。实际上，如果分离得太好，那么可以以所述相同比例减少段的数目，以便缩短总周期时间。
然后，由计算数量和/或尺寸的分离元件，联结或者连接成针对该特殊分离问题最优化的分离设备，并进行相应的分离。
基于所述计算，可以预测洗脱顺序和峰的分辨率。
因此，针对该特殊分离问题进行优化的所述分离设备(尤其是柱)，可以通常基于仅仅三次(！)基础测量，就由该分离元件套件快速高效的组装而成。
虽然通常三种不同的固定相就足以实现足够有效的、尤其是恒溶剂分离，但是固定相的数目当然可以进一步增加到四个、五个或者更多，分子和分母中的用于计算杂相保留因子K的式子相应扩展至n个固定相。
如果固定相或者包含固定相的分离元件并不具有相同尺寸(例如，填充的柱段的直径和长度)，那么每种组分的保留因子可以由下列等式计算：
Kαβγ＝(α×kA+β×kB+γ×kC)/(α+β+γ)    (5)
其中α、β、γ对应于在该杂相组合中填充了固定相A、B和C的分离元件的总内部体积。KA，B，C——如同已经描述的那样—-是由各个基础测量确定的保留因子。
如果在后续测量中在分离设备之前必须提供保护柱，那么在基础测量和计算中必须对此进行考虑。
另一个优点是第一柱段也可以被认为并用作保护柱，而且如果需要，可以非常容易地替换。相应地，需要采用另外的保护柱。
另外，本发明的方法也可以以变体形式实施，因此——无需规定分离元件的特定尺寸——由基础测量结果计算最优化的分离设备，而且随后可以由生产商根据先前计算好的各个固定相的比例来相应地填充所述最优化柱。在这种情况下，该计算提供了每种固定相针对选择性最优化的体积，随后将确定的各个体积填充到合适的载体元件例如合适的柱中。
一般而言，当采用本发明的设备和本发明的方法时，不是流动相经历连续变化的组成，而是通过将各个分离元件联结、针对分离具体组装而成的分离设备(尤其是柱)具有选择分离所必需的变化组成，所述变化组成是基于具有不同选择性的分离元件或者段，也就是说，分离设备具有固定相梯度。
相应地，用本发明设备进行分离也可以以恒溶剂形式进行，并具有所需的选择性，因此避免了梯度洗脱的缺点。因此，不需要回洗，也即，节省了溶剂，缩短了总周期时间。另外，在恒溶剂洗脱中固定相或者至少没有被不同极性物质污染的大部分级分可以循环使用，从而另外节省了处置成本和提供新鲜溶剂的成本，所以对环境也有益。
为此，优选地，将流动相的载有各个分离的物质的各个区域取出，而将剩下的溶剂捕获、循环和再用。尤其在采用相当大量溶剂的制备色谱领域，利用恒溶剂色谱实现的溶剂再用性不仅仅对环境有重大益处，而且由于处置和提供新鲜溶剂的成本都显著下降，所以也节省了可观的成本。
本发明的另一个重要优点在于当采用恒溶剂洗脱时，可以采用更多的不同检测原则以及检测器来确定各种物质。
由于流动相的组成在恒溶剂洗脱中保持不变，所以差示折光器可以再次用来对物质进行万能检测。
通常，利用本发明的套件进行物质的恒溶剂洗脱和分离可以在乙腈/水混合物中进行，针对这种情况，在UV范围的吸收增加是直到190nm波长(50％透射)处才开始。相应地，由于恒溶剂洗脱，甚至在短波UV区域也可以检测具有发色团的物质。
因此，根据本发明可以以恒溶剂形式进行的分离，使得可以采用其它通常更合适、更灵敏和/或更便宜的检测方法。
由于流动相的组成随着时间保持不变，再者，在每种检测方法中基线当然更加稳定，所以由于混合带来的影响也得以避免。
因为电离作用保持不变，另外不发生梯度诱导的副作用(稳定不变的本底)，所以恒溶剂分离也对质谱质量有好的影响。
而且，对于在恒溶剂洗脱中进行检测而言，也可以采用电化学检测器或者电导率检测器。
由于恒溶剂分析使得几乎所有检测原理现在都可以使用，所以将各种检测器串联联结变为可能，从而改善了对物质的表征。
另外，利用本发明的设备，为了提供梯度而需要的容易出故障的装置，比如另外的泵和梯度混合器，就不再需要了，从而不仅降低了色谱仪的获取成本，而且降低了操作成本。
在纳米尺度、微米尺度、分析性和制备性应用领域、以及在通过固相萃取或者过滤进行试样制品和/或纯化领域中，在每种情况下本发明的分离元件套件和本发明的方法都可以用于所有如下方法：所述方法采用基于至少两种相的不同相互作用的物理化学分离，比如气相色谱(GC)、液相色谱(LC)(柱式或者平面式)、采用超临界气体作为流动相的色谱(超临界流体色谱，SFC)、电泳分离技术。
