CN106794391B - 用于离心分配色谱仪的萃取单元，以及包含这样的萃取单元的离心分配色谱仪 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的涉及一种在离心分配色谱仪中使用的萃取单元(100)，其具有确定封闭的萃取室(150)的单元壁(120)，以及形成于所述单元壁(120)的基本上相对的部分上的、确保所述萃取室(150)与所述萃取单元(100)的外部的空间之间的流体连接的入口(115)和出口(140)。从在所述离心分配色谱仪运行时所使用的流动方向的可逆性的角度来看，根据本发明所述的萃取单元(100)具有不对称的构造。
Description
技术领域
本发明涉及材料混合物的色谱分离的领域。更具体地，本发明的目的是一种特别地用于在离心分配色谱仪的设备中使用的萃取单元。本发明的目的还涉及一种包含有由这样的萃取单元所构成的网络的离心分配色谱装置。
背景技术
离心分配色谱(CPC)为其中用来使材料混合物分离的固定相和流动相都为液相材料的一种色谱技术。所述方法的适用领域非常广泛：CPC适用于在给定的情况下以较高的纯度水平从各种介质萃取市场上有价值的化合物(比如各种活性药物制剂)以及甚至危险物质(例如移除具有碱性物质的脂肪酸)。图1示出当今所使用的用于实施所述方法的CPC组件的简化的方块图。据此，通常离心分配色谱仪组件包括：作为主要单元的用于进给洗脱液的液体泵送系统，用来插入待分离的材料混合物的试样进给单元，围绕轴旋转的CPC转子，探测器以及碎片收集系统，其通过使液体能够流动的管线按流动方向的次序串联地连接至彼此。
CPC转子代表CPC组件的一个重要的构件，并且是该构件使CPC技术与其它液相色谱技术不同。在CPC转子中存在由优选地经由适当的通道串联地连接至彼此的众多较小的、所谓的萃取单元所构成的网络，所述网络围绕CPC转子的轴旋转。存在用于构造萃取单元的以及用于将它们连接至网络中的许多解决方案，其包括，但并非详尽地，例如美国专利第US-6,537,452号以及第US-8,182,690 B2号，日本专利申请第JPS629270 A号以及第JP2005/315787A号，以及美国专利申请第US 2010/200488 A1号以及第US 2009/173680 A1号。
当分离开始时，萃取单元被至少部分地填充以被选择作为固定相的液相材料。由于旋转在萃取单元中形成显著的离心力。在已经使CPC转子旋转之后，开始将被选择为流动相的液相材料泵送通过所述单元网络。根据固定相和流动相的相对密度，根据以下选择泵送方向：
-若固定相为密度更大的相(这是所谓的上升模式)，则流动相的流动从旋转圆周朝向旋转中心点、换句话说朝向CPC转子的主轴前进；
-若固定相为密度更小的相(这是所谓的下降模式)，则流动相的流动从旋转中心点朝向旋转圆周前进，如在图2中可以观察到的，图2提供萃取单元的理想的运行(换句话说，不考虑由于旋转系统的特征而发生的科里奥利力)的示意图。
由于泵送，流动相经由连接至萃取单元的入口的通道进入萃取单元，所述入口从流动相的角度来看可划分成三个部分(其以下被结合下降模式说明，然而，类似的划分对于上升模式为有效的)：
(1)在图2中所示的萃取单元的上部部分(第一部分)中，除所述两种相的物理-化学参数以及实际的力场之外，只要输入的液相材料的线性流动速度超过斯托克斯(Stokes)模型所允许的值，流动相就在固定相中分解成微小的液滴。在理想情况下，在这样的时刻所述液滴在所述单元的整个剖面上均匀地分布。
(2)在根据图2的萃取单元的中间部分(第二部分)中，流动相液滴由于施加于它们之上的更大的离心力而流动通过固定相，然而在此部分中所述两种相在较大的表面面积上与彼此接触。在理想情况下，所述两种相从靠近于入口点的点直至出口点与彼此接触。
