CN102489042B - 二维色谱多通道分离纯化方法 - Google Patents
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Abstract
二维色谱多通道分离纯化装置及方法，属于化工领域，本发明为解决传统色谱分离纯化技术中上样量少、柱填充物消耗大、洗脱时间长、洗脱剂用量多以及分离纯化的单体目标产物低的问题。本发明装置包括中央分配器、物料罐、流动相罐、固定相罐、压力泵、检测器和n个色谱柱，方法为：步骤一、并联模式，将固定相罐中的分离纯化介质通过压力泵填充至每个色谱柱中；步骤二、串联模式，物料罐中的物料通过压力泵吸附在第一、二个色谱柱中；步骤三、进行串联洗脱，将流动相罐中的流动相通过压力泵在n个色谱柱中循环，步骤四、进行并联洗脱，将流动相罐中的流动相通过压力泵在每个色谱柱中从上至下冲洗，分段收集每个色谱柱的洗脱液，完成二维色谱分离。
Description
技术领域
本发明涉及色谱柱分离纯化的一种装置及分离纯化的方法，属于化工领域。
背景技术
目前几乎在所有的领域都涉及到色谱法及其相关技术的应用，色谱技术的应用日益普遍，色谱技术在科学研究和工业生产中发挥着越来越重要的作用。色谱技术的早期发明主要应用于化学分析，其作为一种物理化学分离分析的方法，能够分离物化性能差别很小的化合物。尤其是混合物各组成部分的化学或物理性质十分接近，其他分离技术很难或根本无法应用，色谱技术愈加显示出其实际有效的优越性。并且目前在化学分析检测领域，色谱技术的发展还是比较成熟的。但是色谱技术在制备和工业规模上的发展目前仍处于相对早期，现在所发展的每种色谱技术都具有不同的缺点和不足，传统色谱分离纯化技术中上样量少、柱填充物消耗大、洗脱时间长、洗脱剂用量多以及分离纯化的单体目标产物低等问题，因而发展能直接处理吸脱附性能高、能进行大规模生产等综合特性的连续操作色谱技术一直是人们所期望的。
发明内容
本发明目的是为了解决传统色谱分离纯化技术中上样量少、柱填充物消耗大、洗脱时间长、洗脱剂用量多以及分离纯化的单体目标产物低的问题，提供了一种二维色谱多通道分离纯化装置及方法。
本发明所述二维色谱多通道分离纯化装置，它包括中央分配器、物料罐、流动相罐、固定相罐、压力泵、检测器和n个色谱柱，
每个色谱柱的上端口都通过一个并联阀门与中央分配器相连通，每个色谱柱的下端口都设置一个排放阀门，
前一个色谱柱的下端口还通过一个串联管与下一个色谱柱的上端口相连通，所述串联管上设置一个串联阀门，使得n个色谱柱首尾相连，最后一个色谱柱的下端口输出物通过检测阀门给检测器，最后一个色谱柱的下端口还与回流管的一个端口相连通，回流管上设置回流阀门，
物料罐、流动相罐和固定相罐并列设置，物料罐、流动相罐和固定相罐的上端口分别通过一个接收回流阀门与回流管的另一个端口相连通，
物料罐、流动相罐和固定相罐的下端口分别通过一个出料阀门与一个进料管的一个端口相连通，所述进料管的另一个端口与中央分配器的入口相连通，所述进料管上设置有压力泵，
n为自然数，且n=6～30。
基于上述装置的二维色谱多通道分离纯化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱处于并联模式，将固定相罐中的分离纯化介质通过压力泵填充至每个色谱柱中；
步骤二、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱处于串联模式，物料罐中的物料通过压力泵吸附在第一、二个色谱柱中；
步骤三、保持所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱处于串联模式进行串联洗脱，将流动相罐中的流动相通过压力泵在n个色谱柱中循环，循环从第一个色谱柱依次至最后一个色谱柱，当最后一个色谱柱中有物料成分释放时，终止串联洗脱；
最后一个色谱柱中是否有物料成分释放由检测器进行检测；
步骤四、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱处于并联模式进行并联洗脱，将流动相罐中的流动相通过压力泵在每个色谱柱中从上至下冲洗，分段收集每个色谱柱的洗脱液，完成二维色谱分离。
本发明的优点：
1、可获得高纯度分离物。
