自支撐模組化色譜柱及其用途
【專利摘要】本發明揭示了一種自支撐模組化色譜柱及其用途。該模組化色譜柱系由多個包含固定相填料的盤子堆疊而成，所述盤子是通過在固定相填料里加入粘結劑和熒光劑，經干燥、燒結或聚合等方式凝固成形，然后打磨成圓盤等規范形狀，形成獨立、自支撐式的圓盤，進而將這些圓盤堆疊起來，構成模組化色譜柱。該方案可以很便捷地觀察混合物各成分在色譜柱里的分離情況，一旦達到所需的分離程度，就可以拆開色譜柱，通過橫向洗脫和收集，快速獲得分離后的成分，從而縮短洗脫時間、減少洗液用量。
【專利說明】自支撐模組化色譜柱及其用途
【技術領域】
[0001]本發明涉及對自然界天然存在的動物、植物、微生物及其代謝產物的某些化學成分，以及人類在各類生產加工、科學研究過程形成的各種有機混合物，進行分離或提純所采用的方法和儀器，尤其涉及色譜法和色譜儀，屬于有機混合物分離與提純【技術領域】。
【背景技術】
[0002]色譜法(Chromatography)又稱“色層法”、“層析法”，是用于分離多組分有機混合物的一種高效分離技術。1906年,俄國植物學家茨維特(Mikhail Tsvet)首創了這種分離技術，他把植物葉綠體色素的石油醚浸潰液倒入一根裝有碳酸鈣吸附劑的細直玻璃柱中，再加入純石油醚，任其自由流下，原混合物開始被分離成不同顏色的譜帶(即植物色素的分離)，且以不同速度過柱子，然后按譜帶顏色對混合物進行鑒定分析。當時，茨維特把這種分離結果稱為色譜圖，把這種分離方法命名為色譜法。一百多年來，色譜理論逐步建立和發展，色譜分離技術已逐步實現儀器化、自動化、高速化，并從分離手段發展到分析手段，應用范圍不斷擴大。雖然色譜分離的對象早已不限于有色物質，但“色譜法”這一名稱一直被沿用。
[0003]從原理角度看，色譜法是基于混合物各個組分在兩相(固定相和流動相)之間的不均勻分配而進行分離的一種方法。不均勻分配的先決條件，是各個組分對兩相親和力的不同和向兩相不均勻分配的可能性。在流動相的推動下，由于混合物中各組分對兩相的親和力有差異，它們穿過固定相的流動速度(或在固定相中的滯留時間)就不同，從而得到分離。根據其分離原理，有吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜等方法。從應用角度看，色譜技術在研究天然有機化合物中有著廣泛應用。動物、植物、微生物及其代謝產物中的某些化學成分，是天然藥物和天然食品添加劑的重要來源，對它們的組分結構與生理活性關系的研究以及對天然物質的綜合利用，是當今極具潛力的研究課題，并要求對自然資源的研究與開發向深入化、快速化、微量化方向發展，以獲取安全無毒高效的天然有效成分服務于人類。色譜技術正符合這種要求，在分離混合物、精制化合物、鑒定化合物等多方面得到了廣泛應用。隨著色譜理論和電子學、光學、計算機等技術的綜合應用，新的色譜技術也在不斷出現和發展，色譜技術在精細化工和高分子材料領域中也已得到很好的應用。
[0004]目前，色譜法都是從色譜柱一端進樣，采用適當的溶劑進行洗脫，把混合物中的不同物質從色譜柱一端洗脫到另一端，然后依次收集。這種方法洗脫時間較長，溶劑用量大，收集時需要較為昂貴的餾分收集設備。特別是對于粗分比較復雜的化學單體成分的混合物，例如天然植物提取物，或者精分成分較少的化學混合物，上述方法顯得很不經濟。因此，需要對現有的色譜柱進行改進，以期獲得更好的應用效果。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種自支撐模組化色譜柱，以及應用它對有機混合物進行分離和提純的具體使用方法，一旦混合物的成分在該色譜柱的各個分離模塊當中分開，就可以通過橫向洗脫和收集，快速獲得分離后的成分，從而縮短洗脫時間、減少洗液用量。
[0006]本發明技術解決方案是:一種自支撐模組化色譜柱，由多個包含固定相填料的盤子堆疊而成，所述盤子是通過在固定相填料里加入粘結劑經過干燥、燒結或聚合之后凝固成形，必要情況下可以進一步打磨。
[0007]優選地，上述自支撐模組化色譜柱當中，在加壓進樣和洗脫的場合，比如:亞臨界或超臨界流體需要用壓力來推動溶劑，用耐化學溶劑的惰性膜纏繞在由盤子疊成的色譜柱外周圍。這樣，在加壓進樣和洗脫時，能夠在色譜柱外周圍加壓，該壓力高于進樣和洗脫壓力，保證溶劑從一端沖洗到另一端，而不會從色譜柱外周圍滲漏。
