CN103752040A - 模组化色谱柱及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种模组化色谱柱及其用途。色谱柱由一顶部封盖、多个分离模块、一底部封盖以及多个起密封作用的压力圈依次组装而成，分离模块是一圆管，内部填有固定相，固定相的上下侧放置烧结玻璃板或膜或网，各个分离模块之间、以及最上和最下两块分离模块与顶端封端和底端封盖之间，通过螺纹或卡扣的方式呈可拆卸式固定连接。使用该模组化色谱柱，进样后用洗液洗脱，一旦流动相到达出样端，或者洗脱过程中从外部观察或检测到样品已经被分离时，即可停止洗脱，然后从各连接部位将该色谱柱拆卸，再用溶剂个别地冲洗分离模块，干燥后就能获得个别组分。该方案操作简易，能大大节省溶剂或洗液的用量，洗脱更加快速，且不需要昂贵的馏分收集设备。

Description

模组化色谱柱及其用途

技术领域

本发明涉及对自然界天然存在的动物、植物、微生物及其代谢产物的某些化学成分，以及人类在各类生产加工、科学研究过程形成的各种有机混合物，进行分离或提纯所采用的方法和仪器，尤其涉及色谱法和色谱仪，属于有机混合物分离与提纯技术领域。

背景技术

色谱法（Chromatography）又称“色层法”、“层析法”，是用于分离多组分有机混合物的一种高效分离技术。1906年，俄国植物学家茨维特（Mikhail Tsvet）首创了这种分离技术，他把植物叶绿体色素的石油醚浸渍液倒入一根装有碳酸钙吸附剂的细直玻璃柱中，再加入纯石油醚，任其自由流下，原混合物开始被分离成不同颜色的谱带（即植物色素的分离），且以不同速度过柱子，然后按谱带颜色对混合物进行鉴定分析。当时，茨维特把这种分离结果称为色谱图，把这种分离方法命名为色谱法。一百多年来，色谱理论逐步建立和发展，色谱分离技术已逐步实现仪器化、自动化、高速化，并从分离手段发展到分析手段，应用范围不断扩大。虽然色谱分离的对象早已不限于有色物质，但“色谱法”这一名称一直被沿用。

从原理角度看，色谱法是基于混合物各个组分在两相（固定相和流动相）之间的不均匀分配而进行分离的一种方法。不均匀分配的先决条件，是各个组分对两相亲和力的不同和向两相不均匀分配的可能性。在流动相的推动下，由于混合物中各组分对两相的亲和力有差异，它们穿过固定相的流动速度（或在固定相中的滞留时间）就不同，从而得到分离。根据其分离原理，有吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱等方法。从应用角度看，色谱技术在研究天然有机化合物中有着广泛应用。动物、植物、微生物及其代谢产物中的某些化学成分，是天然药物和天然食品添加剂的重要来源，对它们的组分结构与生理活性关系的研究以及对天然物质的综合利用，是当今极具潜力的研究课题，并要求对自然资源的研究与开发向深入化、快速化、微量化方向发展，以获取安全无毒高效的天然有效成分服务于人类。色谱技术正符合这种要求，在分离混合物、精制化合物、鉴定化合物等多方面得到了广泛应用。随着色谱理论和电子学、光学、计算机等技术的综合应用，新的色谱技术也在不断出现和发展，色谱技术在精细化工和高分子材料领域中也已得到很好的应用。

目前，色谱法都是从色谱柱一端进样，采用适当的溶剂进行洗脱，把混合物中的不同物质从色谱柱一端洗脱到另一端，然后依次收集。这种方法洗脱时间较长，溶剂用量大，收集时需要较为昂贵的馏分收集设备。特别是对于粗分比较复杂的化学单体成分的混合物，例如天然植物提取物，或者精分成分较少的化学混合物，上述方法显得很不经济。因此，需要对现有的色谱柱进行改进，以期获得更好的应用效果。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种模组化色谱柱，以及应用它对有机混合物进行分离和提纯的具体使用方法，一旦混合物的成分在该色谱柱的各个分离模块当中分开，就可以通过横向洗脱和收集，快速获得分离后的成分，从而缩短洗脱时间、减少洗液用量。

本发明技术解决方案是：一种模组化色谱柱，系由一顶部封盖、多个分离模块、一底部封盖依次组装而成，所述顶部封盖和底部封盖的中间部位均设有通孔，其特点是：所述分离模块包括一圆管，至少一个分离模块内部填有固定相，固定相的上下两侧分别放置烧结玻璃板或固定膜或固定网，各个分离模块之间、最上面一块分离模块的上端与上端封盖的下端之间，以及最下面一块分离模块的下端与下端封盖的上端之间，通过螺纹或卡扣的方式呈可拆卸式固定连接。

