專利名稱：一種錐形高效液相色譜制備柱的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種用于制備分離的高效液相色譜柱，適用于石油化工、精細化工、生物技術、制藥等需要獲取純產品的領域，尤其適用于生物大分子、天然活性成分等需要高度純化的復雜樣品的制備分離。
在制備色譜分離中，人們曾考慮將一個寬內徑柱與一個長的窄內徑柱串聯，由于前面的寬內徑柱具有更大的容量，可以避免柱子過載，而后面的窄內徑柱可以提供有效的分離。1968年，Joel Kwok等[Joel Kwok，L R.Snyder，J.C.Sternberg.Anal.Chem.，1968，40(1)118-122]研究了不同內徑柱串聯的問題，發現串聯并不是提高柱效的好方法，因為串聯柱中前面的寬內徑柱的塔板高度很大，后面的窄內徑柱與其相比有時可以忽略，因此并不能有效地起到提高柱效的作用。但是，1981年，Said [A.S.Said.Journal of High Resolution Chromatography & ChromatographyCommunications，1979，Febuary63-67]通過理論計算得出錐形柱[100(柱長度)×3(入口內徑)→1(出口內徑)，單位cm，下同]比固定相質量相同、總長度相同的串聯圓柱形柱[41.7(粗柱長度)×3(粗柱內徑)+58.3(細柱長度)×1(細柱內徑)，單位cm]有更高的效率，錐形柱柱效幾乎為串聯柱柱效2倍，因此具有寬入口內徑的均勻過渡的錐形柱有希望用于制備色譜。
1966年，美國Philip Marris研究中心的H.M.Stahr等[H.M.Stahr，R.M.Ikeda，E.T.Oakley，B.M.Carter.Anal.Chem.，1966，3819741首次制作低壓錐形液相色譜柱，他們采用聚乙烯塑料作為柱材料，硅膠為固定相，勻漿法填充，樣品為偶氮苯，洗脫劑為正己烷。為考察錐形柱的特點，另外制作了兩個與錐形柱有相同體積的色譜柱進行比較，一個為常規的圓柱形玻璃柱，另一個為內徑變化的三階圓柱形玻璃柱。比較三根柱子的譜帶體積以衡量柱效率，結果表明錐形柱與三階圓柱形柱相比，柱效基本一致，但錐形柱柱效明顯優于一階圓柱形柱，其譜帶體積為一階圓柱形柱的一半。1990年，瑞士的Moerker Theophile發明了一種入口內徑小于出口內徑的錐形柱[Switzerland Patent CH675212，1990]。樣品在柱內流動時會逐漸向管壁擴散，在這種內徑逐漸擴大的錐形柱內，由于柱型符合了樣品擴散的趨勢，樣品譜帶不會擴散到管壁，因而呈現出“無限直徑效應”。這種錐形柱的最大優點是柱效高，但是由于入口內徑小，因而負載樣品的能力要小于同體積、同長度的圓柱型柱。此外，有關錐形液相色譜分析柱的研究也有一些報道，如斯洛維尼亞國家化學研究所報道的錐形柱(150×4→2.5mm，錐角0.6°)[A.Pecavar，I.Vovk，J.Marsel，M.Prosek.Analytical Sciences.1999，15233-240]，美國的Nugent Kerry D.發明的錐形柱(25mm×2→0.5mm，錐角3.4°)[World Patent WO00/74808，2000]。但是，至今沒有關于錐形高效液相色譜制備柱的報道。
針對上述背景，本發明的目的是提供一種柱效高、載樣量大、對樣品具有更低稀釋效應的液相色譜制備柱，適用于石油化工、精細化工、生物技術、制藥等需要獲取純產品的領域，尤其適用于生物大分子、天然活性成分等需要高度純化的復雜樣品的制備分離。
本發明一種錐形高效液相色譜制備柱，主要由位于柱體上部的柱頭、柱體和位于柱體下部的柱尾三個主要部分構成(
圖1、圖2)。是柱頭入口內徑(2R)大于柱尾出口內徑(2r)的錐形柱體。錐形柱體為入口內徑2R＝10mm～2000mm、出口內徑2r＝3mm～1800mm、柱長L＝5cm～100cm的均勻過渡的錐體，錐體錐角在1°～20°范圍內，最佳錐角的角度為3°-15°。錐體內可填充各種類型的色譜填料，如正相、反相液相色譜填料，或體積排阻色譜填料及親合色譜填料等。
對于入口內徑2R＜40mm的錐形柱，柱頭包括螺帽、螺紋、錐形導向槽、O形圈、分配盤和多孔篩板(圖1)。入口內徑2R＞40mm的錐形柱，采用法蘭密封，柱頭包括法蘭盤、螺栓、錐形導向槽、墊圈、分配盤和多孔篩板(圖2)。
對于入口內徑2R＜40mm的錐形柱，柱尾包括篩板、錐形導向槽、螺紋、O形圈、螺帽(圖1)。入口內徑2R＞40mm的錐形柱，采用法蘭密封，柱尾包括法蘭盤、螺栓、錐形導向槽、墊圈和多孔篩板(圖2)。柱尾為漸變的錐形結構，以減少由于柱與連接管連接時截面積突然變化而造成的流路死角。
本發明的柱頭所用分配盤，其特征在于其直徑與錐形柱的入口內徑匹配。對于柱體入口內徑2R＜40mm時，采用如圖3所示分配盤，即在分配盤上部，半徑的3/5有一同心圓液流收集通道，圓內有12條呈輻射狀的液流通道，每隔一個通道的中心處有一個滲液孔；無滲液孔的通道與上述同心圓相交點各有一滲液孔。有滲液孔的通道在上述同心圓相交點處(無滲液孔)向外分出兩通道(通道夾角為120°)，兩通道的中心點分別有一個滲液孔。所有通道的尺寸為0.1～0.5mm，滲液孔孔徑為0.5～0.8mm。對于柱體入口內徑2R＞40mm時，可以根據需要增加滲液孔及同心圓的數目，或采用其它任何形式的分配盤。分配盤作用在于使樣品平均分配在整個柱截面上，充分利用柱頭截面，防止樣品局部過濃；遠離柱壁的區域有更多的孔，有利于液體流入。
本發明的錐形液流導向槽結構，采用錐角為120°～180°。其作用在于大量樣品進入到柱頭上時，能迅速分散到整個色譜柱的橫截面上，及時被流動相沖走，避免因樣品局部過濃而引起柱局部超載和譜帶加寬；避免樣品在狹窄的進樣口內形成噴射流而對床層造成的破壞；排除柱頭氣泡，防止氣泡的存在破壞樣品在柱頭的分配。
本發明的本質特征在于這種錐形制備柱可以顯著地提高柱效及樣品負載量，對目標組分分離的稀釋效應比圓柱形色譜柱顯著降低。本發明主要利用錐形柱內徑逐漸減小，導致管壁區流動相線速度增加的幅度大于柱內中心區，且流動相線速度從柱內管壁區到柱內中心區是逐步減小的，因而使色譜譜帶流型呈現下拋物面狀。通過設計一定的均勻過渡的錐形柱的入口內徑2R、出口內徑2r、柱長L或錐角，可以使錐形柱在最佳流速下，譜帶流型的拋物面曲率減小，獲得接近塞子狀流型，從而提高柱效；與相同容積、相同長度的圓柱型柱相比，采用錐體入口截面積大于出口截面積的結構，可使錐形柱的樣品負載能力增加，從而提高產率；錐形柱的錐體內徑逐漸減小還能夠降低對樣品的稀釋程度(圖4、圖5)，這對制備色譜有重要意義，因為只需蒸發更少的溶劑就能得到同量的產品，減少溶劑消耗，降低生產成本。
圖中1-柱頭；2-柱體；3-柱尾；4-錐形導向槽；5-分配盤；6-多孔篩板；7-螺帽；8-螺紋；9-O形圈；10-法蘭盤；11-螺栓；12-墊圈；13-液流通道；14-滲液孔。
具體實施例方式
錐形液相色譜制備柱的柱頭與進樣閥相連，樣品及溶劑經高壓輸液泵、進樣閥進入錐形柱，由錐形導向槽、分配盤及篩板的共同作用將樣品均勻分配在色譜柱柱頭，樣品在錐形色譜柱內經過多次分配后，經柱尾篩板流出色譜柱，進入檢測器。
實施例1錐形液相色譜制備柱入口內徑為20mm，出口內徑為7mm，長5cm。按圖1所示柱體兩頭是螺栓型柱頭1和柱尾3，它們分別以螺紋8與螺帽7相配于柱體2的上、下兩端；柱頭1和柱尾3的內面凹成錐形導向槽4；柱頭1下方有O形圈9，分配盤5，多孔篩板6；柱尾3上方O形圈9，多孔篩板6。按圖3所示，分配盤5上部，半徑的3/5處有一同心圓液流收集通道，圓內有12條呈幅射狀液流通道，每隔一個通道的中心處有一個滲液孔，無滲液孔的通道，與上述同心圓相交點處分出兩通道，其夾角為120°，兩通道的中心點分別有一個滲液孔，所有通道尺寸為0.1-0.8mm。
圓柱型柱內徑14mm，長5cm。
兩種色譜柱具有相同的容積，柱內干法填充40-63μm無定形C18。采用環己烷為流動相，流速為2-14mL/min，樣品為碘的環己烷飽和溶液。用可見-紫外檢測器在波長為470nm處檢測。由于樣品溶液為有色溶液，可以清楚地觀察到樣品的譜帶流型。結果表明錐形柱譜帶流型的拋物線曲率明顯小于圓柱型柱；錐形柱的柱效高于圓柱型柱；錐形柱的流出曲線峰面積大于圓柱型柱(圖4、5)。
實施例2錐形液相色譜制備柱入口內徑為800mm，出口內徑為280mm，長25cm。按圖2所示柱體2兩頭分別裝有法蘭盤10組成的柱頭1和柱尾3；法蘭盤10由螺栓11緊固，其中間有密封墊圈12，柱頭1和柱尾3的內面凹成錐形導向槽4；柱頭1下方有分配盤5，多孔篩板6；柱尾3上方有多孔篩板6。按圖3所示，對于柱體入口內徑2R較大時，可以根據需要增加滲液孔及同心圓的數目，或采用其他任何形式的分配盤。分配盤的作用在于，使樣品平均分配在整個柱截面上。
柱內填充10μm球形C18色譜擔體。采用環己烷為流動相，流速為3-22L/min，樣品為碘的環己烷飽和溶液。用可見-紫外檢測器在波長為440nm處檢測。結果表明錐形柱的柱效高于圓柱型柱；錐形柱的流出曲線峰面積大于圓柱型柱，證明對樣品的稀釋比圓柱型柱小(圖4、圖5)。
權利要求
1.一種錐形高效液相色譜制備柱，其特征在于，色譜制備柱主要由柱頭、柱體及柱尾三部分組成，是柱頭入口內徑大于柱尾出口內徑的錐形柱體。
2.根據權利要求1所述的液相色譜制備柱，其特征在于，其柱體為入口內徑2R＝10mm～2000mm、出口內徑2r＝3mm～1800mm、柱長L＝5cm～100cm的均勻過渡的錐體，錐體錐角在1°～20°范圍內。
3.根據權利要求2所述的液相色譜制備柱，其特征在于，所述錐體的錐角在3°～15°。
4.根據權利要求1所述的液相色譜制備柱，其特征在于，(a)對于入口內徑2R＜40mm的錐形柱，柱頭包括螺帽、螺紋、錐形導向槽、O形圈、分配盤和多孔篩板；(b)對于入口內徑2R＜40mm的錐形柱，柱尾包括篩板、錐形導向槽、螺紋、O形圈和螺帽。
5.根據權利要求1所述的液相色譜制備柱，其特征在于(a)對于入口內徑2R＞40mm的錐形柱，采用法蘭密封，柱頭包括法蘭盤、螺栓、錐形導向槽、墊圈、分配盤和多孔篩板；(b)對于入口內徑2R＞40mm的錐形柱，采用法蘭密封，柱尾包括法蘭盤、螺栓、錐形導向槽、墊圈和多孔篩板。
6.根據權利要求4、5所述的液相色譜制備柱，其特征在于，分配盤直徑與錐形柱的入口內徑匹配，包括多個輻射狀液流通道、同心圓液流收集通道及滲液孔(a)對于柱體入口內徑2R＜40mm的錐形柱，在分配盤上部，半徑的3/5有一同心圓液流收集通道，圓內有12條呈輻射狀的液流通道，每隔一個通道的中心處有一個滲液孔；無滲液孔的通道與上述同心圓相交點各有一滲液孔；有滲液孔的通道在上述同心圓相交點處向外分出兩通道，通道夾角為120°，兩通道的中心點分別有一個滲液孔；所有通道的尺寸為0.1～0.5mm，滲液孔孔徑為0.5～0.8mm；(b)對于柱體入口內徑2R＞40mm的錐形柱，可以根據需要增加滲液孔及同心圓的數目。
7.據權利求4和5所述的液相色譜制備柱，其特征在于，所述錐形導向槽，其錐角為120°～180°。
全文摘要
一種錐形高效液相色譜制備柱。主要由柱頭、柱體及柱尾構成,是柱頭入口內徑(2R)大于柱尾出口內徑(2r)的錐形柱體。柱頭由錐形液流導向槽、分配盤及篩板構成液流分配系統。分配盤由多個輻射狀液流通道、同心圓液流收集通道及滲液孔構成。柱體入口內徑為2R=10mm～2000mm、出口內徑2r=3mm～1800mm、柱長L=5cm～100cm的均勻過渡的錐體,錐體錐角在1°～20°范圍內,錐體內可填充各種類型的色譜分離介質。這種錐形制備柱可以顯著地提高柱效及樣品負載量,對分離組分的稀釋效應低于圓柱形色譜柱。
文檔編號B01D15/08GK1366180SQ02106928
公開日2002年8月28日 申請日期2002年3月7日 優先權日2002年3月7日
發明者關亞風, 馬繼平, 陳令新 申請人:中國科學院大連化學物理研究所