CN103323560B - 组分分离制备仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组分分离制备仪，包括：层析柱、密闭装置、样品输入装置、试剂加入装置、加压装置及组分收集装置。利用样品输入装置向层析柱内装入用于分离的样品，通过试剂加入装置、加压装置依次加入淋洗溶剂即分离用试剂，分离所得组分被组分收集装置收集。本发明的组分分离制备仪与传统分离设备相比，分离速度大大提高，且分离的准确性不受操作人员熟练程度影响，重复性好。由于分离操作的所有过程都是在密闭环境下进行，减少了有毒、有害、致癌试剂对操作人员健康的危害和对环境的污染。

Description

组分分离制备仪

技术领域

本发明涉及一种分离制备仪，特别涉及一种对含有多种有效成分的不同混合物进行组分分离制备的仪器。

背景技术

在石油，化工，生物，医药，环保，食品等领域，经常需要对某一类的化合物分离制备，以达到仪器进一步精确分析的目的。

石油中所含有的成分非常复杂，且随产地而异。石油的化学组成与物理性质有着密切的联系。两者的特征对研究石油形成、运移、聚集、保存、次生改造和分布，评价石油的工业品质有着十分重要的意义。石油中含饱和烃、芳烃、胶质和沥青质四种族组分。石油及石油产品的性能和质量取决于其中烃类类型和数量。石油的简单产品组成分析是将其分为饱和烃，芳烃、胶质和沥青质四种族组分。即，作为石油及其石油产品的组成分析方法，四组分(SARA)(饱和烃、芳烃、胶质和沥青质)分析法被广泛应用于石油组分分析中。色谱技术最早应用于石油产品的成分分离与组分分析。目前在科研和生产中用于原油、燃料油、煤焦油、化工原料等的化学族组成分离方法主要有经典柱色谱(LC)法、气相色谱(GC)法、薄层色谱(TLC)法、高效液相色谱(HPLC)法和凝胶色谱(GPC)法等。

经典LC法是以硅胶、氧化铝等填料为固定相，用各种有机溶剂进行洗脱的液固色谱法。虽然LC分离效果较好，但分离时间长，溶剂、固定相消耗多，回收率低，精度差。

GC法是一种高效灵敏的分离手段，但有严格的温度限制，要求所分析的物质必须在气态条件下进行，流动相为惰性气体，在石油产品分析中只能用于轻质油族的组成分析。用HPLC分离石油及其石油产品，样品不会因蒸发溶剂而损失掉，也不会因为升温而造成样品的组成变化。该方法在实际生产中有重要的应用意义，对部分未知样品的分析也表明，该方法在一定程度上可以替代经典的LC法，实现快速分离分析的目的。

通过国内外有关文献的报道可以看出，分离方法不同，检测方式不同，所得到的结果也往往不同。在对各种方法的比较中得出，采用高效液相色谱分离、质谱检测法是目前最有效的分析方法，也最能代表石油及其产品结构族的组成。虽然HPLC(高效液相色谱)属于一种高效分离分析手段，但由于缺乏合适的检测器，定性、定量的准确性存在一些问题。比如，由于原油样品的复杂性，且缺乏对芳烃和胶质选择性优越的分析柱，芳烃和胶质的保留时间过长，因此一般需要用特殊的方法使两者得到较好的分离。而且HPLC的柱子贵，成本高。后来有人采用一种粘土吸附色谱法，这个方法需要相当多的油样，而且费时，难以自动操作，浪费大量的溶剂。

此外，即使在高效液相色谱分析方法中，由于其乃单柱结构，虽然对于单个化合物分离有优势，但对于大量的分离制备需要，由于柱子贵，成本高，所以国内除了精细的分离制备用高效液相色谱分析方法外，其他都不采用，还是采用手工的方法。而且，通过查询国内外的分离制备仪的研究状况，可以说目前还没有可以用于批量精细分离的仪器。

目前国内对族组分的分析都是采用石油行业标准SY/T 5119-2008，该方法基本上都是是手工操作，其具体方法是，用正己烷浸泡原油试样10个小时，经过滤，可分离出沥青质，滤液加于固定相为硅胶和氧化铝的层析柱中，再分别添加二氯甲烷+正己烷、无水乙醇、氯仿淋洗，可分离出饱和烃、芳烃、胶质。采用手工操作分离制备时，由于添加的试剂有污染，对人体有害。

