CN117839270A - 一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及色谱仪技术领域，具体公开了一种串‑并联多功能分析型高速逆流色谱仪，包括行星箱、传动齿轮组、分离柱和解绕架，所述传动齿轮组设置在行星箱内，至少四个所述分离柱分别设置在传动齿轮组的输出端，所述解绕架通过支架固定在行星箱上，所述解绕架上设置有与各分离柱对应的支管，所述支管的一端置于分离柱的上方。本发明的优点是通过增加分离柱个数以及改变管路的连接方式，在同一台设备上实现既能一次独立分离多种样品，又能大上样量分离某单一样品的功能，可兼顾分析型和半制备型两种用途，适应性强。

Description

一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪

技术领域

本发明涉及色谱仪技术领域，特别是一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪。

背景技术

逆流色谱技术是二十世纪七十年代发展起来的一种连续高效的液-液分配色谱分离技术,其通过同时公转与自转的同步行星式运动产生二维力场，保留两相中的一相为固定相，在高速旋转过程中实现分离萃取。

现有技术中分析型逆流色谱仪的分离柱多为两个，通常一个分离柱用作动平衡配重，另一个分离柱用于单一样品的组分提纯分析，或者，也可以在双柱并联的条件下同时独立分析两种样品。但由于每个分离柱柱体积一般只有几十毫升，所以仅可用于微量样品的分析测试，无法应用于样品在较大进样量条件下的半制备分离工艺研究，设备用途较为受限，性价比较低。而如果期望通过串联两个小容量分离柱来达到提升整体分离量的目的，则在现有技术下必须先将送料管（聚四氟乙烯管）从色谱仪外依次穿入中心轴、解绕架及第一分离柱，然后原路返回到色谱仪外，再次按相同路径将同一根送料管穿入第二分离柱，并再次原路返回到色谱仪外，以便送料管与外界的检测设备对接。在这种串联结构下，两个分离柱之间所需要的连接管路长度是原分离系统的两倍。而在液相色谱领域，这一段不参与实际分离的连接管路的体积被称为柱外死体积。通常柱外死体积越大，色谱仪的柱效越低，分离性能越差。因此 ，现有技术下的分析型逆流色谱仪中，无法直接通过串联多个分离柱来实现较大上样量样品的半制备分离工艺研究，分离功能较为单一。

此外，现有技术条件下，为了便于分离柱的更换和维护，分析型逆流色谱仪的转子通常采用基于中心轴的悬臂式结构安装。在这种结构下，进一步增多分离柱个数，以及相应增加的行星轴和行星齿轮，将显著增大转子的旋转质量，这很可能加剧高速转子在中心轴上的偏心跳动，导致转子的悬臂结构振动加剧，严重损害设备的使用寿命。因此，在现有逆流色谱仪结构下，期望直接通过增加分离柱个数来实现同时单独分析多种样品，是无法实现的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，包括行星箱、传动齿轮组、分离柱和解绕架，所述传动齿轮组设置在行星箱内，至少四个所述分离柱分别设置在传动齿轮组的输出端，所述解绕架通过支架固定在行星箱上，所述解绕架上设置有与各分离柱对应的支管，所述支管的一端置于分离柱的上方。

具体的，所述传动齿轮组包括中心轴、太阳轮和行星轮，所述行星箱内设置有安装腔，所述的太阳轮套设在所述中心轴上并置于安装腔内，所述中心轴与行星箱同轴设置，所述行星轮的个数与分离柱的个数相同，所述行星轮分别通过行星轴转动设置在所述安装腔内，所述行星轮均与太阳轮啮合，所述行星轴的一端延伸出行星箱并与分离柱连接。

具体的，所述解绕架包括中心管和多个支管，所述中心管与中心轴同轴设置，所述支管的一端与中心管连通，另一端位于分离柱的上方。

具体的，所述中心管的侧壁上对应支管正下方设置有上位小孔，所述支管与中心管的连接中心与上位小孔的圆心连线AB同中心管的轴线平行，所述中心管的端面上均匀设置有与支管个数对应的下位缺口。

具体的，所述中心轴通过联轴器紧固在支撑架上，所述支撑架上设置有驱动电机，所述驱动电机的输出端与行星箱之间通过皮带传动连接。

具体的，所述下位缺口与其顺时针相邻的上位小孔互为一组，成对使用于送料管串联走线，所述下位缺口与其顺时针相邻的上位小孔在中心管表面上沿中心管周向间隔45°均匀分布。

具体的，所述行星轴的顶部设置有凸台，所述分离柱的底部设置有卡槽，所述凸台置于所述卡槽内，并通过螺栓连接分离柱和行星轴。

具体的，所述行星箱的外壁上设置有至少两条同步齿槽，所述的支撑架上设置有与同步齿槽个数相同的立柱，所述立柱上转动设置有同步轮，所述同步轮与同步齿槽之间通过同步带连接。

具体的，所述支架包括固定架和连接架，所述固定架与中心管的顶部连接，所述固定架上有四个支杆，四个所述连接架固定在行星箱上，四个所述支杆的一端分别连接在对应的连接架顶部。

本发明具有以下优点：

1、 本发明设置有至少四个分离柱，四个分离柱可以独立并联使用也可以全部串联使用，独立使用时可以一次对多种样品进行分析型分离，达到多用途的效果，串联使用时一次可以半制备型分离较大上样量的单一样品，相较于现有技术中色谱仪只能用于微量单一样品的分析测试，本发明能实现半制备分离工艺，其用途更广泛，能降低使用成本。

2、 本发明在中心管上设置与支管对应个数的上位小孔和下位缺口，下位缺口与其顺时针相邻的上位小孔互为一组，成对使用于送料管串联走线，在串联使用分离柱时，将聚四氟乙烯管的一端从中心轴穿入中心管然后从第一支管穿出缠绕在对应的第一分离柱上，在第一分离柱缠满后，又从同一支管穿入，返回中心管内，之后从一相邻下位缺口穿出中心管，如此就完成了第一分离柱的管路连接，进一步的，选择相邻的第二分离柱为串联目标，将上述聚四氟乙烯管继续从第二分离柱对应的第二支管下方的上位小孔穿入中心管内，之后再穿入第二支管，然后缠绕在第二分离柱上，在第二分离柱缠满后，继续按同样方式将剩余分离柱缠满，实现四个分离柱的串联使用，采用这样的穿管方式好处在于能使每一个分离柱在支管和中心管内的送料管路都能形成J形结构，该结构既满足了管路实现解绕的必要条件，又确保串联管路长度尽可能的短，相较于现有技术中若要通过串联两个小容量分离柱来达到提升整体分离量的目的，则在现有技术下必须先将送料管从色谱仪外依次穿入中心轴、解绕架及第一分离柱，然后原路返回到色谱仪外，再次按相同路径将同一根送料管穿入第二分离柱，并再次原路返回到色谱仪外，以便送料管与外界的检测设备对接，在这种串联结构下，两个分离柱之间所需要的连接管路长度是原分离系统的两倍，而在液相色谱领域，这一段不参与实际分离的连接管路的体积被称为柱外死体积，通常柱外死体积越大，色谱仪的柱效越低，分离性能越差，本发明在中心管上设置上位小孔和下位缺口穿设聚四氟乙烯管的方式可以缩短串联管路长度，减少柱外死体积，防止柱效降低。

3、 本发明具备分离柱串联使用的功能，但在多个分离柱串联为一个整体后，每个分离柱无法单独相对解绕架运动，因此所有分离柱与行星轴的连接必须能便于同时插装定位。本发明通过在所述行星轴的顶部设置凸台，在所述分离柱的底部设置卡槽，使得该行星轴凸台与分离柱卡槽可精密插装配合并通过螺栓紧固连接，确保多个分离柱在串联后能便捷、精准地安装在对应行星轴上。

4、 本发明由于分离柱的数量较多，相较于传统的色谱仪增加了分离柱、行星轴和行星轮的个数，导致色谱仪整体的重量增大，由于中心轴在使用时处于水平的状态，这样就会使作用在中心轴上的垂直作用力增大，这很可能加剧行星轴和行星轮在中心轴上的偏心跳动，导致转子的悬臂结构振动加剧，严重损害设备的使用寿命，本发明通过在行星箱上设置同步齿槽，同步带套设在同步齿槽内，两根同步带形成V形结构，在运行时提供向上的张紧力，提供这个力的好处是可以纠正由分离柱、行星轴和行星轮个数增加从而重量增加引起的中心轴振动加剧，确保设备正常运行。

附图说明

图1 为本发明的色谱仪整体结构示意图；

图2 为本发明的色谱仪剖视结构示意图；

图3 为本发明的解绕架结构示意图；

图4 为本发明的分离柱与行星轴连接结构示意图；

图5 为本发明的分离柱与行星轴连接结构剖视结构示意图；

图6 为本发明的行星轴结构示意图；

图中：1-行星箱，2-分离柱，3-解绕架，4-支管，5-中心轴，6-太阳轮，7-行星轮，8-行星轴，9-中心管，10-上位小孔，11-下位缺口，12-支撑架，13-驱动电机，14-皮带，15-凸台，16-同步齿槽，17-立柱，18-同步轮，19-同步带，20-固定架，21-连接架，22-支杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”，“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程，方法，物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程，方法，物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程，方法，物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图6所示，一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，包括行星箱1、传动齿轮组、分离柱2和解绕架3，所述传动齿轮组设置在行星箱1内，至少四个所述分离柱2分别设置在传动齿轮组的输出端，所述解绕架3通过支架固定在行星箱1上，所述解绕架3上设置有与各分离柱2对应的支管4，所述支管4的一端置于分离柱2的上方。本实施例中的色谱仪设置有至少四个分离柱2，优选设置四个分离柱2，通过设置多个分离柱2可以提高分离的效率，现有技术中色谱仪多为两个分离柱2，两个分离柱同时最多只能分离两种样品，本实施例中四个分离柱2可以一次分离更多种类的样品，使用效率高；现有技术中由于每个分离柱柱体积一般只有几十毫升，所以仅可用于微量样品的分析测试，无法应用于样品在较大进样量条件下的半制备分离工艺研究，设备用途较为受限，性价比较低，相较于现有技术中色谱仪只能用于微量样品的分析测试，本发明在将多个分离柱2串联使用时还能实现半制备分离工艺，即一次分离的样品量是现有色谱仪的至少两倍，可以用于半制备分离，其用途更广泛，能降低使用成本。

进一步的，所述传动齿轮组包括中心轴5、太阳轮6和行星轮7，所述行星箱1内设置有安装腔，所述的太阳轮6套设在所述中心轴5上并置于安装腔内，所述中心轴5与行星箱1同轴设置，所述行星轮7的个数与分离柱2的个数相同，所述行星轮7分别通过行星轴8转动设置在所述安装腔内，所述行星轮7均与太阳轮6啮合，所述行星轴8的一端延伸出行星箱1并与分离柱2连接，所述中心轴5通过联轴器紧固在支撑架12上，所述支撑架12上设置有驱动电机13，所述驱动电机13的输出端与行星箱1之间通过皮带14传动连接。本实施例中中心轴5与行星箱1转动连接，在行星箱1上设置有皮带轮，驱动电机13的输出端设置有主动皮带轮，皮带套设在主动皮带轮和皮带轮上，这样驱动电机13转动带动行星箱1转动，行星箱1转动带动分离柱2公转，同时行星轮7与太阳轮6啮合，行星轴8公转时行星轮7绕太阳轮6转动，这样行星轴8就形成自转，实现聚四氟乙烯管的解绕。

进一步的，所述解绕架3包括中心管9和多个支管4，所述中心管9与中心轴5同轴设置，所述支管4的一端与中心管9连通，另一端位于分离柱2的上方，所述中心管9的侧壁上对应支管4正下方设置有上位小孔10，所述支管4与中心管9的连接中心与上位小孔10的圆心连线AB同中心管9的轴线平行，所述中心管9的端面上均匀设置有与支管4个数对应的下位缺口11，所述下位缺口11与其顺时针相邻的上位小孔10互为一组，成对使用于送料管串联走线，所述下位缺口11与其顺时针相邻的上位小孔10在中心管9表面上沿中心管9周向间隔45°均匀分布。本实施例中支管4的个数与分离柱2的个数相同，支管4阵列设置在中心管9上，支管4为弧形结构，其一端与中心管9连接，另一端位于分离柱2上方，其中支管4位于分离柱2上方的一端出口的轴线与分离柱2的轴线重合，聚四氟乙烯管的一端从中心轴5穿入中心管9内，然后从一支管4穿出，之后缠绕在分离柱2上，缠绕后从同一支管4穿入进入中心管9内，然后从中心轴5穿出，这样聚四氟乙烯管在支管4和中心管9内形成U形结构，从而能实现解绕；本实施例中四个分离柱2可以串联起来使用，四个分离柱2缠绕同一根聚四氟乙烯管，现有色谱仪的每个分离柱2只能缠绕一根聚四氟乙烯管或在缠绕完一分离柱2后需要将其一端穿出中心轴5之后再从中心轴5穿入解绕架3缠绕在另一分离柱上再穿出，这样的缠绕方式才能使聚四氟乙烯管在支管4和中心管9内形成U形结构，不然就不能实现解绕，这样的缠绕方式会有很长一端距离没有参与分离工作，造成浪费，本实施例中在串联使用时先将聚四氟乙烯管的一端从中心轴5穿入进入中心管9然后从第一个支管4穿出缠绕在对应的第一个分离柱2上，在第一个分离柱2缠满后，又从同一个支管4穿入，返回中心管9内，之后从一相邻下位缺口11穿出中心管9，如此就完成了第一个分离柱2的管路连接，下位缺口11位于分离柱2之间，这样聚四氟乙烯管穿出中心管9时不会形成干涉，进一步的，选择相邻的第二个分离柱2为串联目标，将上述聚四氟乙烯管继续从第二个分离柱2对应的第二个支管4下方的上位小孔10穿入中心管9内，之后再穿入第二个支管4，然后缠绕在第二个分离柱2上，在第二个分离柱2缠满后，继续按同样方式将剩余分离柱2缠满，实现四个分离柱的串联使用，采用这样的穿管方式好处在于能使每一个分离柱2在支管4和中心管9内的送料管路都能形成U形结构，该结构既满足了管路实现解绕的必要条件，又确保串联管路长度尽可能的短，相较于现有技术中若要通过串联两个小容量分离柱来达到提升整体分离量的目的，则在现有技术下必须先将送料管从色谱仪外依次穿入中心轴、解绕架及第一分离柱，然后原路返回到色谱仪外，再次按相同路径将同一根送料管穿入第二分离柱，并再次原路返回到色谱仪外，以便送料管与外界的检测设备对接，在这种串联结构下，两个分离柱之间所需要的连接管路长度是原分离系统的两倍，而在液相色谱领域，这一段不参与实际分离的连接管路的体积被称为柱外死体积，通常柱外死体积越大，色谱仪的柱效越低，分离性能越差，本发明在中心管上设置上位小孔和下位缺口穿设聚四氟乙烯管的方式可以缩短串联管路长度，减少柱外死体积，防止柱效降低。

进一步的，所述行星轴8的顶部设置有凸台15，所述分离柱2的底部设置有卡槽，所述凸台15置于所述卡槽内，并通过螺栓连接分离柱2和行星轴8，本实施例中由于四个分离柱2可以串联使用，串联使用时需要将四个分离柱2均缠绕好聚四氟乙烯管后才能将分离柱2固定在对应的行星轴8上，在固定分离柱2时不能让分离柱2转动，因此本实施例在行星轴8的顶部设置一个长条形的凸台15，卡槽也为长条形，将凸台15插入卡槽内后行星轴8与分离柱2就能相对限位，然后采用螺栓将分离柱2与行星轴8固定在一起，这样就能完成分离柱2和行星轴8的固定，连接方便。

进一步的，所述行星箱1的外壁上设置有至少两条同步齿槽16，所述的支撑架12上设置有与同步齿槽16个数相同的立柱17，所述立柱17上转动设置有同步轮18，所述同步轮18与同步齿槽16之间通过同步带19连接。本实施例中由于分离柱2的数量较多，相较于传统的色谱仪增加了分离柱2、行星轴8和行星轮7的个数，导致色谱仪整体的重量增大，由于中心轴5在使用时处于水平的状态，这样就会使作用在中心轴5上的作用力增大，这很可能加剧行星轴8和行星轮7在中心轴5上的偏心跳动，导致中心轴的悬臂结构振动加剧，严重损害设备的使用寿命，本发明通过在行星箱1上设置同步齿槽16，同步带19套设在同步齿槽16内，两根同步带19形成V形结构，在运行时提供向上的张紧力，提供这个力的好处是可以纠正由分离柱、行星轴和行星轮个数增加从而重量增加引起的中心轴振动加剧，确保设备正常，力的大小可通过调整同步轮18的位置来调整，在支撑架12上设置有滑槽，立柱17滑动设置在滑槽内，这样就能实现位置的调整。

进一步的，所述支架包括固定架20和连接架21，所述固定架20与中心管9的顶部连接，所述固定架20上有四个支杆22，四个所述连接架21固定在行星箱1上，四个所述支杆22的一端分别连接在对应的连接架21顶部。本实施例中四个连接架21固定在行星箱1上，中心管9的顶部通过螺栓与固定架20固定连接在一起，然后四个支杆22分别对应与四个连接架21连接，这样就能为解绕架3提供支撑，使支管4悬空在分离柱2的上方。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：包括行星箱（1）、传动齿轮组、分离柱（2）和解绕架（3），所述传动齿轮组设置在行星箱（1）内，至少四个所述分离柱（2）分别设置在传动齿轮组的输出端，所述解绕架（3）通过支架固定在行星箱（1）上，所述解绕架（3）上设置有与各分离柱（2）对应的支管（4），所述支管（4）的一端置于分离柱（2）的上方。

2.根据权利要求1所述的一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：所述传动齿轮组包括中心轴（5）、太阳轮（6）和行星轮（7），所述行星箱（1）内设置有安装腔，所述的太阳轮（6）套设在所述中心轴（5）上并置于安装腔内，所述中心轴（5）与行星箱（1）同轴设置，所述行星轮（7）的个数与分离柱（2）的个数相同，所述行星轮（7）分别通过行星轴（8）转动设置在所述安装腔内，所述行星轮（7）均与太阳轮（6）啮合，所述行星轴（8）的一端延伸出行星箱（1）并与分离柱（2）连接。

3.根据权利要求2所述的一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：所述解绕架（3）包括中心管（9）和多个支管（4），所述中心管（9）与中心轴（5）同轴设置，所述支管（4）的一端与中心管（9）连通，另一端位于分离柱（2）的上方。

4.根据权利要求1所述的一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：所述中心管（9）的侧壁上对应支管（4）正下方设置有上位小孔（10），所述支管（4）与中心管（9）的连接中心与上位小孔（10）的圆心连线AB同中心管（9）的轴线平行，所述中心管（9）的端面上均匀设置有与支管（4）个数对应的下位缺口（11）。

5.根据权利要求2所述的一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：所述中心轴（5）通过联轴器紧固在支撑架（12）上，所述支撑架（12）上设置有驱动电机（13），所述驱动电机（13）的输出端与行星箱（1）之间通过皮带（14）传动连接。

6.根据权利要求4所述的一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：所述下位缺口（11）与其顺时针相邻的上位小孔（10）互为一组，成对使用于送料管串联走线，所述下位缺口（11）与其顺时针相邻的上位小孔（10）在中心管（9）表面上沿中心管（9）周向间隔45°均匀分布。

7.根据权利要求2所述的一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：所述行星轴（8）的顶部设置有凸台（15），所述分离柱（2）的底部设置有卡槽，所述凸台（15）置于所述卡槽内，并通过螺栓连接分离柱（2）和行星轴（8）。

8.根据权利要求5所述的一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：所述行星箱（1）的外壁上设置有至少两条同步齿槽（16），所述的支撑架（12）上设置有与同步齿槽（16）个数相同的立柱（17），所述立柱（17）上转动设置有同步轮（18），所述同步轮（18）与同步齿槽（16）之间通过同步带（19）连接。

9.根据权利要求2所述的一种串-并联多功能分析型高速逆流色谱仪，其特征在于：所述支架包括固定架（20）和连接架（21），所述固定架（20）与中心管（9）的顶部连接，所述固定架（20）上有四个支杆（22），四个所述连接架（21）固定在行星箱（1）上，四个所述支杆（22）的一端分别连接在对应的连接架（21）顶部。