CN101631600A - 用于色谱柱的装填系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于利用色谱介质装填色谱柱的系统和用于在这样的色谱柱内使用的装填方法。具体地，本发明涉及一种用于装填色谱柱的方法和系统，其利用外部驱动装置将颗粒介质的床体压缩至目标床体高度。

Description

用于色谱柱的装填系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于利用色谱介质装填色谱柱的系统和用于在这样的色谱柱内使用的装填方法。更具体地，本发明涉及用于改进将色谱介质装填到色谱柱内的装填系统和方法。
背景技术
在液相色谱中使用的色谱柱通常包括封装有多孔色谱介质的管状主体，载液从多孔色谱介质中流过，通过载液和多孔介质固相之间的物质收集而发生分离。在任何分离过程之前，床体的制备必然从必须被引入色谱柱内的浆料颗粒开始。床体成形过程被称为“装填过程”并且床体的正确装填是影响包含填料床的色谱柱性能的关键因素。装填过程的目的是提供以最优压缩量-最优压缩系数压缩的床体。
具体地，多孔介质是通过固化被称为“浆料”的离散颗粒悬浊液而形成的，浆料通常从一端被泵送或注入或吸入色谱柱内。通常通过使浆料流向颗粒截留过滤器并进一步压缩形成的滤饼以使其被装填到一定的体积内来实现将浆料固化到填料床内，该体积小于若滤饼仅在重力的影响下沉降而形成的沉降床将会占据的体积。压缩度取决于色谱介质的类型并且通常在2-20％之间的范围变化。随后的色谱分离的效率依赖于填料床的液体入口和出口处的液体分布和收集系统，但是主要是依赖于形成的填料床的均匀性和稳定性。如果填料床不均匀和不稳定，那么对于在床体上进行的色谱分离来说就会受到不好的影响。填料床的均匀性和稳定性取决于最优压缩度，必须针对每一种色谱柱尺寸(宽度或直径)、床体高度和床体介质实验确定最优压缩度。
现有技术中有几种用于装填色谱柱的方法是公知的(例如参见US2003/0146159)。“流动装填”是一种通常被用于制备分析色谱柱(也就是色谱柱体直径大约为1-10mm的色谱柱)和半制备色谱柱(也就是色谱柱体直径为10-100mm的色谱柱)或者更大一些的色谱柱的方法。在流动装填时，通过筛板或过滤器将色谱柱的一端封闭。在另一端，浆料或装填材料的悬浊液被泵送或注入色谱柱管内。滤床靠着筛板形成并且逐渐增长，直到形成滤饼为止。随后通过以高于操作中使用流速的流速渗滤多个(大约3-10个)色谱柱体积的装填溶剂而将床体进一步压缩至其“目标床体高度”。固化和随后的压缩在渗透力的作用下进行，渗透力是床体对用于保持渗滤通过床体的液流流速所需压力梯度的反应。一旦床体被通过流动压缩之后，流动就被停止，关闭位于色谱柱底部的出口并将适配器或上端单元调节至压缩床体的目标高度。该调节被快速完成以避免压缩床体超过目标床体高度时的松弛。
流动装填方法具有的缺点是用这种方式压缩的装填材料床体是轴向不均匀的，流动压缩步骤期间在色谱柱的出口附近产生最大压缩而在填料床的顶部则产生零压缩。这就使得一旦装填流动被停止并且上端单元被带到位，就会导致床体的严重松弛并可能出现颗粒重排。根据介质的类型和填料床的几何形状，这种方法所固有的在床体压缩中的梯度可能会造成床体稳定性差和色谱柱效率低。
流动装填的标准方法可能并不适合用于在制备色谱法中使用的大口径色谱柱。除其他因素外，设计出的设备需要施加一定的装填流速并因此使装填压力明显高于随后操作所需的压力经常是不合要求的。为了修正该问题，使用了依赖于机械式轴向压缩的装填方法。轴向压缩方法通过适配器(末端单元)的轴向移动来实现床体压缩。因此，在装填期间对色谱柱空间内液体高压的需求得以消除。轴向压缩方法的另一个优点是床体是沿轴向方向被均匀压缩的，这就避免了流动装填方法中出现的松弛和颗粒重排的问题。