在液相色谱中，也采用了如下方法：所述方法在减压下进行(例如，闪蒸色谱)或者在升高的压力下进行(例如，HPLC、MPLC)，或者采用不同的相互作用机制进行分离，例如逆相液相色谱(RP)、正相色谱(NP)、离子色谱(IC)、尺寸排阻色谱(SEC、GPC)或者疏水性相互作用色谱(HIC、HILIC)。
固定相的分离元件可以是例如柱的段、TLC板或者电泳凝胶的段。尽管本发明主要是参考柱和柱段进行描述的，但是所提到的内容同样合适地适用于其它分离元件或者段式分离设备或者可分段的分离设备，例如TLC板，这些分离元件可以和目标固定相的任何可能长度相适应。
固定相的联结也不依赖于所用载体材料的种类(硅胶、聚合物、金属氧化物、玻璃、石英玻璃、多糖、琼脂凝胶、碳等)，而且还可应用于各种数量级的色谱方法，从微型纳米尺度方法到制备范围。
另外，固定相可以或者是颗粒状、纤维状或者类纤维状，或者可以是整块式。采用整块固定相的优点在于它们非常容易联结，这是因为所述固定相无需通过玻璃料或者筛子得以保持。
当用于纳米技术时本发明同样特别有利，这是因为就如此小量而言，极其难以在流动相中可再现性地提供梯度。
当然，本发明的套件也可以适用于特定的分离技术，或者可以包含用于特定分离问题的特定段，如果必需的话作为另外的段。
因此，在离子色谱或者离子对色谱中，还可以由柱段构建固定相，或者例如也可以将用于离子对色谱的柱段和其它柱段(例如，极性柱段)联结在一起。
采用经过特定的预先计算并随后联结或者组装的分离设备的另一个优点在于总周期时间缩短。分离元件的采用以及对将要联结到一起的各个分离元件及其数目进行计算，最终也使得可以对总周期时间进行最优化，即，尽可能短，但是长度足以实现所需的分离。
套件也可以包括针对某些物质定向吸附的段，就像在固相萃取中一样。从将要分离的混合物中，目标物质几乎在该特定吸附段中被定量吸附，并因而也富集在这段中，随后再次解吸。和到目前为止惯用地仅仅在一个段中不同，可以预见实现段的真正级联，以实现有针对性地顺序吸附不同的物质。
本发明的段也可以用于其它分析技术中，比如在电色谱分析或者电泳中，其中所述电色谱分析基于电渗流动来分离物质混合物。
本发明的套件和本发明的方法适于具有流动相和/或恒定速率的在线连续操作分离过程和/或方法，例如HPLC、在线TLC和在线OPLC。
本发明的套件也可以包括至少两种不同的TLC板，每种板随后应该以更大的数目包括在该套件中，尤其是每种至少3块板。TLC板可以和最优长度相适应，各种TLC板段随后可以一起联结成由各种段形成的板，并最终形成在固定相中具有梯度的板。
特别而言，该套件使得用户可以原位构建特别适于他们(日常)分析的分离设备，然后可以在具有已经描述的恒溶剂洗脱的优点下进行分离。
尤其在经过最优化的分离设备用于连续分离过程(也即恒溶剂分离过程)并且在整个分离过程中具有不变的固定相(也即甚至不会“转换”柱)的情况下，最优化分离设备的优点得以体现。
在特定应用中，除了对固定相进行最优化以外，当然还可以针对目标分离而对流动相进行最优化，例如，用梯度进行优化。
对特定柱段的特定设计当然依赖于分离技术的种类以及将采用由将联结到一起的分离元件制备的分离设备进行分离的物质量。
每个单个分离元件的长度依赖于包含固定相的设备(尤其是柱)的后续总长度、所需的段数目以及特定分离问题。在分离元件是分析LC柱的段的情况下，段的长度是至少0.5cm，优选至少1.0cm，以将段简单地机械联结在一起。柱段的长度优选是2cm，从而长度为20cm的柱可以由10个联结的段构建而成。特别优选地，柱段长度是1cm或者其整数倍，可以长达500cm；优选地，柱段长度不大于12.5cm。在毛细管气相色谱(cGC)中，可以考虑多达100m的柱段长度，而且该长度优选是25m。
柱段可以是直圆柱形或者螺旋圆柱形(尤其是长柱段的情况下，例如用于GC的情况)，或者可以是一些其它形状。
