CN113063868A - 一种分析型循环多维液相色谱分离系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分析型循环多维液相色谱分离系统，包括输液单元、进样单元、检测单元、分离柱阵列、富集柱阵列、稀释液泵、三通或混合器、管路和两位多通阀。两位多通阀的端口数量不小于6。三通或混合器的特别运用，能有效降低色谱分离柱后的流路延迟体积，减少分离后的样品溶解扩散和混合，提高样品输出的纯度。

Description

一种分析型循环多维液相色谱分离系统

技术领域

本发明属于高效液相色谱分离技术领域，涉及一种分析型循环多维液相色谱分离系统。

背景技术

中国专利申请CN110346478A公开了一种基于两位六通阀的多维液相色谱分离系统，能实现循环多维液相色谱分离。但是，该申请中样品输出时必须流经一个以一定体积实现混合效果的混合器。在样品输出时，需要色谱分离柱后的流路延迟体积越小越好，以减少分离后的样品溶解扩散和混合。该申请中未公开如何进一步降低色谱分离柱阵列后的流路延迟体积，以更好地提高样品输出的纯度。

发明内容

本发明的目的是基于一个两位多通阀(两位多通阀的端口数量不小于6)、一个富集柱阵列和一个分离柱阵列，构建一种在色谱信号的实时引导下进行富集柱切换的分析型循环多维液相色谱分离系统。在样品输出时不流经混合器，能有效降低色谱分离柱后的流路延迟体积，减少分离后的样品溶解扩散和混合，减小分离柱后的色谱峰展宽，提高样品输出的纯度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种分析型循环多维液相色谱分离系统，包括输液单元、进样单元、检测单元、分离柱阵列、富集柱阵列、稀释液泵、三通或混合器、管路和两位多通阀，两位多通阀的端口数量不小于6。

所述输液单元用于完成液相色谱分离梯度洗脱流动相供给；所述进样单元用于进样，有一个入口和一个出口；所述检测单元用于检测分离过程中的色谱信号；所述分离柱阵列有一个入口和一个出口；所述富集柱阵列有一个入口和一个出口；所述两位多通阀有状态A和状态B两种状态。

分析型循环多维液相色谱分离系统进行色谱分离时，当两位多通阀为状态A时，输液单元输出的流动相，流入到进样单元的入口；进样单元出口流出的溶液，流入到两位多通阀中与进样单元出口连接的一个端口，经过两位多通阀，流入到与两位多通阀中一个端口连接的分离柱阵列的入口；分离柱阵列出口流出的溶液经过检测单元检测，流入到两位多通阀的一个端口；检测后的溶液，经过两位多通阀，从两位多通阀的一个端口流出，经过稀释液泵输出稀释液的稀释，流入到富集柱阵列的入口；富集柱阵列出口流出的溶液，流入到两位多通阀中与富集柱阵列出口连接的一个端口，经过两位多通阀，从两位多通阀的一个端口流出。

分析型循环多维液相色谱分离系统进行色谱分离时，当两位多通阀为状态B时，输液单元输出的流动相，流入到进样单元的入口；进样单元出口流出的溶液，流入到两位多通阀中与进样单元出口连接的一个端口，经过两位多通阀，从两位多通阀的一个端口流出，流入到富集柱阵列的入口；富集柱阵列出口流出的溶液，流入到两位多通阀的一个端口，经过两位多通阀，流入到与两位多通阀中一个端口连接的分离柱阵列的入口；分离柱阵列出口流出的溶液经过检测单元检测，流入到两位多通阀的一个端口，经过两位多通阀，从两位多通阀的一个端口流出。

通过控制两位多通阀状态A和状态B两种状态的切换，实现全在线检测的循环多维液相色谱分离功能。

所述进样单元可连接在分离柱阵列的入口之前的连接管路中，或者连接在富集柱阵列的旁路中。

所述分离柱阵列由多个色谱分离柱并联而成，在同一时刻只能有一个色谱分离柱导通；至少有一个旁路，该旁路和分离柱并联；当旁路导通时分离柱将不能导通，当分离柱导通时旁路将不能导通；对外设有一个固定的入口和一个固定的出口。分离柱阵列可以由多位选择阀或者两位四通阀构建，也可以由两通阀构建。

所述富集柱阵列由多个色谱富集柱并联而成，在同一时刻只能有一个富集柱导通；至少有一个旁路，该旁路和富集柱并联；当旁路导通时富集柱将不能导通，当富集柱导通时旁路将不能导通；对外有两个接口，分别为接口X和接口Y，一个为入口，一个为出口。富集柱阵列可以由多位选择阀或者两位四通阀构建，也可以由两通阀构建。