2、适合各种生物活性物质的分离（如酚类、醇类、黄酮类、脂类、多糖、酶类、蛋白质、氨基酸、多肽、芳香类、色素类等等）。
3、根据技术需求更换固相介质，可进行工艺参数优化和操作模式设计，为生产放大提供依据。
4、分离纯化的成本低，固体填充物和洗脱剂消耗减少。
5、分离效率高、用时短，分离时间仅为常规色谱分离的六分之一至三十分之一。
6、与核磁、高效液相色谱分析设备配合，可进行动植物、微生物提取物成分分析。
7、可用于生物活性成分或组分筛选与优化研究。
附图说明
图1是本发明所述二维色谱多通道分离纯化装置的结构示意图；
图2是本发明所述二维色谱多通道分离纯化方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述二维色谱多通道分离纯化装置，它包括中央分配器1、物料罐3、流动相罐4、固定相罐5、压力泵6、检测器7和n个色谱柱2，
每个色谱柱2的上端口都通过一个并联阀门与中央分配器1相连通，每个色谱柱2的下端口都设置一个排放阀门，
前一个色谱柱2的下端口还通过一个串联管与下一个色谱柱2的上端口相连通，所述串联管上设置一个串联阀门，使得n个色谱柱2首尾相连，最后一个色谱柱2的下端口输出物通过检测阀门给检测器7，最后一个色谱柱2的下端口还与回流管的一个端口相连通，回流管上设置回流阀门，
物料罐3、流动相罐4和固定相罐5并列设置，物料罐3、流动相罐4和固定相罐5的上端口分别通过一个接收回流阀门与回流管的另一个端口相连通，
物料罐3、流动相罐4和固定相罐5的下端口分别通过一个出料阀门与一个进料管的一个端口相连通，所述进料管的另一个端口与中央分配器1的入口相连通，所述进料管上设置有压力泵6，
n为自然数，且n=6～30。
色谱柱2的相关参数：6-30根，直径：10mm-55mm，长度：100mm-1000mm，容量：0.5L-10L；
检测装置运行时需要的温度：室温18—26℃；
检测装置工作时的压力为1MPa～8MPa；
压力泵6同时用于物料罐3、流动相罐4和固定相罐5中的物质进入系统，压力泵6相当于进料泵、洗脱泵、循环泵三泵合一，压力泵6的相关参数：流量为0.1mL/min～200mL/min；电压为220V、50Hz；耗电量为1.5kW～3.0kW。
本实施方式的方案根据自主创建的二维色谱分离原理，在色谱分离的基础上，将传统的一个长、大的色谱柱，分成n个可串联、可并联的小色谱柱；每个色谱柱2内装有固相介质，并装有进出口通道，用中央分配器1连接并控制。可分别进行连续化串联模式操作、多通道并联模式操作或单通道操作。在二维色谱分离系统中，把串联模式操作做为一维色谱分离模式；在串联模式操作完成基础上，再进行并联模式操作，把这种模式做为二维色谱分离模式。
在串联模式中色谱柱（固定吸附床）首尾相连成为一个闭合系统，在压力泵的作用下，流动相沿顺时针方向流动，样品溶液也同时开始进行连续地输入，样品在流动相的冲洗下不断的向前移动，样品组分开始分离；串联模式洗脱使样品混合物以低组分的形式分布于各色谱柱（固定吸附床），即所谓的一维分离。同时，洗脱剂可以循环使用。
串联模式操作结束后，通过中央分配器1将系统调节到多通道的并联操作模式，将流动相同时进入各个色谱柱2，使分布在每个色谱柱2内的低组分物质得到再次分配，在流动相的冲洗下不断的向下移动，样品组分得到分离，即是并联模式，也就是所谓的二维分离纯化。提高了目标产物的纯度，同时，可以多个色谱柱2同时洗脱，减少洗脱时间，提高了效率；
具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，基于实施方式一所述二维色谱多通道分离纯化装置的二维色谱多通道分离纯化方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱2处于并联模式，将固定相罐5中的分离纯化介质通过压力泵6填充至每个色谱柱2中；
步骤二、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱2处于串联模式，物料罐3中的物料通过压力泵6吸附在第一、二个色谱柱2中；
