CN111615415A - 色谱法 - Google Patents

色谱法 Download PDF

Info

Publication number
CN111615415A
CN111615415A CN201780096149.6A CN201780096149A CN111615415A CN 111615415 A CN111615415 A CN 111615415A CN 201780096149 A CN201780096149 A CN 201780096149A CN 111615415 A CN111615415 A CN 111615415A
Authority
CN
China
Prior art keywords
packing
mobile phase
diameter
conduit
capillary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780096149.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111615415B (zh
Inventor
弗朗索瓦·帕门蒂尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fu LangsuowaPamendier
Original Assignee
Fu LangsuowaPamendier
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fu LangsuowaPamendier filed Critical Fu LangsuowaPamendier
Publication of CN111615415A publication Critical patent/CN111615415A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111615415B publication Critical patent/CN111615415B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/22—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to the construction of the column
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6052—Construction of the column body
    • G01N30/6073—Construction of the column body in open tubular form
    • G01N30/6078—Capillaries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/40—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism using supercritical fluid as mobile phase or eluent
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/60—Construction of the column
    • G01N30/6034—Construction of the column joining multiple columns
    • G01N30/6043—Construction of the column joining multiple columns in parallel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D15/00—Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08—Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/18—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns
    • B01D15/1814—Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns recycling of the fraction to be distributed
    • B01D15/1821—Simulated moving beds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/50—Conditioning of the sorbent material or stationary liquid
    • G01N30/52—Physical parameters
    • G01N2030/524—Physical parameters structural properties
    • G01N2030/528—Monolithic sorbent material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02—Column chromatography
    • G01N30/50—Conditioning of the sorbent material or stationary liquid
    • G01N30/56—Packing methods or coating methods
    • G01N2030/567—Packing methods or coating methods coating

Abstract

本发明提出了一种物质交换方法，其中包含待分离成分的气态、液态或超临界流动相通过包含固定相的填料进行循环，所述方法的特征在于：‑所述填料包含多个毛细导管，所述毛细导管由至少一种第一材料制成，导管在所谓的上游面和所谓的下游面之间经过填料，其中流动相经过上游面进入填料，经过下游面流出填料，‑每个导管至少在其一部分内壁上包含至少一种第二材料，所述第二材料由有机或无机多孔凝胶构成，‑所述第二材料的厚度使得导管内部形成至少一个没有固体物质的管状通道，并且通向流动相通路，所述通道在所述毛细导管的上游面和下游面之间连续延伸，‑第二多孔材料的厚度为通道直径的0.05‑0.5倍，‑该方法是在流动相速度为流动相最佳速度的5.0‑50倍时完成的，所述流动相最佳速度是在工艺条件下，根据占比较大的待分离化合物的范德姆特(Van Deemter)曲线的最小值确定的，‑毛细导管的总体积占填料总体积的15％以上。

