CN102216769A - 用于提纯流动流的收集系统 - Google Patents

Abstract

提供从超临界流体色谱法系统排出的流动流（5）中收集样品的一种收集系统。该收集系统包括(i)第1回压调节器（10），装在从色谱法系统排出的流动流上；（ii）有锥形和成角度的滴管（65）的气液分离器（30），该滴管将流动与分离器壁成切向角引入到分离器中；和（iii）一个或多个馏分收集器（15），其中馏分收集器是在降压的收集点，压力在100巴和大气压之间。还提供了HPLC的收集系统，以及从流动流中收集样品的一种方法。

Description

用于提纯流动流的收集系统

技术领域

已经开发了用于从提纯系统输出流中回收溶解的溶质的连续收集系统。该系统可以是或者根据或者与超临界流体色谱（层析）法（SFC）或超临界流体萃取法（SFE）或其他的高压系统一起使用。该收集系统还可以与正相或反相色谱法系统如高效液体色谱法（HPLC）一起使用。

背景技术

在超临界流体色谱法中，将液态助溶剂与超临界气体如CO₂混合在一起以便改变它作为溶剂的强度。但是，在收集流出的气液混合溶剂流的馏分时使用高压系统导致不希望的助溶剂的气雾化。当企图使用降压的单馏分收集装置从连续流中收集分离的组分时这种气雾化造成交叉的污染。先有技术的超临界流体色谱法收集系统通过装设收集系统来克服这个问题，在收集系统中将收集容器保持在高压之下。例如，请参阅美国专利6,632,353；6,685,828；6,413,428；和6,656,354号，将每个专利的整个内容插入这里作为参考。

希望有一种收集系统，它显著地降低气雾化问题以便避免单股连续流中各馏分之间的交叉污染，该连续流通过最小的保留时间进行分离和可操作在大气压或接近大气压的条件下。所需的收集系统还将取消对可收集馏分数目的限制。

发明内容

因此，在一个方面本发明提供一种收集系统用于从超临界流体色谱法系统排出的流动流中收集样品。该收集系统包括：

(i) 位于从色谱法系统排出的流动流上的第1回压调节器；

(ii) 有锥形和成角度的滴管的气液分离器，该滴管将流动以与分离器壁相切的角度引入到分离器中；和

(iii) 一个或多个馏分收集器，其中馏分收集器位于降压的收集点，压力在100巴和大气压之间。

在另一方面，本发明提供一种收集系统用于从高效液体色谱法系统排出的流动流中收集样品，该收集系统包括：

i) 溶剂补充泵；

ii) 有锥形和成角度的滴管的气液分离器，该滴管将流动以与分离器壁相切的角度引入到分离器中；和

iii) 一个或多个馏分收集器，其中馏分收集器位于降压的收集点，压力在100巴和大气压之间。

在一个补充的方面中，本发明提供从超临界流体色谱法系统来的流动流中收集样品的一种方法，该方法包括如下各步：

ii) 将流动流的压力降低到在系统压力和大气压之间的压力；

iii) 可选地，加热流动流；

iv) 在具有成角度的滴管的分离器中分离气体和液体组分；和

v) 将样品收集在收集容器中，容器处于大气压和高至低于系统压力的一个压力之间的压力。

从下面的附图、详细的描述和权利要求书，本发明的这些和其他方面将会更加清楚。

附图说明

通过下面各附图将进一步说明本发明。

图1是本发明一个实施例中装置的流程图。

图2是本发明气液分离器实施例的图。

图3a-3e是本发明滴管实施例的各图。

图4是表示从进入到本发明单个气液分离器内单股流收集的各馏分的色谱图。

图5是表示从进入到本发明单个气液分离器内单股流收集的各馏分的色谱图。

图6是表示从进入到本发明单个气液分离器内单股流收集的各馏分的色谱图。

图7说明使用本发明的方法和系统捕集的馏分。

具体实施方式

如这里技术说明书和权利要求书中所使用的那样，包括在实例中使用的所有数字可以读作好象数字前面有“约为”一词，即使这词并不直接出现。另外，打算将这里所述的所有数值的范围包括其中包含的所有的次级范围。