步骤三、保持所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱2处于串联模式进行串联洗脱，将流动相罐4中的流动相通过压力泵6在n个色谱柱2中循环，循环从第一个色谱柱2依次至最后一个色谱柱2，当最后一个色谱柱2中有物料成分释放时，终止串联洗脱；
最后一个色谱柱2中是否有物料成分释放由检测器7进行检测；
步骤四、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱2处于并联模式进行并联洗脱，将流动相罐4中的流动相通过压力泵6在每个色谱柱2中从上至下冲洗，分段收集每个色谱柱2的洗脱液，完成二维色谱分离。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤一中阀门处于打开状态的为：每个色谱柱2上端口设置的并联阀门、每个色谱柱2下端口设置的排放阀门和固定相罐5下端设置的出料阀门。
具体实施方式四：本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤二中阀门处于打开状态的为：第一个色谱柱2上端口设置的并联阀门、所有串联阀门、物料罐3上端口设置的接收回流阀门、物料罐3下端口设置的出料阀门和回流管上设置的回流阀门。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤三中阀门处于打开状态的为：第一个色谱柱2上端口设置的并联阀门、所有串联阀门、流动相罐4上端口设置的接收回流阀门、流动相罐4下端口设置的出料阀门、检测阀门和回流管上设置的回流阀门。
具体实施方式六：本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤四中阀门处于打开状态的为：每个色谱柱2上端口设置的并联阀门、每个色谱柱2下端口设置的排放阀门、流动相罐4上端口设置的接收回流阀门和流动相罐4下端口设置的出料阀门。
具体实施方式七：本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤四中分段的标准为色谱柱2体积的1/3～2/3。
具体实施方式八：本实施方式对实施方式二作进一步说明，步骤四中分段的标准为色谱柱2体积的1/2。
具体实施方式九：本实施方式中给出一个具体的实施例，令n=6，
每个色谱柱2的上端口设置的并联阀门依次为A1，A2、A3、A4、A5和A6；
每个色谱柱2的下端口设置排放阀门依次为B1、B2、B3、B4、B5和B6；
每个串联管设置的串联阀门依次为C1、C2、C3、C4和C5；
检测阀门为G；
回流管上设置的回流阀门为H;
物料罐3、流动相罐4和固定相罐5上端口设置的接收回流阀门依次为E1、E2和E3；
物料罐3、流动相罐4和固定相罐5下端口设置的出料阀门依次为F1、F2和F3；
进行二维色谱多通道分离纯化方法为：
步骤一、使将所述二维色谱多通道分离纯化装置处于并联模式，将固定相罐5中的分离纯化介质通过压力泵6填充至每个色谱柱2中；
本步骤中阀门处于打开状态的为：A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、B5、B6和F3。
首先打开A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、B5和B6，然后打开F3和压力泵6。
步骤二、使将所述二维色谱多通道分离纯化装置处于串联模式，物料罐3中的物料通过压力泵6吸附在第一、二个色谱柱2中；
本步骤中阀门处于打开状态的为：A1、C1、C2、C3、C4、C5、E1、F1和H。
关闭步骤一中的阀门，然后打开A1、C1、C2、C3、C4、C5、E1和H，然后打开F1和压力泵6。
步骤三、保持所述二维色谱多通道分离纯化装置处于串联模式进行串联洗脱，将流动相罐4中的流动相通过压力泵在n个色谱柱2中循环，循环从第一个色谱柱2依次至最后一个色谱柱2，当最后一个色谱柱2中有物料成分释放终止串联洗脱；
最后一个色谱柱2中是否有物料成分释放由检测器7进行检测；
本步骤中阀门处于打开状态的为：A1、C1、C2、C3、C4、C5、E2、F2、G和H。
关闭F1、E1和压力泵6，然后打开E2、F2和压力泵6。
步骤四、使将所述二维色谱多通道分离纯化装置处于并联模式进行并联洗脱，将流动相罐4中的流动相通过压力泵在在每个色谱柱2中从上至下冲洗，分段收集每个色谱柱2的洗脱液，完成二维色谱分离。