Description

色谱法
技术领域
本发明涉及一种包含多孔固定相的色谱柱。
背景技术
色谱法通常是采用多孔填料来实现的，其中填料由直径几微米或几十微米的细颗粒床构成。这些填料在操作中会产生较大压降，从几十巴到几百巴，并且产率较低。
这些特征妨碍其作为分离工艺在工业上广泛应用。
Belov等人在美国专利PCT US2004/032958的实施例中提出试图通过使用多毛细管填料来解决这一问题，其中多毛细管填料由平行运行的毛细管组成。然而，在文中任何地方都没有提到生产工艺的最佳操作条件。
没有对实施例中提出的产品进行表征。也没有对色谱分离进行任何描述。
Parmentier的法国专利1459175针对这些填料带来的问题提出了新的解决方案，其特征在于使通道分隔壁变成多孔状态。这种结构使得通过效率变得非常高。然而，考虑到应用较为简单以及对效率的要求不高，可以证明，生产机械强度极高的实体壁更为经济。
本发明提出一种用于色谱法的复合填料，其包含至少一个毛细导管，所述毛细导管由至少一种第一玻璃质材料制成，每个导管在所谓的上游面和所谓的下游面之间经过填料，其中流动相经过上游面进入填料，经过下游面流出填料，其中：
每个导管至少在其一部分内壁上包含至少一种第二材料，所述第二材料由有机或无机凝胶构成，并在去溶剂状态下具有多孔性，
所述第二材料的厚度使得导管内部形成至少一个没有固体物质的管状通道，并且通向流动相通路，所述通道在所述毛细导管的上游面和下游面之间连续延伸。
发明内容
本发明提出了一种物质交换方法，其中包含待分离成分的气态、液态或超临界流动相通过包含固定相的填料进行循环，所述方法的特征在于：
填料包含多个毛细导管，所述毛细导管由至少一种第一材料制成，导管在所谓的上游面和所谓的下游面之间经过填料，其中流动相经过上游面进入填料，经过下游面流出填料，
每个导管至少在其一部分内壁上包含至少一种第二材料，所述第二材料由有机或无机多孔凝胶构成，
所述第二材料的厚度使得导管内部形成至少一个没有固体物质的管状通道，并且通向流动相通路，所述通道在所述毛细导管的上游面和下游面之间连续延伸，
通道的平均直径小于250微米，
所述第二多孔材料的厚度为通道直径的0.05-0.5倍，
该方法是在流动相速度为流动相最佳速度的5.0-50倍时完成的，所述流动相最佳速度是在工艺条件下，根据占比较大的待分离化合物的范德姆特(Van Deemter)曲线的最小值确定的，
毛细导管的总体积占填料总体积的15％以上。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，进行物质交换以实现色谱分离。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，物料分离是通过多次循环来完成的。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，该方法是在小于600秒的循环时间完成的，更有利地小于180秒，甚至更有利地小于30秒。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，第二多孔材料的厚度为通道直径的0.05-0.25倍。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，该方法是在色谱柱上完成的，其中的导管包含厚度为通道直径的0.01-0.15倍的多孔材料，洗脱速度为流动相最佳速度的5-25倍，所述流动相最佳速度是在工艺条件下，根据占比较大的待分离化合物的范德姆特曲线的最小值确定的。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，第二材料的厚度由无孔毛细管壁支撑。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，通道的直径小于150微米，优选地小于50微米，更优选地小于15微米。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，第二材料为硅胶。
有利地，根据本发明的方法的特征在于，多孔材料为聚合凝胶。
根据本发明的优选实施方式，第二多孔材料为苯乙烯和包含磺基、羧基、氨基或季铵基的二乙烯基苯的共聚物。
有利地，第二多孔材料支撑液态固定相。
有利地，所述色谱法是采用模拟移动床实现的。
有利的是，所述色谱法是采用连续环形旋转设备实现的。
附图说明
图1为圆柱形多毛细管填料沿平行于其主轴线方向的原理性剖视图；
图2为圆柱形多毛细管填料沿垂直于其主轴线方向的原理性剖视图；
图3为填料导管示例的结构示意图；
图4和5解释了色谱法的两种实施改型；
图6示出了多毛细管填料的范德姆特曲线；
图7示出了多毛细管填料和颗粒填料的对照产率；
图8示出了多毛细管填料和颗粒填料在较大工作范围内的对照产率。
具体实施方式
本发明提出了一种物质交换方法，其中使得包含待分离成分的气态、液态或超临界流动相通过包含固定相的填料进行循环，所述方法的特征在于：
填料包含多个毛细导管，所述毛细导管由至少一种第一材料制成，导管在所谓的上游面和所谓的下游面之间经过填料，其中流动相经过上游面进入填料，经过下游面流出填料，
每个导管至少在其一部分内壁上包含至少一种第二材料，所述第二材料由有机或无机多孔凝胶构成，
所述第二材料的厚度使得导管内部形成至少一个没有固体物质的管状通道，并且通向流动相通路，所述通道在所述毛细导管的上游面和下游面之间连续延伸，
