色譜柱和介質(zhì)填充的自動化系統(tǒng)和方法

專利名稱：色譜柱和介質(zhì)填充的自動化系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于色譜柱的介質(zhì)填充系統(tǒng)和用于色譜柱的介 質(zhì)填充方法。更具體地說，本發(fā)明涉及用于改善將色譜介質(zhì)填充到色 諳柱中的品質(zhì)和一致性的填充裝置和方法。
背景技術(shù)：
用于液相色譜的色譜柱通常包括封裝了多孔性層析介質(zhì)的管狀 體，載液從中流過，其中在載液和多孔介質(zhì)的固相之間因材料累積而 發(fā)生分離。通常介質(zhì)^f皮封裝在作為填充床的色譜柱中，此填充床通過 壓實離散粒子的懸浮液，即被泵入、倒入、或吸入色譜柱中的所謂的 漿料而形成。將漿料壓入到填充床中是通過壓縮漿料使其填充到某一 空間中來實現(xiàn)的，此空間小于其僅在重力影響下定形而形成沉降床所 占的體積。隨后色諉分離的效率強(qiáng)烈地依賴于l)位于填充床的流體入 口和出口處的液體分布和收集系統(tǒng)，2)填充床中的介質(zhì)粒子的特殊取 向(也被稱為填充幾何)，以及3)填充床的壓縮。如果填充床的壓縮程 度太低，那么填充床上執(zhí)行的色譜分離將受到"拖尾"的困擾，并且這 種壓縮不足的填充床通常是不穩(wěn)定的。如果填充床的壓縮程度太高， 那么填充床執(zhí)行的色譜分離將受到"前延"的困擾，并且這種過壓縮的 填充床可能影響吞吐量和粘接能力，并且，通常引起高得多的操作壓 力。如果壓縮程度是最佳的，那么在使用期間形成的分離峰很少出現(xiàn) 前延或拖尾，并且基本上是對稱的。色譜柱所需要的最佳的壓縮程度是按照每個色語柱的尺寸(寬度或直徑)、床高以及介質(zhì)類型通過實驗 確定的。
在任何分離過程之前，介質(zhì)床必須從需要引入到色鐠柱中的粒子 漿料開始進(jìn)行準(zhǔn)備。形成介質(zhì)床的過程-波稱作"填充過程"，并且正確 填充的介質(zhì)床是一個影響包含填充床的色譜柱性能的關(guān)鍵因素。填充 過程的其中一個主要目標(biāo)是提供一種具有最佳壓縮量，即最佳壓縮系 數(shù)的介質(zhì)床。經(jīng)過最佳壓縮的介質(zhì)床的高度被稱為目標(biāo)壓縮床高度。
大尺寸的色譜柱，例如CHROMAFLOWTM(其是由新澤西皮斯卡 塔市的GE Healthcare公司制造的色譜柱的GE Healthcare的注冊商 標(biāo))、類似CHROMAFLOWtm的色譜柱及其它目前在工業(yè)中使用的色
中央漿料噴嘴、介質(zhì)閥、或另一端口傳送到色譜柱中進(jìn)行填充。 一旦 將預(yù)定體積的漿料傳送到色i普柱中，色譜柱中的層析介質(zhì)可能，要么 l)進(jìn)行充分地填充，要么2)未填充而需要進(jìn)一步地壓實，并且通過沿 著色譜柱的縱軸朝著色譜柱底部以恒定速度移動可動的轉(zhuǎn)接器進(jìn)行 壓縮。在本過程中過量液體在色譜柱出口排出，而通過所謂的"介質(zhì)床 支架"的過濾材料保持介質(zhì)粒子，其中過濾材料的孔很小而不允許介質(zhì) 粒子通過。 一旦已經(jīng)將填充的介質(zhì)床壓縮到最佳的壓縮量或壓縮度 時，填充過程就完成了。如果壓縮的介質(zhì)床有良好且穩(wěn)定的色譜性能， 就可認(rèn)為填充過程是成功的。然而，實踐中通過手工方法在色譜柱中 填充這種經(jīng)過最佳壓縮的色譜介質(zhì)床不是輕易能完成的，因為最終填 充的介質(zhì)床的質(zhì)量在很大程度上依賴于操作員的技能。在裝填和隨后 的填充色譜柱期間，操作員手工地選擇和調(diào)整所有的填充參數(shù)，例如 閥位置、泵轉(zhuǎn)速、流速、轉(zhuǎn)接器的運(yùn)動速度等等。更重要是，在所有 情況下，操作員必須通過目視觀察的方式確定l)足夠的漿料已經(jīng)傳送 到色譜柱中，或者2)轉(zhuǎn)接器充分地壓縮了介質(zhì)床，從而武斷地決定何 時結(jié)束色譜柱的填充。選錯任何填充參數(shù)，和/或在決定何時結(jié)束填充 時出錯，其通常都會導(dǎo)致性能不良的色譜柱。此外，在配備透明管的色譜柱中由眼判斷介質(zhì)床的壓縮何時開始是特別困難的，在配備非透 明管例如不銹鋼管的色譜柱中則是不可能的，而在此點上的顯著誤差 使得不可能獲得經(jīng)過最佳壓縮的介質(zhì)床。總的來說，色譜柱的填充至 今仍被認(rèn)為是一項技術(shù)而非一門科學(xué)。