(3)在根据图2所述的萃取单元的下部部分(第三部分)中，由于所述单元的构造以及所述两种相之间的密度方面的差异，所述两种相彼此分离。更轻的(密度更小的)相通过它的浮力朝向入口(向上)推进，而密度更大的相通过施加于其上的更大的离心力被继续朝向出口(向下)推进。在理想情况下，流动相仅仅以微小的液滴的形式并且并不作为粘着的材料团存在于固定相中，并且仅仅流动相离开所述单元。
在CPC转子的串联地连接的单元中执行上述工艺并且从一个单元至一个单元重复上述工艺。因此，若混合物试样的组分以较短的液体部分的形式(亦即作为栓(plug))进给至液体流中，则以不同的分配系数为特征的组分在萃取单元中彼此分离。分离以及分离效率可以以从文献所众所周知的常用的色谱参数为特征，例如以理论塔板数(N)、色谱峰(Rs)之间的分辨率以及固定相体积比(Sf)为特征。
实际上，必须将在旋转的CPC转子的萃取单元中由于旋转以及由于旋转系统的特征而形成的科里奥利(Coriolis)力考虑在内。对科里奥利力的物理描述为已知的，并且许多科技公开文本涉及它对CPC萃取单元的运行的影响，且非详尽地，我们可提及，例如，作者为Jun-Ichi Ikehata等人的题目为“Effect of Coriolis force on counter-currentchromatographic separation by centrifugal partition chromatography”[色谱技术期刊A，1025期，169-175页(2004)]的公开文本；作者为Adelmann，Schwienheer以及Schembecker的题目为“Multiphase flow modeling in centrifugal partitionchromatography”[色谱技术期刊A，1218期，6092-6101页(2011)]的作品；以及作者为Marchal，Foucault，Patissier，Rosant以及Legrand的题目为“Influence of flowpatterns on chromatographic efficiency in centrifugal partitionchromatography”[色谱技术期刊A，869(1-2)期，339-352页(2000)]的公开文本。可使用软件模拟(例如OpenFOAM软件包)容易地使施加于CPC萃取单元中的流上的科里奥利力的影响具体化；根据按这种方式所获得的流动模式可得出与单元的运行有关的许多结论。
根据以上所提到的Jun-Ichi Ikehata等人的作品，已知的是，在当今所使用的单元结构的情况下，由于科里奥利力的影响，雾化在所述单元的整个剖面上为不均匀的，因为一部分液滴由于科里奥利力的影响而偏离。在不均匀的液滴分配情况下萃取不能以最大的效率进行。除此之外，由于科里奥利力的影响而偏离的液滴撞击单元的侧壁并且因此仅仅沿它向下滴流，这显著地使所述两种相之间的接触界面的大小减小。
同时，科里奥利力的影响可被看作是经由将流动相与固定相混合而增加所述两种相之间的接触界面。在研究了经由在专业领域中所公认的模拟实验所获得的所述单元中的流的流动模式之后，显而易见的是，科里奥利力在CPC萃取单元中引起反混，所形成的循环流动使已经沉淀的液体混合在一起，这从萃取的角度来看是非常降低质量的因素，因为由于反混，元素的分离阶段输出被返回至输入阶段，结果显著地降低色谱分离效率。根据图3的模拟流动模式示出当今所使用的萃取单元中的这样的反混(参见所标示的箭头)，其中为了抵消科里奥利力的影响的目的，单元的轴线相对于CPC转子的旋转半径成给定的角度(33°)(所谓的倾斜轴线单元)(1400转/分的转速，以及15毫升/分的流动速度及从旋转中心所测量的r＝105.5mm的单元距离，亦即旋转半径)。