通道的平均直径小于250微米，
所述第二多孔材料的厚度为通道直径的0.05-0.5倍，
该方法是在流动相速度为流动相最佳速度的5.0-50倍时完成的，所述流动相最佳速度是在工艺条件下，根据占比较大的待分离化合物的范德姆特曲线的最小值确定的。
有利地，毛细导管的总体积占填料总体积的15％以上。
为了增加色谱填料的理论塔板数，力求降低物质的转移阻力，从而降低扩散长度。因此，力求使用多孔材料薄层进行工作，并以低洗脱速度进行工作。
相反，根据现有技术，为了提高制备应用中色谱填料的小时产率或容量，力求增加固定相的量并以高洗脱速度进行工作。
对根据本发明的毛细管填料进行的优化表明，通过减小多孔固定相层的厚度，转移阻力增益远远超过了容量损失，这样可以在流动相流量极高时保持高效率。
该意外结果成为了本发明的基础。
这可以通过毛细管填料来实现，因为针对这类材料来控制固定相的厚度，与通道的直径无关，而颗粒填料则并不是这样的。颗粒填料仅限于大约35-40％的单个空隙率。
另一方面，由于毛细管填料能够获得高渗透率，因此获得流动相高流量所需的压力在现有技术中仍然保持合理成本。
该数据主要来自图7所示的研究。
另一方面，速度超过范德姆特曲线最佳速度的50倍以上时，床中的压降变得极高。
有利地，此方法的特征在于，进行物质交换以实现色谱分离。
有利地，所有导管都是直的，贯穿填料并通向其上游面和下游面。
有利地，第二多孔材料层以不同于第一材料层的形式沉积，并被支撑在所述第一材料的内周上。
在这类填料中，毛细导管包含基本上没有固体物质的部分，形成从填料的上游面延伸到下游面的连续通道，在本文中被认为是通向流体通路或通道的导管部分。
沉积在导管壁上的第二材料是多孔的。
具体地，至少导管壁带有连续孔网，所述孔通向导管。
毛细导管有利地是直的，但不排除导管具有弯曲或角度。
根据本发明，所述第二多孔材料的厚度为通向流体通路或通道的毛细导管的直径的0.05-0.25倍。
有利地，该色谱法是在色谱柱上完成的，其中的导管包含多孔材料，所述多孔材料的厚度为通向流体通路或通道的导管直径的0.01-0.15倍，洗脱速度为流动相最佳速度的5-25倍，所述流动相最佳速度是根据范德姆特曲线的最小值确定的。
有利地，通向流体通路或通道的导管直径小于250微米，优选地小于150 微米，更优选地小于50微米，更优选地小于15微米。
如果第二多孔材料存在不同厚度的区域，应计算该材料的厚度，以及其覆盖的管道表面部分上的面积平均值。
有利地，根据本发明的多毛细管填料将被制成直径大于10mm，优选地大于 25mm，更优选地大于50mm。
有利地，根据本发明的多毛细管填料将被制成横截面大于1cm2，优选地大于5cm2，更优选地大于20cm2，以便能够用于制备用途。
有利地，导管的长度大于10微米，优选地大于50微米，更优选地大于200 微米。
实际上，其制造简单，并且可以扩展到任何所需的直径，几分米或几米。
该重点构成本发明的一个方面。
实际上，迄今为止，用于物质交换的填料无法大规模地用直径小于250微米的通道制成。
通向流体通路或通道的毛细导管的直径，指没有物质的导管直径或液力直径，由流动相构成的流体在其中以对流方式自由流动。
由于第二多孔材料层的厚度较薄，此处会发生高速扩散现象。这使得填料变得非常有效，并允许通过流量高得多的流动相。这两个因素显着地共同提高了单位体积的产率。
另一方面，多毛细管填料在操作中的压降比颗粒填料的压降小十倍。对于给定的分离操作，这允许显着减小填料体积。
最后，这种填料的循环时间极短，可以优选地从多种被处理物料中依次分离出其中一种物料。
这些因素的组合构成本发明。
这些特性使得本发明的填料可以在需要分离大量不含杂质的物质时用于制备色谱。
这些物质的量将有利地大于每小时10毫克，优选地大于每小时1克，更优选地大于每小时100克。
有利地，这些量在不连续过程中被分成多次极快速的进样。
实际上，从下表(参见图7)中可以看到，与颗粒填料相比，根据本发明的色谱法的循环时间极短(参见毛细管床/颗粒床的洗脱时间线)。这构成了本发明的一个方面。
有利地，将通过多次循环分离出待纯化的物料。
根据第一实施方式，循环将持续不到3600秒。尤其是在离子交换装置的情况下。
有利地，在色谱法中，每个循环将持续不到600秒，优选地不到150秒，更优选地不到30秒。
有利地，每个循环将持续3秒以上，优选地持续10秒以上。这可以延长控制构件的使用寿命。
采用循环法的情况下，循环时间为物料两次进样的间隔时间。
采用连续环形色谱法的情况下，循环时间表示为填料循环一次所用的时间。
采用模拟移动床的情况下，循环时间将为流动相在构成该方法的全部基本填料中的停留时间。
这些填料的体积将有利地大于1cm3，优选地大于100cm3，更优选地大于1 升。
在本发明中，将在高稀释度的条件下测量范德姆特曲线，以便尽量处于线性色谱范围内。
有利地，待分离样品中，将会对其测量范德姆特曲线的物质的稀释浓度将小于5％(摩尔)，更有利地小于5‰(摩尔)，甚至更有利地小于百万分之500 (摩尔)。
有利地，应采用待分离物质中摩尔分数占比较大的物质来确定范德姆特曲线。
工艺条件指，测量范德姆特曲线时与工艺采用相同固定相、相同温度及相同洗脱溶剂，并且可能采用相同的流动相洗脱梯度，以及相同的色谱柱温度梯度，色谱柱长度与工艺中的色谱柱长度相同。
有利地，范德姆特曲线可以在直径4.6mm的标准色谱柱上测得。
实际上人们知道，在现有技术中，在色谱法理论塔板数方面，性能随色谱柱直径的变化很小。