柱的内直径根据待分离的物质量和特定的色谱分析过程可以显著变化，可以是大约20微米-2米，在分析柱的情况下通常是20微米-10毫米。对于分离目的而言，采用内直径为2mm-1m的柱。
原理上所述套件也可以另外包括“倍数段(Vielfach-Segment)”。这些“倍数段”是限定固定相的柱段，也以“单一段”的形式存在，但是所述“倍数段”的长度是单个段长度的整数倍。例如，除了10个长度为2cm并且具有包含苯基的相的段以外，该套件还可以包括长度为4cm并且具有包括苯基的相的“双倍段”，以及长度为6cm并且具有包括苯基的相的三倍段；当另外存在这些倍数段时，可以缩短联结和拆开这些段所需的时间。
通过基于棱镜模型的理论考虑发现，当在每种情况下除了长度为1的柱段以外，在计算中还包括具有最小可能长度(例如，1/2或者1/4)的每种类型固定相的柱段时，和如果例如柱段的总数N是通过一个或者两个段而整体增加的情况相比，可以通过合理数量的计算来覆盖工作范围宽得多的选择性最优化。
分离元件应该尽可能地通过惰性的、没有死空间的连接件(Verbingdung)进行联结，例如通过：
·毛细管接头
·直接借助具有小死空间的联结器
·在毛细管柱的情况下，通过采用联结器将毛细管的端部结合在一起，毛细管的端部直接对接在一起
·同样在毛细管柱的情况下，通过经由可收缩的套管将毛细管的端部进行收缩装配(Schrumpfschlauch)
·采用具有通孔的垫圈将柱端部螺旋式联结在一起
·通过具有毛细孔的螺旋连接
·直接将一个分离元件的充填端和另一个分离元件的充填端放在一起
·通过将固定相呈段式填充在柱管中
优选地，每个分离元件在每个端部具有相同的联结装置(Kopplungsmittel)，从而一个柱段的任何端部可以连接到另一柱段的任何端部。
另一种优选实施方案考虑在柱段的每一端提供互相不同的联结装置(凸出、凹进)。在这种情况下，一个柱段的端部插入到下一个柱段的起始处，从而保持填充横截面的内直径恒定，并因而保持线性流速不变。以此方式，在联结点不形成紊流。这种系统的其它优点是联结点处的隔室型密封(gekammerte Dichtung)和各个分离元件的受保护性填充。另外，所述填充是内部封闭的、受保护的。通过互相插入进行的简单操作特别有利。但是，这种联结的最重要一点在于所述联结基本没有死空间，这是因为分离元件的端部在具有薄玻璃料的情况下直接压入到具有所需错流过滤(Kreuzfiltration)的筛子上。
还可以在柱段的每一端部提供整块式密封，厚度优选是0.5-1mm。这些柱段以和上述方式类似的方式(凸出、凹进)联结。在这种情况下，优点在于无需采用任何金属性终端，比如筛子和玻璃料。另外，整块式密封可以进行化学改性，因此可以和所用的特定固定相相适应。利用这种系统，能够将两个分离元件在不用过渡元件(比如，筛子和玻璃料)的情况下连接在一起。
如果缩短到合适长度(尺寸)的色谱分析板用作分离元件，例如在TLC、OPLC或者HPTLC中，那么可以通过将两块板的固定相在板端部重叠而将分离元件联结起来，从而使第一板的固定相例如向上朝向，下一板的固定相向下朝向，等等，或者将板相邻放置并随后经由惰性桥联结，所述惰性桥随后覆盖两块板的固定相。
现在将结合应用实施例更详细地解释本发明的方法。
I、基于棱镜模型，计算目标分离元件(柱段)的最优化组合的实施例：
a)对于羟苯甲酸甲酯、苯乙酮、羟苯甲酸乙酯、邻苯二甲酸二甲 酯、2，3-二甲基酚、苯甲酸甲酯和苯甲醚的混合物，确定当采用在作为 溶剂的乙腈/水30∶70(v/v)中的10个具有氰基和/或苯基和/或C18基 团的柱段的组合时，最佳的可行分离。
在每种情况下，所述套件包括至少10个CN作为固定相(SCN)的柱段、10个苯基作为固定相SPH的柱段、和10个C18作为固定相(SC18)的柱段。
对这三个不同固定相的每一种而言，在针对待分离的7种不同物质的每一种的基础测量的范围内，根据(1)确定各自的保留因子k，如下表所示：
组分 KCN  KPH  KC18
 1 羟苯甲酸甲酯 2.4  5.0  10.2
 2 苯乙酮 2.8  7.0  8.6
 3 羟苯甲酸乙酯 3.1  7.7  20.1
 4 邻苯二甲酸二甲酯 3.2  9.6  10.5