[0008]更優選地，上述自支撐模組化色譜柱當中，所述粘結劑是水制劑或有機溶劑制劑，固定相填料里加入該水制劑或有機溶劑制劑，經干燥后成形；或者，所述粘結劑是固體制齊U，固定相填料里加入該固體制劑，經燒結后成形；或者，所述粘結劑是單體制劑，固定相填料里加入該單體制劑，通過加熱、紫外光誘導或化學作用而產生聚合反應之后而成形。具體來說，所述制劑包括但不限于是硫酸鈣、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸。
[0009]再優選地，上述的自支撐模組化色譜柱，所述盤子的形狀為圓盤；并且，可以先由I個或幾個盤子疊在一起形成3?30個單個模組，然后再由各個模組依次堆疊構成色譜柱；而且，為便于觀察，所述盤子在凝固成形之前還加入了熒光劑。
[0010]以上任意一種自支撐模組化色譜柱，可用于分離有機混合物:首先，將待處理的混合物溶于合適的溶劑，然后以干法的方式，即:把需要分離的混合物溶于合適的溶劑，形成的溶液加至一個圓盤，再讓溶劑揮發至完全干燥，從該模組化色譜柱的一端進樣；接著，以與固定相吸附性能相反的正相或反相溶劑、亞臨界或超臨界流體作為洗液，從色譜柱的進樣端進行洗脫。采用亞臨界或超臨界流體作為洗液時，需要外壓推動溶劑，此時，可以用耐化學溶劑的惰性膜纏繞在由盤子疊成的色譜柱外周圍，以保證進樣和洗脫順利進行。當流動相從進樣一端洗脫到另一端時，停止洗脫，從各連接部位將該模組化色譜柱拆卸開，再用溶劑個別地沖洗單個模組或各個盤子，干燥后獲得分離后的個別組分。
[0011]上述應用過程中，在第一輪洗脫完成之后，可以將個別模組再組裝于新的模組化色譜柱上，更換另一種更合適、分離效率更高的洗液再次洗脫。該過程可重復多次(相當于“多維色譜”)，直至分離效果達標之后，再用溶劑個別地沖洗分離模塊，干燥后獲得所需組分。而且，洗脫所用的洗液當中可以添加助溶劑，以提高洗脫效率。
[0012]本發明突破現有技術關于色譜法所用固定相的統統概念，將其加工成一個個獨立式、自支撐的圓盤，然后再由這些圓盤堆疊組裝，構成一種自支撐圓盤式模組化色譜柱，并用于對有機混合物的成分分離。一旦混合物的成分在這種模組化色譜柱的各個分離模塊當中分開，就可以將色譜柱拆分開來，然后對各個分離模塊進行洗脫和收集，從而快速獲得所需要的分離后的成分。
[0013]與常規的色譜法相比，本發明操作簡易，可以大大節省溶劑或洗液的用量，洗脫更加簡便快捷，且，不需要昂貴的餾分收集設備。當只需要分離獲得混合物當中少數組分時，只要對這幾個組分所在的少數幾個分離模塊進行洗脫，溶劑用量少，能在較短時間內干燥，進而快速獲得目標成分。
[0014]本發明既適用于粗分天然植物提取物等成分比較復雜的有機混合物，也可以精分成分較少的有機混合物，還適用于分離目標成分比較明確的有機混合物，對于天然物的提取、已知混合物的分離，或者未知混合物的科研與生產等，都是一種很好的技術解決方案。
【具體實施方式】
[0015]本發明針對現有色譜柱皆為一根完整的柱子、在一些使用場合不夠迅速、不夠經濟的缺陷，提出了一種自支撐模組化色譜柱。采用這種模組化色譜柱，可以很便捷地觀察混合物各成分在色譜柱里的分離情況，一旦達到所需的分離程度，就可以拆開色譜柱，通過橫向洗脫和收集，快速獲得分離后的成分，從而縮短洗脫時間、減少洗液用量。
[0016]根據本發明技術方案，先在所選用的固定相(既可以是正相，如:硅膠；也可以是反相，如:碳18)里加入粘結劑，并且，選擇性加入熒光劑，經過干燥、燒結或聚合之后凝固成形，打磨之后形成獨立、自支撐式的盤子，然后將這些盤子堆疊起來，構成模組化色譜柱。堆疊時，也可以先由I個或幾個盤子疊在一起形成單個模組，然后再由各單個模組依次堆疊構成色譜柱。
[0017]根據粘結劑的種類不同，盤子的制備方法有多種。當粘結劑是水制劑或有機溶劑制劑時，固定相填料里加入該水制劑或有機溶劑制劑，經干燥后成形，再進一步打磨；若粘結劑是固體制劑，如:硫酸鈣、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸等，則在固定相填料里加入該固體制劑，經燒結后成形；粘結劑還可以是單體制劑，在固定相填料里加入該單體制齊U，通過加熱、紫外光誘導或化學作用，使之產生聚合反應進而固化成形。