所述进样单元是一个进样装置，可以是进样阀、自动进样器或上样泵等形式，有两种状态，分别为进样状态和非进样直通状态，有一个入口和一个出口用于系统流路连接。

所述输液单元可由高效液相色谱梯度泵A、高效液相色谱梯度泵B和梯度混合器组成。所述稀释液泵为高效液相稀释液泵，为一个单元泵，或为一个多元泵。高效液相色谱梯度泵A和高效液相色谱梯度泵B及稀释液泵，其稀释剂可为水、盐溶液、甲醇、乙腈、丙酮、乙醇或正构烷烃溶剂，其洗脱剂可为甲醇、乙腈、乙醇、水及其混合物、正构烷烃等常用有机溶剂。

所述检测单元为各种用于检测分离过程中色谱信号的装置，包括但不仅限于紫外检测器，二极管阵列检测器，蒸发光散射检测器或质谱检测器，包括多个检测器组成的联合检测系统。

所述分离柱阵列、富集柱阵列的色谱柱可以选用相同或不同的填料，所述填料可为硅胶，带有C18、Xion、C8、CN基或氨基的反相硅胶基质填料或各种大孔吸附树脂及离子交换树脂等填料。

与现有技术相比，本发明的创新点和有益效果在于：

基于一个两位多通阀、一个富集柱阵列、一个分离柱阵列构建的多维液相色谱分离系统，当两位多通阀为B状态时，检测后的样品直接输出，不经过混合器，能有效降低分离柱阵列后的流路延迟体积，减少分离后的样品溶解扩散和混合，减小分离柱后的色谱峰展宽，提高样品输出的纯度；同时，本发明所构建的多维液相色谱分离系统，其系统流路体积最小。

附图说明

图1为本发明(A)连接方式提供的多维液相色谱分离系统两位六通阀为A状态的系统流路图；

图2为本发明(A)连接方式提供的多维液相色谱分离系统两位六通阀为B状态的系统流路图，富集柱为正向洗脱，虚线部分为不流通状态，稀释液泵不工作；

图3为本发明(B)连接方式提供的多维液相色谱分离系统两位六通阀为A状态的系统流路图；

图4为本发明(B)连接方式提供的多维液相色谱分离系统两位六通阀为B状态的系统流路图，富集柱为反向洗脱，虚线部分为不流通状态，稀释液泵不工作；

图5为本发明(A)连接方式中三通替换为三通混合器的多维液相色谱分离系统的系统流路图，两位六通阀为A状态；

图6为本发明(A)连接方式中三通替换为三通混合器的多维液相色谱分离系统的系统流路图，两位六通阀为B状态，富集柱为正向洗脱，虚线部分为不流通状态，稀释液泵不工作；

图7为本发明(B)连接方式中三通替换为三通混合器的多维液相色谱分离系统的系统流路图，两位六通阀为A状态；

图8为本发明(B)连接方式中三通替换为三通混合器的多维液相色谱分离系统的系统流路图，两位六通阀为B状态，富集柱为反向洗脱，虚线部分为不流通状态，稀释液泵不工作；

图9为分离柱阵列的管路连接结构图；

图10为富集柱阵列的管路连接结构图；

图11(a)为两位六通进样阀样品装载状态(LOAD状态，A状态)管路连接结构图，该状态下将样品装载到定量环中，其中④号位定义为进样阀的入口，⑤号位定义为进样阀的出口；

图11(b)为两位六通进样阀样品装载状态(INJECT状态，B状态)管路连接结构图，该状态下样品将从定量环中注入到分离系统流路中进行分离，其中④号位定义为进样阀的入口，⑤号位定义为进样阀的出口；

图12(a)为本发明实施例的多维高效液相色谱分离系统结构图，两位六通阀为A状态；

图12(a)中：1输液单元(包括泵A、泵B和混合器A)、2进样单元、3分离柱阵列、4检测单元、5稀释液泵、6三通、7富集柱阵列、8两位六通阀；

图12(b)为本发明实施例的多维高效液相色谱分离系统结构图，两位六通阀为B状态，虚线部分为不流通状态管路。

具体实施方式

以下所述的实施例仅仅是对本发明专利应用的一种描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围。

实施方式：

一种分析型循环多维液相色谱分离系统，包括输液单元、进样单元、检测单元、分离柱阵列、富集柱阵列、稀释液泵、三通或混合器、管路和两位多通阀。为了简洁，两位多通阀为两位六通阀，检测单元为紫外检测器，进样单元为进样阀或者自动进样器，以三通为例，说明最佳的实施方式。