应能理解本发明并不局限于这里公开的特殊的组成、组分或方法步骤，因为这些可能改变。还应理解这里所用的术语仅是为了描述特定的实施例，而不打算对其限制。

参考图1-3，在本发明的系统和方法中，从色谱法系统出口来的流动流5流过自动的回压调节器10流向馏分收集器15，馏分收集器15保持在降低的压力给定值（比在色谱法或萃取系统中所用的压力低），优选地是在大气压。优选地馏分收集器是开床收集器，尽管收集器需要高于大气压的压力，例如高至低于系统压力，约100巴。如这里所使用的，术语“低于系统压力”指的是高至大于大气压100巴的压力。流动流包括一种高压、单相流体。该流体是1）一个或多个不可压缩的液体，在溶液中有2）一个或多个高度溶解的气体，液化的气体或超临界流体，和3）感兴趣的溶解的溶质。进入的流动以通常为100巴或更大的系统操作压力降低到低于系统压力直到大气压。当流动流从第1回压调节器10排出时产生第1滴的压力是在小于100巴和在或高于大气压（1巴或14 psi（磅/平方英寸）的水平。例如，压力的下限是大气压或5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、或95巴；和压力的上限是小于100巴，95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、25、20、15、10或5巴。

可选地，当流动流从回压调节器10排出时可以使用溶剂补充泵20将溶剂按需要加到流动流中。使用软件监测在流动流中溶剂的水平和保持溶剂流量的最低水平，以便允许达到几乎全部的样品回收。将溶剂流量保持在一定的水平之内，例如至少是总流量的10%，通常在总流量的约10%至50%，直到最大的系统溶剂流量，这样能在峰值流量流过系统时提供可预测的退后，并帮助防止峰值扩展和互相重叠。补充溶剂可与分离中所使用的助溶剂类似或相同，或者与要收集的化合物的极性相似。这种调整的过程还进一步使流动流中存在的气溶体减至最小。确定补充溶剂的水平是在本发明色谱法系统所属技术领域的普通技术人员的能力范围之内，和是根据感兴趣的溶质的溶解度、流速、硬件考虑、和其他因素作出的。

当流动流从第1回压调节器10出来时，气体被带压的液滴冷却，和该流动流通常需要加热（当使用超临界流体时）以便防止结冰。通过热交换器25加热流动流，该热交换器监测流动流的温度和用可控的方式加热该流动，以便获得包括气体和液体的流动流。一般，将流动流保持在约25℃到约100℃的温度，和取决于应用温度将有变化。例如，如果溶质不是热稳定的，可能需要较低的温度，而有较高冻结点的溶质可能需要较高的温度。气体包括大部分原先溶解的或液化的气体组分或超临界组分以及小部分蒸发的液体。液体包括大部分高压单相流的原先液体组分（助溶剂）和溶解的溶质，以及少量由气体溶解的气体。

优选地，将流动流引入到单个圆筒形的蒸汽液体分离器30中，从那里通过不同的分离路径32、34排出气体和液体的主要部分。另一种是，可以使用一个以上串联或并联设置的分离器。但是，与先有技术收集系统不同，先有技术中使用多个气液分离器以便能分离气体和液体，液体通过重力向下排出，和通过压力向上排出气体，本发明的收集系统仅需要单个气液分离器。