鉴于目前关于分离制备仪的这种状况，对于研究石油及石油产品的高校及企业研发人员来说，迫切需要建立对一系列石油及石油产品进行族组分分离的分离制备仪和分离制备方法，既能做到批量分离，降低分离成本，又能提高自动化程度，降低对人体的危害，还能进行精细分离，提高分析时的定性、定量的准确性。可以说，这是石油工作者们一直在追求的目标。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种组分分离制备仪，该组分分离制备仪将采用机电自动化分析手段，可以同时分析不同地区、不同层系原油的四种组分，即只需一次进样品，就可将组分全部分析出来，达到快速，精确的目的。

本发明提供的组分分离制备仪为单层析柱和多层析柱两种类型。前者适用于单一样品组分分离。多层析柱组分分离制备仪，则更适合多地区、多层系、不同类型的多种组分样品分离。

单层析柱组分分离制备仪，包括：一个层析柱；密闭装置，设置于所述层析柱的柱口，样品输入装置，向所述层析柱内输入含有N个组分的待分离样品；试剂加入装置，向所述层析柱内加入用于分离提取所述N个组分之一的N种分离用试剂中的对应试剂；加压装置，使所述层析柱内加压；和组分收集装置，接收从所述层析柱洗脱出来的液体，N为大于或者等于1的整数。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，还包括：控制装置，所述控制装置至少与所述样品输入装置、所述试剂加入装置、所述加压装置和所述组分收集装置之一连接，控制其所连接的设备能够自动完成相应动作。所述样品输入装置、所述试剂加入装置和所述加压装置是通过穿透所述密闭装置的管道与所述层析柱连通的。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，所述组分收集装置为集液杯自动转换装置，包括多个集液杯，在所述试剂加入装置更换加入的试剂种类时，在所述控制装置的控制下所述组分收集装置自动更换到下一个对应的集液杯。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，所述试剂加入装置包括N个试剂加入单元，每一个试剂加入单元包括：一种分离用试剂的储存容器；和阀门，阀门的一个端口连接到所述储存容器，另一个端口连接到所述层析柱，根据来自所述控制装置的指令自动打开所述阀门向所述层析柱内加入所述一种分离用试剂。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，所述N个试剂加入单元构成为具有一个出口N个进口的阀门，所述阀门的N个进口与N种分离用试剂各自的N个储存容器一一对应连接，所述阀门的一个出口连通到所述层析柱，在所述控制装置的控制下，所述N个进口自动依次与N个储存容器连通向所述层析柱中加入分离用试剂。

多层析柱组分分离制备仪，其包括：M个层析柱；密闭装置，设置于每一个层析柱的柱口，样品输入装置，将M个待分离样品一一对应输入所述M个层析柱内；试剂加入装置，向每一个层析柱内加入用于分离提取所要组分的N种分离用试剂之一；加压装置，使加入了分离用试剂的层析柱加压，能同时为多个层析柱加压；组分收集装置，分开接收从每一个层析柱洗脱出来的组分，M个待分离样品的每一个待分离样品最多含有N个组分，M≥2，N≥2。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，还包括：控制装置，所述控制装置至少与所述样品输入装置、所述试剂加入装置、所述加压装置、所述组分收集装置之一连接，控制其所连接的设备能够自动完成相应动作。所述样品输入装置、所述试剂加入装置和所述加压装置是通过穿透所述密闭装置的管道与所述层析柱连通的。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，所述组分收集装置为集液杯自动转换装置，包括M×N个集液杯，在所述试剂加入装置更换加入到某一个层析柱内的试剂种类时，在所述控制装置的控制下自动更换所述某一个层析柱所对应的集液杯。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，M＝12。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，所述试剂加入装置包括N个试剂加入单元，向每一个层析柱加入N种分离用试剂，每一个试剂加入单元包括：储存N种分离用试剂中的一种分离用试剂的储存容器；和M个阀门，每一个阀门的一个端口连接到所述储存容器，另一个端口连接到所述M个层析柱之一，根据来自所述控制装置的指令自动打开所述阀门向所述层析柱内加入所述一种分离用试剂。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，所述N个试剂加入单元的每一个试剂加入单元是具有一个进口M个出口的M+1通阀门，所述M+1通阀门的所述一个进口与所述储存容器连通，所述M+1通阀门的M个出口各自与M个层析柱一一连通，所述M+1通阀门根据来自所述控制装置的指令自动向M个层析柱之一加入其所在单元所供给的试剂。

基于上述组分分离制备仪的一种优选实施方式，其中，所述样品输入装置包括M个样品输入单元，一一向M个层析柱加入一种待分离样品，每一个样品输入单元包括：储存M个样品之一的样品储存容器；阀门，一端口与所述样品储存容器连接，另一端口与所述M个层析柱之一连接，在所述控制装置的控制下，每一个样品输入单元同时或者错开地自动向其所连接的M个层析柱之一加入待分离样品。