因此，可以将具有更大直径的色谱柱性能推断为从用于分析的直径的色谱柱上获得的性能，而更易于制作和操作。
有利地，第二多孔材料孔体积为材料的0.15-0.95(cm3/cm3)。
有利地，第二多孔材料孔体积为材料的0.3-0.80(cm3/cm3)。
有利地，该色谱法是在色谱柱上完成的，其中色谱柱包含厚度为通向流体通路或通道的毛细导管直径的0.01-0.25倍的第二多孔材料，洗脱速度为流动相最佳速度的2-25倍，所述流动相最佳速度是根据范德姆特曲线的最小值确定的。
优选地，该色谱法是在色谱柱上完成的，其中色谱柱包含厚度为通向流体通路或通道的毛细导管直径的0.01-0.15倍的第二多孔材料，洗脱速度为流动相最佳速度的5-25倍，所述流动相最佳速度是根据范德姆特曲线的最小值确定的。
更优选地，该色谱法是在色谱柱上完成的，其中色谱柱包含厚度为通向流体通路或通道的毛细导管直径的0.01-0.10倍的第二多孔材料，洗脱速度为流动相最佳速度的5-50倍，所述流动相最佳速度是根据范德姆特曲线的最小值确定的。
有利地，第二多孔材料的厚度由第一无孔材料制成的毛细管壁支撑。
根据另一种实施方式，第二多孔材料的厚度由第一多孔材料制成的毛细管壁支撑。
有利地，通向流体通路或通道的导管直径小于500微米，优选地小于250 微米，更优选地小于50微米。
根据一种优选实施方式，通向流体通路或通道的导管直径小于15微米。
根据本发明的优选实施方式，第二多孔材料为色谱用硅胶。
有利地，第二多孔材料的比表面积在50-800m2/g之间，优选地在70-600m2/g 之间。
有利地，将通过在多孔材料上进行氮吸附来测量比表面积。
流动相速度定义为空管时的速度或表面速度，也就是说，流体规则地流过填料整个横截面的速度。
毛细导管有利地是直的，但不排除导管具有弯曲或角度。
各个毛细导管之间以及沿毛细导管长度上的横截面是均一的。
可以方便地通过相对标准差来确定横截面的差异。该相对标准差表示导管直径的标准差与导管平均直径的比值，以百分比表示。有利地，含有第一材料的各个导管的平均直径基本是恒定的，例如填料导管样品的直径标准差不超过平均直径的10％，优选地不超过平均直径的2％，更优选不超过平均直径的 1.0％。本文中，变量X的一组值的平均值指其算术平均值E[X]。标准差定义为 (X-E[X])2的算术平均值的平方根。本文中，分布是指变量X的值的集合。
有利地，同一导管长度上，导管直径的差异不超过10％。
有利地，同一导管长度上，导管直径的差异优选地不超过2％。更有利地，同一导管长度上，导管直径的差异不超过1％。
有利地，通向流体通路或通道的各个导管的平均直径基本是恒定的，例如直径相对于填料导管样品的标准差不超过平均直径的10％，优选地不超过平均直径的2％，更优选不超过平均直径的1.0％。
有利地，导管贯穿填料，这使得色谱分离过程中填料内的压降减至最小。
有利地，通向流体通路或通道的导管总体积占填料总体积的5％以上，优选地占所述总体积的15％以上，更优选地占填料总体积的50％以上。本文中，“填料总体积”指填料所占的体积，包括其孔隙和导管；因此，可以根据所述填料的外部尺寸计算出所述总体积。通道体积的测量方法如下：通道数量×通向流体通路或通道的导管平均横截面积×通道的平均长度。
第二材料的体积计算公式如下：导管数量×导管中固定相的平均横截面积×导管的平均长度。
有利地，毛细导管的体积占填料总体积的5％以上，优选地占所述总体积的 15％以上，更优选地占填料总体积的50％以上。导管体积的测量方法如下：通道数量×导管的平均横截面积×导管的平均长度。导管指包含通道和第二多孔材料的导管。
有利地，第二多孔材料在填料中所占体积为除导管以外的填料体积的2％以上，优选地占所述体积的5％以上，更优选地占所述体积的10％以上。“除导管以外的填料体积”是指填料总体积与通向流体通路或通道的毛细导管部分的体积之差。
导管可以具有任何适当形状的横截面，例如圆形、正方形、矩形、六边形、星形、狭槽形等。当导管具有非圆形横截面时，所述导管“直径”指其液力直径。
具体地，导管具有圆形横截面。
具体地，导管具有规则六边形横截面。
具体地，导管为扁平形状或者是两个平行平面构成的狭槽形。
有利地，导管的液力直径小于或等于250μm。根据一种实施方式，导管的液力直径小于或等于50μm，或者甚至小于或等于15μm。通常，计算得到的液力直径通常等于导管横截面积(单位：m2)的四倍除以被流动相润湿的所述管道的周长(单位：m)。
最后，第二多孔材料的厚度相对于填料横截面积的相对标准差优选地小于 10％，更优选地小于5％，甚至更优选地小于2.0％。在这种情况下，相对标准差表征了多孔材料厚度的标准差与其平均值的比值，以百分比表示。
材料的孔隙度可以有利地在色谱法中通过三种方式来确定：
1.有机凝胶的孔隙度可能是交联凝胶在有机、无机或水性溶剂中溶胀所造成的，其中溶胀率有利地为其体积的2％以上，更优选地为其体积的10％以上。
2.该孔隙度可能与未溶剂化状态下的材料孔隙度有关。
3.该孔隙度可能与凝胶以薄层形式沉积在其上的载体的孔隙度有关。
根据本发明，孔体积包括微孔、中孔和大孔的总体积。
材料孔隙度指第二材料的孔隙度，但不包括通向流体通路或通道的导管体积。
有利地，第二材料的孔隙度将在去溶剂干燥状态下测得。
“中孔”指直径在2-50纳米之间的孔；“大孔”指直径大于50纳米的孔；“微孔”指直径小于2纳米的孔。
本文中提到的孔径是根据受试材料的性质，通过两种不同技术测量的：如果是无机材料，尤其是二氧化硅，则大孔和中孔采用的技术是水银孔隙度测定法，而微孔采用氮吸附技术；如果是聚合材料或基于无机基质并带有有机凝胶涂层的材料，则大孔采用水银孔隙度测定法，而中孔和微孔采用氮吸附技术。