 5  2，3-二甲基酚 3.5  9.7  26.3
 6 苯甲酸甲酯 3.5  11.0  17.2
 7 苯甲醚 3.7  11.8  19.0
在本实施例中，待联结在一起的柱段总数N设定为10。对于柱段的每种杂相联结，也即X个固定相SCN、Y个固定相SPH和Z个固定相SC18并且其中N＝10＝X+Y+Z而言，在选择性点XYZ处所述杂相联结的保留因子根据(2)计算：
kxyz＝(X×kCN+Y×kPH+Z×kC18)/(X+Y+Z)    (6)
由分离元件的各个联结XYZ的保留因子计算值，计算所有相邻峰对的选择性。最优的选择性点是在该处所有峰对都实现了基线分离的XYZ点。如果多个选择性点实现了基线分离，那么理想点是另外对最后洗脱的组分具有最小保留因子的点。
用于基线分离的值，也即在该处峰又到达基线的点，取决于该特定的色谱分析技术或者该特定分离方法可以达到的分离效率。在HPLC的情况下，为了满足良好分辨率的要求，所述值应该是大约1.5，对于GC而言应该是大约1.05，对于TLC而言应该大于1.3。
从下列将选择性点442实施例(即，4个段SCN、4个段SPH和2个段SC18)的计算保留因子和测量保留因子进行比较的结果可见，计算保留因子和测量保留因子的平均偏差平均是大约4％：
    1     2     3     4     5     6     7
    K测量     6.59     7.01     9.04     11.77     12.22     13.29     15.11
    K计算     6.31     6.86     8.80     11.07     11.81     12.82     14.21
    偏差[％]     4.5     2.2     2.7     6.3     3.5     3.6     6.3
分离选择性取决于有多少个具有不同固定相(或者，对于后者而言，具有不同极性)的分离元件或者柱段可以联结在一起、待联结的柱段的总数N以及其它。
a2)对于8种三嗪的混合物，确定当采用甲醇/水50∶50(v/v)作 为溶剂、具有每种各10个的氰基和/或苯基和/或C18基团和/或具有极 性嵌入酰胺基团的C18基团的柱段组合时，最佳的可行分离。
在每种情况下，所述套件包括至少10个CN作为固定相(SCN)的柱段、10个苯基作为固定相SPH的柱段、10个C18作为固定相(SC18)的柱段、和10个具有极性嵌入C18作为固定相(SpeC18)的柱段。
对这4个不同固定相的每一种而言，在基础测量的范围内，针对待分离的8种不同物质的每一种，根据(1)确定各自的保留因子k，如下表所示：
 组分  kCN  kPH  kC18  kpeC18
 1  Prometone  1.16  4.57  6.09  4.51
 2  Simetryn  1.28  6.82  11.85  7.55
  3   Ametryn   1.41   7.73   12.18   7.42
  4   Prometryn   1.45   10.41   22.82   14.19
  5   Terbutryn   1.39   10.15   19.70   11.16
  6   Simazine   1.61   11.85   24.03   15.72
  7   Atrazine   1.78   18.57   46.50   27.22
  8   Propazine   1.97   21.69   55.86   27.85
这些值的色谱如图1所示。可以发现，单种分离柱自身都不能解决分离问题。
Figure S2006800179000D00151
图1、在不同固定相中分离三嗪
可以从所有可行组合的k值和选择性的计算中确定固定相的最优组成。在这种情况下，它包括180mm的苯基相、60mm的具有极性嵌入基团的C18相、和60mm的氰基相。
在下表中将最优柱组成的保留因子计算结果和测量值进行了比较。偏差平均是3.4％。
1 2 3 4 5 6 7 8