本发明的有益效果如下：该制备仪自动化程度高，减少手工操作，降低了对人体的危害；由于可同时对多种混合物(油样)进行分离制备分析，这样可缩短分析时间，减少劳动强度，大大提高工作效率；同时还能够建立统一的标准，提高组分分析精度，分离的准确性不受操作人员熟练程度影响，重复性好。该制备仪可用于精细分离，适于批量分离，成本低。适用于中石油、中石化、中海油的各基层单位(比如油田、炼油厂等)，市场前景极为广阔。

附图说明

图1是单层析柱组分分离制备仪的构成示意图。

图2是多层析柱组分分离制备仪的构成示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、10’层析柱；

20、20’密闭装置；

30加压装置；

40样品输入装置；

45、45’样品加入单元；

50试剂加入装置；

51、52、53试剂加入单元；

510、511、520、521、530、531阀门；

515、525、535试剂储存容器；

60、60’组分收集装置；

65、65’集液杯；

70控制装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的组分分离制备仪做详细说明。

实施方式一单层析柱组分分离制备仪

基于本实施方式一的单层析柱组分分离制备仪，如图1所示，包括：一个层析柱10；密闭装置20；加压装置30；样品输入装置40；试剂加入装置50；组分收集装置60；控制装置70。这些部件之间的连接关系以及各自的作用分别陈述如下。

控制装置70至少与样品输入装置40、试剂加入装置50、加压装置30和组分收集装置60之一连接，控制其所连接的设备能够自动完成相应动作。

在控制装置70的作用下，样品输入装置40将待分离样品通过穿透密闭装置20的管道输入到层析柱10内，等待加入分离用试剂(淋洗试剂)进行组分分离。

试剂加入装置50将分离用试剂通过穿透密闭装置20的管道加入到层析柱10中，进行组分的分离。所述试剂加入装置50可以包括多个试剂加入单元，有N种组分要分离，就要有N个试剂加入单元，图1中以三个试剂加入单元51、52、53为例进行了图示，每一个试剂加入单元都包括一个阀门与一个试剂储存容器，比如第一试剂加入单元51通过阀门510将第一试剂储存容器515中的第一试剂加入到层析柱10中，第二试剂加入单元52通过阀门520将第二试剂储存容器525中的第二试剂加入到层析柱10中，第三试剂加入单元53通过阀门530将第三试剂储存容器535中的第三试剂加入到层析柱10中。

作为一种替代装置，试剂加入装置50的所述N个试剂加入单元的N个阀门可以采用具有一个出口N个进口的多通阀门(N+1通阀门)来替代，N个进口与盛装N种分离用试剂之一的N个储存容器一一对应连接，一个出口连通到层析柱10，在下述控制装置70的控制下，N个进口自动依次与N个储存容器连通，向层析柱10中加入分离用试剂。上述所有阀门均可以通过控制装置70自动完成相应的开关。

加压装置30，通过控制装置70，每次分离用试剂注入到层析柱10内后，在密闭装置20的密封作用下，自动控制压力泵等加压设备通过穿透密闭装置20的管道给单层析柱10内加压，目的是为了加快层析速度。

在单层析柱10的下方设置有组分收集装置60，接收从层析柱10洗脱出来的待分离样品的组分，组分收集装置60可以为集液杯自动转换装置，利用多个集液杯分别收集沉降出来的不同组分液体。在试剂加入装置50更换加入的试剂种类时，在控制装置70的控制下，自动更换到下一个集液杯以收集下一个组分。

实施方式二多层析柱组分分离制备仪

基于本实施方式二的组分分离制备仪，包括多个层析柱，用于对多个待分离样品(比如不同油田的石油原样)同时进行组分分离，而且每种待分离样品都含有多种组分。

图2以对分别含有3种组分的两种待分离样品(图2中样品1、样品2)进行组分分离的情况为例说明了基于多个层析柱的组分分离制备仪的部件之间连接关系。

从图2中可以看到，该组分分离制备仪结构是，其包括：

层析柱10、10’；密闭装置20、20’；加压装置30；样品输入装置40；试剂加入装置50；组分收集装置60、60’；控制装置70。控制装置70依然至少与加压装置、样品输入装置、试剂加入装置和组分收集装置之一连接。