下面将结合下述附图更为详细地描述本发明。
在图1所示的示例中，毛细管是直的、平行且均匀分布。不同导管具有尽可能相同的形态和直径。每个导管贯穿填料，也就是说，其末端有利地在填料的每一侧4、5开放，使得流体从入口侧4到出口侧5循环。
因此，这类填料可以在色谱柱中使用。
图2为图1中填料的表面5沿方向6的俯视图。有机凝胶体2中形成各个毛细导管1的开口。
根据一种实施方式，导管壁10由第一材料制成的固体连续体构成，所述第一材料的内周支撑着第二多孔材料11(图3)。通往流体通路的那部分导管由毛细管12或通道的中心通道构成。导管可以具有圆形或六边形横截面。
根据该实施方式，导管壁可以由第一无孔材料构成，所述材料选自：
玻璃
二氧化硅
硅铝酸盐，例如堇青石
不锈钢
有机聚合物，例如聚丙烯、聚乙烯、PEEK、聚四氟乙烯或PTFE、聚偏二氟乙烯或PVDF。
根据另一种实施方式，导管壁由具有孔隙度的上述列表中的一种材料构成。
有利地，构成固定相的凝胶为第二多孔材料并且为无机凝胶。
根据一种实施方式，由无机物构成的凝胶选自：
硅胶
活性氧化铝
氧化钛
氧化锆。
有利地，构成固定相的凝胶为第二多孔材料并且为硅胶构成的无机凝胶。
有利地，构成固定相的凝胶为第二多孔材料并且为有机凝胶。可以查阅F.Parmentier的法国专利申请14 59175以找到适用于本发明的有机凝胶的相关描述。
根据本发明的填料的制造方法极其简单，其在于利用可拉伸材料例如玻璃、聚合物或金属制成的宏观毛细管。所述管被拉伸至所需的直径，可以加热以使材料流体化。因此直径可以达到0.2μm。
通过沿管的整个长度推动液态前体的液柱，使管内部覆盖均匀的固定相薄膜。使薄膜沉积，其中通过在溶剂存在的条件下与交联剂聚合并干燥，再通过溶解或干燥，形成孔隙。
将前述方法获得的管切割成相同尺寸的管段并平行组合，并且可以密封地粘合在一起。它们可以插入到耐压结构中，并配备流体进口和出口构件，例如焙烧分配器和标准型连接器。
色谱法是一种特殊的分子分离方法，其特征在于它在下述对立作用下对化学物质的混合物进行分离：
·洗脱相流对这些物质的动态夹带作用，
·固定相对这些物质的保留作用。
优选地，该方法一直持续到物质完全从固定相中洗脱分离出来为止。
色谱法分为两大类：洗脱色谱法、亲和色谱法。
图4描述了一种洗脱色谱法。根据该方法，组成和温度可能随时间而变化的流动相28连续流经过充有固定相22的色谱柱21。将一定量的待分离物料23 进样到进样流中。在对抗作用下，即固定相对化学物质不可逆的保留作用以及流动相的洗脱或夹带作用，物质沿色谱柱21以不同的速度迁移并分离成洗脱带或洗脱峰24、25、26等。
通过对流出色谱柱的流体进行分级，分离出被分离物质，以便在其流出色谱柱时从洗脱溶剂中收集每个洗脱带。
在不连续过程中，这种分级可以是按时间分级的，而在连续环形旋转设备中，这种分级可以是按角度分级的。它可以包括模拟移动床设备的头级分和尾级分的分离。
色谱图表示柱出口处物质24、25、26的浓度峰随时间的变化。
图5描述了能够分离分子、离子或生物分子的亲和色谱法。包含待分离分子27的溶剂30的连续流进入充有固定相22的色谱柱21，所述固定相22对于待分离分子具有高亲和力。在这种高亲和力的作用下，分子不断地固定在固定相上，直至饱和。这种固定在第一阶段的条件下几乎是不可逆的。在这种情况下，分子27浓度的变化前沿31是指向出口的渐进峰谷。当色谱柱出口端溶剂中分子27的浓度变得较高时，色谱柱达到饱和。
在第二阶段中，改变洗脱溶剂29的特性(pH值、离子强度等)或性质，以降低或消除分子27对于固定相22的亲和力，并使分子溶于溶剂29。分子27从流出色谱柱21的溶剂29中洗脱出来，直至溶剂耗尽。然后，色谱柱21进行再生处理并准备进行新的循环。
色谱图表示固定及洗脱阶段中，色谱柱出口处物质27随时间变化的浓度曲线。
图6表示根据图3中描述的设置，多毛细管填料的范德姆特曲线，其中导管内周上 多孔固定相的厚度是可变的。范德姆特曲线将用色谱填料的理论塔板高度表示的效率特性 与洗脱色谱的流动相速度联系起来。可以看到，这些范德姆特曲线具有最小值或最佳效率。 横坐标表示在包含多孔材料厚度的导管横截面上测得的固定相速度(单位：mm/s)。纵坐标 表示理论塔板的高度(单位：微米)。可以看到，在高速度下由于沉积在壁上的固定相的厚度 较小，因此范德姆特曲线变得更平行于横坐标。这一点构成了本发明的显着特征，从而能够 以更高流量进行工作，因此色谱床的产率更高，同时保持高于颗粒床的效率。这些曲线是针 对数值为10微米且通向流体通路或通道的圆形横截面管道的直径给出的。图6中的七条曲 线从上到下对应的是覆盖整个管壁的多孔材料的厚度，并且从左到右等于(单位：微米)：
10.1 5.6 3.7 2.5 1.7 1.1 0.7
Figure BDA0002460163760000161
表1
图7示出了根据本发明的多毛细管填料和颗粒填料之间，单位体积色谱柱的对照产率比值。该对照可方便地在范德姆特曲线的最小值处进行。该对照是针对相同色谱柱的压降以及两种填料之间的相同塔板数来完成的。可以看到，管壁上固定相的厚度较小时，该曲线呈现出非常明显的最大值，所述值为流体经过的空导管的液力半径的0.005-1.0倍。在这样的条件下，多毛细管填料的产率是颗粒填料的50倍。
计算得到的体积产率是单位体积内流经填料的流动相的流量，转换为所述体积中存在的多孔材料量。