由于壁部摩擦效应，上述两种方法都会出现床体压缩中的径向梯度和床体空隙。径向不均匀性的影响取决于床体的几何形状，也就是直径和高度的比。如上所述，沿轴向方向的压缩梯度和床体空隙度在流动装填方法和轴向压缩方法之间有显著地不同。
轴向压缩的一个缺点是使用这种方法装填的色谱柱需要用于移动末端单元的装置和用于控制该移动的装置。用于该移动的典型方法是电机驱动或液压系统。由于这些装置被连接至色谱柱或者构建在色谱柱内，因此轴向压缩色谱柱的成本和机械复杂性要明显高于流动装填色谱柱。
在进行任何固化和压缩之前，必须将介质引入色谱柱内。优选地通过喷射浆料经过中心浆料喷嘴或阀进入色谱柱内而制备大口径色谱柱。这样就实现了一种对于卫生原因来说是优选的封闭系统方法。基于浆料阀设计的色谱柱可以被设计用于使用可移动的适配器进行轴向压缩装填或者使用固定的末端单元进行流动装填。
定义
“分析物”应该被定义为天然或合成得到的物质、化合物或化学制品，或者是其反应产物或衍生物或代谢物。为了避免疑义，该术语应该包括生物分子例如蛋白质、肽、氨基酸和核酸以及合成分子例如药物和/或前体药物。
“介质”应该被定义为在其中可实现色谱分离的任何材料。介质的例子包括但不限于实现离子交换色谱分离、体积排阻色谱分离、亲和结合色谱分离和反相色谱分离的材料。
“一次性”色谱柱的特征在于为了减少安装和确认/验证的工作而预处理的色谱介质，否则在非一次性色谱柱中则需要进行这些工作。最低限度地，预处理包括多孔介质的床体成形。另外的预处理可以是降低微生物负荷、杀菌、除热原等。
一次性色谱柱可以被用作单用途色谱柱，也就是说使用者不用进行清洁处理，清洁处理要求在重复使用之前对填料床进行确认(例如测试、验证等)。
一次性色谱柱的一个实施例是以预装填色谱介质而提供的完整的色谱柱。
一次性色谱柱的另一个实施例由第一设备和第二设备构成，第一设备表示框架或导管，设计用于承受操作期间加在填料床的一个或多个侧面上压力和负荷，目的是为了给填料床提供空间稳定性，第二设备表示容纳多孔介质或床体的容器、套管、套筒、料袋等，其被连接至第一设备用于进行操作。对于后一个实施例，多孔介质被容纳在第二容器内并且在框架可重复使用时能够进行更换。在此情况下，用于操作所需的多孔介质压缩度可以在将被容纳的介质插入框架内之后进行调节(参见例如US2002/0166816和WO2005/009585)。
“不与色谱柱成为一体且从外部连接至色谱柱的驱动装置”是指驱动装置是独立实体，只在装填色谱柱时使用并在操作色谱柱时予以拆除或者与色谱柱分离。因此，当终端用户操作色谱柱时，驱动装置并不存在也没有被连接至色谱柱。
发明内容
本发明的目标是提供一种克服了现有技术中的方法的各种缺点的装填方法。
本发明的主要优点是通过轴向压缩方法制备填料床，产生的优点是提高了床体稳定性和色谱柱的高效，而且不需要常规的轴向压缩色谱柱解决方案所要求的色谱柱结构内的高机械复杂性。这就允许显著地降低成本。
本发明方法的另一个优点是它也适合于低压液体运送设备(例如蠕动泵)，原因在于压缩主要是通过外部驱动装置例如压缩框架实现的，而不是通过流动压缩所需的高压。
本发明方法的另一个优点是色谱柱的装填/填充能够作为一个封闭系统进行，也就是说色谱柱甚至可以在从预杀菌的色谱柱和预杀菌的色谱介质开始的无菌条件下进行填充/装填。该方法因此能够在“可随时进行处理”或“一次性”的色谱柱上使用。