根据以上所提及的Marchal等人的作品，还可以看出的是，接触界面的大小对理论塔板数(N)的色谱参数具有一定影响，而沉淀效率影响固定相体积比(Sf)。同时，通过色谱峰(Rs)之间的分辨率代表色谱法的明显的性能指标，色谱峰(Rs)为以上所提到的两个参数的函数。本发明所属领域的技术人员还认识到的是，理论塔板数可随流动速度增加，然而，固定相体积比下降。根据作者为Schwienheer、Merz以及Schembecker的题目为“Evaluationof CPC separation efficiency for different types of chamber geometries on thebasis of flow pattern and separation experiments”[色谱技术期刊A，CCC2014期，属于公开文本(2014)]的公开文本，可以尝试通过改变单元几何形状改进以上所提到的两个参数(N和Sf)；然而，由以上所提到的作者所执行的大量的模拟试验表明，不可能同时地改进当今广泛地使用的萃取单元的这两个参数；在所有情况下，对一个参数的改进引起另一个参数的退化，反之亦然。
在图4A和4B中示出这样的行为，图4A和4B示出具有两个不同的、当前所使用的单元几何形状的模拟试验。根据图4A中所示的流动模式，可通过减小流动相体积比(以下：死体积)实现固定相与流动相之间的较大的接触界面。根据图4B中所示的流动模式，使流动速度增加导致死体积的显著的增加。
根据上文，公认的观点是，可能不能同时地改进当今可用的CPC萃取单元的所有的所期望的功能，亦即它们的雾化效率、萃取效率以及它们对反混的预防效果，换句话说，这三个功能实际上被视为竞争功能。
发明内容
据此，需要一种CPC萃取单元，其在运行期间相对于所有三个功能同时地且同样地有效-亦即作为雾化装置、萃取装置以及沉淀装置-因为只有通过这样的单元才可改进色谱分离的效率。本发明的目的是形成用于在CPC组件的CPC转子中使用的这样的萃取单元。
当今在CPC领域中人们广泛持有的观点是，可互换固定相和流动相的角色，并且，此外，通过改变通过CPC转子的流动方向可实现方向的彻底的改变。这在下面这样的情况下可能确实是优选的：当需要对材料混合物进行色谱分离并且待分离的所有的组分为所需要的且所谈论的组分具有非常不同的分配系数时。由于对可逆性的需要，当前可用的CPC转子中的各个萃取单元的入口和出口可互换，因此这些单元从该角度来看(换句话说，从可逆性的角度来看)为对称的。其中，应当指出的是，在大多数情况下，以及主要地在制药产业活性剂净化工艺中，不需要这一点，因为在这样的情况下存在待萃取的主要组分，而其它组分被看作是污染物，并且因此它们的回收并不是目的，而仅仅是它们与所述主要组分的分离。
一方面，在我们的调查期间，我们得出的令人吃惊的结果是，从雾化的角度来看，较小的剖面的单元入口为优选的，而从沉淀的角度来看，较大的单元出口为优选的，换句话说从流动方向的可逆性的角度来看为不对称的的CPC萃取单元与相似地构造的对称的萃取单元相比提供更好的流动。相应地，根据本发明所述的不对称的CPC萃取单元的入口和出口具有不同的剖面。
另一方面，在我们的调查期间，我们得出的令人吃惊的结果是，若-脱离传统的结构-两个面对的侧壁具有粗糙化的内表面而不是光滑的表面，则固定相与流动相之间的接触界面显著地增加。从粗燥化的角度来看，特别优选的是，表面被赋予阶梯状或锯齿状表面结构。
在我们的调查期间，我们还发现的是，通过适当地选择CPC萃取单元的几何形状，可以使所述单元中的反混(back-mixing)最小化，还可以使固定相体积比以及所述两种相之间的接触界面最大化。为了做到这一点，优选地将当今所使用的单元的几何形状改变成使得在所述单元的萃取空间与它的出口之间形成收集池。
除此之外，若根据本发明所述的CPC萃取单元的入口和出口以及连接各个单元的通道被制造成具有标准的色谱连接部(chromatography connections)，则由它们所构成的CPC转子的拆卸变得非常简单，并且泄漏以及其它故障的可能性下降至最低水平。