在图2中2个层析柱10、10’的每一个层析柱的柱口分别设置有密闭装置20、20’；两个层析柱可共用一个加压装置30来对多个层析柱内的压力同时进行加压(当然也可以依次加压，具体根据实际情况来选择)；每一个层析柱下都对应设置一个组分收集装置60、60’，利用其上设置有的集液杯65、65’来收集层析柱10、10’内沉降下来的不同组分液体。

试剂加入装置50，其包括3个试剂加入单元51、52、53，每一个试剂加入单元分别包括一个试剂储存容器和两个阀门。比如第一试剂加入单元51包括：与图中左边层析柱10连通的阀门510、与图中右边层析柱10’连通的阀门511、和与两个阀门510、511均连通的第一试剂储存容器515。同样，第二试剂加入单元52包括阀门520、521与第二试剂储存容器525；第三试剂加入单元53包括阀门530、531与第三试剂储存容器535。上述每一个阀门都与控制装置70连接，根据来自控制装置70的指令，自动向对应的层析柱内加入分离用试剂。

若选择替代方式，上述3个试剂加入单元的每一个试剂加入单元中的两个阀门可以合并成具有一个进口2个出口的三通阀门，该三通阀门的一个进口与该单元内的试剂储存容器连通，该三通阀门的两个出口各自与2个层析柱一一连通，该三通阀门根据来自控制装置70的指令自动向2个层析柱之一加入分离用试剂。

样品输入装置40包括2个样品输入单元45、45’，每个样品输入单元包括一个阀门比如二通阀门，二通阀门的一端口与层析柱之一连接，另一个端口与两个样品之一连接，根据来自控制装置70的指令向其阀门所连接的层析柱内输入待分离的样品(样品1或者样品2)。

多层析柱组分分离制备仪已经成功地利用12个层析柱，针对12种样品同时自动进行组分分离。

实施例

下面以利用单层析柱组分分离制备仪将原油中的饱和烃、芳烃、胶质三种组分分离出来的过程为例进行简单的说明(注意：在利用层析柱进行分离前，首先将原油样品加正己烷，分离出沥青后，再利用本申请的组分分离制备仪分离其他三种组分)。

以二氯甲烷+正己烷、无水乙醇、氯仿作为三种分离用试剂，解析石油分离制备的具体步骤：

(1)层析柱的装柱，在层析柱内先加入固定相(层析硅胶3g、氧化铝2g，两种物质呈载体作用，对分离试剂进行吸附与脱附)，并立即加入6mL正己烷润湿层析柱子，盖好密闭装置20(其上有多个孔以使得样品输入装置、试剂加入装置、加压装置的有关管道能够进入层析柱内，但管道与孔的接触处要进行密封处理，以有效密闭层析柱)，接着在控制装置70的控制下，进行以下各项动作；

(2)上样，将某油田样品输入层析柱中；

(3)过柱、加压和收集；

通过控制装置70，启动试剂加入装置50，打开与试剂1的存储容器515连通的阀门510，向层析柱10内加入第一分离用试剂(二氯甲烷+正己烷)，自动通过压力泵30给层析柱加压(与常压柱相比，外加压力使分离试剂快速降下，且可以消除层析柱内的气泡)，将层析柱10内沉降出来的饱和烃收集到集液杯65中，在几分钟时间内，就完成了饱和烃的分离。

接着，打开与试剂2的存储容器525连通的阀门520，向层析柱10内加入第二分离用试剂(无水乙醇)，自动通过压力泵30给层析柱加压，组分收集装置60自动换成另一个集液杯65，收集层析柱中沉降出来的芳烃。

最后，打开与试剂3的存储容器535连通的阀门530，向层析柱10内加入第三分离用试剂(氯仿)，通过压力泵30给层析柱10加压，集液杯65仍然自动更换收集层析柱10中沉降出来的胶质。

这样在一个层析柱内，只需加一次原油样品，就能在20分钟内将原油样品的三种组分全部分离出来。与传统的人工分离一个样品相比，分离速度大大提高。而且由于整个分离制备仪都是在控制装置的控制下自动进行，所以分离的准确性不再受操作人员的熟练程度影响，对不同的样品进行分离时，减少了人为因素的影响，统一了标准。由于在密闭环境下进行层析柱的各种操作，也减少了具有挥发性的分离物对操作人员的健康的危害程度。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被发明包含。

Claims (10)