上述表1示出了图7中曲线所呈现的特征性量值。
图8示出了图7中的同一比值在更宽泛操作条件下的情况。对于给定的无量纲压降(30-2400，范德姆特曲线的最佳值为200)，不同的曲线或谱带表示厚度在10.057μm-0.003μm之间变化的多孔材料的色谱柱单位体积对照产率的比值(通向流体通路或通道的导管直径等于10μm)。
下表2中列出了当颗粒床的参照速度(或压降)提高时，适用于图8给出的比值的增益因子。
该对照更有利于根据本发明的填料，这是因为颗粒床是在高速洗脱下操作的。
压降 因子
200 1
300 1.3691427
600 3.88484339
1200 16.1266904
2400 88.3237398
表2
有利地，本发明采用了一种洗脱色谱法。
洗脱色谱可以通过任何已知技术来实现，例如不连续柱色谱、径向或轴向连续环形色谱、模拟移动床。
有利地，所用色谱法可以是亲和色谱法。
有利地，所用色谱法可以是离子交换法。
具体地，可以通过凝胶溶胶法来形成多孔材料。
在不脱离本发明范围的情况下，这种凝胶溶胶法也可以基于铝硅酸盐，例如粘土。
有利地，根据本发明的填料的多孔材料将由硅胶构成。
有利地，这种凝胶将通过浸渍，以液态前体的形式沉积在导管壁上。
液态前体指在制造工艺条件下形成硅胶的任何液体，例如碱金属硅酸盐水溶液、硅胶溶胶、水溶性烷氧基硅烷。
该沉积可以通过导管内壁的浸渍或润湿来实现，从而使前体液态膜沉积，除去并排出过量的液体，并对沉积物酸化、水解、干燥或焙烧。
也可以通过例如使气态氢氟酸作用于纯二氧化硅壁，而通过化学气相沉积法来实现。
可以通过任何已知的表面处理进行改性，例如利用十八烷基三烷氧基硅烷、辛基三烷氧基硅烷、氨丙基三烷氧基硅烷等进行硅烷化。
在参考文献[1]中可以看到适用于硅胶和有机凝胶的此类处理的示例。
实施例1
对外径为150μm，内径为100μm的PEEK毛细管进行热拉伸，以获得内径为50μm的管。
将100,000根这类纤维管组合成300mm长的管束，并且其外表面用环氧树脂粘合在一起，而不必密封其末端。将管束插入并粘固到长度为300mm，内径约为30mm的玻璃管中。
通过浸渍，使导管上覆盖一层苯乙烯(91.6％(重量))、8％(重量)二乙烯基苯和0.4％(重量)聚合活化剂(偶氮二异丁腈)的混合物薄层。在缓慢氮气流环境中将该混合物的液体柱推入管束中，使该层沉积。
将其在氮气环境中，在70℃下放置24小时。
如此形成的整体结构在0℃下，受到15％(重量)的四氯化锡的氯二甲醚溶液流的作用，作用持续6小时，从而将其转化成碱性离子交换剂。然后用甲醇洗涤填料，再用水洗涤，并在40％的三甲胺水溶液的作用下对其季铵化十小时。然后将填料洗涤至中性，并且使季铵转化成其羟基化形式。
实施例2
对外径为150μm，内径为100μm的PEEK毛细管进行热拉伸，以获得内径为50μm的管。
制备含有8g甲基丙烯酸羟乙酯的混合物。将32g二乙烯基苯、445mg偶氮二异丁腈，60g十二烷醇在氮气环境中脱气20分钟。
将该混合物的一部分注入到前述管中，利用缓慢的氮气流，以恒定的速度推动该部分，从而在试管壁上获得10μm的厚度。
将该管在70℃下放置24小时。混合物聚合。
将由此产生的聚合物通过THF渗滤洗涤30分钟，并在90℃的恒温箱中干燥。
将由此产生一根或多根管切割成段，获得100,000根纤维管，将所得纤维管组合成300mm长的管束，并且其外表面用环氧树脂粘合在一起，而不必密封其末端。将管束插入并粘固到长度为300mm，内径约为30mm的玻璃管中。
实施例3
200g孔径为4nm(SiliCycle货号R10030 A)的色谱用硅胶研磨至平均粒径约为3μm。
将粉末逐渐混悬在200ml Grace HS3O硅胶溶胶(干物质30％)和300ml 软化水构成的500ml混合物中。
制成直径为25mm的玻璃棒，其中包含100,000个直径为50μm的导管，并按以下方法进行处理：
制成外径为75μm，内径为50μm的硼硅酸盐玻璃毛细管，切割成40cm长度，将100,000根纤维管组合成管束，并用环氧树脂粘合成直径30mm的棒状，将其插入玻璃管中。
通过浸渍使导管内壁覆盖二氧化硅和前述硅溶胶的混合物薄层。在缓慢氮气流环境中将该混合物的液体柱推入管束中，使该层沉积，从而在管束壁上沉积5μm厚的二氧化硅。
在105℃、大气压的条件下，使管束在空气中干燥2小时。
实施例4
将前述实施例3中获得的管束封装在色谱柱中。通过这种方法在以下条件下实施分离试验。
流动相：95倍体积量甲醇/5倍体积量水。进料速度3.3ml/mn。
测得的范德姆特曲线显示出最小值为0.33ml/mn。
试验用量：100ppm(重量)的苯甲醇的甲醇溶液，5ppm(重量)的苯甲醛的甲醇溶液，5ppm(重量)的三甲胺的甲醇溶液。
范德姆特曲线最小值时，色谱柱的理论塔板数为5200，3.3ml/mn时为1230。
实施例5
将前述实施例3中获得的管束封装在色谱柱中。通过这种方法在以下条件下实施分离试验。
流动相：98倍体积量环己烷/2倍体积量乙酸乙酯。
进料速度2.4ml/mn。
测得的范德姆特曲线显示出最小值为0.24ml/mn。
试验用量：50ppm(重量)的2-苯酚的环己烷溶液，50ppm(重量)的2- 叔丁基苯酚的环己烷溶液。
范德姆特曲线最小值时，色谱柱的理论塔板数为4800，2.4ml/mn时为1050。
参考文献
[1]液相及超临界色谱，R.Rosset、M.Caudé、A.Jardy、MASSON，1991 年，第3版。