此外，当今广泛地使用的CPC转子的萃取单元的旋转半径通常最大为300mm，通常介于50mm与300mm之间。造成这一点的主要的原因为，几乎毫无例外，所谈论的萃取单元布置于具有环状圆形剖面的盘上；实际上，所述单元通过CNC加工(例如铣削、切削)形成于所述盘的材料中。具有更大的工作空间的CNC机床一方面为异常地昂贵的，并且另一方面它们不具有足够地刚性的框架，因此在加工更大尺寸的盘时加工头可能振动，这可能引起不精确的加工以及因此不精确的单元。因此，具有较大尺寸(亦即具有远远地超过300mm的旋转半径)的广泛地使用的、盘式CPC转子结构的制造是非常复杂的。盘式CPC转子的另一个缺点是，当转子在运行时，在盘与在由所述盘组装CPC转子时所使用的密封板之间泄漏的材料使得转子被污染，这根据制药产业的严格的质量保证规定是不可接受的。这一事实显著地妨碍CPC转子在制药产业中的使用。在一定的尺寸限制(10公升的内部体积)之上尤其如此，因为由于制药产业规定，只有在关闭CPC组件、将CPC转子完全地拆卸、彻底地清洁每一个构件、以及接着再一次将它组装之后才能在同一个CPC组件中一个接一个地分离多种类型的材料。然而，所规定的清洁过程意味着生产时间的损失，其在较大的、大容量的CPC转子(其中主要方面为生产力)的情况下是尤其显著的。在生产更大的半径的盘时，CNC加工的尺寸精度方面的退化使该问题更加严重。
因此鉴于这一切，需要一种CPC转子，其可被经济地以及主要地精确地制造成甚至具有更大的盘尺寸或者旋转半径，并且其还不背负以上技术问题。
在此方面中，在我们的调查期间，我们得到的令人惊讶的结论是，科里奥利力所施加于萃取单元中的影响的减小与CPC转子的旋转半径r的增加一致-其中科里奥利力的物理定义
换句话说，可能优选的是，CPC转子的旋转半径(亦即从转子的中心点轴线至其中设置有萃取单元的位置的距离)被制造得相对较大，超过当今所使用的300mm。
根据我们的调查，对于这一点，优选的是，根据可用的CNC机床或者3D打印机的工作空间的大小修改生产技术，以及代替单一的工件，承载萃取单元的整个环状圆形剖面盘的生产以能在制造之后被组合成盘的多个部分的形式发生，其中各个部分符合可用的传统的CNC机床或3D打印机的工作空间的大小，因此通过有效地利用这一点，可避免在具有更大的工作空间的CNC机床或3D打印机中出现的不精确度。
若将整个盘分成相同的部分的划分角度通过x表示，则根据我们的调查，根据划分角度x，可以以以下关系描述生产具有中心点角度x(用CNC机床或者3D打印机)的部分所需的工作空间的大小：
分析结果表明，各个部分(包含萃取单元、联接它们的通道以及另外的连接器的成形部分)的最大中心点角度最大可为90°，因为所述单元所占据的体积与制造所需的总体积之间的比在该值之上开始显著地增加。形成CPC转子的整个盘优选地由4-30个部件、以及在最优方案中由4-12个部分生产而成，所述部分在这之后被本发明所属领域的技术人员以已知的方式组合以构成盘状CPC转子。将所述部分的数量选择成比这大将意味着，从最佳运行的角度来看，可在每个部分中形成太少的萃取单元。将所述部分的数量选择成比这少将意味着，在每个部分中所形成的萃取单元的容量以及分离可变性将下降。在所谈论的模块化构造的情况下，在使用划分的情况下，萃取单元的、从旋转中心点所测量的距离介于300与1000mm之间，以及在最优方案中介于400与500mm之间。
附图说明
在下文中参考附图具体地提出本发明，其中
-图1为当今所使用的用于执行基于CPC的分离工艺的CPC组件的方块图，其中箭头代表所述组件的构件之间的液体的流动以及流动的方向；
-图2为在根据图1所述的CPC组件的CPC转子单元中所使用的萃取单元的运行的示意图；