因此，對用于精確且可重復(fù)性地將層析介質(zhì)填充到色譜柱中的系 統(tǒng)和方法存在需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于將介質(zhì)填充到色譜柱中的色譜柱 填充系統(tǒng)和方法，以克服當(dāng)前系統(tǒng)的缺點。
本發(fā)明通過傳送預(yù)先計算的漿料量并利用兩種不同的填充形態(tài) 在以下時候停止填充，從而提供了全自動無手工的色譜柱填充方法， 即l)當(dāng)已經(jīng)將該漿料量傳送到色譜柱中，這是配備了固定的轉(zhuǎn)接器的
色譜柱的優(yōu)選形態(tài)，或者2)當(dāng)已經(jīng)傳送預(yù)先計算的漿料量之后，使轉(zhuǎn)
接器移到與目標(biāo)壓縮床高度相對應(yīng)的床高，這是配備了可動的轉(zhuǎn)接器 的色譜柱的優(yōu)選形態(tài)。這樣，色鐠柱可以完全自動化的方式進(jìn)行填充，
并且這種色譜柱l)是穩(wěn)定的，并且2)具有需要的性能特征。


結(jié)合附圖閱讀以下說明將更加明晰本發(fā)明的這些優(yōu)點及其它優(yōu) 點，其中
圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的第一自動化色譜柱和介質(zhì)填充過程的流 程圖2A和2B描繪了根據(jù)本發(fā)明的笫二自動化色譜柱和介質(zhì)填充過 程的流程圖3是根據(jù)本發(fā)明的與圖1相關(guān)聯(lián)的第一自動化色譜柱和介質(zhì)填 充系統(tǒng)的示意圖4是根據(jù)本發(fā)明的與圖2A和2B相關(guān)聯(lián)的第二自動化色譜柱和介質(zhì)填充系統(tǒng)的示意圖；以及
圖5是根據(jù)本發(fā)明的壓力流曲線和壓縮曲線的圖表。
本發(fā)明的詳細(xì)說明
現(xiàn)在將參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。優(yōu)選實施例的描述 是示范性的，而并不是打算限制本發(fā)明的范圍。
在本文以及權(quán)利要求中所使用的
術(shù)語"單元"意圖包括術(shù)語"容器"和"色譜柱"，以及分離技術(shù)的從業(yè) 者所使用的任何其它結(jié)構(gòu)，以便通過將混合物與固體或液體交換介 質(zhì)，即所謂的填充床相接觸而實施分離,和/或反應(yīng),和/或催化，和/或從 混合物中提取成分。
術(shù)語"縱向流向"指在單元內(nèi)從入口朝向出口的流向。"縱向"一致 地用于指定通過單元的優(yōu)勢流路而不考慮方向。
術(shù)語"流連接系統(tǒng)"指在流體回路中連接兩點的通道或路徑系統(tǒng)。
術(shù)語"分配系統(tǒng)"指將流體引入單元中所流經(jīng)的結(jié)構(gòu)，并且術(shù)語" 收集系統(tǒng)"指用于從單元收集流體的結(jié)構(gòu)。
術(shù)語"沉積床高度"指當(dāng)色譜柱中的液體和介質(zhì)僅在重力的影響下 被容許沉積時而獲得的介質(zhì)粒子床的高度，這種介質(zhì)床被稱為"沉積床
術(shù)語"壓實床高度"指當(dāng)在色譜柱中形成介質(zhì)粒子床時，當(dāng)通過漿 料藉由以下方式施加流體流時而使?jié){料中的介質(zhì)粒子被迫沉積所獲
得的介質(zhì)粒子床的高度，l)將液體泵送入色譜柱中，2)將液體泵吸出 色譜柱，或者3)通過可動的轉(zhuǎn)接器的運(yùn)動(例如，下降)，其迫使液體 離開色譜柱，這種床被稱為"壓實床"。
