CN101537343A - 一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱 - Google Patents

Abstract

一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，由色谱柱管、活塞和柱端盖构成，其特征在于，色谱柱管为外径相等而内部结构不同的两部分组成的整体管：1.一部分为长度等于l_c、供活塞运动的压缩段，另一部分为长度等于l_t的柱床段；2.压缩段为直径等于φ圆柱形结构，柱床段为直径φ均匀过渡到直径Φ的圆锥形结构，Φ＞φ，锥度为3‰～10‰。采用本发明这样的圆锥形柱结构，装柱时，极大地降低了填料与柱管壁之间的摩擦力，克服了目前圆柱形结构色谱柱存在的柱床装填密度不均、远活塞端柱床装填不实、柱床塌陷、柱床不稳定、以及卸柱困难等缺陷，显著的提高了色谱柱柱效和色谱柱的生产能力。

Description

一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱

技术领域：

本发明涉及色谱技术，特别提供了一种带由活塞压缩、圆锥形柱管和柱端盖组成的可动态轴向压缩的高压色谱柱。

背景技术：

工业色谱(Industrial Preparative chromatography，IPC)技术，以其高效的分离能力广泛应用于医药、生物技术、精细化工等产业中高技术领域，特别是在纯度要求高、附加值高而一般分离技术难以实现的产品生产应用领域，如天然产物、生物大分子等领域优势尤为突出。

色谱分离能力由柱床均一性、固定相和流动相等因素决定。在控制了填料均一性基础上，人们开发了干法(dry packing)、湿法(slurry packing)和半湿法(wet-dry packing)等装柱技术、以及与装柱技术联用的动力轴向、径向和轴径向复合压缩等的柱床压缩技术，使填料在2～10倍于操作压力条件下形成柱床并使之固定，试图解决柱壁区填料间隙体积过大、填料移动及柱床弹性所造成的不均一性，以获得均一性更高的柱床(USP 3966609、4211658、4737292、4861473、5674455、58939716001260和CN201001975)。由于填料之间以及填料与柱壁之间存在摩擦力、摩擦力差异，以及填料弹性，目前文献公开的色谱柱均为圆柱形结构，这又给柱床引入新的不均一性——装填密度不均：1、压缩柱床在轴向和径向都存在填料填装密度不均，径向填装密度不均还包括填装密度对柱中心轴呈非对称分布；2、填装密度不均源于近柱壁处的填料受力不均、填料颗粒与柱壁之间的摩擦力同填料颗粒与填料颗粒之间的摩擦力不等、以及摩擦力和填料弹性导致的压力传递不均，前两者还导致柱壁处填料被压碎；3、填装密度不均导致高、低密度区的柱效相差80％～150％；4、在导致谱带展宽因素中，径向流速不均的贡献率最大，对目前填装最好的色谱柱最低亦为50％，而对填装一般的色谱柱远远大于50％；5、动力轴向压缩使柱床的密度分布是边缘大于中心，近活塞端大于远活塞端；6、远活塞端柱床装填不实，仍存在柱床塌陷、柱床不稳定。7、高压分离过程中的压力波动和动态调整压缩过程中会出现柱床整体移动而严重影响柱分离效果。[J.Chromatogr.，149(1978)29；J.Chromatogr.，482(1989)65；J.Chromatogr.A，679(1994)231；J.Chromatogr.A，694(1995)321；J.Chromatogr.A，696(1995)1；J.Chromatogr.A，740(1996)169；J.Chromatogr.，760(1997)17；Anal.Chem.，69(1997)4592；Anal.Chem.，60(1998)2334；J.Chromatogr，994(2003)1]。

另一方面，使用圆锥形结构以提高色谱柱柱效已有广泛研究[Anal.Chem.，39(1966)1974；Anal.Chem.，40(1968)118；Journal of High ResolutionChromatography&Chromatography Communications，Feb(1979)63；Switzerland PatentCH 675212(1990)；Analytical Sciences 15(1999)233：World Patent WO 00/74808(2000)]。关亚风等(CN 1366180A)公开了一种圆锥形制备色谱柱，其特征是入口内径大于出口内径(入口内径2R＝10～2000mm、出口内径2r＝3～1800mm，入口至出口之间内径均匀过渡，锥体角度为1～20°)。但是，公开文献的圆锥形色谱柱均不适应于配套动力压缩系统的高压色谱柱。

技术内容：

本发明的目的在于克服现有圆柱形动力压缩高压色谱柱管壁与填料之间存在的巨大摩擦力，提供一种简单、有效、方便和经济的圆锥形动力轴向压缩高压色谱柱。

为实现上述目的，本发明提供了一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，由色谱柱管、活塞和柱端盖构成，其特征在于，色谱柱管为外径相等而内部结构不同的两部分组成的整体管：1、一部分为长度等于l_c、供活塞运动的压缩段，另一部分为长度等于l_t的柱床段；2、压缩段为直径等于φ圆柱形结构，内壁光滑度大于

柱床段为直径φ均匀过渡到直径Φ的圆锥形结构，Φ＞φ，锥度为3‰～10‰，内壁光洁度大于

3、φ＝40～350mm，l_c＝100～600mm，Φ＝42～370mm，l_t＝300～1000mm，L＝400～1600mm；4、柱管可承受200kg/cm²的内压力。

本发明提供的圆锥形动力轴向压缩高压色谱柱中，色谱柱管与柱端盖和液压缸均采法兰连接。

本发明提供的圆锥形动力轴向压缩高压色谱柱中，活塞由活塞体、流动相均分装置和密封件组成。流动相均分装置包括导流板、限流板和筛板，由筛板紧固螺母固定于活塞体上。限流板为孔径φ等于0.5～1.5mm、孔均分布多孔板，其作用是防止在高压条件下某一孔流量过大，达到流动相均匀分配至柱床的目的。导流板的作用是将来经活塞中心孔或柱端盖中心孔泵入的流动相导入限流板的每个限流孔，并支撑限流板，可采用树枝状结构。限流板中，流路的横切面积逐渐变小，其终末段的横切面积与限流孔的横切面积相等，流路的横切面可加工成矩形、梯形或三角形。筛板为孔径φ等于2～40μm的不锈钢烧结板或多层不锈钢筛网复合板，其作用是阻止样品中的载体等固体进入柱床，并防止柱床中的填料倒溢。

本发明提供的圆锥形动力轴向压缩高压色谱柱中，柱管、活塞体、导流板、限流板、筛板和柱端盖均等由不锈钢制成(304、1Cr18Ni9Ti或316L)，筛板紧固螺母为氟塑料。活塞与柱管之间的密封可采用”O”型密封圈+U形密封圈(PTFE-板弹簧组合)，也可采用氟塑料“V”形填料密封，此时，活塞结构上需增加一个密封填料压紧件。柱管与柱端盖采用氟塑料梯形圈密封进行锥面密封。

本发明提供的圆锥形动力轴向压缩高压色谱柱中，柱端盖柱床面配有与活塞相同的流动相均分装置，以利于流动相的流出，更为重要的是有利于色谱柱的双向使用。

本发明提供的圆锥形动力轴向压缩高压色谱柱中，活塞的压缩动力可用液压缸提供，也可用千斤顶。在色谱柱运行过程中，液压缸可向柱床动态施加大于或等于流动相供液的压力，使柱床处于动态压缩状态。使用千斤顶时，色谱柱需增加一个活塞限位装置。

采用本发明这样的圆锥形柱结构，装柱时，极大地降低了填料与柱管壁之间的摩擦力，克服了目前圆柱形结构色谱柱存在的柱床装填密度不均、远活塞端柱床装填不实、柱床塌陷、柱床不稳定、以及卸柱困难等缺陷，显著的提高了色谱柱柱效和色谱柱的生产能力。

具体实施方式：

实施例一φ320高压色谱柱

柱管总长L＝1200mm，压缩段l_c＝400mm，柱床段长度l_t＝800mm，φ＝320mm，Φ＝328mm，锥度为5‰，内壁光滑度为

管壁厚25mm，承压受200kg/cm²。

柱管与柱端盖采用氟塑料梯形圈密封进行锥面密封。活塞与柱管采用“V”形氟塑料填料密封。柱两端均配置流动相均分装置，导流板树枝状结构。压缩动力由液压缸提供。柱管、柱端盖、活塞体、限流板、导流板等均使用1Cr18Ni9Ti。筛板选用不锈钢筛网复合板，孔径10μm。导流板孔径1mm，孔间距10mm。色谱柱管与柱端盖和液压缸通过法兰连接成高压色谱柱。

装柱时，启动液压加压泵将活塞推至色谱柱管底部，打开柱端盖，将15～25μm的色谱硅胶装入柱内，装好色谱柱端盖；启动流动相高压输液泵，向柱内泵入二氯甲烷直到其流出柱出口时关闭输液泵；启动液压加压泵，向色谱柱柱床加压至压力达160～200kg/cm²时关闭液压加压泵，再启动输液泵，向色谱柱柱床加压至压力达160～200kg/cm²时关闭输液泵；如此反复数次，直到柱床不能被压缩为止。启动输液泵，用二氯甲烷在160kg/cm²下平衡色谱柱2～12小时。

将1000g 50％的紫杉醇(含三尖杉宁碱37％)溶于5L二氯甲烷中，过滤，并泵入柱内；用二氯甲烷/正丁醇(99/1)进行洗脱直到紫杉醇被全部洗出，洗脱液以10L一份进行部分收集，经TLC或和HPLC分析，合并含量大于99％的部分，经浓缩、结晶获紫杉醇397g(含量大于99.2％)。用正丁醇将柱内杂质全部洗出，经40L二氯甲烷平衡色谱柱后，色谱柱可再次使用。

实施例二φ150高压色谱柱

柱管总长L＝700mm，压缩段l_c＝200mm，柱床段长度l_t＝500mm，φ＝150mm，Φ＝160mm，锥度为10‰，内壁光滑度为

管壁厚15mm，承压受200kg/cm²。

柱管与柱端盖采用氟塑料梯形圈密封进行锥面密封。活塞与柱管采用“O”形密封+“U”形密封。柱两端均配置流动相均分装置。压缩动力由千斤顶提供。柱管、柱端盖、活塞体、限流板、导流板等均使用304。筛板选用不锈钢烧结板，孔径5μm。导流板孔径0.5mm，孔间距6mm。色谱柱管与柱端盖和千斤顶底座通过法兰连接成高压色谱柱。

装柱时，启动千斤顶(35吨)将活塞推至色谱柱管底部，打开柱端盖，将25～45μm的色谱硅胶装入柱内，装好色谱柱端盖；启动流动相高压输液泵，向柱内泵入正己烷直到其流出柱出口时关闭输液泵；启动千斤顶，向色谱柱柱床加压至千斤顶推不动活塞止，再启动输液泵，向色谱柱柱床加压至压力达160～200kg/cm²时关闭输液泵；如此反复数次，直到柱床不能被压缩为止。用正己烷160kg/cm²下平衡色谱柱2～12小时。

将4000g 70％的丹参酚酸B溶于10L甲醇中，加入10kg100目硅胶混合均匀，在20L旋转蒸发器中减压加回收甲醇后制成样品干粉。将干粉样品装入一支Φ150×1200mm的不锈钢预柱中(预柱的出口与高压柱的入口串联)，启动输液泵用正己烷/乙酸乙酯(1/1)进行洗脱直到丹参酚酸B被全部洗出，洗脱液以5L一份进行部分收集，经TLC或和HPLC分析，合并含量大于99％的部分，经浓缩、结晶获丹参酚酸B 2143g(含量大于98.2％)。分离结束后，打开柱端盖，启动千斤顶将柱内填料推出。

实施例三φ250高压色谱柱

柱管总长L＝1000mm，压缩段l_c＝500mm，柱床段长度l_t＝500mm，φ＝250mm，Φ＝260mm，锥度为10‰，内壁光滑度为

管壁厚15mm，承压受200kg/cm²。

柱管与柱端盖采用氟塑料梯形圈密封进行锥面密封。活塞与柱管采用“O”形密封+“U”形密封。柱两端均配置流动相均分装置，压缩动力由气体驱动的液压缸提供。柱管、柱端盖、活塞体、限流板、导流板等均使用304。筛板选用不锈钢烧结板，孔径5μm。导流板孔径0.5mm，孔间距6mm。色谱柱管与柱端盖和千斤顶底座通过法兰连接成高压色谱柱。

装柱时，启动千斤顶(35吨)将活塞推至色谱柱管底部，打开柱端盖，将25～45μm的色谱硅胶装入柱内，装好色谱柱端盖；启动流动相高压输液泵，向柱内泵入二氯甲烷直到其流出柱出口时关闭输液泵；启动液压缸，向色谱柱柱床加压至推不动活塞止，再启动输液泵，向色谱柱柱床加压至压力达160～200kg/cm²时关闭输液泵；如此反复，直到柱床不能被压缩为止。启动输液泵，用二氯甲烷160kg/cm²平衡色谱柱2～12小时。

将1000g 50％的紫杉醇溶于5L二氯甲烷中，启动输液泵。将样品泵入色谱柱顶端，用二氯甲烷/甲醇(99/1)进行洗脱直到紫杉醇被全部洗出，洗脱液以5L一份进行部分收集，经TLC或和HPLC分析，合并含量大于99％的部分，经浓缩、结晶获紫杉醇443g(含量大于99.5％)。分离结束后，二氯甲烷平衡色谱柱，进行下一次分离。

Claims (8)

1、一种圆锥形动力轴向压缩高压色谱柱，由色谱柱管、活塞和柱端盖构成，其特征在于，色谱柱管为外径相等而内部结构不同的两部分组成的整体管：一部分为供活塞运动的压缩段，另一部分为锥形柱床段。

2、按照权利要求1所述的一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，其特征在于：压缩段为长度等于l_c直径等于φ圆柱形结构，柱床段为长度等于l_t直径由φ均匀过渡到Φ的圆锥形结构，Φ＞φ，锥度为3‰～10‰。

3、按照权利要求1和2所述的一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，其特征在于：φ＝40～350mm，l_c＝100～600mm，Φ＝42～370mm，l_t＝300～1000mm，总长L＝400～1600mm，内壁光洁度大于

8。

4、按照权利要求1所述的一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，其特征在于：色谱柱两端均配有流动相均分装置，色谱柱可双向使用。

5、按照权利要求1所述的一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，其特征在于：流动相均分装置由导流板、限流板和筛板组成。

6、按照权利要求1和5所述的一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，其特征在于：限流板为孔径φ等于0.5～1.5mm、孔均分布多孔板。

7、按照权利要求1和5所述的一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，其特征在于：导流板为连接中心至限流板的每个限流孔的树枝状通道板，其通道的横切面积自中心至限流孔逐渐变小，其终末段的横切面积与限流孔的横切面积相等，流路的横切面可加工成矩形、梯形或三角形。

8、按照权利要求1所述的一种圆锥形动态轴向压缩高压色谱柱，其特征在于：压缩动力可由液压缸提供，也可由千斤顶提供。