-图3示出已知的萃取单元中的模拟流动模式，其示出所述萃取单元中的科里奥利力(用箭头标示)的具有损害性的反混影响；
-图4A和4B为模拟流动模式，其示出在当今所使用的两种不同的单元几何形状的情况下色谱参数是如何与彼此竞争的；
-图5以纵向剖面图、以及以局部切除立体示意图示出使用FDM3D打印技术所生产的一种不对称的CPC萃取单元的一个优选实施例的一个示例；
-图6为图5中所示的CPC萃取单元的、从图5中所示的箭头的方向所观察的俯视图；
-图7A和7B为在根据图5所述的CPC萃取单元中发生的模拟(SC/Tetra v11软件包)流动模式，其中所述CPC萃取单元具有不同的出口剖面(图7A中的左侧图和右侧图分别为1.7mm以及2.0mm)，并且具有不同的单元轴线倾斜角度(图7B中的左侧图和右侧图分别为16.5°以及20.0°)；除了指定的参数之外，在模拟中所使用的其它参数在两种情况下保持不变；
-图8以纵向剖视图以及以立体示意图示出使用CNC铣削所生产的一种不对称的CPC萃取单元的一个优选实施例的一个示例；
-图9示出根据本发明的模块化地构造的CPC转子的一个模块的示意图，所述模块包含根据本发明所述的紧密地联接在一起的多个CPC萃取单元；以及
-图10示出使用图9中所示的CPC转子模块所构造的、具有环状剖面的大尺寸(r>300mm)盘式CPC转子。
具体实施方式
图5和6连续地以纵向剖视图、以局部切除立体图以及以俯视略图示出一种不对称的CPC萃取单元100的一个优选实施例的一个示例。萃取单元100的此实施例优选地使用FDM(“熔融沉积成型”)3D打印技术生产，尽管-如本发明所属领域的技术人员已知的-它还可以使用失芯注射成型生产。优选地，将例如聚醚醚酮，亦即聚[苯基-(4-亚苯基doxy苯基)酮树脂，用于3D打印，尽管还可以使用适合于执行3D打印的其它惰性材料，这对于本发明所属领域的技术人员而言为显而易见的。萃取单元100以及它的以下将具体描述的几何形状主要地适合于执行其中流动相的流动速度最大为250毫升/分的CPC工艺。
萃取单元100具有构成萃取室150的单元壁120，萃取室150基本上可被看作是具有宽度“a”、厚度/深度“b”以及高度“c”的三维形状，所述宽度“a”、厚度/深度“b”以及高度“c”的尺寸优选地符合以下关系：a≥b≥0.5a并且3a≥c≥2a。所述三维形状优选地为基于矩形的、倾斜的棱柱，特别地平行六面体，至少所述棱柱的垂直于a-c平面的边缘为圆化的；在平行六面体形状的情况下，当在CPC转子中处于它的适当的位置(运行状态)中时，萃取单元100的几何轴线(在图中未示出)基本上指向CPC转子的中心点(参见图10中所示的被构造成环状盘的CPC转子400的中心点O)的方向，亦即它与CPC转子的半径重合。同时，在它的在CPC转子中的适当的位置(运行状态)中，基本上为倾斜棱柱形状的萃取单元100的几何轴线相对于从CPC转子的中心点O至萃取单元100(倾斜的单元)的几何中心点所画的径向线成预定角度；该角度优选地被选择成使得当在运行状态中时由旋转而引起的科里奥利力将最小可能的影响施加于在萃取单元100中发生的流动。结果，从在运行期间在萃取单元100中发生的科里奥利力的角度来看，具有这样的倾斜的几何轴线的萃取单元100可被看作是为最佳的。根据旨在确定单元的流动模式而进行的模拟试验，萃取单元的倾斜角度(取决于CPC转子的旋转半径的长度以及所计划的旋转速度)介于5°与30°之间；对于450mm的旋转半径以及750 1/分钟的旋转速度，萃取单元100的倾斜角度优选地介于15°与18°之间，以及甚至更优选地为16.5°。