Claims (10)

1.一种物质交换方法，其中包含待分离成分的气态、液态或超临界流动相通过包含固定相的填料进行循环，所述方法的特征在于：
所述填料包含多个毛细导管，所述毛细导管由至少一种第一材料制成，所述导管在所谓的上游面和所谓的下游面之间经过所述填料，其中流动相经过上游面进入所述填料，经过下游面流出所述填料，
每个所述导管至少在其一部分内壁上包含至少一种第二材料，所述第二材料由有机或无机多孔凝胶构成，
所述第二材料的厚度使得所述导管内部形成至少一个没有固体物质的管状通道，并且通向流动相通路，所述通道在所述毛细导管的上游面和下游面之间连续延伸，
所述第二材料的厚度为所述通道直径的0.05-0.5倍，
所述方法是在流动相速度为流动相最佳速度的5.0-50倍时完成的，所述流动相最佳速度是在工艺条件下，根据占比较大的待分离化合物的范德姆特曲线的最小值确定的，
所述毛细导管的总体积占所述填料总体积的15％以上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行物质交换以实现色谱分离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，物料分离是通过多次循环来完成的。
4.根据权利要求2或3中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法是在小于600秒的循环时间完成的，更有利地小于180秒，甚至更有利地小于30秒。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二多孔材料的厚度为所述通道直径的0.05-0.25倍。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法是在色谱柱上完成的，其中所述色谱柱的所述导管包含厚度为所述通道直径的0.01-0.15倍的多孔材料，洗脱速度为流动相最佳速度的5-25倍，所述流动相最佳速度是在工艺条件下，根据占比较大的待分离化合物的范德姆特曲线的最小值确定的。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二材料的厚度由无孔毛细管壁支撑。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述通道的直径小于150微米，优选地小于50微米，更优选地小于15微米。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二材料为硅胶。
10.根据前述权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二材料为聚合凝胶。
CN201780096149.6A 2017-10-12 2017-10-12 一种物质交换方法 Active CN111615415B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/FR2017/000192 WO2019073124A1 (fr) 2017-10-12 2017-10-12 Procede de chromatographie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111615415A true CN111615415A (zh) 2020-09-01
CN111615415B CN111615415B (zh) 2023-03-10