而进一步的优点是色谱柱是可缩放的(也就是增大或者减小色谱柱的尺寸以获得可预测的性能)。这是由于通过浆料喷嘴填充色谱柱是在升高的适配器位置处的轴向压缩步骤之前完成的原因。这就允许浆料在色谱柱的截面区域上与基于一种具有固定末端单元设计的使用喷嘴的流动装填(例如参见US6524484)相比更均匀地分布。对于后者，装填必须在恒定的床体高度和目标床体高度下进行，这可能会分别导致填料床密度和压缩的径向梯度。
本发明方法的另一个优点是色谱柱不需要与现有技术中的轴向压缩色谱柱等长，原因在于并不需要在床体开始成形之前将所有的浆料都引入色谱柱内。
本发明进一步的优点是与使用公知方法的系统相比所需的适配器(末端单元)行程最小并因此允许更加紧凑的结构。
根据本发明的第一种应用，提供了一种用于以目标床体高度的颗粒介质床体装填轴流式色谱柱的方法，
所述色谱柱包括：
包括狭长的管状侧壁的壳体；
被所述侧壁分离的相对的、轴向间隔开的第一末端单元和第二末端单元，其中至少一个所述单元可以通过驱动装置相对于另一个所述单元轴向移动；
靠近所述第一单元的第一过滤器和靠近所述第二单元的第二过滤器，它们与侧壁一起界定出用于容纳颗粒介质床体的封闭床体空间并且其中第一过滤器和/或第二过滤器的相对移动可改变床体高度；
所述第一末端单元包括用于利用所述颗粒介质填充床体空间的第一阀装置；以及用于向床体空间中加入液体或者从床体空间中移除液体的第一端口；
第二末端单元包括用于向床体空间中加入液体或者从床体空间中移除液体的第二端口；
所述方法包括：
i.将所述第一过滤器和第二过滤器之间的轴向间距调节为大于目标床体高度的距离；
ii.将颗粒介质的悬浊液通过第一阀装置引入床体空间内以在其中提供颗粒介质的床体；
iii.通过第一末端过滤器和/或第二末端过滤器的轴向移动压缩颗粒介质的床体以形成目标床体高度；
其特征在于通过不与色谱柱成为一体且从外部连接至色谱柱的所述驱动装置实现步骤iii)。
根据本发明的第二种应用，提供了一种用于以目标床体高度的颗粒介质床体装填轴流式色谱柱的系统，所述系统包括：
i.色谱柱，包括：
包括狭长的管状侧壁的壳体；
被所述侧壁分离的相对的、轴向间隔开的第一末端单元和第二末端单元，其中至少一个所述单元可以通过驱动装置相对于另一个所述单元轴向移动；
靠近所述第一末端单元的第一过滤器和靠近所述第二末端单元的第二过滤器，它们与侧壁一起界定出用于容纳颗粒介质床体的封闭床体空间并且其中第一过滤器和/或第二过滤器的相对移动可改变床体高度；
第一末端单元包括用于利用所述颗粒介质填充床体空间的第一阀装置；以及用于向床体空间中加入液体或者从床体空间中移除液体的第一端口；
第二末端单元包括用于向床体空间中加入液体或者从床体空间中移除液体的第二端口；
ii.驱动装置；
其特征在于所述驱动装置不与色谱柱成为一体且从外部连接至色谱柱。
附图说明
图1是现有技术中色谱柱的示意性横截面视图，示出了其基本特征。
图2是示出了能够使用根据本发明的方法进行装填的色谱柱的横截面视图的三维示意图。
图3是示出了能够使用根据本发明的方法进行装填的另一个色谱柱实施例的横截面视图的三维示意图。
图4是使用根据本发明的方法装填的色谱柱的三维示意图。
图5是用于使用根据本发明的方法装填轴流式色谱柱的系统的示意图。
图6是示出了在根据本发明装填的色谱柱上以上流(虚线)和下流(实线)模式色谱分离丙酮的色谱图。
图7介绍了一种用于根据洗提波峰计算降低的塔板高度和不对称因子的方法。
具体实施方式
图1示意性地示出了现有技术(例如参见US6524484)中已公知的色谱柱1的主要部件。色谱柱具有圆柱形的液体无法渗透的侧壁11，例如由不锈钢或可以是透明的高强度/增强型聚合材料制成。侧壁11开口的顶端和底端通过顶端和底端组件或单元12、13关闭。每个末端单元都具有密封装配的液体无法渗透的端板3以堵住侧壁11的开口，并优选地由不锈钢或高强度工程塑料材料例如聚丙烯制成。端板通过将金属板2靠向其外表面固定并径向延伸超出侧壁作为固定凸缘22而支撑，穿过固定凸缘22装有可调节的拉杆14。这些部件连接顶端和底端组件12、13并帮助该结构承受高液压。
每个端板13都具有中心贯通的开口31用于在色谱柱内部和由侧壁11以及末端组件12、13界定出的填充床体空间9之间连通。通过开口31的通路被细分为分开的管路，通过连接歧管8与外部连接。
过滤层4，通常由过滤或编织塑料或钢制成，在端板3的内表面延伸覆盖床体空间9的面积。端板3的内表面35在过滤层4之后内凹，例如如图所示呈圆锥体，并优选地利用支撑肋(未示出)从后方支撑过滤层4，以在它们之间界定出分配通道34。其中一条连通管路，即流动相管路33，向内开放向该分配通道34内，并且向外开放向歧管8的流动相连接器81。
入口阀设备5从歧管8向内延伸穿过端板开口31并密封地通过过滤层4的中心孔41。入口阀5控制歧管8的一条或多条管路直接与床体空间9连通，也就是绕过过滤层4。这里示出的是通过阀5控制，并通过歧管8的连接器82与外部连接的第一和第二阀控管路51、61。
颗粒固定相材料的填料床填充过滤层顶部和底部之间的床体空间9。填料床可以通过上述的“流动装填”方法形成同时固定相通过入口阀5以浆料的形式优选地在色谱柱的上端部分被引入床体空间内。过多的液体流动通过床体、过滤层4、分配通道34、管路33并通过连接器81被移除(箭头B)。由于固定相通过过滤层4而被保留，因此床体在整个过程期间始终不断成长。固化和随后的压缩在渗透力的作用下进行(也就是床体对用于保持渗滤通过床体的液流流速所需压力梯度的反应)。通过以非常高的流速引入浆料来显著地压缩成长的床体。通过优化填充流速，就能够实现用于填料床的期望压缩系数。一旦床体已被通过流动压缩并且已将所需数量的固定相加入色谱柱内，就停止浆料流动并关闭入口阀5。该方法不需要对上端板3进行任何调节以使端板在整个过程中始终处于固定的床体高度(目标床体高度)。
用于压缩固定相床体的一种可选方法是通过适配器或端板3的轴向移动进行机械轴向压缩。这可以利用连接至色谱柱或者构建在色谱柱内的电机驱动或液压系统实现(图1中未示出)。
在色谱柱装填阀设备5被关闭之后，移动相被通过移动相连接器81送入(箭头“A”)，经过管路33进入分配通道34内并通过过滤层4以通过填料床向下洗提，实现其组分或分析物的分离。液相洗提物通过底端组件13的过滤层4并通过其移动相连接器81流出(箭头“B”)用于在必要时收集。尽管这是一个“下流式”色谱的例子，在其中通过移动相的向下移动通过色谱柱来实现色谱分离，但是本领域普通技术人员应该理解分离也可以可选地通过“上流式”色谱实现，只要简单地通过向上泵送移动相通过色谱柱并由此逆转流动方向即可。在这种模式下，移动相将在连接器81(箭头“B”)处进入色谱柱，通过固定相或颗粒介质向上移动，并在色谱柱顶部从连接器81(箭头“A”)处收集。
图1和以上的说明是为了介绍各部分的主要关系和典型的操作模式。本领域普通技术人员应该理解并且以下的说明内容中也将有所体现的是其他的具体结构和操作模式可以适用于不同种类的过程。
图2示出了根据本发明的色谱柱的横截面视图。色谱柱101包括管状壳体111、第一末端单元112(部分示出)和第二末端单元113，通过O型环107/108和具有头部116的拉杆114固定在一起以形成液体紧密封。第一过滤器104和第二过滤器106分别靠近第一末端单元112和第二末端单元113。这些过滤器104、106与侧壁111一起界定出用于容纳颗粒介质床体的床体空间109。