  K测量   4.30   6.42   6.90   9.09   9.96   10.75   17.21   20.19
  K计算   4.30   6 47   7.06   9.45   10.29   11.60   18.52   20.74
偏差[％] 0.0  0.8  2.3  3.8  3.2  7.3  7.1  2.7
在图2中比较了计算色谱和测量色谱。可以清楚地发现，它们吻合得非常好。
Figure S2006800179000D00161
图2、分离三嗪：测量的和预测的
b)可行组合的数目
I)由s＝3个尺寸相同的不同柱段(SA、SB和SC；在本文中是SCN、SPH和SC18)和总数N＝10个联结的柱段，如果三种不同柱段中仅仅两种联结在一起，即仅仅SA、SB或者SA、SC或者SB、SC，那么得到了27种不同组合。如果所有三种不同柱段SA、SB、SC联结在一起，那么有另外36种可行组合。
因此，总体而言，对于有三种不同极性的柱段而且待联结的柱段总数为10的情况而言，有63种可行组合。
II)如果待组合的柱不是刚好10个，而是总数N是6-15的范围，即n＝6-15，s＝3，那么可行组合数增加到625。
III)对上述可行组合的计算(I)，也即N＝10并且三种固定相而言，当增加固定相SD，也即s＝4时，具有2、3或者4种固定相的可行组合是960种。
IV)如果基于III)，总数扩展到至少6个-至多15个，那么，当s＝4并且每种情况都是3相的组合时，总共有2500种可行性。
通过扩展互相组合的可得固定相的数目例如到5个或者以上(例如，其中不多于三种或是四种不同固定相进行联结的组合)，可行组合会进一步增多。通过在计算中考虑1/2或者1/4柱段，可以获得另外的“微调”。
下面基于联结柱段的优选应用实施例来描述本发明。
柱包括一个或多个柱段、和夹具，所述夹具又包括可以螺旋连接在一起的各个夹持元件，而且如果需要可以拧到各个柱的顶部和底部处的连接器上。
不依赖于下面详述的该特定优选实施方案，各个夹持元件也可以通过插接头或者其它类型的接头进行连接。而且，还可以全部省掉各个夹持元件，而是将柱段插入到具有螺纹端部的、合适长度的导套中，然后用可以拧在所述导套上的连接器沿着轴向将各个柱段压在一起。
柱段也可以通过在合适设备中的液压装置沿着轴向压在一起。
下列特别优选的实施方案中的重要一点在于：甚至在联结点处，柱的内直径保持不变，因而在整个柱中的流速是恒定的。
另外，下面描述的柱联结一般也可以用于联结柱，比如前柱和主柱。
附图显示出：
图1：a)柱段的分解图，和b)完整柱段的示意图，
图2：图1b)的柱段装配在，夹持元件30(步骤1)、装配另外的夹持元件30’(步骤2)、装配另外的柱段11’(步骤3)，中的示意图
图3：顶部柱段11或者顶部夹持元件30以及底部柱段11”或者底部夹持元件30”联结到各个适配器的示意图，和
图4：柱段和适配器联结在一起形成柱的示意图。
柱段11(参见图1)包括具有固定相12的柱管13。柱管13可以由例如金属、塑料、陶瓷或者其组合制成，具有预定的外部轮廓(具有台阶22、21)和恒定内径di。
在顶端14处，管13具有限定的凹槽15，所述凹槽的直径d15必须大于内径di。凹槽15具有台肩，用于安装密封件17。密封件17可以由例如塑料、金属或者一些其它适于密封的材料制成。凹槽15容纳过滤器或者过滤器-筛子组合16，所述组合16保护着固定相，并且其上具有环状密封件17。凹槽15的壁18在与另一个柱段11’联结过程中或者装配凸出适配器40(下面描述)时，同时充当导轨。
管13在其底端19的形状由凸出连接器21确定，并有多孔玻璃料20封闭，所述多孔玻璃料20的目的是将固定相12夹持在管13中。多孔玻璃料20可以是金属、塑料、陶瓷、烧结硅胶、整块硅胶、或者整块聚合物，任选经过表面改性。
夹持元件30(图2)接受柱段11和其联结。夹持元件30可以是金属、塑料、陶瓷或者其组合。在其顶端31处具有内螺纹32，在其底端33处具有外螺纹34。在夹持元件30内部，有带有台阶36的通孔35，柱段11装配在所述通孔中。柱段11的台阶22停靠在夹持元件30的台阶36上。