优选地，上述模组化色谱柱当中：每个连接部位均设有起密封作用的压力圈；所述分离模块的圆管的材质为塑料、玻璃、石英、铝、不锈钢或者其它金属和合金，当圆管材质为石英、透明塑料或透紫外线的塑料时，所述固定相当中含有荧光剂，以便于从外部检测分离效果，或者，在所述分离模块的圆管的侧壁上设置透紫外的检测窗口，也可以观察分离效果。

更优选地，上述模组化色谱柱当中：所述分离模块的数量为3～30块；分离模块采用螺纹方式连接，每个分离模块的圆管的上端的外壁设有外螺纹，下端的内壁设有内螺纹，对应地，所述顶部封盖的下端的内壁设有内螺纹，底部封盖的上端的外壁设有外螺纹；或者，分离模块采用卡扣方式连接，各分离模块之间、最上方的分离模块与顶部封盖之间，以及最下方的分离模块与底部封盖之间，采用凹槽卡口的方式定位，然后用几根连接栓和螺母从顶部封盖的上方至底部封盖的下方上下串接固定。

本发明模组化色谱柱的用途是用于分离有机混合物：首先，将待处理的混合物溶于合适的溶剂，然后以湿法或干法的方式，从该模组化色谱柱的一端进样，接着，以与固定相吸附性能相反的正相或反相溶剂、亚临界或超临界流体作为洗液，从色谱柱的进样端进行洗脱，当流动相从进样一端洗脱到另一端时，或者洗脱过程中从外部观察或检测到样品已经被分离时，停止洗脱，从各连接部位将该模组化色谱柱拆卸开，再用溶剂个别地冲洗分离模块，干燥后获得分离后的个别组分。

上述应用过程中，第一轮洗脱完成之后，可以将个别分离模块组装于新的模组化色谱柱上，更换另一种更合适、分离效率更高的洗液再次洗脱。该过程可重复多次（相当于“多维色谱”），直至分离效果达标之后，再用溶剂个别冲洗分离模块，干燥后获得所需组分。而且，洗脱所使用的洗液当中还可以添加助溶剂，以提高洗脱效率。

利用本发明技术方案，一旦混合物的成分在这种模组化色谱柱的各个分离模块当中分开，就可以将色谱柱拆分开来，然后对各个分离模块进行洗脱和收集，从而快速获得所需要的分离后的成分。与常规的色谱法相比，该方案操作简易，可以大大节省溶剂或洗液的用量，洗脱更加简便快捷，且，不需要昂贵的馏分收集设备。当只需要分离获得混合物当中少数组分时，只要对这几个组分所在的少数几个分离模块进行洗脱，溶剂用量少，能在较短时间内干燥，进而快速获得目标成分。

本发明既适用于粗分天然植物提取物等成分比较复杂的有机混合物，也可以精分成分较少的有机混合物，还适用于分离目标成分比较明确的有机混合物，对于天然物的提取、已知混合物的分离，或者未知混合物的科学研究等，都是一种很好的技术解决方案。

附图说明

图1是本发明模组化色谱柱螺纹连接的结构示意图。

图2是图1当中单个分离模块的结构示意图。

图3是本发明模组化色谱柱卡扣连接的结构示意图。

图中各标记的含义为：1－顶部封盖，11－通孔，12－内螺纹；2－分离模块，21－圆管，22－固定相，23－烧结玻璃板，24－烧结玻璃板，25－外螺纹，26－内螺纹；3－底部封盖，31－通孔，32－外螺纹；4－压力圈；5－连接栓；51－螺母；6－支架；61－支架定位螺母；62－支架底座。

具体实施方式

本发明针对现有色谱柱皆为一根完整的柱子、在一些使用场合不够迅速、不够经济的缺陷，提出了一种模组化色谱柱。采用这种模组化色谱柱，一旦混合物成分在该色谱柱内分开，就可以拆开色谱柱，通过横向洗脱和收集，快速获得分离后的成分，从而缩短洗脱时间、减少洗液用量。

如图1所示，本发明模组化色谱柱系由一顶部封盖1、多个分离模块2、一底部封盖3以及多个压力圈4，依次组装而成。所述顶部封盖1和底部封盖3的中间部位分别设有通孔11和31，用于进样或出样；同时，分离混合物所使用的洗液或溶剂，也经由通孔11和31而进出。单个分离模块2的结构如图2所示，包括一圆管21，其内部填有固定相22，固定相22的上下两侧分别放置烧结玻璃板23和24，以固定和防止固定相22从圆管21内部洒出。圆管21上端的外壁设有外螺纹25，下端的内壁设有内螺纹26；对应地，顶部封盖1的下端内壁设有内螺纹12，底部封盖3的上端外壁设有外螺纹32。

组装时，先将固定相22装进圆管21之内，固定相22的上下两侧放置烧结玻璃板23和24，在各个分离模块2的连接部位之间、最上面一块分离模块2的上端与上端封盖1的下端之间，以及最下面一块分离模块2的下端与下端封盖3的上端之间，均放置压力圈4，然后通过螺纹连接，形成一根完整的色谱柱。压力圈4的设置，可以使所有连接部位都能密封，即使流动相通过也不向外渗漏。当然，除了图1和图2所示的螺纹连接方式之外，各个连接部位还可以通过“卡接”等其它方式连接，只要连接可靠、密封、易于拆卸即可；而且，烧结玻璃板23和24也可以使用适当的固定膜或固定网进行替代，其基本要求一是固定和防止固定相22从圆管21内部洒出，二是不妨碍流动相的洗脱流动。

图3是“卡扣连接”的组装后的示意图，各分离模块2之间、最上方的分离模块2与顶部封盖1之间，以及最下方的分离模块2与底部封盖3之间，采用凹槽卡口的方式定位，然后用几根连接栓5和螺母51从顶部封盖1的上方至底部封盖3的下方上下串接并固定和施压。色谱柱底部设有支架6，支架6上面设有支架定位螺母61，支架6下端自由端连接有支架底座62。支架6可设3根或4根，为3根时呈三角架式均布于色谱柱的底部周围，为4根时则均布于色谱柱四个底角，以保证模组化色谱柱工作过程中的稳定性。

根据本发明技术方案，分离模块2的数量不受限制，其具体用量应根据使用场合及分离要求而定，少则3～5块，多则20～30块；而且，各个分离模块2的规格，直径基本相同，但厚薄既可相同也可以不同。对每个分离模块2来说，固定相22基本填满圆管21内部，圆管21的材质可以是塑料、玻璃、铝、不锈钢或者其它金属和合金，采用塑料时，优选透明塑料或透紫外线的塑料。固定相22具有合适的孔径，可以是正相，也可以是反相。当待处理的样品为固体时，进样端第一个分离模块2的内部不装填固定相22，而是用于盛放样品；当待处理的样品为液体时，进样端第一个分离模块2的内部也装填固定相22。

如上所述，本发明先构成一个个分离模块，然后再组装形成一个完整的模组化色谱柱。该模组化色谱柱适用于粗分比较复杂的化学单体成分的混合物，例如天然植物提取物，或者精分成分较少的有机混合物，或者用于分离目标成分比较明确的有机混合物。其基本过程是：先将待处理的混合物溶于合适的溶剂，然后从该模组化色谱柱的一端进样；接着，以与固定相吸附性能相反的正相或反相溶剂、亚临界或超临界流体作为洗液，从色谱柱的进样端洗脱，当流动相从进样一端洗脱到另一端时，或者洗脱过程中从外部观察或检测到样品已经被分离时，就可以停止洗脱；然后从各连接部位将该模组化色谱柱拆卸开，用溶剂个别地冲洗每一个分离模块，干燥后获得分离后的个别产品。

另外，还可以采用“过柱干法上样”的方式进行进样：首先是拌样，把待处理的混合物溶液与固定相均匀搅拌，抽干后得固体；接着，取一结构与其它分离模块类似的内部没有填充物的圆管，将所得“干样”放置到该圆管当中，作为模组化色谱柱进样端的第一个“模块”；然后，再与内部装有固定相的其它分离模块组状成柱，进而对待处理混合物进行洗脱分离。

洗脱过程中，洗液当中还可以加入助溶剂。根据所使用的流动相的具体情况，系统洗脱可利用重力作用（Gravity）、毛细管的吸引力（Capillary attraction）、离心力等方式，在加压或不加压或采用超临界流体的情况下推动流动相进行洗脱。同时，洗脱过程也可适用多维液相法，当完成第一轮洗脱每一节管子分开后，个别管子可以安装于新一列组合管子上，更换另一种更合适、分离效率更高的流动相再次洗脱。上述过程可以重复几次，直至需要分离的产品达到理想的纯度。这种重复过程更加接近于移动床色谱法的理想概念。

具体来讲，利用重力方式时，进样后，流动相从顶部到底部洗脱；利用毛细管的吸引力时，进样后，流动相从底部向顶部洗脱；利用离心力时，进样后，把组装后的模组化色谱柱固定，进样端接近中心位置，流动相从中央进入，然后利用离心力把流动相从进样端向出样端洗脱。此外，还可以采取加压或采用超临界流体的方式洗脱。

洗脱完成之后，可以逐次或多次合在一起检测分离效率。当固定相当中不含荧光剂时，需要洗脱之后进行检测；当固定相当中含有荧光剂时，此时，圆管的材料大多采用石英、透明或透紫外的塑料，或者在圆管的侧壁上设置一透紫外的检测窗口，只要用紫外线光灯照射色谱柱，在合适的波长条件下，就可以观察到混合物的分离程度，看到紫外活跃（UV active）化合物位于哪一个分离模块里。

若分离程度理想，可以立即使用溶剂把紫外活跃（UV active）化合物从分离模块里冲洗下；若分离程度不理想，可以用更多分离模块把色谱柱延长，继续洗脱，直到分离程度理想。或者，把有紫外活跃化合物的分离模块安装于新一列模组化色谱柱上，更换另一种更为合适、分离效率更高的流动相继续洗脱，直至达到理想的分离效果。当然，若目标组分是非紫外活跃化合物，参照以上方法实施即可。

综上所述，本发明揭示了一种模组化色谱柱，以及应用它对有机混合物进行分离和提纯的具体使用方法。利用本发明技术方案，一旦混合物的成分在这种模组化色谱柱的各个分离模块当中分开，就可以将色谱柱拆分开来，然后对各个分离模块进行洗脱和收集，从而快速获得所需要的分离后的成分。

与常规的色谱法相比，本发明操作简易，可以大大节省溶剂或洗液的用量，洗脱更加快速，且，不需要昂贵的馏分收集设备。当只需要分离获得混合物当中少数组分时，只要对这几个组分所在的少数几个分离模块进行洗脱，溶剂用量少，能在较短时间内干燥，进而快速获得目标成分。

本发明既适用于粗分天然植物提取物等成分比较复杂的有机混合物，也可以精分成分较少的有机混合物，还适用于分离目标成分比较明确的有机混合物，对于天然物提取、已知混合物分离，或者未知混合物的科学研究与生产等，都是一种很好的技术解决方案。当然，以上所述仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种模组化色谱柱，系由一顶部封盖、多个分离模块、一底部封盖依次组装而成，所述顶部封盖和底部封盖的中间部位均设有通孔，其特征在于：所述分离模块包括一圆管，至少一个分离模块的内部填有固定相，固定相的上下两侧分别放置烧结玻璃板或固定膜或固定网，各个分离模块之间、最上面一块分离模块的上端与上端封盖的下端之间，以及最下面一块分离模块的下端与下端封盖的上端之间，通过可拆卸的方式固定连接。

2.根据权利要求1所述的模组化色谱柱，其特征在于：每个连接部位均设有起密封作用的压力圈。

3.根据权利要求1所述的模组化色谱柱，其特征在于：所述分离模块的圆管的材质为塑料、石英、玻璃、铝、不锈钢或者其它金属和合金。

4.根据权利要求3所述的模组化色谱柱，其特征在于：所述分离模块的圆管的侧壁上设有透紫外的检测窗口。

5.根据权利要求3所述的模组化色谱柱，其特征在于：所述分离模块的圆管的材质为透明塑料、石英或透紫外线的塑料，所述固定相当中含有荧光剂。

6.根据权利要求1所述的模组化色谱柱，其特征在于：所述分离模块的数量为3～30块。

7.根据权利要求1所述的模组化色谱柱，其特征在于：所述分离模块采用螺纹方式连接，每个分离模块的圆管的上端的外壁设有外螺纹，下端的内壁设有内螺纹；对应地，所述顶部封盖的下端的内壁设有内螺纹，底部封盖的上端的外壁设有外螺纹。

8.根据权利要求1所述的模组化色谱柱，其特征在于：所述分离模块采用卡扣方式连接，各分离模块之间、最上方的分离模块与顶部封盖之间，以及最下方的分离模块与底部封盖之间，采用凹槽卡口的方式定位，然后用几根连接栓和螺母从顶部封盖的上方至底部封盖的下方上下串接固定。

9.权利要求1～8所述任意一种模组化色谱柱的用途，其特征在于：用于分离有机混合物，首先，将待处理的混合物溶于合适的溶剂，然后以湿法或干法的方式从该模组化色谱柱的一端进样，接着，以与固定相吸附性能相反的正相或反相溶剂、亚临界或超临界流体作为洗液，从色谱柱的进样端进行洗脱，当流动相从进样一端洗脱到另一端时，或者洗脱过程中从外部观察或检测到样品已经被分离时，停止洗脱，从各连接部位将该模组化色谱柱拆卸开，再用溶剂个别地冲洗分离模块，干燥后获得分离后的个别组分。

10.根据权利要求9所述的模组化色谱柱的用途，其特征在于：第一轮洗脱完成之后，将个别分离模块组装于新的模组化色谱柱上，更换另一种更合适、分离效率更高的洗液再次洗脱；该过程可重复多次，直至分离效果达标之后，再用溶剂个别地冲洗分离模块，干燥后获得所需组分。

11.根据权利要求9所述的模组化色谱柱的用途，其特征在于：所述洗脱过程中，洗液当中加有助溶剂。

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