術(shù)語"壓縮床高度"指當(dāng)壓實床已經(jīng)壓縮，例如通過與可動的轉(zhuǎn)接 器的接觸和進(jìn)一 步的運(yùn)動，或通過在比介質(zhì)床壓實時所使用的速率更 高的速率下泵送流體通過色鐠柱從而在色譜柱中獲得的介質(zhì)粒子床 的高度，這種床被稱為"壓縮床"。
7第 一 自動化色譜柱和介質(zhì)填充系統(tǒng)和方法
圖1顯示了第一自動化色譜柱和介質(zhì)填充過程的流程圖。在圖框 101中，在任何典型的層析介質(zhì)懸浮處準(zhǔn)備層析介質(zhì)。層析介質(zhì)還可 指凝膠、珠?；驑渲?。層析介質(zhì)的懸浮是在層析介質(zhì)的運(yùn)輸容器中(未 顯示)，通過典型的方法例如人工攪拌、機(jī)械攪拌、通氣、搖動或振動
或利用MEDIA WANDTM(其是由新澤西皮斯卡塔市的GE Healthcare 7>司制造的工具的GE的注冊商標(biāo))來完成的。MEDIA WANDtm是一 種堅固易用且被設(shè)計用于除去上層清液、添加水或緩沖劑、在運(yùn)輸容
WANDTM是一種在標(biāo)題為《用于在容器中形成一種層析介質(zhì)的均勻混 合物的方法和裝置》的美國專利申請中描述過的工具，該專利具有美 國專利申請?zhí)?1/669,347，并于2007年1月31提交，其通過引用而 結(jié)合在本文中。
接下來，在圖框101中，將懸浮的層析介質(zhì)從層析介質(zhì)的運(yùn)輸容 器泵至漿料箱301中(圖3)。漿料可利用典型的不損害珠粒的泵進(jìn)行抽 送，例如隔膜泵或旋轉(zhuǎn)式凸輪泵。這些典型的泵通常定位于層析介質(zhì) 容器和漿料箱301之間，或者可能結(jié)合在填充站如303(圖3)、或某些 另外的漿料處理裝置，如Media Handling Unit中，它是由新澤西皮斯 卡塔市的GE Hea他care公司制造的一種工具。MEDIA WANDtm和 Media Handling Unit ^皮設(shè)計成簡化大量介質(zhì)的處理，從而減少處理時 間和工作負(fù)荷。作為備選，漿料可以物理地從層析介質(zhì)的運(yùn)輸容器倒 出并經(jīng)由漿料箱頂端的開口而送入漿料箱301中(圖3)。包含于漿料內(nèi) 的層析介質(zhì)的量一般被稱為漿料的百分比，也被稱為漿料濃度。漿料 百分比和漿料濃度均反映了在總的漿料體積中的材料或固體(即凝膠、 層析介質(zhì)、珠粒、樹脂)的重力沉降體積(Vgs)。漿料濃度可以調(diào)整， 但在漿料總體積中的正常范圍是25%至75%的Vgs。當(dāng)漿料處于漿料 箱301中時，通過標(biāo)準(zhǔn)攪拌的方式保持其懸浮，從而確保是一種均質(zhì) 的懸浮物、漿料或分散液。在如上所述的漿料準(zhǔn)備完成之后，從采用有典型的取樣口 (其是漿
料箱的常見特征)的漿料箱301(圖3)中取走小的漿料樣本。作為備選，
也可通過簡單地舀出或通過典型的移液管而取出漿料的小樣本。從漿
料箱301取出的實際樣本體積典型地小于1升，但可能優(yōu)選小于色譜 柱304(圖3)的柱容積的0.1%。
接下來，在圖框103(圖l)中，通過以下任一種技術(shù)來確定漿料濃 度(SC):
1. 發(fā)生沉積，此情形容許漿料完全在重力的作用下沉降一段時 間，在此期間足以發(fā)生完全沉積。此時間段隨著所用層析介質(zhì)的類型 而變化，通常可在2至72小時之間變動。例如，從漿料箱301(圖3) 取出100毫升的樣本，將其放入100毫升的量筒中，并容許其在重力 下完全沉降或沉積。當(dāng)讀取量筒上的刻度標(biāo)記時，如果完全沉積床的 體積達(dá)到了 53毫升，那么該漿料濃度為53%。
2. 發(fā)生離心分離，此情形迫使?jié){料在離心力下沉降。例如，從漿 料箱301中取出IOO毫升樣本，并放入100毫升刻度的離心管中。然 后將該離心管放入離心機(jī)中，并在3000RPM的轉(zhuǎn)速下使離心機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 15分鐘。然后從離心機(jī)中取出該離心管，并依據(jù)離心管上的刻度標(biāo)記 來讀取沉積床的體積，如果讀數(shù)為53毫升，那么該漿料濃度為53%。
3. 發(fā)生過濾，此情形將漿料倒入到量筒中，或某些其它裝備了過 濾器的有刻度的容器中，其容許漿料中的液體排出而保留介質(zhì)粒子。 例如，從漿料箱301(圖3)取出100毫升的樣本，將其放入底部裝備有 過濾器或燒結(jié)物的100毫升的量筒中，并容許液體完全排出。當(dāng)讀取 改良的量筒上的刻度標(biāo)記時，如果沉積床的體積達(dá)到了 53毫升，那 么該漿料濃度為53%。
4. 其它利用諸如光散射、超聲和粒子計數(shù)器等此種原理或裝置的 手段或方法。例如，另一方法可以是過濾法，但液體并不排出色譜柱 的底部。在這種情況下， 一定量的漿料注入到色譜柱中，通過色譜柱 的低流速使介質(zhì)沉降。當(dāng)介質(zhì)床沉降，然后容許介質(zhì)床松弛特定的一
9段時間。介質(zhì)床的高度經(jīng)測量并與最初裝填的漿料高度有關(guān)。前述這
種過濾法在于2007年7月6日提交的題名為《漿料濃度的確定》的 瑞典專利局申請?zhí)枮?701671-0的瑞典專利申請中有更進(jìn)一步的描 述，其通過引用而結(jié)合在本文中。
接下來，在圖框105(圖l)中，確定色譜柱304(圖3)的柱容積(Vc)。 在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，通過將該色譜柱304(圖3)裝水然后排 出、收集并稱重，從而經(jīng)驗性地確定柱容積。在本發(fā)明的另一實施例 中，通過如下計算來確定色譜柱304(圖3)的柱容積Vc: Vc等于該色 i普柱的橫截面積Tir2乘以該色譜柱的高度(L):
Vc -兀r2 x L
色鐠柱中有待填充的層析介質(zhì)床的高度是一個定義明確的、與用 途有關(guān)并受控的參數(shù)，其通常在制造許可證中進(jìn)行規(guī)定而不能違背。 其典型地表示為在一定范圍之內(nèi)的一組數(shù)字。例如，對于特定應(yīng)用的 色譜柱床高度可能規(guī)定為20+/-2cm。
接下來，在圖框107中，確定壓縮系數(shù)(CF)。圖5顯示了針對色 譜柱中有待填充的層析介質(zhì)床的壓力-流量曲線和用于獲得壓縮系數(shù) 的壓縮曲線。當(dāng)在特定的床高度(即介質(zhì)床的底部和頂部之間的距離) 下在色譜柱中填充介質(zhì)時，層析介質(zhì)的壓縮率和當(dāng)液體^皮泵通過介質(zhì) 時可獲得的最大流率(流速)可如下進(jìn)行確定將一定體積的漿料(水或 其它液體和層析介質(zhì)的混合物,凝膠,樹脂等等)倒入或泵送到底部出口 關(guān)閉的色譜柱中，并容許其靠重力完全沉降。此沉降的層析介質(zhì)所占 體積;波限定為重力-沉積體積，并賦予符號Vgs。然后記錄這個沉積的 凝膠床的高度。在這個示例中，可將這個床的高度稱為"初始床高度"。 利用泵或另一流體傳送裝置或設(shè)備，可在逐漸升高的流率下泵流體通 過色譜柱。這持續(xù)到達(dá)到最大流速(也被稱為臨界流速)，在這點上， 不管如何努力再也不能獲得更高的通過凝膠床的流速。針對每個流率 值可記錄壓力(凝膠床對所應(yīng)用流的阻力)和床高度。 一般說來，應(yīng)用 于色譜柱的流率越高，壓力則越高，并且床高度越低。利用針對流率、壓力和床高度的記錄值，可構(gòu)造出兩個曲線
曲線l由線上的圓圈表示，其顯示了壓力和流速之間的關(guān)系；以
及
曲線2由線上的三角表示，其顯示了壓力和床高度之間的關(guān)系。
如可從圖5中看出，對于每個流速，都存在對應(yīng)的壓力和床高度。 因而，利用以下公式可推導(dǎo)出壓縮系數(shù)(CF):
CF^初始床高度)/ (流動后的床高度)
例如，這種層析介質(zhì)在最大流速下的壓縮率或壓縮系數(shù)(CF)可通 過34厘米的"初始床高度"除以27.7厘米的"最終床高度"來確定，即 34/27.7=1.23。圖5中的圖顯示了在55cm/h的流速下，這個特定凝膠 的壓縮系數(shù)為1.14。
另外，壓縮系數(shù)可看作色譜柱中層析介質(zhì)高度的減少量，其從層 析介質(zhì)或凝膠靠重力沉降(Vgs)時的初始值減'J、到當(dāng)層析介質(zhì)受到接 近于最大流速的流壓縮時的最終值。壓縮系數(shù)值不應(yīng)纟皮認(rèn)為是一個不 希望背離的固定值，而應(yīng)看作是一個范圍，在該范圍內(nèi)仍然可以達(dá)到 最佳的色譜柱性能。例如，如果層析介質(zhì)的壓縮系數(shù)為1.15，那么在 1.12至1.18的范圍內(nèi)仍然可以獲得最佳的色語柱性能。作為另 一示例， 如果層析介質(zhì)的壓縮系數(shù)為1.20,那么在1.16至1.24的范圍內(nèi)仍然 可以獲得最佳的色譜柱性能。
接下來，在圖框109中，計算填充色譜柱304(圖3)所需要的漿料 體積(Vs)。這是將適當(dāng)Vgs的漿料傳送到色譜柱304中，并且在所需 的壓縮系數(shù)范圍內(nèi)，將其壓縮到所確定的壓縮系數(shù)或所要求的壓縮系 數(shù)所需要的漿料體積，并且此漿料體積Vs可由手工進(jìn)行計算。在本 發(fā)明的另 一實施例中，填充所需要的漿料體積可由控制單元305或獨 立的計算機(jī)(未顯示)進(jìn)行計算?？刂茊卧?05(圖3)是一種典型的計算 機(jī)，其包含能夠基于方程來計算漿料體積的處理器。
作為一種典型的計算機(jī)，控制單元305包含如下標(biāo)準(zhǔn)部件處理 器、輸入/輸出(I/0)控制器、大容量存儲器、內(nèi)存、視頻適配器、連接接口和系統(tǒng)總線。大容量存儲器包括l.用于硬盤的讀取和寫入的硬 盤驅(qū)動器部件(未顯示)以及硬盤驅(qū)動器接口(未顯示)，2.磁盤驅(qū)動器(未 顯示)和硬盤驅(qū)動器接口(未顯示)，以及3.用于可移動光盤諸如 CD-ROM或其它光學(xué)介質(zhì)的讀取和寫入的光盤驅(qū)動器(未顯示)和光盤 驅(qū)動器接口(未顯示)。前述驅(qū)動器和其相關(guān)的計算機(jī)可讀介質(zhì)為控制 單元305提供了計算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊以及其它數(shù)據(jù) 的非易失性存^f渚。另外，前述驅(qū)動器還包括圖1中所描述的具有用于 第一 自動化色譜柱和介質(zhì)填充過程的算法的技術(shù)效果。該算法還可以 是圖1中所示過程的軟件或等式。參照圖4，控制單元405(圖4)與具 有前述驅(qū)動器的控制單元305等價，其包括圖2中所描述的具有用于 笫二自動化色譜柱和介質(zhì)填充過程的算法的技術(shù)效果。這種用于第二 自動化色譜柱和介質(zhì)填充的算法也可以是圖2中所示過程的軟件或等 式。
參照圖3,控制單元305包括用于控制色鐠柱304操作的硬件和 軟件。此外，控制單元305控制并與這種自動化色鐠柱填充中所使用 的所有設(shè)備單元進(jìn)行通訊，諸如閥、泵、空氣傳感器、壓力傳感器、 流量計等等。為了計算漿料體積(Vs),可使用以下等式
Vs= (Vc x CF)/Cs
漿料體積等于色語柱容積(Vc)乘以壓縮系數(shù)(CF)除以漿料濃度 (Cs)。在漿料箱301中準(zhǔn)備所需要的漿料體積，并可添加補(bǔ)充量的漿 料，以便將漿料箱301和色譜柱304之間包括填充站303和軟管的外 部體積考慮進(jìn)去。填充站303是一種典型的填充站，其包括傳送漿料 所需要的泵306和307以及閥308和309。
接下來，在圖框lll(圖l)中，填充站303(圖3)通過泵306(圖3) 和插入到填充位置的噴嘴311(圖3)而將液體從箱302中施加到色譜柱 304(圖3)中。當(dāng)色譜柱304裝填了液體時，空氣從其內(nèi)部經(jīng)由噴嘴312 排出，并通過空氣傳感器313(圖3)?？諝鈧鞲衅?13是一種連接到控 制單元305上并與之通訊的典型的空氣傳感器?？諝鈧鞲衅?13確定是否有空氣經(jīng)過它，并且這個能力用來確定何時色譜柱裝滿水，此時
控制單元305可以自動地繼續(xù)至下一 圖框。
在圖框113(圖l)中，控制單元305(圖3)控制填充站303，其中通 過使?jié){料從漿料箱301經(jīng)填充站303、噴嘴312和漿料管線再回到漿 料箱3(H中進(jìn)行循環(huán)的方式，控制單元305自動地用漿料灌注填充站 303、漿料管線、軟管和噴嘴312。通過使噴嘴312到達(dá)縮回或閉合位 置，使這種灌注動作發(fā)生，籍此在漿料入口(SIT)312a和廢漿料端口 (SOT)312b之間形成回路，其中這種漿料通過漿料入口(SIT)312a并擴(kuò) 散通過廢漿料端口(SOT)312b和相關(guān)的軟管而回到漿料箱301中。一 旦灌注完成，控制單元305自動地進(jìn)行到下一圖框。
在圖框115(圖l)中，與所有的關(guān)鍵部件相連并與其通訊的控制單 元305(圖3)執(zhí)行下列操作l)使流量計314置零，2)將噴嘴312定位 在填充位置或開啟位置，以允許向灌水的色譜柱304中運(yùn)送漿料，3) 通過操作閥310而打開色鐠柱的底部出口 ，和4)啟動填充泵306(圖3)， 其將層析介質(zhì)傳送到色譜柱304中。這樣，就開始了色譜柱的填充。
在圖框117(圖l)中，連接在流量計314上并與其通訊的控制單元 305(圖3)，控制流量計314以監(jiān)測泵到色譜柱304中的漿料體積，其 中流量計314將監(jiān)測到的泵到色譜柱304的漿料體積傳遞給控制單元 305。
接下來，在圖框119(圖1)中，當(dāng)所監(jiān)測到的泵到色譜柱304中的 漿料體積測量值等于圖框105(圖l)中所確定的預(yù)先計算的漿料量(Vs) 時，控制單元305(圖3)中的處理器自動地終止色譜柱304的填充。然 后控制單元305執(zhí)行下列動作1)停止填充泵306， 2)縮回或關(guān)閉噴嘴 312，和3)通過操作閥310而關(guān)閉色譜柱304的流動相入口/出口 。在 本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，泵到色譜柱304中的漿料體積可通過控 制單元305和漿料箱301之間的連接和通訊進(jìn)行監(jiān)測，漿料箱301本 身可在內(nèi)部或者外部裝備體積測量裝置。在本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例 中，泵到色譜柱304中的漿料體積可以通過控制單元305和漿料箱301
13所放置于其上的秤之間的連接和通訊進(jìn)行監(jiān)測。 第二自動化色譜柱和介質(zhì)填充系統(tǒng)和方法
圖2A和2B顯示了第二自動化色譜柱和介質(zhì)填充過程的流程圖。 這個流程圖包括圖框201至211(圖2A),其中這些過程等同于圖框101 至lll，并已有所描述，所以這里將不再公開這些圖框的描述。
在圖框213中，與所有的關(guān)鍵部件相連并通訊的控制單元405(圖 4),其通過機(jī)械、電動或液壓裝置而使轉(zhuǎn)接器407向下移動到其能到 達(dá)的最低位置點，在該位置，在色譜柱404中要么保留著用于灌注的 已知體積的液體，要么在色譜柱404中根本沒有保留液體。
在圖框215(圖2)中，與所有的關(guān)鍵部件相連并與其通訊的控制單 元405(圖4)執(zhí)行下列操作l)定位或打開介質(zhì)閥(也稱為噴嘴、漿料閥 或漿料端口)406,其容許向灌水的色譜柱404中(圖4)運(yùn)送漿料，2)通 過機(jī)械、電動或液壓裝置使轉(zhuǎn)接器407(圖4)向上移動?？刂茊卧?05 與上述控制單元305等同，因此在此不做描述。當(dāng)轉(zhuǎn)接器407移動時， 通過噴嘴406將漿料從漿料箱401 (圖4)吸入到色譜柱404中。如果需 要，通過箱401中的正壓力可有助于將漿料吸入色譜柱404中的這種 工藝，其本質(zhì)上是以類似注射器的方式操作?？刂茊卧?05通過標(biāo)準(zhǔn) 的機(jī)械、電動或液壓裝置(未顯示)來監(jiān)測轉(zhuǎn)接器的高度，并且當(dāng)轉(zhuǎn)接 器407移動到與填充所需要的預(yù)先計算的漿料體積(Vs)相對應(yīng)的高度 時，停止轉(zhuǎn)接器407,此時已經(jīng)將等于Vs體積的漿料傳送到色譜柱中。
接下來，在圖框217(圖2A)中，控制單元405(圖4)通過內(nèi)部泵或 外部泵(未顯示)促使水或者緩沖劑以預(yù)定的流率經(jīng)由色譜柱流動相端 口 408和409(圖4)而從箱402被泵入色譜柱404(圖4)中。層析介質(zhì)在 此刻以漿料的形式位于色譜柱404中，其在此流量之下得到壓實，并 且控制單元405繼續(xù)施加流通過色i普柱404直至^h質(zhì)床得以壓實，并 且在可動的轉(zhuǎn)接器407和層析介質(zhì)床之間產(chǎn)生水層(間隙)并使之穩(wěn)定。
接下來，在圖框219(圖2A)中，要么在1)當(dāng)可動的轉(zhuǎn)接器407以 類似注射器的方式下降時，監(jiān)測從色譜柱404排出的經(jīng)過流動相端口408或409的液體體積之后，要么2)通過監(jiān)測可動的轉(zhuǎn)接器407的高 度，控制單元405使可動的轉(zhuǎn)接器407(圖4)自動地下降到層析介質(zhì)床 的頂端。
接下來，在圖框221(圖2B)中，要么在1)當(dāng)可動的轉(zhuǎn)接器407以 類似注射器的方式下降時，監(jiān)測從色語柱404排出的經(jīng)過流動相端口 408或409的液體體積之后，要么2)通過監(jiān)測可動的轉(zhuǎn)接器407的高 度，控制單元405使可動的轉(zhuǎn)接器407(圖4)自動地進(jìn)一步下降，從而 將層析介質(zhì)壓縮到預(yù)定的和要求的壓縮系數(shù)。
接下來，在圖框223(圖2B)中，當(dāng)達(dá)到最佳高度時，控制單元 405(圖4)自動地終止色譜柱404的填充。當(dāng)移動的轉(zhuǎn)接器407從色譜 柱404中置換了與轉(zhuǎn)接器407的初始高度(在圖框215終止時的高度) 和轉(zhuǎn)接器407的最終高度之間的差值相等的液體體積時，產(chǎn)生最佳高 度，該值對于控制單元405是已知的，并通過流量計(未顯示)以與前 述方法類似或相同的方式進(jìn)行監(jiān)測。在本發(fā)明的另一實施例中，當(dāng)連 接在控制單元405上并與之通信的床高度讀數(shù)裝置或任何其它能確定 轉(zhuǎn)接器位置的裝置(未顯示)到達(dá)與所期望的最終柱填充高度相等的值 時，控制單元405自動地終止色譜柱404的填充，該高度具有控制單 元405已知的值。
在本發(fā)明的另一實施例中，起始于圖框217并終止于圖框223, 通過標(biāo)準(zhǔn)操作，機(jī)械地、電動地或液壓地移動轉(zhuǎn)接器407，并通過打 開流動相端口 408或流動相端口 409直到達(dá)到要求的壓實程度，可完 成色譜柱404中的層析介質(zhì)的壓實。如果這個實施例成為執(zhí)行自動化 填充過程的選擇才莫式，那么可以跳過圖框219,并且自動化填充過程 可以繼續(xù)通過圖框221,并自動地終止于圖框223，如上面所述。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，起始于圖框217并終止于圖框 223,通過標(biāo)準(zhǔn)操作，機(jī)械地、電動地或液壓地移動轉(zhuǎn)4妄器407,并通 過打開流動相端口 408或流動相端口 409直到達(dá)到要求的壓實和壓縮 程度，可在單個步驟中完成壓實和后續(xù)的壓縮。如果這個實施例是執(zhí)行自動化填充過程的選擇才莫式，那么可以跳過圖框219和圖框221， 并且自動化填充過程可直接繼續(xù)至并自動地終止于圖框223中，如上 面所述。
本發(fā)明提供了 一種通過傳送預(yù)先計算的漿料體積而填充色譜柱 的完全自動化的系統(tǒng)和方法。用戶能夠基于確定漿料濃度、確定柱容 積和確定壓縮系數(shù)而填充色譜柱。這些確定的參數(shù)使用戶能夠計算在 特定的床高度下填充特定的色譜柱所需要的漿料體積。 一旦已經(jīng)做出 這些確定并輸入到控制所有柱填充系統(tǒng)的關(guān)鍵部件的控制單元、計算 機(jī)或類似計算機(jī)的處理器中時，控制單元就可以完全自動且不需任何 千預(yù)(即便是來自用戶的協(xié)助)的方式執(zhí)行柱填充過程。在柱填充過程 期間，沒有人的干預(yù)和/或協(xié)助可確保減少與這種干預(yù)和/或協(xié)助有關(guān) 的所有錯誤，并提供精確且可重現(xiàn)的色譜柱的填充。因而，本發(fā)明為 用戶提供了 一種在色譜柱中填充層析介質(zhì)的自動化方法，其可防止色 譜柱受到不良填充。
雖然已經(jīng)通過實施例的例子來說明本發(fā)明，其中色譜柱是圓柱形 的，并具有固定的直徑，這使得圓柱容積和床高度之間存在線性關(guān)聯(lián)， 但是還可想到修改本發(fā)明以應(yīng)用于其它非線性相關(guān)的色譜柱的形狀。
即使上面已經(jīng)以特定的實施例描述了本發(fā)明，但是在不脫離權(quán)利 要求所闡明的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，本領(lǐng)域中的技術(shù)人員將輕而易 舉地對本發(fā)明做出許多修改和變化。
1權(quán)利要求
1.一種用于自動化填充色譜柱的方法，其包括確定層析介質(zhì)的漿料濃度；確定至少一個色譜柱的柱容積；確定所述至少一個色譜柱中的層析介質(zhì)的壓縮系數(shù)；基于所確定的所述柱容積、所確定的所述壓縮系數(shù)和所確定的所述漿料濃度計算漿料體積；在漿料箱中配置所計算的體積的漿料；為所述至少一個色譜柱確定位置，以便將所計算的體積的漿料傳送和填充到所述至少一個色譜柱中；監(jiān)測所計算的體積的漿料向所述至少一個色譜柱中的傳送；且當(dāng)所計算的體積的漿料等于所確定的柱容積時，自動地終止將所計算的體積的漿料向所述至少一個色譜柱的傳送。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述監(jiān)測包括 提供流量計以讀取與所述所計算的漿料體積相等的值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括 將液體施加于所述至少 一個色譜柱中。
4. 一種用于自動化填充色譜柱的方法，其包括 確定層析介質(zhì)的漿料濃度；確定至少 一個色譜柱的柱容積；為所述層析介質(zhì)確定在所述至少一個色譜柱中的壓縮系數(shù)； 基于所確定的所述柱容積、所確定的所述壓縮系數(shù)和所確定的所述漿料濃度計算漿料體積；在漿料箱中配置所計算的體積的漿料； 將所述至少一個色鐠柱的可動的轉(zhuǎn)接器定位在較低位置； 定位或打開介質(zhì)閥，其容許將所計算的體積的漿料傳送到所述至少一個色語柱中；壓實所述層析介質(zhì)；自動地使所述可動的轉(zhuǎn)接器下降，從而將所述層析介質(zhì)壓縮到所述所確定的壓縮系數(shù)；以及當(dāng)達(dá)到最佳的柱床高度時，自動地終止所述至少一個色譜柱的填充。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述可動的轉(zhuǎn) 接器置換了與所述轉(zhuǎn)接器的初始高度和所述可動的轉(zhuǎn)接器的最終高 度之間的體積差相等的體積的液體時，就產(chǎn)生了所述最佳的柱床高度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述介質(zhì)閥來自 于由噴嘴、漿料端口和漿料閥組成的組。
全文摘要
本發(fā)明提供了全自動無手工的色譜柱填充方法，其通過傳送預(yù)先計算的漿料體積并使用兩種不同的填充形態(tài)，以便1)當(dāng)該漿料體積已經(jīng)傳送到色譜柱中時，或者2)當(dāng)轉(zhuǎn)接器移動到與預(yù)先計算的體積相對應(yīng)的床高度時停止填充。這樣，色譜柱可以完全自動化的方式進(jìn)行填充，并且這種色譜柱1)是穩(wěn)定的，并且2)具有需要的性能特征。
文檔編號B01D15/08GK101622044SQ200880007080
公開日2010年1月6日 申請日期2008年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月6日
發(fā)明者A·M·威廉斯, A·卡萊特斯基, D·戈, J·戴維斯, K·泰勒, K·達(dá)姆布萊夫, S·R·米勒 申請人:通用電氣醫(yī)療集團(tuán)生物科學(xué)公司