CN102621259B - 毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，该毛细液相色谱制备柱包括：位于柱体上部的柱头、抛物线形管状柱体和位于柱体下部的柱尾；其中，柱体为抛物线形设计，且抛物线方程与流速对应，能得到完美的塞子状色谱带，大大提高色谱柱柱效；柱体内径逐渐减小，增加了色谱柱载样量，且对样品有一定量的富集效应，可大幅度降低制备成本。

Description

毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱

技术领域

本发明涉及一种高效液相色谱柱，特别是涉及一种毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱。

背景技术

色谱起源于1906年，俄国植物学家M.S.Tswett首次用色谱法分离了植物色素。早期的制备液相色谱主要用于有机化合物和石油产品的分离提纯，对产品的纯度要求不高，因此，过去的观点认为在制备柱色谱中柱效并不是主要问题，人们真正关心的是单位时间的产量。但是，20世纪80年代以来，制药和生物技术的发展要求药品、蛋白质、核酸等样品具有95％以上、甚至99.9％的纯度，其制备量不仅要满足于结构、活性、物性测定和毒理实验等毫克至克级要求，而且要达到克至千克级工业化生产以满足临床应用的需求。高效液相色谱适用范围广、快速、高效和温和的条件使其成为首选的分离手段。对高分离效率的要求，促进了新型填料的研究和新的装柱技术发展。近年来，人们更倾向于在制备色谱中使用分析级的小粒度填料，其目的就是为了提高柱效。由于某些基因工程产品和天然产物的分离纯化难度较大，需要多次循环操作才能获得一定量的纯品，使得制备成本成为产品价格的控制因素。因此，如何提高制备液相色谱的柱效和选择性，减少分离循环次数和分离过程对目标组分的稀释，降低生产成本成为研究的最重要问题。

色谱法自1906年Tswett创立以来，在分析和制备两方面均得到了长足发展，并广泛运用于生产生活中的各个领域。在对次生类代谢产物及天然产物的分离，大分子的分离纯化等方面，制备色谱均担任着重要角色。同时色谱分离也用于某些高纯度重要药用生物活性蛋白、生物治疗品与诊断试剂的制备分离。随着科学技术的发展，人们对各种试剂、药品的纯度与产量要求也越来越高，为满足需求，人们在新型填料和新装柱技术的研究也越来越多。特别是在制备色谱柱技术领域，如何提高制备液相色谱的柱效和选择性，降低生产成本，得到高纯的样品成为研究的热点。

1966年，美国Philip Marris研究中心的H.M.Stahr等[H.M.Stahr，R.M.Ikeda，E.T.Oakley，B.M.Carter.Anal.Chem.，1966，38：19741首次制作低压 锥形 液相色谱柱，他们采用聚乙烯塑料作为柱材料，硅胶为固定相，匀浆法填充，样品为偶氮苯，洗脱剂为正己烷。为考察 锥形 柱的特点，另外制作了两个与 锥形 柱有相同体积的色谱柱进行比较，一个为常规的圆柱形玻璃柱，另一个为内径变化的三阶圆柱形玻璃柱。比较三根柱子的谱带体积以衡量柱效率，结果表明 锥形 柱与三阶圆柱形柱相比，柱效基本一致，但 锥形 柱柱效明显优于一阶圆柱形柱，其谱带体积为一阶圆柱形柱的一半。1990年，瑞士的Moerker Theophile发明了一种入口内径小于出口内径的锥形柱[Switzerland Patent CH675212，1990]。样品在柱内流动时会逐渐向管壁扩散，在这种内径逐渐扩大的 锥形 柱内，由于柱型符合了样品扩散的趋势，样品谱带不会扩散到管壁，因而呈现出“无限直径效应”。这种 锥形 柱的最大优点是柱效高，但是由于入口内径小，因而负载样品的能力要小于同体积、同长度的圆柱型柱。此外，有关锥形液相色谱分析柱的研究也有一些报道，如斯洛维尼亚国家化学研究所报道的 锥形 柱(150×4→2.5mm，锥角0.6°)[A.Pecavar，I.Vovk，J.Marsel，M.Prosek.Analytical Sciences.1999，15：233-240]，美国的Nugent Kerry D.发明的 锥形 柱(25mm×2→0.5mm，锥角3.4°)[WorldPatent WO00/74808，2000]。

为克服色谱柱的“管壁效应”，提高柱效，瑞士的Moerker Theophile发明了一种柱头小柱尾大的锥形柱，由于柱形符合了样品在柱内流动时逐渐向管壁扩散的趋势，样品谱带不会扩散到管壁，呈现出“无限直径效应”，大大提高了柱效；但是该色谱柱柱头小，大大限制了进样量。2005年，关亚风等发明了一种内径逐渐缩小的锥形柱，通过调整流速，获得得接近塞子状流型，提高了柱效；同时由于开口内径大，因而上样量增加。2009年，张维冰等发明了一种球形色谱柱，其上半球形柱体内径逐渐增大，能克服“柱壁效应”，提高柱效；下半球形柱体，能获得塞子状流型，并对样品具有富集效应。但是至今，没有关于抛物线形高效液相色谱制备柱的报道。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种兼顾柱效和进样量，并对样品具有独特富集效应的抛物线形高效液相色谱制备柱。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，其特征在于，所述毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱包括：位于柱体上部的柱头、抛物线形管状柱体和位于柱体下部的柱尾；其中，柱头和柱尾通过法兰分别装配于抛物线形柱体的进口与出口；

所述抛物线形管状柱体具有内径逐渐减小且均匀过渡的开口状扁平椭圆型入口端，以及内径逐渐增大均匀过渡的开口状扁平菱形出口端，所述入口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的入口管，所述出口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的出口管，以保持液相流动相均匀地先减小、后增大地流出抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端内径2R＝100um～150um、出口端内径2r＝30um～60um、柱长L＝85cm～95cm，抛物线形管状柱体的形状具体为：焦准距0.1≤p≤100，远外柱壁到焦点的距离10mm≤L≤10000mm；其中，所述抛物线形柱体的抛物线方程与不同流速相对应，其中，流速越大对应的焦准距越大、远外柱壁到焦点的距离越小的抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端和出口端分别具有一个密封伸入件，所述密封伸入件由烯烃橡胶或热塑性树脂制成，密封伸入件具有模制为一体的进口管和双侧面密封斜面，所述双侧面密封斜面使得所述密封伸入件滑入所述抛物线形管状柱体的出口端和入口端，以形成均匀的零死体积楔型密封；所述密封伸入件的外表面具有防酸碱的防腐蚀层，在所述防腐蚀层上沉积有双层密封层；

所述柱头包括法兰盘、螺栓、导向槽、蝶形密封圈、分配盘和多个面积相同的等边三角形孔的筛板；柱头以法兰盘和螺栓与抛物线形管状柱体入口端相连；

在所述分配盘上部，5～15cm处有一同心椭圆液流收集通道，所述同心椭圆液流收集通道通过软管分别与所有的分配盘中央区域分布的呈星形向外放射状的分配孔连接；所述同心三角形液流收集通道的尺寸为边长为0.45um的等边三角形，分配孔的尺寸为边长为0.225um的等边三角形；

所述柱尾包括带有环形凹槽的密封圈、带有多个面积不同的椭圆形孔的筛板、法兰盘和螺栓；柱尾与抛物线形管状柱体出口端以法兰盘和螺栓密封。

作为一种优选方式，所述分配盘为0.12～0.15mm厚的聚合物有机塑料冲制成带有切口的圆盘，分配盘中央部分具有形状和个数均与所述柱头筛板的等边三角形孔相同的分配孔，以及多个相邻的翼片突起部，该翼片突起部可准确定位所述分配盘，并控制分配盘处于关闭与锁定位置时的实时精确切换。

作为一种优选方式，所述焦准距10≤p≤20。

作为一种优选方式，所述远外柱壁到焦点的距离90mm≤L≤100mm。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

1、因为抛物线形管状柱体内径变化的存在，流动相在色谱柱中流动时，在柱壁处所受阻力小于其在柱中所受阻力。由流体力学可知，其在柱壁区流速大于在柱中心区的流速，色谱带流型成下抛物面型，该抛物面形状与流速相关。

本发明的柱体采用抛物线形设计，使得柱内径逐渐减小，柱壁区流动相线速度增加的幅度大于柱中心区，从柱壁至柱中心线速度逐渐减小。且能提供不同方程抛物线形柱体，在不同流速下使用相对应的抛物线形柱体，从而得到近乎完美的塞子状色谱带流型，大大提高色谱柱柱效。

2、对不同的流速，只需更换对应的抛物线形柱体，即可达到全部效果，降低了柱管加工成本。

3、入口内径大于出口内径，使得样品负载量增加；且由于内径逐渐减小，对样品具有一定的富集效果，因此在制备生产中只需处理更少的溶剂就可以得到一样的产品，可以减少溶剂消耗，降低生产成本。

附图说明：

图1为本发明中毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱示意图。

图2为本发明中毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱对茶黄素制备色谱图。

其中：1、柱头，2、柱体，3、柱尾，4、法兰盘，5、分配盘，6、筛板，7、螺栓，8、密封圈。

具体实施方式：

以下提供本发明一种抛物线形高效液相色谱制备柱的具体实施方式

使用该抛物线形高效液相色谱制备柱，分离茶黄素，流动相为：20％乙腈，1％乙酸乙脂，79％水(内含1％乙酸)；流速：25mL/min；检测波长：280nm。分离结果见图2，四种茶黄素单体得到完全分离(参见图2)。

实施例1

一种毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，包括：位于柱体上部的柱头、抛物线形管状柱体和位于柱体下部的柱尾；其中，柱头和柱尾通过法兰分别装配于抛物线形柱体的进口与出口；

所述抛物线形管状柱体具有内径逐渐减小且均匀过渡的开口状扁平椭圆型入口端，以及内径逐渐增大均匀过渡的开口状扁平菱形出口端，所述入口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的入口管，所述出口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的出口管，以保持液相流动相均匀地先减小、后增大地流出抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端内径2R＝100um～150um、出口端内径2r＝30um～60um、柱长L＝85cm～95cm，抛物线形管状柱体的形状具体为：焦准距0.1≤p≤100，远外柱壁到焦点的距离10mm≤L≤10000mm；其中，所述抛物线形柱体的抛物线方程与不同流速相对应，其中，流速越大对应的焦准距越大、远外柱壁到焦点的距离越小的抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端和出口端分别具有一个密封伸入件，所述密封伸入件由烯烃橡胶或热塑性树脂制成，密封伸入件具有模制为一体的进口管和双侧面密封斜面，所述双侧面密封斜面使得所述密封伸入件滑入所述抛物线形管状柱体的出口端和入口端，以形成均匀的零死体积楔型密封；所述密封伸入件的外表面具有防酸碱的防腐蚀层，在所述防腐蚀层上沉积有双层密封层；

所述柱头包括法兰盘、螺栓、导向槽、蝶形密封圈、分配盘和多个面积相同的等边三角形孔的筛板；柱头以法兰盘和螺栓与抛物线形管状柱体入口端相连；

在所述分配盘上部，5～15cm处有一同心椭圆液流收集通道，所述同心椭圆液流收集通道通过软管分别与所有的分配盘中央区域分布的呈星形向外放射状的分配孔连接；所述同心三角形液流收集通道的尺寸为边长为0.45um的等边三角形，分配孔的尺寸为边长为0.225um的等边三角形；

所述柱尾包括带有环形凹槽的密封圈、带有多个面积不同的椭圆形孔的筛板、法兰盘和螺栓；柱尾与抛物线形管状柱体出口端以法兰盘和螺栓密封。

其中，所述分配盘为0.12～0.15mm厚的聚合物有机塑料冲制成带有切口的圆盘，分配盘中央部分具有形状和个数均与所述柱头筛板的等边三角形孔相同的分配孔，以及多个相邻的翼片突起部，该翼片突起部可准确定位所述分配盘，并控制分配盘处于关闭与锁定位置时的实时精确切换。

实施例2

一种毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，包括：位于柱体上部的柱头、抛物线形管状柱体和位于柱体下部的柱尾；其中，柱头和柱尾通过法兰分别装配于抛物线形柱体的进口与出口；

所述抛物线形管状柱体具有内径逐渐减小且均匀过渡的开口状扁平椭圆型入口端，以及内径逐渐增大均匀过渡的开口状扁平菱形出口端，所述入口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的入口管，所述出口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的出口管，以保持液相流动相均匀地先减小、后增大地流出抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端内径2R＝100um～150um、出口端内径2r＝30um～60um、柱长L＝85cm～95cm，抛物线形管状柱体的形状具体为：焦准距0.1≤p≤100，远外柱壁到焦点的距离10mm≤L≤10000mm；其中，所述抛物线形柱体的抛物线方程与不同流速相对应，其中，流速越大对应的焦准距越大、远外柱壁到焦点的距离越小的抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端和出口端分别具有一个密封伸入件，所述密封伸入件由烯烃橡胶或热塑性树脂制成，密封伸入件具有模制为一体的进口管和双侧面密封斜面，所述双侧面密封斜面使得所述密封伸入件滑入所述抛物线形管状柱体的出口端和入口端，以形成均匀的零死体积楔型密封；所述密封伸入件的外表面具有防酸碱的防腐蚀层，在所述防腐蚀层上沉积有双层密封层；

所述柱头包括法兰盘、螺栓、导向槽、蝶形密封圈、分配盘和多个面积相同的等边三角形孔的筛板；柱头以法兰盘和螺栓与抛物线形管状柱体入口端相连；

在所述分配盘上部，5～15cm处有一同心椭圆液流收集通道，所述同心椭圆液流收集通道通过软管分别与所有的分配盘中央区域分布的呈星形向外放射状的分配孔连接；所述同心三角形液流收集通道的尺寸为边长为0.45um的等边三角形，分配孔的尺寸为边长为0.225um的等边三角形；

所述柱尾包括带有环形凹槽的密封圈、带有多个面积不同的椭圆形孔的筛板、法兰盘和螺栓；柱尾与抛物线形管状柱体出口端以法兰盘和螺栓密封。

其中，所述焦准距10≤p≤20。

实施例3

一种毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，包括：位于柱体上部的柱头、抛物线形管状柱体和位于柱体下部的柱尾；其中，柱头和柱尾通过法兰分别装配于抛物线形柱体的进口与出口；

所述抛物线形管状柱体具有内径逐渐减小且均匀过渡的开口状扁平椭圆型入口端，以及内径逐渐增大均匀过渡的开口状扁平菱形出口端，所述入口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的入口管，所述出口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的出口管，以保持液相流动相均匀地先减小、后增大地流出抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端内径2R＝100um～150um、出口端内径2r＝30um～60um、柱长L＝85cm～95cm，抛物线形管状柱体的形状具体为：焦准距0.1≤p≤100，远外柱壁到焦点的距离10mm≤L≤10000mm；其中，所述抛物线形柱体的抛物线方程与不同流速相对应，其中，流速越大对应的焦准距越大、远外柱壁到焦点的距离越小的抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端和出口端分别具有一个密封伸入件，所述密封伸入件由烯烃橡胶或热塑性树脂制成，密封伸入件具有模制为一体的进口管和双侧面密封斜面，所述双侧面密封斜面使得所述密封伸入件滑入所述抛物线形管状柱体的出口端和入口端，以形成均匀的零死体积楔型密封；所述密封伸入件的外表面具有防酸碱的防腐蚀层，在所述防腐蚀层上沉积有双层密封层；