萃取单元100的萃取室150具有入口115和出口140。入口115被构造成分成一个或多个入口分支，其中每一个入口分支通过圆形入口开口连接至萃取室。这些入口开口中的每一个具有相同的大小，它们的直径优选地介于0.5mm与1.0mm之间。特别地，图5和6示出具有两个入口分支115a、115b以及相应地两个入口开口115a1、115b1的萃取单元100。根据我们的调查，入口115优选地可分成两个至十个入口分支；入口分支的数量优选地介于两个至四个之间，以及最优选地为两个。所使用的入口分支垂直地通到萃取室150中。属于入口分支的入口开口的中心点基本上沿笔直的线定位，所谈论的笔直的线位于a-b平面中并且基本上垂直于萃取单元100的宽度“a”。萃取单元100的所述一个或多个入口开口基本形成于所述单元的宽度“a”中间，该位置沿所述单元的宽度“a”最大可改变±10％。
根据模拟试验，入口115的分支对于在运行期间在所述单元中发生的流动模式具有积极的影响。从更密切的方面，将入口115分成多个入口分支改进雾化，换句话说，它使萃取单元100中所存在的两种相之间的接触界面的大小增加，由于这一点，使所述单元中的材料输送速度加速，这从色谱法(chromatography)的角度来看实际上意味着塔板数的增加。
根据本发明所述的萃取单元100的由平面b-c所限定的内表面125优选地为不光滑的而为粗糙化的。优选地由表面125上所形成的台阶或锯齿形成所述粗糙化，其高度优选地介于0.1mm与0.4mm之间。根据我们的调查，内表面125的粗糙化稍微地使流动相的雾化增加并且使流动相至表面125的附着减小。
萃取单元100的出口140具有一个分支，亦即它并未被划分，并且它还具有圆形剖面。出口140的流动剖面的大小总是超过单独的入口分支的流动剖面。旨在确定流动模式的模拟试验已经清楚地证明的是，比入口115大的出口140显著地减小萃取单元100中存在的死体积。
从流动方向的可逆性的角度来看，根据本发明所述的萃取单元100为不对称的，换句话说，在执行CPC工艺时，不能颠倒所述单元中的流动方向。不对称的构造归因于出口140以及入口分支的不同的剖面以及归因于存在在萃取室150与出口140之间所建造的、具有预定的大小的收集池130。由于这一点，离开萃取室150的液相在通过出口140离开之前流动通过该收集池130。根据模拟试验，所谈论的收集池130优选地为半球形，该半球的半径超过出口140的直径，然而，它比包含萃取单元100的主体的“a”、“b”以及“c”尺寸中的任何一个小。收集池130的直径优选地等于萃取单元100的宽度“a”的一半。
将出口140与收集池130一起使用显著地减小反混的流动相的量，并且还改进沉淀效率，亦即流动相体积下降。这从色谱法的角度来看使死体积率减小并且使固定相体积率增加。所谈论的解决方案还使更大的流动速度成为可能，更大的流动速度使理论塔板数增加并且通过速度的增加使CPC组件的生产力增加。
根据模拟结果(参见表1)，除了减小死体积之外，根据本发明所述的技术解决方案还使固定相与流动相之间的接触界面的大小增加，因此同时地改进所述两个竞争参数。
与此相反，当前可用的解决方案能够通过使流动相的流动速度增加而增加所述界面的大小，这引起死体积的显著的增加。根据这一点，容易看出的是，在根据本发明所述的萃取单元100的情况下，表示它的分离能力的特征的峰分辨率(Rs)增加。
表1.小体积萃取单元(计划用于250ml的CPC柱体积)的比较
图8以纵向剖面图以及以立体略图示出根据本发明的一种不对称的CPC萃取单元200的另一个优选实施例的一个示例。优选地使用CNC铣削用聚醚醚酮材料板生产萃取单元200的此实施例。生产工作过程在一定程度上与在美国公开文献第US2010/0200488号中所提出的方法相似，其中在单独的板中铣削所述单元的两个半部，接着在此之后，通过将包含所述两个半单元的两个板夹持在一起而形成整个单元。
与该解决方案相比，我们所使用的生产工艺的主要的区别为，包含铣削而成的单元的两个半部的板被涂覆以薄薄的一层含氟聚合物(例如，通过部分地聚合的分散质的热启动的连续的聚合作用)，接着所涂覆的板被夹持在一起并且经受加热，由于这一点聚合物涂层的分子部分地扩散至彼此中并且它们附着至彼此，形成适当的绝缘/密封。按这种方式，形成单一的构件，其中解决方案的在层之间出现的泄漏问题不会出现。