本步骤中阀门处于打开状态的为：A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、B5、B6、E2和F2。
首先关闭步骤四中打开的阀门和压力泵6，然后打开A1、A2、A3、A4、A5、A6、B1、B2、B3、B4、B5和B6，然后打开E2、F2和压力泵6。
Claims (7)
1.二维色谱多通道分离纯化方法，该方法所使用的装置包括中央分配器（1）、物料罐（3）、流动相罐（4）、固定相罐（5）、压力泵（6）、检测器（7）和n个色谱柱（2），
每个色谱柱（2）的上端口都通过一个并联阀门与中央分配器（1）相连通，每个色谱柱（2）的下端口都设置一个排放阀门，
前一个色谱柱（2）的下端口还通过一个串联管与下一个色谱柱（2）的上端口相连通，所述串联管上设置一个串联阀门，使得n个色谱柱（2）首尾相连，最后一个色谱柱（2）的下端口输出物通过检测阀门给检测器（7），最后一个色谱柱（2）的下端口还与回流管的一个端口相连通，回流管上设置回流阀门，
物料罐（3）、流动相罐（4）和固定相罐（5）并列设置，物料罐（3）、流动相罐（4）和固定相罐（5）的上端口分别通过一个接收回流阀门与回流管的另一个端口相连通，
物料罐（3）、流动相罐（4）和固定相罐（5）的下端口分别通过一个出料阀门与一个进料管的一个端口相连通，所述进料管的另一个端口与中央分配器（1）的入口相连通，所述进料管上设置有压力泵（6），
n为自然数，且n=6～30；
其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱（2）处于并联模式，将固定相罐（5）中的分离纯化介质通过压力泵（6）填充至每个色谱柱（2）中；
步骤二、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱（2）处于串联模式，物料罐（3）中的物料通过压力泵（6）吸附在第一、二个色谱柱（2）中；
步骤三、保持所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱（2）处于串联模式进行串联洗脱，将流动相罐（4）中的流动相通过压力泵（6）在n个色谱柱（2）中循环，循环从第一个色谱柱（2）依次至最后一个色谱柱（2），当最后一个色谱柱（2）中有物料成分释放时，终止串联洗脱；
最后一个色谱柱（2）中是否有物料成分释放由检测器（7）进行检测；
步骤四、使所述二维色谱多通道分离纯化装置中的多个色谱柱（2）处于并联模式进行并联洗脱，将流动相罐（4）中的流动相通过压力泵（6）在每个色谱柱（2）中从上至下冲洗，分段收集每个色谱柱（2）的洗脱液，完成二维色谱分离。
2.根据权利要求1所述二维色谱多通道分离纯化方法，其特征在于，步骤一中阀门处于打开状态的为：每个色谱柱（2）上端口设置的并联阀门、每个色谱柱（2）下端口设置的排放阀门和固定相罐（5）下端设置的出料阀门。
3.根据权利要求1所述二维色谱多通道分离纯化方法，其特征在于，步骤二中阀门处于打开状态的为：第一个色谱柱（2）上端口设置的并联阀门、所有串联阀门、物料罐（3）上端口设置的接收回流阀门、物料罐（3）下端口设置的出料阀门和回流管上设置的回流阀门。
4.根据权利要求1所述二维色谱多通道分离纯化方法，其特征在于，步骤三中阀门处于打开状态的为：第一个色谱柱（2）上端口设置的并联阀门、所有串联阀门、流动相罐（4）上端口设置的接收回流阀门、流动相罐（4）下端口设置的出料阀门、检测阀门和回流管上设置的回流阀门。
5.根据权利要求1所述二维色谱多通道分离纯化方法，其特征在于，步骤四中阀门处于打开状态的为：每个色谱柱（2）上端口设置的并联阀门、每个色谱柱（2）下端口设置的排放阀门、流动相罐（4）上端口设置的接收回流阀门和流动相罐（4）下端口设置的出料阀门。
6.根据权利要求1所述二维色谱多通道分离纯化方法，其特征在于，步骤四中分段的标准为色谱柱（2）体积的1/3～2/3。
7.根据权利要求1所述二维色谱多通道分离纯化方法，其特征在于，步骤四中分段的标准为色谱柱（2）体积的1/2。
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