所述柱头包括法兰盘、螺栓、导向槽、蝶形密封圈、分配盘和多个面积相同的等边三角形孔的筛板；柱头以法兰盘和螺栓与抛物线形管状柱体入口端相连；

在所述分配盘上部，5～15cm处有一同心椭圆液流收集通道，所述同心椭圆液流收集通道通过软管分别与所有的分配盘中央区域分布的呈星形向外放射状的分配孔连接；所述同心三角形液流收集通道的尺寸为边长为0.45um的等边三角形，分配孔的尺寸为边长为0.225um的等边三角形；

所述柱尾包括带有环形凹槽的密封圈、带有多个面积不同的椭圆形孔的筛板、法兰盘和螺栓；柱尾与抛物线形管状柱体出口端以法兰盘和螺栓密封。

其中，所述远外柱壁到焦点的距离90mm≤L≤100mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，开可以做出若干改进和润饰，这些改进与润饰也可以视为本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，其特征在于，所述毛细抛物线形高效毛细液相色谱制备柱包括：位于柱体上部的柱头、抛物线形管状柱体和位于柱体下部的柱尾；其中，柱头和柱尾通过法兰分别装配于抛物线形柱体的进口与出口；

所述抛物线形管状柱体具有内径逐渐减小且均匀过渡的开口状扁平椭圆型入口端，以及内径逐渐增大均匀过渡的开口状扁平菱形出口端，所述入口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的入口管，所述出口端带有与所述抛物线形管状柱体模制为一体的出口管，以保持液相流动相均匀地先减小、后增大地流出抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端内径2R＝100um～150um、出口端内径2r＝30um～60um、柱长L＝85cm～95cm，抛物线形管状柱体的形状具体为：焦准距0.1≤p≤100，远外柱壁到焦点的距离10mm≤L≤10000mm；其中，所述抛物线形柱体的抛物线方程与不同流速相对应，其中，流速越大对应的焦准距越大、远外柱壁到焦点的距离越小的抛物线形管状柱体；

所述抛物线形管状柱体的入口端和出口端分别具有一个密封伸入件，所述密封伸入件由烯烃橡胶或热塑性树脂制成，密封伸入件具有模制为一体的进口管和双侧面密封斜面，所述双侧面密封斜面使得所述密封伸入件滑入所述抛物线形管状柱体的出口端和入口端，以形成均匀的零死体积楔型密封；所述密封伸入件的外表面具有防酸碱的防腐蚀层，在所述防腐蚀层上沉积有双层密封层；

所述柱头包括法兰盘、螺栓、导向槽、蝶形密封圈、分配盘和多个面积相同的等边三角形孔的筛板；柱头以法兰盘和螺栓与抛物线形管状柱体入口端相连；

在所述分配盘上部，5～15cm处有一同心椭圆液流收集通道，所述同心椭圆液流收集通道通过软管分别与所有的分配盘中央区域分布的呈星形向外放射状的分配孔连接；所述同心三角形液流收集通道的尺寸为边长为0.45um的等边三角形，分配孔的尺寸为边长为0.225um的等边三角形；

所述柱尾包括带有环形凹槽的密封圈、带有多个面积不同的椭圆形孔的筛板、法兰盘和螺栓；柱尾与抛物线形管状柱体出口端以法兰盘和螺栓密封。

2.根据权利要求1所述的抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，其特征在于：所述分配盘为0.12～0.15mm厚的聚合物有机塑料冲制成带有切口的圆盘，分配盘中央部分具有形状和个数均与所述柱头筛板的等边三角形孔相同的分配孔，以及多个相邻的翼片突起部，该翼片突起部可准确定位所述分配盘，并控制分配盘处于关闭与锁定位置时的实时精确切换。

3.根据权利要求1所述的抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，其特征在于：所述焦准距10≤p≤20。  

4.根据权利要求1-3任一所述的抛物线形高效毛细液相色谱制备柱，其特征在于：所述远外柱壁到焦点的距离90mm≤L≤100mm。