壳体111和末端单元112、113通常由不锈钢或高强度塑料材料例如聚丙烯构成。在优选的实施例中，在色谱柱被用于分离生物活性物质时，材料是生物惰性的以使其不会依据美国药典(USP)第VI类引发人体内的免疫反应。具有头部116的拉杆114，将末端单元112、113固定至壳体111以形成能够承受高操作压力的液密床体空间109。
过滤器104、106均被设置在末端单元112、113的内表面并用于(和侧壁111一起)界定出床体空间109和用于防止颗粒介质从床体空间109中泄漏。末端单元112和113(以及因此与之相连的第一过滤器104和第二过滤器106)相对于彼此可以轴向移动。在图2中，末端单元112可以在壳体111内相对于第二末端单元113轴向移动，但是应该理解在其他的实施例中末端单元之一或两者(以及因此过滤器104、106)相对于彼此可以轴向移动都是可能的。
通过首先调节第一末端单元112的高度以使第一过滤器104和第二过滤器106之间的距离大于目标床体高度来用颗粒介质床体来装填床体空间109。在此状态下，拉杆114和头部116没有被连接至色谱柱。末端单元的距离通过外部驱动或压缩框架(未示出)来固定。随后通过阀装置120将浆料或颗粒介质的悬浊液引入色谱柱内，阀装置包括中心孔121和喷嘴124。在将悬浊液加入床体空间109内的同时，过多的液体也可以通过端口140被从床体空间109中移除以形成颗粒介质的澄清床。在引入所需量的固定相之后，就关闭阀装置120和喷嘴124。随后通过由外部驱动或压缩框架(未示出)实现的末端单元112和过滤器104的轴向移动来压缩澄清床以达到目标床体高度。不与色谱柱结构成为一体部分的外部驱动可以被手动控制或通过软件方式控制以达到所需的目标床体高度。末端单元随后分别通过拉杆(114)和头部(116)的帮助被靠向彼此固定，并随后将色谱柱从外部驱动或压缩框架上释放。
在图2中，喷嘴124被示出为处于其朝向床体空间109的填充位置，但是应该理解它也可以在填充了色谱柱之后被收回到在顶端端板112内的关闭位置。喷嘴124和阀装置120通过锁定设备(未示出)被锁定在打开或关闭位置。可以使用大范围的喷嘴以有助于在床体空间内分配和平均地装填浆料。用于分别在填料阀和喷嘴处实现打开/关闭功能的一种可选方式是将喷嘴固定在床体空间内(并因此而不可收回)并设置在喷嘴内侧或外侧的根据其位置打开和/或关闭喷嘴的可移动元件或套管附近。
包含一种或多种用于在色谱柱上分离的分析物或物质的移动相或液体被通过第一端口133加入。随后液体经过第一过滤器104进入已经如上所述装填有颗粒介质的床体空间109内。用这种方式被引导到颗粒介质上的分析物的色谱分离是通过移动相的引入和通过对移动相进行洗提而实现的。移动相最终将经过第二过滤器106并通过第二端口140排出。随后就能够收集所得到的包含不同分析物的移动相馏分。
本领域普通技术人员应该理解色谱柱可以如上所述以“下流”模式操作或者以“上流”模式操作，此时移动相的流动方向相反以使其沿色谱柱向上移动。在上流模式中，移动相将通过第二端口140进入色谱柱，在床体空间109内向上移动经过颗粒介质的床体，在第一端口133处离开色谱柱用于收集。
图3是根据本发明的色谱柱的横截面视图。色谱柱类似于图2中的色谱柱，其中很多特征都与图2中介绍的特征相同。因此色谱柱具有用于将颗粒介质悬浊液加入床体空间209内的阀装置220和用于添加或收集移动相的第一端口233。但是，色谱柱不同于前述实施例的地方在于它具有第二端口240，包括延伸穿过第二末端单元213到达并(通过中空元件260)与床体空间209流体连通的通道242，可以由此加入或收集液体。从图中可以明显看出，第二端口240处于与第一端口233基本相同的水平或高度，因此有助于向/从色谱柱添加和收集移动相。这种设置具有的进一步优点是它有助于色谱柱的安装，降低了虹吸的风险并且减小了将空气吸入色谱柱内的可能性。