对于它的几何形状，按这种方式所获得的萃取单元200与先前所提出的萃取单元100非常相似。萃取单元200主要地适合于执行其中流动相的流动速度最大为1000毫升/分的CPC工艺。萃取单元200的结构与图5中所示的萃取单元100非常相似。相应地，萃取单元200的单元壁220确定萃取室250，该萃取室250具有基本上垂直地通到萃取室250中的入口215，以及用来允许液相离开萃取室250的出口240。
入口215可具有一个或多个入口分支，其中所有的入口分支均经由圆形入口开口连接至萃取室250。所谈论的入口开口中的全部具有相同的大小，它们的直径优选地介于0.5mm与1.0mm之间。特别地，图8示出具有一个入口分支以及相应地一个入口开口的萃取单元200。
萃取单元200的出口240也具有单一的分支，亦即它未被划分并且还具有圆形剖面。出口240的流动剖面超过入口的流动剖面。从流动方向的可逆性的角度来看，根据本发明所述的萃取单元200也为不对称的，换句话说，在执行CPC工艺时，不能颠倒所述单元中的流动方向。不对称的构造起因于出口240以及入口215的不同的剖面以及起因于存在在萃取室250与出口240之间所建造的、具有预定的大小的收集池230。由于这一点，离开萃取室250的液相在通过出口240离开之前流动通过该收集池230。根据模拟试验，与在萃取单元100的情况下所使用的半球形收集池130不同，所谈论的收集池230优选地指定沿萃取室250的底部的整个宽度延伸的倾斜的表面，该倾斜的表面连接至单元壁240而不具有任何明显的角度。
根据所执行的模拟试验(参见表2)，通过CNC铣削且通过被熔融在一起而生产的根据本发明所述的萃取单元200与当前可用的单元相比具有显著的优点，因为除了使死体积减小之外，它还使固定相与流动相之间的接触界面的大小增加，因此同时地改进所述两个竞争参数。除此之外，与所述单元的体积相比，它能够以更加大的流动速度运行，因此，它的生产力比传统的单元的生产力高得多。
表2.中等体积单元(计划用于1公升的CPC柱体积)的比较
图9示出根据本发明的模块化地构造的CPC转子的一个模块300，所述模块300包含串联地连接至彼此的多个CPC萃取单元100、200。所谈论的模块300具有形成于支架310上的或者形成于支架310中的、为萃取单元100、200提供流体联接的通道330以及单一的液体入口320和单一的液体出口340。
图10示出使用图9中所示的CPC转子模块300所构造的、具有环状剖面的大型(r>300mm)盘式CPC转子400。设置于CPC转子400的扇形部分410上的模块300通过管430串联地连接，其中所选择的模块300的液体输入端通过管420优选地连接至位于CPC转子400的主轴处的液体入口，而相邻的模块300的液体出口优选地通过管420’优选地连接至位于CPC转子400的主轴处的液体输出端。
在根据本发明所述的CPC转子400的情况下，通过塑料FDM 3D打印或者使用相似的技术由单一的片生产全部数量的萃取单元、通道以及连接部。通过这一点，与根据现有技术所述的解决方案相比可以由更少的连接的片构成所述单元网络。此构造具有以下优点：
·所述单元的形状在三维方面可为任何所选择的形状，并且这样引入稍后所讨论的单元几何形状可成为可能。
·代替先前的矩形剖面，连接单元的通道的剖面可为圆形，其减小由液体的粘度所引起的压降，以及通道的体积，其使用色谱法表达被视为死体积。
·它克服了液体由于高压力的影响在盘与其之间的含氟聚合物密封件之间泄漏的缺点，液体的泄漏引起污染物在于不同时刻进行的分离工艺之间传递。
·过去，盘以及密封件必须相对于彼此非常精确地定位，这大大地妨碍组装和服务。
使用塑料FDM 3D打印技术的实施方式与CNC工艺(3轴或更多轴自动装置)非常相似，然而它不是消减而是添加工艺，由于这一点，所形成的废物的量为显著地更少的，因此该生产工艺更环保且经济。类似于CNC程序，适合于对大部件起作用的装置是非常昂贵的或者不具有所需的精确度和速度。
容易认识到的是，设置于环状扇形形状中的一系列单元可具有外部壳体，借助于所述外部壳体可将所述单元容易地设置至环状盘中。
Claims (10)
1.一种用于离心分配色谱仪的萃取单元(100，200)，所述萃取单元(100，200)具有确定封闭的萃取室(150，250)的单元壁(120，220)，以及形成于所述单元壁(120，220)的基本上相对的部分上的、确保所述萃取室(150，250)与所述萃取单元(100，200)的外部的空间之间的流体连接的入口(115，215)和出口(140，240)，从在所述离心分配色谱仪运行时所使用的流动方向的可逆性的角度来看，所述萃取单元(100，200)具有不对称的结构，其特征在于，所述入口(115，215)和出口(140，240)具有不同的剖面，
所述出口(140，240)的流动剖面大于所述入口(115，215)的流动剖面，
所述入口(115，215)被形成为至少两个入口分支，
所述单元壁(120，220)形成基本上基于矩形的倾斜的棱柱，其中当所述萃取单元(100，200)在所述离心分配色谱仪中处于它的适当的位置中时，所述萃取单元的倾斜角度被选择成使在所述萃取单元(100，200)处于它的运行状态中时由于旋转而发生的克里奥利力最小化，所述倾斜角度介于5°与30°之间，
对所述单元壁的、与所述萃取室邻接的表面的至少一部分进行粗糙化处理。
2.根据权利要求1所述的萃取单元(100，200)，其特征在于，所述倾斜角度介于15°与18°之间。
3.根据权利要求1所述的萃取单元(100，200)，其特征在于，所述萃取室(150，250)经由收集池(130，230)连接至所述出口(140，240)。
4.根据权利要求3所述的萃取单元，其特征在于，所述收集池被形成为所述单元壁的凸出的半球形部分，并且所述出口位于该半球形部分上。
5.根据权利要求1所述的萃取单元，其特征在于，通过所述表面上的台阶或者锯齿确保所述粗糙化处理。
6.根据权利要求1所述的萃取单元，其特征在于，使用熔融沉积成型3D打印技术生产所述萃取单元。
7.根据权利要求3所述的萃取单元，其特征在于，所述收集池被形成为所述单元壁的、沿所述出口的方向以倾斜方式延伸的一部分。
8.根据权利要求7所述的萃取单元，其特征在于，通过将使用CNC铣削所获得的两个半单元组合而生产所述萃取单元，其中彼此接触的两个半单元的表面被涂覆以含氟聚合物。
9.一种离心分配色谱仪，其特征在于，所述离心分配色谱仪包含至少一个根据权利要求1-8中的任一项所述的萃取单元(100，200)。
10.根据权利要求9所述的离心分配色谱仪，其特征在于，所述离心分配色谱仪具有用基本上相同的模块(300)所实现的模块化构造，其中所有的模块(300)包含通过通道(330)连接的多于一个的萃取单元(100，200)，所述通道(330)在所述萃取单元(100，200)之间提供流体连接，此外各个所述模块(300)经由管(430)彼此串联地连接。
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Address after: Budapest Patentee after: Rothstrom Technology Co., Ltd Address before: Hungarian dabas Patentee before: ROTACHROM TECHNOLOGIAI KFT. |
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