在图2中更详细地表示气液分离器。该分离器包括进口流入口50、气体放空口55、上帽60、外容器70、内管75、底帽80、流体流出口85、和排放口90。称为滴管65的有增加的内径的特殊锥形管被插入到分离器中。滴管口67（流动通过它排出滴管进入到分离器内，即出口）是比流动进入滴管66（入口）的直径大。按系统的流速优化滴管的尺寸，使滴管帮助固结气溶体成统一的液流。总的来说，出口直径与入口直径之比是在2-100比1之间。对高至约100克/分的流速，出口直径对入口直径之比是在约2-4比1之间，优选地约为3比1。可以调节该比值以便适应高至1000克/分的流速。

在进入时，引导流动流与分离器的冲击壁76成切向角冲击滴管的内壁78，该切向角优选地小于45度。这是滴管出口相对在冲击壁上冲击点处切向平面的角度。这个角度不必是垂直方向的，和是切向角。滴管的该角，相对分离器向下指的垂直轴线是在10和80度之间。换句话说，滴管的出口即不是直线向下也不是直接侧向，而是在两者之间。这个角是在垂直方向，和不是切向角。和优选地小于45度。

在滴管内部开始聚结，和在该流的液滴冲击点处继续聚结。滴管向下伸入到分离器中大于一半的路程，使在分离器中液流路径最短。冲击点和冲击角度用于引导液流进入到朝向液体出口点85的向下螺旋路径。然后液体朝分离器的底部排出到馏分收集器15和收集容器47如试管中，而气体组分上升到分离器顶部附近的气体放空出口55。第二回压调节器45控制分离器的内压，控制离开分离器时气体的压力，并提供一种力用于驱动溶剂到馏分收集器。

滴管65的容积显著地小于分离器内管65的容积，对100克/分的流速约小于50-100倍。按系统的流速使分离器和滴管两者的尺寸最优化，造成更小的死容积和更低的交叉污染。通过气流通过的固定的或可调的流量节流器（第二回压调节器45），保持分离器的内腔在提升的压力，例如在约1巴到100巴之间。内部增压提供两种重要的作用。首先，它减小气体组分进入分离器的动能。这提供在进入流中气体和液体组分之间较小的剪切力。在液体上较小的剪切力的好处包括1）液滴在分离器壁上的冲击速度较低，这造成液滴重新成气雾状的可能性大大降低；2）对分离器整个容积的要求降低，在进入分离器的气体和液体的任何给定组成下在该室内保持的液体的稳态容积降低。内部压力还提供驱动力以便通过从容器底部开始的第二节流路径除去液体。当由系统流速决定时选择液体流的路径的节流器以便让排水略为快于液体进入分离器最高的所需流速。该节流器保证进入的气体组分的大多数从气体放空流中排出。

在图2和3中说明的实施例设计用于高至约100克/分的流速。本发明所属技术领域的普通技术人员将能理解，取决于用户的需要本系统的规模可大可小。例如，可以修改系统用于10和1000克/分之间任一种流速的情况。设计将在特定流速下工作的系统，其目标是适当降低在流动流进入分离器时它的速度，以便使流动流中液体部分的气雾化最小。本发明所属技术领域的普通技术人员经常进行实验以便使收集系统中的元件最优化。

使用滴管还取消了在气体放空口附近装设任何挡板的需要，因为沿着分离器壁几乎没有液体被夹带向上。从分离器出来的液流可用阀分流到各种各样的收集池。可以设计这样的收集池用于或者回收所需的液体中的溶质，或者作为流动流中不需要的溶质和溶剂的存储点。

可以用几种方法很容易地使收集系统自动化。选择多口阀或一串的阀可以引导多个离散的流量段到分离的收集容器。还有，因为流动流主要是带有少量夹带气体的液体，可以采用工业上现有的馏分收集系统，如在HPLC系统使用的那些系统，仅有很少的修改。可选地，可以通过清洗泵将清洗溶剂泵打到分离室内以便在样品收集或样品运行之间清洗分离器。

可以用附加的方法修改该系统和使该系统最优化。例如，在一个实施例中，可以使用分离器压力控制自动化使从液体路径排出的过量气体最小化，通过当前流速和气/液比的动态最优化压力来实现。

在一个补充的实施例中，可将分离器加热到某个水平，这由物流的热交换能力决定，通过红外或电阻加热元件以便进一步排出溶解的气体和进一步使残余的气溶体减至最小。

在别的实施例中，可以实现自动清洗该室的壁，以便使各个样品之间的夹带减至最小。取决于用户的需要，该系统还可以推广到平行或串联收集的多个分离器。

在图3a-3e中示出本发明滴管的三维图。

在别的实施例中，对高气体流速的系统，可使第1分离器最优化用于分离气体的大部分，并把液体和剩余的气体转移到第2分离器。而将第2分离器最优化用于较低的气体流量，从而完全分离气体和液体。

上面为了说明的目的已经描述了本发明特殊的实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员将会清楚，可以进行本发明细节的许多修改而不会背离如附属的权利要求书所定义的本发明。

Claims (21)

1. 从超临界流体色谱法系统排出的流动流连续收集馏分的收集系统，该收集系统包括：

(i)位于从色谱法系统排出的流动流上的第1回压调节器；

(ii) 有锥形和成角度的滴管的气液分离器，该滴管将流动以与分离器壁相切的角度引入到分离器中；和

(iii) 一个或多个馏分收集器，其中馏分收集器位于降压的收集点，压力在100巴和大气压之间。

2. 如权利要求1所述的收集系统，还包括在第1回压调节器后面流动流上的溶剂补充泵。

3. 如权利要求1所述的收集系统，还包括在第1回压调节器后面流动流上的热交换器。

4. 如权利要求1所述的收集系统，还包括设置在从气液分离器出来的气体管线上的第2回压调节器。

5. 如权利要求1所述的收集系统，还包括分离器清洗泵。

6. 如权利要求1所述的收集系统，其特征在于滴管与垂线的角度是在10和80度之间。

7. 如权利要求1所述的收集系统，其特征在于滴管出口的直径与滴管入口的直径之比是在2和100之间。

8. 如权利要求1所述的收集系统，其特征在于分离器的内压保持在从1 psi到100巴。

9. 如权利要求1所述的收集系统，其特征在于分离器的容积与滴管的容积之比是在10比1和1000比1之间。

10. 权利要求1所述的收集系统，其特征在于流动流的流速是高至100克/分。

11. 如权利要求1所述的收集系统，其特征在于流速是高至400克/分。

12. 如权利要求10所述的收集系统，其特征在于流动流的流速是在10和1000克/分之间。

13. 从高性能液体色谱法系统排出的流动流收集样品的收集系统，该收集系统包括：

i) 溶剂补充泵；

ii) 有锥形和成角度的滴管的气液分离器，该滴管将流动以与分离器壁相切的角度引入到分离器中；和

iii) 一个或多个馏分收集器，其中馏分收集器位于降压的收集点，压力在100巴和大气压之间。

14. 如权利要求13所述的收集系统，其特征在于分离器的内压保持在1 psi和100巴之间。

15. 如权利要求13所述的收集系统，其特征在于该流动流的流速是在10和1000克/分之间。

16. 用于从来自超临界流体色谱法系统的流动流中收集样品的方法，该流动流有气体和液体组分，该方法包括如下步骤：

ii) 将流动流的压力降低到系统压力和大气压之间的压力；

iii) 可选地，加热流动流；

iv) 在具有成角度的滴管的分离器中分离气体和液体组分；和

v) 将样品收集在收集容器中，容器处于大气压和高至低于系统压力的一个压力之间的压力。

17. 如权利要求16所述的方法。

18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于将分离器保持在低于系统压力的一个压力下。

19. 如权利要求17所述的方法，其特征在于流动流的流速是在10和1000克/分之间。

20. 如权利要求17所述的方法，其特征在于加热分离器。

21. 如权利要求1所述的方法，其特征在于加热分离器。

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