各个部件的设置类似于图2中所介绍的方式。色谱柱201包括管状壳体211、第一末端单元212(部分示出)和第二末端单元213，通过O型环207/208和具有头部216的拉杆214固定在一起以形成液体紧密封。第一过滤器204和第二过滤器206分别靠近第一末端单元212和第二末端单元213。这些过滤器204、206与侧壁211一起界定出用于容纳颗粒介质床体的床体空间209。第一末端单元212和第二末端单元213可以通过外部驱动(未示出)例如可以手动或在软件控制下自动操作的致动器、压力机或框架相对于彼此轴向移动。过滤器204、206靠近第一末端单元212和第二末端单元213并可以随末端单元一起相对于彼此轴向移动。在图示的实施例中，只有末端单元212和第一过滤器204可相对于第二末端单元213和过滤器212轴向移动，但是应该理解在其他的实施例中末端单元和过滤器之一或两者相对于彼此可以轴向移动都是可能的。
如图2中所述用颗粒介质床体将色谱柱装填至目标床体高度。利用外部驱动(未示出)调节第一末端单元212的高度以使第一过滤器204和第二过滤器206之间的距离大于目标床体高度。随后通过阀装置220将浆料或颗粒介质的悬浊液引入色谱柱内，阀装置包括中心孔221和喷嘴224。过多的液体可以通过通道242和端口240被从床体空间209中移除以形成颗粒介质的澄清床。随后通过由外部驱动(未示出)实现的末端单元212和过滤器204的轴向移动来压缩澄清床以达到目标床体高度。外部驱动可以被手动控制或通过软件方式控制以达到所需的目标床体高度。末端单元随后分别通过拉杆(214)和头部(216)的帮助被靠向彼此固定。
包含一种或多种用于在色谱柱上分离的分析物或物质的移动相或液体被通过第一端口233加入。随后液体经过过滤器204进入已经如上所述装填有颗粒介质的床体空间209内。用这种方式被引导到颗粒介质上的分析物的色谱分离是通过移动相的引入和通过对移动相进行洗提而实现的。移动相将经过第二过滤器206并通过通道242到达第二端口240而最终离开色谱柱。随后就能够收集所得到的包含不同分析物的移动相馏分。
本领域普通技术人员应该理解色谱柱可以如上所述以“下流”模式操作或者以“上流”模式操作，此时移动相的流动方向相反以使其沿色谱柱向上移动。在上流模式中，移动相将通过第二端口240进入色谱柱，沿通道242移动并向上通过床体空间109内的颗粒介质床体，在第一端口233处离开色谱柱用于收集。
在图示的实施例中，中空元件260是色谱柱的一个整体部分。但是，应该理解通过利用由合适的材料(例如聚丙烯、聚亚安酯等)制成的连接器和适当的管路，中空元件260就不需要被集成到色谱柱中。
在单个末端单元的相同高度上添加和收集移动相简化了操作人员处理和操控方面的使用，降低了空气进入系统的风险并减小了用于设立色谱柱所需的空间。
图4示出了图3中色谱柱的色谱柱直径较大的三维示意图，由此色谱柱的外部特征更加明显。色谱柱包括在压缩步骤期间可以移动的第一末端单元317、第二末端单元318和壳体311，通过拉杆314和头部316将它们固定在一起以形成液体紧密封。浆料形式的颗粒介质可以通过阀装置320被引入床体空间(未示出)内。第一端口333用作包含要在颗粒介质上分离的分析物的移动相或液体管路。通过在色谱柱底部的出口(未示出)与床体空间流体连通的中空元件360终结于第二端口340内，由此可以收集从色谱柱中洗提出的移动相的适当馏分。如图所示能够看出，第二端口340处于与第一端口333基本相同的水平或高度，由此可以引入(或收集)移动相。这种设置有助于使用者的操作和取样。在图4所示的实施例中，色谱柱的容量大约为10升。应该理解更宽范围的色谱柱容量也是可能的，通常在从0.1到2000升的范围内。色谱柱用作一次性色谱柱时的优选容量是在0.5到50升的范围内。