两位八通阀、两位十通阀、两位十二通阀，或者由多个阀组成的阀组，等等，连接成两位六通阀，可照此实施；也可采用其它连接方式实现相同技术效果。

两位六通阀6个端口分别为①端口、②端口、③端口、④端口、⑤端口、⑥端口，这些编号仅表示邻接关系，不必与两位六通阀的物理标记对应，其号位命名和排序为从两位六通阀的任意端口开始按照逆时针或顺时针从①开始排序命名。

管路按以下(A)～(B)连接方式中的任意一种进行连接：

(A)连接方式，所述输液单元的出口与进样单元的入口连接，进样单元的出口与两位六通阀的①端口连接，两位六通阀的⑥端口与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测单元的入口连接，检测单元的出口与两位六通阀的③端口连接；两位六通阀的②端口与三通的第一接口连接，稀释液泵的出口与三通的第二接口连接；三通的第三接口与富集柱阵列的接口X连接，富集柱阵列的接口Y与两位六通阀的⑤端口连接；两位六通阀的④端口输出分离后的样品。

(B)连接方式，所述输液单元的出口与进样单元的入口连接，进样单元的出口与两位六通阀的①端口连接，两位六通阀的⑥端口与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测单元的入口连接，检测单元的出口与两位六通阀的④端口连接；两位六通阀的⑤端口与三通的第一接口连接，稀释液泵的出口与三通的第二接口连接；三通的第三接口与富集柱阵列的接口Y连接，富集柱阵列的接口X与两位六通阀的②端口连接；两位六通阀的③端口输出分离后的样品。

当检测单元为质谱检测器或蒸发光散射检测器等时，或者当检测器为有流量限制的检测器时，可以通过分流支路、主动式分流器或者被动式分流器等，接入到系统流路中。分流支路有三个接口，一个为入口，与分离柱阵列的出口连接；一个为第一出口(检测出口，检测小微流量由此流出，作为检测窗口或者检测接入点)，第一出口与检测器的入口连接；一个为第二出口(主要流量由此流出)。在(A)连接方式中，分流支路的第二出口与两位六通阀的③端口连接；在(B)连接方式中，分流支路的第二出口与两位六通阀的④端口连接。

图1中两位六通阀为A状态。所述输液单元的出口与进样单元的入口连接，进样单元的出口与两位六通阀的①端口连接，两位六通阀的①端口与⑥端口导通，两位六通阀的⑥端口与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测单元的入口连接，检测单元的出口与两位六通阀的③端口连接；两位六通阀的③端口与②端口导通，两位六通阀的②端口与三通的第一接口连接，稀释液泵的出口与三通的第二接口连接；三通的第三接口与富集柱阵列的接口X连接，富集柱阵列的接口Y与两位六通阀的⑤端口连接；两位六通阀的⑤端口与④端口导通，两位六通阀的④端口输出分离后的样品。

如图1所示，分析型循环多维液相色谱分离系统进行色谱分离时，当两位六通阀为状态A时，输液单元输出的流动相，流入到进样单元的入口；进样单元出口流出的溶液，流入到两位六通阀中与进样单元出口连接的①端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与①端口导通的⑥端口流出，流入到与两位六通阀⑥端口连接的分离柱阵列的入口；分离柱阵列出口流出的溶液经过检测单元检测，流入到两位六通阀的③端口；检测后的溶液，经过两位六通阀，从两位六通阀中与③端口导通的②端口流出，经过稀释液泵输出稀释液的稀释，流入富集柱阵列的入口(接口X)；富集柱阵列出口(接口Y)流出的溶液，流入到两位六通阀中与富集柱阵列出口连接的⑤端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与⑤端口导通的④端口流出。

图2中两位六通阀为B状态。所述输液单元的出口与进样单元的入口连接，进样单元的出口与两位六通阀的①端口连接，两位六通阀的①端口与②端口导通，两位六通阀的②端口与三通的第一接口连接；稀释液泵不工作，稀释液泵的出口与三通的第二接口连接；三通的第三接口与富集柱阵列的接口X连接，富集柱阵列的接口Y与两位六通阀的⑤端口连接；两位六通阀的⑤端口与⑥端口导通，两位六通阀的⑥端口与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测单元的入口连接，检测单元的出口与两位六通阀的③端口连接；两位六通阀的③端口与④端口导通，两位六通阀的④端口输出分离后的样品。

如图2所示，分析型循环多维液相色谱分离系统进行色谱分离时，当两位六通阀为状态B时，输液单元输出的流动相，流入到进样单元的入口；进样单元出口流出的溶液，流入到两位多通阀中与进样单元出口连接的①端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与①端口导通的②端口流出，经过三通，流入到富集柱阵列的入口(接口X)；富集柱阵列出口(接口Y)流出的溶液，流入到两位六通阀中的⑤端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与⑤端口导通的⑥端口流出，流入到与两位六通阀⑥端口连接的分离柱阵列的入口；分离柱阵列出口流出的溶液经过检测单元检测，流入到两位六通阀的③端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与③端口导通的④端口流出。

图3中两位六通阀为A状态。所述输液单元的出口与进样单元的入口连接，进样单元的出口与两位六通阀的①端口连接，两位六通阀的①端口与⑥端口导通，两位六通阀的⑥端口与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测单元的入口连接，检测单元的出口与两位六通阀的④端口连接；两位六通阀的④端口与⑤端口导通，两位六通阀的⑤端口与三通的第一接口连接，稀释液泵的出口与三通的第二接口连接；三通的第三接口与富集柱阵列的接口Y连接，富集柱阵列的接口X与两位六通阀的②端口连接；两位六通阀的②端口与③端口导通，两位六通阀的③端口输出分离后的样品。

如图3所示，分析型循环多维液相色谱分离系统进行色谱分离时，当两位六通阀为状态A时，输液单元输出的流动相，流入到进样单元的入口；进样单元出口流出的溶液，流入到两位六通阀中与进样单元出口连接的①端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与①端口导通的⑥端口流出，流入到与两位六通阀⑥端口连接的分离柱阵列的入口；分离柱阵列出口流出的溶液经过检测单元检测，流入到两位六通阀的④端口；检测后的溶液，经过两位六通阀，从两位六通阀中与④端口导通的⑤端口流出，经过稀释液泵输出稀释液的稀释，流入到富集柱阵列的入口(接口Y)；富集柱阵列出口(接口X)流出的溶液，流入到两位六通阀中与富集柱阵列出口连接的②端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与②端口导通的③端口流出。

图4中两位六通阀为B状态。所述输液单元的出口与进样单元的入口连接，进样单元的出口与两位六通阀的①端口连接，两位六通阀的①端口与②端口导通，两位六通阀的②端口与富集柱阵列的接口X连接，富集柱阵列的接口Y与三通的第三接口连接；稀释液泵不工作，稀释液泵的出口与三通的第二接口连接，三通的第一接口连接与两位六通阀的⑤端口，两位六通阀的⑤端口与⑥端口导通，两位六通阀的⑥端口与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测单元的入口连接，检测单元的出口与两位六通阀的④端口连接；两位六通阀的④端口与③端口导通，两位六通阀的③端口输出分离后的样品。

如图4所示，分析型循环多维液相色谱分离系统进行色谱分离时，当两位六通阀为状态B时，输液单元输出的流动相，流入到进样单元的入口；进样单元出口流出的溶液，流入到两位多通阀中与进样单元出口连接的①端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与①端口导通的②端口流出，流入到富集柱阵列的入口(接口X)；富集柱阵列出口(接口Y)流出的溶液，流入到两位六通阀中的⑤端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与⑤端口导通的⑥端口流出，流入到与两位六通阀⑥端口连接的分离柱阵列的入口；分离柱阵列出口流出的溶液经过检测单元检测，流入到两位六通阀的④端口，经过两位六通阀，从两位六通阀中与④端口导通的③端口流出。

实施例：一种生产型循环多维液相色谱分离系统结构

该实施例中，系统流路采用(A)连接方式，进样单元为进样阀，检测单元为紫外检测器，富集柱阵列为二级富集柱阵列组成并按一个富集柱阵列原理运行，每级富集柱阵列有9根富集柱，即富集柱阵列为27根富集柱，依次编号为富集柱阵列的第1富集柱，第2富集柱，等等，最后一个编号为富集柱阵列的第27富集柱；分离柱阵列有5根分离柱，依次编号为第1分离柱，第2分离柱，等等，最后一根为第5分离柱；图12(a)中的两位六通阀为A状态，图12(b)中的两位六通阀为B状态。