[0018]以下是盤子的幾個具體制備例:
(1)把適合和適量的固定相，加入適合和適量的玻璃粉和液體(例如水或乙醇)得懸浮液，把懸浮液徹底攪拌，讓液體慢慢蒸發，然后把這混合物放進烘箱(750 0C )內燒結，燒結后變為盤子，盤子可磨成適當的形狀(例如圓盤);
(2)把適合和適量的固定相，添加適合和適量的熒光劑，再加入適合和適量的玻璃粉和液體(例如水或乙醇)，得懸浮液，把懸浮液徹底攪拌，讓液體慢慢蒸發，然后把這混合物放進烘箱(750°C)內燒結，燒結后變成有熒光劑的盤子，盤子可磨成適當的形狀(例如圓盤)；
(3)把適合和適量的固定相，加入適合和適量的黏結劑(例如聚丙烯酸，水玻璃)和液體(例如水或乙醇)，得懸浮液，把懸浮液徹底攪拌，讓液體慢慢并徹底地蒸干，固化后變為盤子，盤子可磨成適當的形狀(例如圓盤)；
(4)把適合和適量的固定相，添加適合和適量的熒光劑，再加入適合和適量的黏結劑(例如聚丙烯酸，水玻璃)和液體(例如水或乙醇)，得懸浮液，把懸浮液徹底攪拌，然后讓液體慢慢并徹底地蒸干，固化后變成有熒光劑的盤子，盤子可磨成適當的形狀(例如圓盤)。
[0019]根據本發明技術方案，自支撐模組化色譜柱當中盤子的使用數量不受限制，其具體用量應根據使用場合及分離要求而定，少則3?5塊，多則20?30塊；而且，各個盤子的規格直徑、厚薄高低，既可以相同也可以不同，只要能夠便于組裝。組裝形成的模組化色譜柱，適用于:粗分比較復雜的化學單體成分的混合物，例如天然植物提取物，或者精分成分較少的有機混合物，或者用于分離目標成分比較明確的有機混合物。
[0020]其基本過程是:先將待處理的混合物溶于合適的溶劑，然后從該模組化色譜柱的一端進樣；接著，以與固定相吸附性能相反的正相或反相溶劑、亞臨界或超臨界流體作為洗液，從色譜柱的進樣端洗脫，當流動相從進樣一端洗脫到另一端時就可以停止洗脫，然后從各連接部位將該模組化色譜柱拆卸開，用溶劑個別地沖洗每一個分離模塊，干燥后獲得分離后的個別產品。另外，還可以采用“過柱干法上樣”的方式進行進樣和洗脫:首先是拌樣，把待處理的混合物溶于合適的溶劑形成溶液，然后把該溶液加至一個預成型的圓盤上面，再讓溶劑揮發至完全干燥，使樣品吸附在該圓盤上；接著，將帶有樣品的這塊圓盤作為自支撐圓盤式模組化色譜柱進液端的圓盤，再用洗液對其進行洗脫分離。洗脫過程中，洗液當中還可以加入助溶劑。
[0021]根據所使用的流動相的具體情況，系統洗脫可利用重力作用(Gravity)、毛細管的吸引力(Capillary attraction)等方式,在加壓或不加壓的情況下推動流動相進行洗脫。具體來講，利用重力方式時，進樣后，流動相從頂部到底部洗脫；利用毛細管的吸引力時，進樣后，流動相從底部向頂部洗脫。加壓情況下，用耐化學溶劑的惰性膜纏繞在由圓盤疊成的色譜柱外周圍，露出兩端，然后徑向加壓(radial compression to add pressure),然后利用壓力把流動相從進樣的一端洗脫到另一端，相當于超壓薄層色譜(Overpressure thinlayer chromatography)原理。而且,洗脫過程也可適用多維液相法，當完成第一輪洗脫各個模組分開之后，個別模組或圓盤可以安裝于新一列組合模組上，更換另一種更合適、分離效率更高的流動相再次洗脫。上述過程可以重復幾次，直至需要分離的產品達到理想的純度。這種重復過程更加接近于移動床色譜法的理想概念。
[0022]洗脫完成之后，可以逐次或多次合在一起檢測分離效率。當固定相當中不含熒光劑時，可以使用FID掃描、IR掃描、質譜掃描，或者洗脫后再檢測；當固定相當中含有熒光劑時，只要用紫外線光燈照射色譜柱，在合適的波長條件下，就可以觀察到混合物的分離程度，看到紫外活躍(UV active)化合物位于哪一個分離模塊里。
[0023]若分離程度理想，可以立即使用溶劑把紫外活躍(UV active)化合物從分離模塊里沖洗下；若分離程度不理想，可以用更多分離模塊把色譜柱延長，繼續洗脫，直到分離程度理想。或者，把有紫外活躍化合物的分離模塊安裝于新一列模組化色譜柱上，更換另一種更為合適、分離效率更高的流動相繼續洗脫，直至達到理想的分離效果。當然，若目標組分是非紫外活躍化合物，參照以上方法實施即可。
[0024]綜上所述，本發明揭示了一種自支撐模組化色譜柱，尤其是一種自支撐圓盤式模組化色譜柱，以及應用它對有機混合物進行分離和提純的具體使用方法。利用本發明技術方案，一旦混合物的成分在這種模組化色譜柱的各個分離模塊當中分開，就可以將色譜柱拆分開來，然后對各個分離模塊進行洗脫和收集，從而快速獲得所需要的分離后的成分。
[0025]與常規的色譜法相比，本發明操作簡易，可以大大節省溶劑或洗液的用量，洗脫更加快速，且，不需要昂貴的餾分收集設備。當只需要分離獲得混合物當中少數組分時，只要對這幾個組分所在的少數幾個分離模塊進行洗脫，溶劑用量少，能在較短時間內干燥，進而快速獲得目標成分。
[0026]本發明既適用于粗分天然植物提取物等成分比較復雜的有機混合物，也可以精分成分較少的有機混合物，還適用于分離目標成分比較明確的有機混合物，對于天然物提取、已知混合物分離，或者未知混合物的科研與生產等，都是一種很好的技術解決方案。當然，以上所述僅是應用本發明技術方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術方案，均落在本發明要求保護的范圍之內。
【權利要求】
1.一種自支撐模組化色譜柱，其特征在于:該模組化色譜柱系由多個包含固定相填料的盤子堆疊而成，所述盤子是通過在固定相填料里加入粘結劑經過干燥、燒結或聚合之后凝固成形。
2.根據權利要求1所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:在加壓進樣和洗脫的場合，用耐化學溶劑的惰性膜纏繞在由盤子疊成的色譜柱外周圍。
3.根據權利要求1或2所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述粘結劑是水制劑、有機溶劑制劑、固體制劑或單體制劑。
4.根據權利要求3所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述制劑是硫酸鈣、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸。
5.根據權利要求1或2所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述盤子的形狀為圓盤。
6.根據權利要求1或2所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:先由I個或幾個盤子疊在一起形成單個模組，然后再由各個模組依次堆疊構成色譜柱。
7.根據權利要求6所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述單個模組的數量為3?30個。
8.根據權利要求1或2所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述盤子在凝固成形之前還加入了熒光劑。
9.權利要求1?8所述任意一種自支撐模組化色譜柱的用途，其特征在于:用于分離有機混合物，首先，將待處理的混合物溶于合適的溶劑，然后從該模組化色譜柱的一端進樣，接著，以與固定相吸附性能相反的正相或反相溶劑、亞臨界或超臨界流體作為洗液，從色譜柱的進樣端進行洗脫，當流動相從進樣一端洗脫到另一端時，停止洗脫，從各連接部位將該模組化色譜柱拆卸開，再用溶劑個別地沖洗單個模組或各個盤子，干燥后獲得分離后的個別組分。
10.根據權利要求9所述的自支撐模組化色譜柱的用途，其特征在于:第一輪洗脫完成之后，將個別模組再組裝于新的模組化色譜柱上，更換另一種更合適、分離效率更高的洗液再次洗脫；該過程可重復多次，直至分離效果達標之后，再用溶劑個別地沖洗分離模塊，干燥后獲得所需組分。
11.根據權利要求9所述的自支撐模組化色譜柱的用途，其特征在于:所述洗脫過程中，洗液當中加有助溶劑。
【文檔編號】B01D15/42GK103752039SQ201410006266
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月7日 優先權日:2014年1月7日
【發明者】朱惠霖 申請人:南京諾云生物科技有限公司