1.一种组分分离制备仪，其特征在于，包括：

一个层析柱；

密闭装置，设置于所述层析柱的柱口；

样品输入装置，向所述层析柱内输入含有N个组分的待分离样品；

试剂加入装置，向所述层析柱内加入用于分离提取所述N个组分之一的N种分离用试剂中的对应试剂；

加压装置，通过穿透所述密闭装置的管道与所述层析柱连通，使所述层析柱内加压；

组分收集装置，接收从所述层析柱洗脱出来的液体；和

控制装置，所述控制装置至少与所述样品输入装置、所述试剂加入装置、所述加压装置和所述组分收集装置之一连接，发出动作指令，控制所连接设备的动作；

N为大于或者等于1的整数。

2.根据权利要求1所述的组分分离制备仪，其特征在于，

所述组分收集装置为集液杯自动转换装置，包括多个集液杯，

在所述试剂加入装置更换加入的试剂种类时，在所述控制装置的控制下所述组分收集装置自动更换到下一个对应的集液杯；

所述样品输入装置和所述试剂加入装置是通过穿透所述密闭装置的管道与所述层析柱连通的。

3.根据权利要求1所述的组分分离制备仪，其特征在于，

所述试剂加入装置包括N个试剂加入单元，

每一个试剂加入单元包括：

储存N种分离用试剂中的一种分离用试剂的储存容器；和

阀门，阀门的一个端口连接到所述储存容器，另一个端口连接到所述层析柱，根据来自所述控制装置的指令自动打开所述阀门向所述层析柱内加入所述一种分离用试剂。

4.根据权利要求3所述的组分分离制备仪，其特征在于，

所述N个试剂加入单元构成为具有一个出口N个进口的阀门，

所述阀门的N个进口与N种分离用试剂各自的N个储存容器一一对应连接，

所述阀门的一个出口连通到所述层析柱，

在所述控制装置的控制下，所述N个进口自动依次与N个储存容器连通向所述层析柱中加入分离用试剂。

5.一种组分分离制备仪，其特征在于，

M个层析柱；

密闭装置，设置于每一个层析柱的柱口，

样品输入装置，将M个待分离样品一一对应输入所述M个层析柱内；

试剂加入装置，向每一个层析柱内加入用于分离提取所要组分的N种分离用试剂之一；

加压装置，通过穿透所述密闭装置的管道与所述层析柱连通，使加入了分离用试剂的层析柱加压，能同时为多个层析柱加压；

组分收集装置，分开接收从每一个层析柱洗脱出来的组分；和

控制装置，所述控制装置至少与所述样品输入装置、所述试剂加入装置、所述加压装置、所述组分收集装置之一连接，发出动作指令，控制所连接设备的动作；

M个待分离样品的每一个待分离样品最多含有N个组分；

M≥2，N≥2。

6.根据权利要求5所述的组分分离制备仪，其特征在于，

所述组分收集装置为集液杯自动转换装置，包括M×N个集液杯，

在所述试剂加入装置更换加入到某一个层析柱内的试剂种类时，在所述控制装置的控制下自动更换所述某一个层析柱所对应的集液杯；

所述样品输入装置和所述试剂加入装置是通过穿透所述密闭装置的管道与所述层析柱连通的。

7.根据权利要求5所述的组分分离制备仪，其特征在于，M＝12。

8.根据权利要求6所述的组分分离制备仪，其特征在于，

所述试剂加入装置包括N个试剂加入单元，向每一个层析柱加入N种分离用试剂，

每一个试剂加入单元包括：

储存N种分离用试剂中的一种分离用试剂的储存容器，和

M个阀门，每一个阀门的一个端口连接到所述储存容器，另一个端口连接到所述M个层析柱之一，

根据来自所述控制装置的指令自动打开所述阀门向所述层析柱内加入所述一种分离用试剂。

9.根据权利要求8所述的组分分离制备仪，其特征在于，

所述N个试剂加入单元的每一个试剂加入单元是具有一个进口M个出口的M+1通阀门，

所述M+1通阀门的所述一个进口与所述储存容器连通，

所述M+1通阀门的M个出口各自与M个层析柱一一连通，

所述M+1通阀门根据来自所述控制装置的指令自动向M个层析柱之一加入该阀门所在试剂加入单元所供给的试剂。

10.根据权利要求5所述的组分分离制备仪，其特征在于，

所述样品输入装置包括M个样品输入单元，一一向M个层析柱加入一种待分离样品，

每一个样品输入单元包括：

储存M个样品之一的样品储存容器；和

阀门，一端口与所述样品储存容器连接，另一端口与所述M个层析柱之一连接；

在所述控制装置的控制下，每一个样品输入单元同时或者错开地自动向所连接的M个层析柱之一加入待分离样品。