以下为上述多维液相色谱分离系统结构的三维分离过程控制：

首先清洗富集柱和分离柱；依次切换每个富集柱和分离柱到流路中，观察检测器信号判断清洁效果。

第一维分离过程控制：两位六通阀为A状态，参见图1；将样品装载到进样阀上的定量环；选择第一维色谱分离柱，例如，第1分离柱，该色谱分离柱手动导通；当进样阀切换到INJECT状态时，开始第一维分离；第一维液相分离后的样品在稀释液泵协助下，根据样品性质和检测信号依次将目标馏份采用富集柱阵列的第1至第18富集柱进行富集，富集柱阵列的第19至第27富集柱留作第三维分离时使用；如此反复，直到富集柱阵列的第1至第18富集柱中有足够多的化合物，转入到第二维分离过程控制。

第二维上样过程控制：第一维分离过程控制结束后，进样单元应当切换至非进样直通状态，两位六通阀切换至B状态，选择第二维色谱分离柱，例如，第2分离柱，该色谱分离柱手动导通，参见图2；选择富集柱阵列的第1至第18富集柱中的一个富集柱作为第二维分离的样品柱，将该富集柱中的目标样品洗脱到第2分离柱中，完成第二维分离的上样过程。

第二维分离过程控制：在完成第二维上样过程后，当两位六通阀切换至A状态时，开始进行第二维分离，参见图1；在第二维分离过程中，在稀释液泵协助下，根据样品性质和检测信号依次将目标馏份切换至富集柱阵列的第19至第27富集柱中进行富集。

第三维分离过程控制：第二维分离过程控制结束后，两位六通阀切换至B状态，参见图2；进样单元保持非进样直通状态；选择第三维色谱分离柱，例如，第3分离柱，该色谱分离柱手动导通；选择富集柱阵列的第19至第27富集柱中的一个富集柱作为第三维分离的样品柱；当该富集柱导通时，第三维分离过程开始；分离后的样品，直接输出；如此反复，完成所有样品的第三维分离。

Claims (2)

1.一种分析型循环多维液相色谱分离系统，其特征在于，包括输液单元、进样单元、检测单元、分离柱阵列、富集柱阵列、稀释液泵、三通或混合器、管路和两位多通阀；两位多通阀的端口数量不小于6；

所述输液单元用于完成液相色谱分离梯度洗脱流动相供给；

所述进样单元用于进样，有一个入口和一个出口；

所述检测单元用于检测分离过程中的色谱信号；

所述分离柱阵列有一个入口和一个出口；

所述富集柱阵列有一个入口和一个出口；

所述两位多通阀有状态A和状态B两种状态；

分析型循环多维液相色谱分离系统进行色谱分离时，当两位多通阀为状态A时，输液单元输出的流动相，流入到进样单元的入口；进样单元出口流出的溶液，流入到两位多通阀中与进样单元出口连接的一个端口，经过两位多通阀，流入到与两位多通阀中一个端口连接的分离柱阵列的入口；分离柱阵列出口流出的溶液经过检测单元检测，流入到两位多通阀的一个端口；检测后的溶液，经过两位多通阀，从两位多通阀的一个端口流出，经过稀释液泵输出稀释液的稀释，流入到富集柱阵列的入口；富集柱阵列出口流出的溶液，流入到两位多通阀中与富集柱阵列出口连接的一个端口，经过两位多通阀，从两位多通阀的一个端口流出；

分析型循环多维液相色谱分离系统进行色谱分离时，当两位多通阀为状态B时，输液单元输出的流动相，流入到进样单元的入口；进样单元出口流出的溶液，流入到两位多通阀中与进样单元出口连接的一个端口，经过两位多通阀，从两位多通阀的一个端口流出，流入到富集柱阵列的入口；富集柱阵列出口流出的溶液，流入到两位多通阀的一个端口，经过两位多通阀，流入到与两位多通阀中一个端口连接的分离柱阵列的入口；分离柱阵列出口流出的溶液经过检测单元检测，流入到两位多通阀的一个端口，经过两位多通阀，从两位多通阀的一个端口流出；

通过控制两位多通阀状态A和状态B两种状态的切换，实现全在线检测的循环多维液相色谱分离功能。

2.根据权利要求1所述的一种分析型循环多维液相色谱分离系统，其特征在于，所述进样单元连接在分离柱阵列的入口之前的连接管路中，或者连接在富集柱阵列的旁路中。

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