Family

ID=64457029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780096149.6A Active CN111615415B (zh) 2017-10-12 2017-10-12 一种物质交换方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20200309745A1 (zh)
EP (1) EP3694622A1 (zh)
CN (1) CN111615415B (zh)
WO (1) WO2019073124A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116236819A (zh) * 2023-05-09 2023-06-09 成都佩德生物医药有限公司 一种批量纯化多肽毒素的方法及复合型双层层析柱

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5858241A (en) * 1996-05-20 1999-01-12 Hewlett-Packard Company Column for capillary chromatographic separations and method of manufacturing same
WO2005032688A1 (en) * 2003-09-30 2005-04-14 Chromba, Inc. Multicapillary column for chromatography and sample preparation
CN1724105A (zh) * 2004-07-01 2006-01-25 安捷伦科技有限公司 用于高效色谱的组合物和方法
CN102219205A (zh) * 2011-03-18 2011-10-19 中国计量科学研究院 一种金属性和半导体性单壁碳纳米管的分离方法
CN106908557A (zh) * 2017-03-15 2017-06-30 厦门宜柱科技有限公司 精准可控双相色谱微柱及其制备方法
CN107107029A (zh) * 2014-09-29 2017-08-29 F·帕尔芒捷 有机凝胶或液相色谱法
US20170259190A1 (en) * 2014-09-29 2017-09-14 Francois Parmentier Multicapillary packing chromatography method

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1459175A (fr) 1965-10-04 1966-04-29 Stratinor Panneaux renforcés, à base de matière plastique
EP0926492A1 (en) * 1997-12-02 1999-06-30 Uop Llc Round profile multi-capillary assembly useful in chromatography
US20050106740A1 (en) * 2003-11-13 2005-05-19 Boyes Barry E. Methods, systems and devices for performing analytical protocols
FR3049874A1 (fr) * 2016-04-06 2017-10-13 Francois Parmentier Procede de chromatographie

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5858241A (en) * 1996-05-20 1999-01-12 Hewlett-Packard Company Column for capillary chromatographic separations and method of manufacturing same
WO2005032688A1 (en) * 2003-09-30 2005-04-14 Chromba, Inc. Multicapillary column for chromatography and sample preparation
CN1724105A (zh) * 2004-07-01 2006-01-25 安捷伦科技有限公司 用于高效色谱的组合物和方法
CN102219205A (zh) * 2011-03-18 2011-10-19 中国计量科学研究院 一种金属性和半导体性单壁碳纳米管的分离方法
CN107107029A (zh) * 2014-09-29 2017-08-29 F·帕尔芒捷 有机凝胶或液相色谱法
US20170259190A1 (en) * 2014-09-29 2017-09-14 Francois Parmentier Multicapillary packing chromatography method
CN106908557A (zh) * 2017-03-15 2017-06-30 厦门宜柱科技有限公司 精准可控双相色谱微柱及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R ŁOBIŃSKI ET AL.: "Multicapillary column gas chromatography with element-selective detection", 《TRAC TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116236819A (zh) * 2023-05-09 2023-06-09 成都佩德生物医药有限公司 一种批量纯化多肽毒素的方法及复合型双层层析柱
CN116236819B (zh) * 2023-05-09 2023-08-04 成都佩德生物医药有限公司 一种批量纯化多肽毒素的方法及复合型双层层析柱

Also Published As

Publication number Publication date
EP3694622A1 (fr) 2020-08-19
US20200309745A1 (en) 2020-10-01
WO2019073124A1 (fr) 2019-04-18
CN111615415B (zh) 2023-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10981147B2 (en) Multi-capillary monolith made from amorphous silica and/or activated alumina
US10137431B2 (en) Multicapillary Monolith
Tennikov et al. Effect of porous structure of macroporous polymer supports on resolution in high-performance membrane chromatography of proteins
Liu et al. Breakthrough of lysozyme through an affinity membrane of cellulose‐cibacron blue
US3488922A (en) Method and apparatus for chromatographic separations with superficially porous glass beads having sorptively active crusts
US7479223B2 (en) Porous adsorptive or chromatographic media
Whitney et al. Characterization of large-pore polymeric supports for use in perfusion biochromatography
Avramescu et al. Mixed-matrix membrane adsorbers for protein separation
Perry et al. Practical liquid chromatography
TW201636088A (zh) 塡充床與織物接觸器中包含吸附劑的聚合物纖維，及使用彼之方法和裝置
Araki et al. Preparation of zeolite hollow fibers for high-efficiency cadmium removal from waste water
Collins et al. Porous layer open tubular columns in capillary liquid chromatography
CN115837174A (zh) 有机凝胶或液相色谱法
Bisjak et al. Amino-functionalized monolithic poly (glycidyl methacrylate-co-divinylbenzene) ion-exchange stationary phases for the separation of oligonucleotides
Kirkland Columns for modern analytical liquid chromatography
JPS5952754A (ja) 分離塔用充填剤
US11406915B2 (en) Multicapillary packing chromatography method
CN111615415B (zh) 一种物质交换方法
Gritti et al. Mass transport of small retained molecules in polymer-based monolithic columns
Azzouz et al. Feasibility of the preparation of silica monoliths for gas chromatography: Fast separation of light hydrocarbons
Rakotondravao et al. Characterization of a macroporous epoxy-polymer based resin for the ion-exchange chromatography of therapeutic proteins
Avramescu et al. Dynamic behavior of adsorber membranes for protein recovery
EP1496356A1 (en) Optical isomer separation packing for simulated moving bed chromatography
Heeter et al. Effects of structural and kinetic parameters on the performance of chromatographic columns packed with perfusive and purely diffusive adsorbent particles
Buszewski et al. Influence of the porous silica gel structure on the coverage density of a chemically bonded C18 phase for high-performance liquid chromatography

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant