CN104667573A - 一种降低层析柱壁流效应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低层析柱壁流效应的方法，是在层析柱的内壁涂布硅胶、树脂、橡胶或弹性塑料等弹性物质，从而使层析填料装填后因装填压力挤压弹性内壁，减少填料与层析柱内壁刚性接触面积，从而降低壁流效应。本发明的方法能有效降低层析柱壁流效应，提高层析柱的分离效率。

Description

一种降低层析柱壁流效应的方法

技术领域

本发明属于化工分离领域，具体而言，涉及一种新的降低层析柱壁流效应的方法。

背景技术

层析技术是利用物质之间物理性质不同，使用固定相与流动相将其分离的化工分离技术，又称色谱分离技术。经过多年来科技人员不断地完善，层析技术已日趋先进，气相与液相检测所使用的色谱分离柱已可以有效地检测出含量不足1ppm的痕量的物质，工业层析制备柱可轻易生产出含量99.9％以上的高纯度物质。

在层析柱的应用过程初期，科技人员发现壁流效应是影响层析分离效果非常重要的因素。所谓壁流效应，是指由于溶剂在层析容器周壁附近流动不均匀造成分离区带在边缘部分扩散和弯曲的现象，由层析柱内壁与填料接触部分和填料与填料之间接触部分流动差异导致。

为降低壁流效应带来的分离效率下降的问题，科技人员主要采用了两种方法：一是制备颗粒极细的色谱填料，从几微米到150微米，除可以降低壁流效应外，还可以缩短物质在树脂内部扩散的时间，从而达到快速吸附和分离的目的，使分离周期从数个小时到数天减少到数分钟至数十分钟。但为了保证如此细微的填料中流动相流动速度符合要求，填料颗粒必须均匀且呈规则的圆球状，否则流速快速降低，柱压急剧升高，制备这样的填料成本极高，导致市场填料价格昂贵，每升从数千人民币至十几万人民币，一般企业难以接受。另外一种方法是降低层析柱高度，增加层析柱直径，在同样的填料装量下可以实现更好的分离效果。但这对层析柱上下封头的分离提出了严格的要求，如流动相在上下封头部分分布不均匀，则可能导致分离效果反而低于常规层析柱。制造这种封头分布均匀的层析柱成本很高，实验型的层析柱价格达到数十万人民币，工业生产层析柱则高达数百万到数千万人民币，也是一般企业难以承受的。

因此，目前一般的化工分离企业，特别是产品附加值不高的企业仍然采用细长型的常规层析柱和粗颗粒填料，如能低成本地降低壁流效应，将这些常规层析柱分离效率提高，则可以达到提高产量、缩短生产周期、减少流动相消耗等多重目的。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种降低常规层析柱壁流效应的方法。

本发明降低层析柱壁流效应的方法是使用弹性物质涂布层析柱的内壁，其中所述弹性物质选自下列材料中的一种或多种：硅胶、树脂、橡胶和弹性塑料。

所述硅胶是指可在压力下收缩，压力消失后又恢复原状或接近恢复原状的合成硅胶，例如硅橡胶、泡沫硅橡胶等；所述树脂是指可在压力下收缩，压力消失后又恢复原状或接近恢复原状的天然或合成树脂，例如阿拉伯胶树脂、环氧树脂、石油树脂等；所述橡胶可以是天然橡胶或合成橡胶，如丁苯橡胶、丁腈橡胶等；所述弹性塑料是指可在压力下收缩，压力消失后又恢复原状或接近恢复原状的合成塑料，例如PET塑料、PVC塑料等合成塑料。

涂布的方式可采用喷雾、粉刷、离心旋转等。弹性物质的涂布厚度有一定范围，在此范围外的涂布厚度分离效率下降，最佳涂布厚度与涂布材料和层析柱填料有关，本领域技术人员根据实际应用情况，通过有限次的实验可以确定。

其中喷雾方式是将弹性物质溶解在相应溶剂中再进行喷雾操作，然后晾干；粉刷方式是将弹性物质粉碎后加入粘合剂，然后再进行粉刷；离心旋转方式是将弹性物质用溶剂溶解后装入柱中，然后将层析柱离心旋转，并通入热空气或氮气吹干柱内弹性物质，离心旋转的转速要能使涂布材料均匀地分布在层析柱内壁，与涂布厚度和涂布材料种类有关，一般情况下不低于10r/s。。

本发明进行了常规层析柱降低壁流效应的的尝试，采用了多种弹性材料进行涂布层析柱的实验，通过多次实验验证发现，涂布弹性材料后，层析柱壁流效应得到一定程度的扼制。

本发明基本原理如下：

层析填料在常规层析柱非边缘部分是乱堆分布，其上下、左右、前后六向均为不均匀排列，导致流动相在填料之间的流动呈不规则的“绕行”流动，而在填料与层析柱内壁接触部分则因内壁刚性材质的挤压，弧形面呈部分均匀分布，“绕行”距离缩短，流动相运动速度更快。层析柱边缘部分（外环）和中间部分（内环）的电导率是不同的，如果在柱内壁涂布硅胶、树脂、橡胶、弹性塑料等弹性材料，能够减小外环电导率和内环电导率的差异，有效降低壁流效应。

本发明将使用弹性物质涂布在层析柱内壁表面，从而使层析填料装填后因装填压力挤压弹性内壁，减少填料与层析柱内壁刚性接触面积，从而降低壁流效应。实验证明，本发明的方法能有效降低常规层析柱的壁流效应，使层析柱分离效率提高。该方法同时可以用于非层析分离的离子交换吸附分离等装柱分离过程。在离子交换吸附柱中，在柱内壁表面涂布弹性物质后，由于分布效果的增加，可避免部分柱内填料不吸附物料中的组分的情况出现，从而提高填料的使用效率。

附图说明

图1a是层析柱侧面示意图，流动相从上向下流过层析柱；

图1b是层析柱的横截面示意图，其中1-外环收集区域，2-内环收集区域。

图2是层析柱的外环电导率与内环电导率变化示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。

以下实施例采用特制的细长层析柱（Φ30×1000mm，如图1所示），加入大颗粒惰性填料（20目），以无机盐溶液为流动相，在柱底出口处对层析柱边缘部分和中间部分分别收集（见图1中的外环收集区域1和内环收集区域2），分别检测电导率变化，内、外环电导率的变化趋势如图2所示，二者的差异大小反应了壁流效应的强弱。在实施例中，以内环电导率从0开始增加时，外环电导率与所进无机盐原始电导率的比值作为参照依据说明壁流效应的强弱程度，数值越大则壁流效应越强，反之则越弱，以下前期实验和实施例中所述“比值”即该数据。采用1.0％的氯化钠溶液作为实验无机盐溶液，经三次实验测定，我们所特制的层析柱未涂布任何物质前平均比值为17.85％。

实施例1

取5克天然橡胶，加入100毫升汽油溶解，再加入少量橡胶粘合剂。将以上混合液用毛笔刷在柱内壁，每刷一次用吹风机吹干后再继续刷一次，直到所配混合液全部刷完。采用1.0％氯化钠溶液进行内外环分布实验，所得比值为11.29％。

实施例2

取市售防腐树脂，装入实验层析柱中，然后将柱固定在专用旋转设备上以1200～1300转/分钟的速度旋转，同时用吹风机吹干柱内树脂。本次实验防腐树脂用量采用梯度方式，即第一次用5克，取得实验数据后再继续用5克树脂进行实验，如此重复。最后所得比值数据如下：

树脂总加量	比值
		5克	13.77％
10克	9.25％
		15克	6.17％
20克	4.83％
		25克	4.77％
30克	4.81％
		35克	4.98％
40克	5.13％

由此实验可看出，树脂的加量到一定程度后壁流效应的降低值达到一个基本稳定的状态，过多加入还有壁流效应增强的趋势。

Claims (9)

1.一种降低层析柱壁流效应的方法，在层析柱的内壁涂布弹性物质，所述弹性物质选自下列材料中的一种或多种：硅胶、树脂、橡胶和弹性塑料。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硅胶为硅橡胶或泡沫硅橡胶。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树脂为阿拉伯胶树脂、环氧树脂或石油树脂。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述橡胶为丁苯橡胶或丁腈橡胶。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹性塑料为PET塑料或PVC塑料。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，涂布采用喷雾、粉刷或离心旋转的方式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷雾方式是将弹性物质溶解在溶剂中，用所得溶液对层析柱内壁进行喷雾操作，然后晾干。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述粉刷方式是将弹性物质粉碎后加入粘合剂混匀，然后用所得混合物对层析柱内壁进行粉刷。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述离心旋转方式是将弹性物质用溶剂溶解后装入层析柱中，然后将层析柱离心旋转，并通入热空气或氮气吹干柱内弹性物质。