夹持元件30的外表面37可以沿着对角线或者轴向压花以方便操作，或者可以具有针对使用扳手的表面。
图2和3对柱段的组装进行了举例说明：
1、将柱段11按照上述方式置于夹持元件30中(图2中的箭头1)。
2、将另一个夹持元件30’在第一夹持元件30的顶端31处完全旋入第一夹持元件30中(图2中的箭头2)。
3、将另一柱段11’置于带螺纹的夹持元件30’中(图2中的箭头3)。
4、重复步骤2和3，直到达到所需数目的柱段30时为止。
5、将凸出适配器40插入图3中顶部柱段11的凹槽15中，将适配器螺丝41旋入夹持元件30中。
6、在底部柱段11”的底端19处，将凹进适配器42装配在凸起21”上，并用适配器螺母43旋在夹持元件30上。
7、所得的分段式柱现在可以通过毛细管连接件(不锈钢、塑料或者烧结氧化硅)连接至色谱分析系统上。
在上述优选实施方案中，如果例如要将双倍长度柱段连接到其它柱段上，那么可以将该双倍长度柱段容纳在相互连接在一起的两个夹持元件中，然后联结。

Claims (13)

1.用于通过在固定相和流动相之间分配而分离物质的元件套件，
所述套件包括至少六个将联结或连接在一起，以形成分离设备的分开的分离元件，
所述分离元件称为Ti，其中i≥2，所述分离元件Ti各自包括任何固定相和载体元件，且
所述分离元件Ti包括至少两个不同的固定相Si，其中i≥2；
以及对具有限定固定相Si的每种分离元件Ti而言，所述套件包括至少三个分离元件Ti。
2.权利要求1的套件，其特征在于通过将载体元件联结或者连接实现所述分离元件的联结或者连接在一起。
3.权利要求1或2的套件，其特征在于所述套件包括具有至少三种选择性不同的固定相，SA、SB和SC，的分离元件，对这三种分离元件的每一种而言，在所述套件中包括至少5个。
4.权利要求1或2的套件，其特征在于所述套件的固定相含有
任选醚化的饱和的或者不饱和的烷基，所述烷基任选是单环的、多环的或者无环的、脂环的或者杂环的；
硝基、
氰基、
羰基、
羧基、
任选醚化的羟基、
任选醚化的二醇，或者硫醇基团、
环氧丙氧基；
氨基或者手性基团、
酰胺基、
氨基甲酸酯、
脲、
全氟烷基或者全氟芳基或者其它卤代烷基或卤代芳基；
聚丁二烯基团或者其它有机聚合物、
亲和色谱改性体或者可离子交换基团、
未改性的载体材料或者分子烙印聚合物，或者其组合。
5.权利要求1或2的套件，其特征在于分离元件的长度是0.5cm-50m。
6.权利要求1或2的套件，其特征在于所述分离元件是以基本没有任何死空间形式联结的柱段。
7.权利要求6中所述的套件，其特征在于柱段包含联结装置(15，21)，所述联结装置被提供在柱段的顶部和底部并互相不同，使得一个柱段的底端可以插入到另一个柱段的顶端。
8.权利要求6的套件，其特征在于柱段(11)的联结通过夹持元件(20)进行，所述柱段容纳所述夹持元件。
9.权利要求1-8之一的套件在液相色谱、气相色谱、超临界气体作为流动相的色谱和电泳分离方法中的用途。
10.权利要求1-8之一的套件在纳米尺度、微米尺度、分析或者制备应用领域中的用途。
11.权利要求1-8之一的套件在连续操作的在线分离技术和/或具有平衡流动相的分离方法和/或恒溶剂分离方法和/或等温分离方法中的用途。
12.制备用于分离物质混合物的最优化设备的方法，其特征在于分离元件联结或者连接在一起，所述分离元件包括载体元件，以及所述分离元件包含不同的固定相Si，其中i≥2，以及每种分离元件Ti都具有限定固定相Si，并具有相同或不同的尺寸，通过存在的，各固定相Si，其中i≥2，的经棱镜模型确定的保留因子ki来确定分离元件的选择性和各自尺寸的最优化组合，以及所述分离元件然后联结或者连接起来形成最优化的分离设备。
13.用于分离物质混合物的最优化设备的生产方法，其特征在于不同的固定相Si，其中i≥2，联结在一起、连接在一起或者互相涂覆，通过存在的，各固定相Si的，之前经棱镜模型确定的保留因子来确定固定相Si和其尺寸或体积的最优化组合，这些固定相然后连接在一起，任选地在合适的载体元件中连接在一起，或者互相涂覆。
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