图5是用于使用根据本发明的方法装填轴流式色谱柱的系统的示意图。该系统包括如上在图2中介绍的色谱柱401。色谱柱被连接至外部驱动装置470(例如压缩框架)，其利用平台472和474能够调节可轴向移动的第一末端单元(未示出)和第一过滤器(404)在色谱柱的床体空间409内相对于第二末端单元(未示出)和第二过滤器406的高度。
系统首先通过泵485从容器480中注入液体，泵485与出口阀450流体连通以有助于从色谱柱或者至少从底部分配系统和过滤层中去除空气。过多的液体或空气可以通过色谱柱401的上部入口/出口端口从色谱柱中去除以作为废料460排出。压力传感器490在启动阶段和/或随后的装填阶段期间监测色谱柱内的压力。
第一末端单元和过滤器404首先被调节至位置H0(在图中示为4740)以使第一过滤器404和第二过滤器406之间的距离大于床体空间409内的目标床体高度。容器430内的浆料或悬浊液形式的颗粒介质随后通过泵435在压力下通过入口阀420被引入色谱柱床体空间409内。容器430内剩余的任何浆料残留都可以通过借助阀433用来自容器431的装填液体清洗容器430而被冲洗到床体空间409内。在将浆料引入床体空间409内的同时，过多的液体也可以通过出口440移除以在床体空间内形成颗粒介质的澄清床。过多的液体经过出口阀450流出并作为废料460报废。在固化步骤期间，通过传感器490监测色谱柱床体空间409内的压力并可以通过调节泵435的流速来进行控制以实现对填料床不同程度的预压缩。
最后，通过将平台474降低到位置HF(在图中示为474F)导致第一过滤器404相对于第二过滤器406轴向移动而实现将床体压缩至其目标床体高度。根据色谱介质的类型，可以通过流动装填和通过轴向压缩的最终压缩将装填过程控制到不同的预压缩度。将上端单元降低到最终位置HF之后，利用拉杆固定色谱柱末端单元，然后即可将色谱柱从压缩框架上释放。
图5和以上的说明是为了介绍装填色谱柱的方法。本领域普通技术人员应该理解泵、容器和传感器的其他设置也是可能的。在装填应该满足对微生物负荷的控制水平要求的一次性色谱柱或应该在无菌条件下生产的色谱柱时，使用一次性液体输送设备例如料包和管路是优选的。
图6通过在根据本发明的10升色谱柱上实现的示踪脉冲实验的例子示出了色谱分离效率，以下流(实线)和上流(虚线)模式操作。利用根据本发明的方法，用琼脂糖颗粒直径为85μm的CaptoTMQ阴离子交换树脂的床体来装填色谱柱。色谱柱具有10.8L的体积，263mm的直径和200mm的床体高度。将(填料床体积1％的)丙酮用作示踪物质并用水作为移动相从色谱柱中洗提然后监测280nm处的吸光度。从以下的表1中能够看出，使用85μm的丙酮介质，无论是在下流(实线)还是在上流(虚线)模式中都观测到了极佳的色谱柱效率。
表1
  观测值   可以接受的值
  塔板数/米(N/m)   4430   ＞3700(对于85μm)
  降低的塔板高度(h)   2.5   ＜3.0
  峰不对称度(Af)   1.14   0.8-1.8
表1中的数据源自图6中的色谱，如下所述。
如图7中所示，作为色谱柱效率的度量，在一半的洗提色谱峰高度处的色谱峰宽度wh的帮助下确定降低的塔板高度。该过程对于具有高斯形状的色谱峰来说近似正确。在实际应用中，洗提色谱峰经常会偏离理想的高斯形状并通过所谓的不对称因子Af来描述色谱峰的偏移性质，其中RTD中的“前延”通过Af＜1表示而“脱尾”则通过Af＞1表示。用于不对称因子的通用可接受标准是0.8＜Af＜1.5-1.8，取决于添加的类型。
h = HETP d P = L d P 1 5.54 ( w h V R ) 2
Af＝b/a(参见图7)
Af：不对称因子
dP：颗粒直径
h：降低的塔板高度
HETP：与理论塔板相等的高度
L：床体高度，填料床
us：填料床的表面速度
VR：保留体积
wh：在最大色谱峰高度的50％处的色谱峰宽度

Claims (10)

1、一种用于以目标床体高度的颗粒介质床体装填轴流式色谱柱的方法，
所述色谱柱包括：
包括狭长的管状侧壁的壳体；
被所述侧壁分离的相对的、轴向间隔开的第一末端单元和第二末端单元，其中至少一个所述单元可以通过驱动装置相对于另一个所述单元轴向移动；
靠近所述第一单元的第一过滤器和靠近所述第二单元的第二过滤器，它们与侧壁一起界定出用于容纳颗粒介质床体的封闭床体空间并且其中第一过滤器和/或第二过滤器的相对移动可改变床体高度；
所述第一末端单元包括用于利用所述颗粒介质填充床体空间的第一阀装置；以及用于向床体空间中加入液体或者从床体空间中移除液体的第一端口；
第二末端单元包括用于向床体空间中加入液体或者从床体空间中移除液体的第二端口；
所述方法包括：
i.将所述第一过滤器和第二过滤器之间的轴向间距调节为大于目标床体高度的距离；
ii.将颗粒介质的悬浊液通过第一阀装置引入床体空间内以在其中提供颗粒介质的床体；
iii.通过第一末端过滤器和/或第二末端过滤器的轴向移动压缩所述颗粒介质的床体以形成目标床体高度；
其特征在于通过不与色谱柱成为一体且从外部连接至色谱柱的所述驱动装置实现步骤iii)。
2、如权利要求1所述的方法，其中所述驱动装置是从由致动器、压力机和框架构成的组中选取的。
3、如上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中颗粒介质是从由离子交换介质、反相介质、体积排阻介质以及亲和介质构成的组中选出的色谱介质。
4、如上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中第一阀装置是单向阀。
5、如上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中色谱柱是一次性色谱柱。
6、如上述权利要求中的任意一项所述的方法，其中步骤ii)另外包括在通过第一阀装置将颗粒介质的悬浊液引入床体空间内时从床体空间中移除过多液体的步骤以由此在其中形成颗粒介质的澄清床。
7、一种用于以目标床体高度的颗粒介质床体装填轴流式色谱柱的系统，所述系统包括：
(i)色谱柱，包括：
包括狭长的管状侧壁的壳体；
被所述侧壁分离的相对的、轴向间隔开的第一末端单元和第二末端单元，其中至少一个所述单元可以通过驱动装置相对于另一个所述单元轴向移动；
靠近所述第一末端单元的第一过滤器和靠近所述第二末端单元的第二过滤器，它们与侧壁一起界定出用于容纳颗粒介质床体的封闭床体空间并且其中第一过滤器和/或第二过滤器的相对移动可改变床体高度；
第一末端单元包括用于利用所述颗粒介质填充床体空间的第一阀装置；以及用于向床体空间中加入液体或者从床体空间中移除液体的第一端口；
第二末端单元包括用于向床体空间中加入液体或者从床体空间中移除液体的第二端口；
(ii)驱动装置；
其特征在于所述驱动装置不与色谱柱成为一体且从外部连接至色谱柱。
8、如权利要求7所述的系统，其中所述驱动装置是从由框架、压力机和致动器构成的组中选取的。
9、如权利要求7或8所述的系统，其中第一阀装置是单向阀。
10、如权利要求7至9中的任意一项所述的系统，其中色谱柱是一次性色谱柱。
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