專利名稱：用于高效的一次性的色譜柱的端帽裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低成本的可再使用的端帽，該端帽用于一次性色譜柱
(chromatographic column )或固相提取筒，并同時提供了柱的密封和軸向壓 縮。軸向壓縮消除了在柱內可能形成的處于介質的頂部和流體分配盤之間任 何空間。本發明還涉及一種采用該端帽的高效的一次性的色譜柱。端帽裝置 是的獨立的，且不需要修改與其一起使用的注射器類型的柱。這允許其可重 復用于低成本的一次性的柱，因而降低了每次使用的成本。
背景技術：
眾所周知，為了用于色語柱以提供較好的分離效率，對于在色譜填充物 層的入口端處的流體分配裝置，重要的是緊密接觸均勻越過其表面的所述填 充物，從而避免任何無用空間。這可通過提供施加外部軸向力于支撐流體分 配盤的裝置上的一些裝置而實現。同時容易注意到，重要的是保證分配盤和 色譜柱的壁之間的良好的密封，使得載送將被分離或凈化的物質的流體被向 柱下擠壓，并且在分配盤的周圍不滲漏。
已經公開了許多在柱內施加軸向壓力的裝置，該柱由終端用戶裝填。其 中的一些裝置完全地依賴于手施加的壓力或活塞的手動定位，以結合復雜的 裝置確保分配盤和色譜介質的頂部之間的良好接觸，這些復雜裝置的目的是 在因此定位的分配盤的側部和色譜柱的壁之間建立高壓密封。這些系統的例 子可在美國專利No. 4797209和美國專利No. 5324426中找到。
其它的裝置使用長活塞，其具有入口或出口流體分配盤。這允許使用具 有各種量的色譜填充物的單獨柱，但也需要使用與柱自身一樣長的活塞。當 準備一完全裝填的柱時，它們將突出到柱外。活塞在期望位置處的固定可通 過各種方式實現。例如， 一些使用實心螺紋軸，以定位流體分配盤和柔性管 道，從而把要被凈化的液體混合物供應到柱的入口 (美國專利No. 4891133 )。 替換地，通過螺紋活塞內的開口，流體可被引入到柱的頭部。這樣的活塞可 具有內螺紋，其可通過繞柱的外側上的外螺紋旋轉而定位，如美國專利No，
4655917,這樣的活塞或可具有活塞上的外螺紋和加工到一些連接到色譜柱 的頂部上的裝置的內螺紋。
此外， 一些系統^^用來自液體或氣體的壓力，以實現活塞的軸向運動， 該活塞允許保持色譜填充物層上的恒定壓力，使得其在色譜操作期間可膨脹 或收縮。這樣的系統已經在美國專利No. 4597866和美國專利No. 5021162 中公開。此實現需要相當復雜的液壓系統。
目前為止所公開的所有系統需要復雜的裝置和/或色譜柱自身的螺紋，其 成本使得它們不適合于單獨用于一次性類型的應用。此外，流體分配盤總是 活塞的整體部分。
已經開發了其它類型的柱，其目的是降低器件的成本。例如，色譜介質 可裝填在塑料管道內，這限制它們用于低壓應用中，例如固相提取。在一些 情況下，端帽永久地密封在管道的頂部，且從Analogix公司可買到。在另一 例子中，端帽中的突起卡扣在柱上的相應特征上，如美國專利No. 6565745 所述。盡管這些方法符合應用中的低成本需求，但其不允許柱或端部件的多 次使用，因為這兩個永久地連接，其也不能提供介質層的任何軸向裝填。此 外，對于高壓或流動操作，在樹脂層的頂部處缺乏密封機構。提供樹脂層的 軸向壓縮的一次性系統已經在美國專利No. 4439593中進行了公開。然而， 該特別系統需要色譜儀器施加壓力以保持組件在一起，實現防滲漏系統，并 通過端帽提供徑向壓縮。此配置打算主要用于自動設備。
其它相似類型的裝置和機構在下列專利中進行了公開美國專利號 3440864、 3904527、 4283280、4451363 、4758346、 5188730、 5227059和5879634。
一次性色譜柱或固相提取(SPE)筒通常在標準注射器體中被提供。通 過在層的頂部和底部處插入液體分配盤或"熔接盤(frit)",填充物包含到注 射器的主體內。這樣裝填的注射器是可得到的，例如來自丄T Baker的 Bakerbond SPE或Bakerbond Speedisk或Bakerbond OneShot商品，或來自 Waters Corporation的Oasis或Sep-Pak商品。由于各種原因，層的部分干燥、 機械震動、振動等，顆粒的設置可出現導致儲存或運輸期間在填充物和熔接 盤之間具有空隙的情況。
因而，需要一種改善一次性低壓色譜柱和固相提取筒的性能的低成本裝置。
發明內容
根據本發明，提供了一種低成本的可再使用的端帽，該端帽用于一次性 色譜柱或固相沖是取筒，并同時提供了柱的密封和軸向壓縮，并且本發明還提 供了采用該可再使用的端帽的色譜柱和固相提取筒。當此后使用術語"色譜
柱(chromatography column)"時，意味著包括色譜柱本身和固相提取筒這 兩者。
本發明的打算用于一次性色譜柱主體的低成本可再使用的端帽包括活 塞，該活塞具有外部形成有螺紋的上部、和直徑比所述上部小且用于插入到 所述色譜柱主體的入口端中的下部。在所述活塞的下部上具有環狀凹槽，且 該環狀凹槽具有位于所述凹槽中的密封件。通孔或導管穿過所述活塞的上部 和下部延伸，用于接收并提供液體到熔接盤和在所述色譜柱主體的室內的色 譜介質。在端帽內與所述活塞相關聯的是保持器，該保持器具有第一端和第 二端，且具有從所述保持器的第一端延伸到第二端的開口。在所述第一端處 所述開口被設定大小，以緊貼地在所述色譜柱主體的外壁上滑動并與其配 合。環狀肩部或唇部位于所述保持器的第一端和第二端之間，并在所述保持 器的第一端處鄰接所述開口 ，所述環狀肩部或唇部接收并支撐從所述色譜柱 主體的入口端延伸的環狀凸緣。所述保持器內的開口在保持器的第二端處具 有與所述開口鄰接的內螺紋，且內螺紋配合所述活塞的外螺紋，從而把所述 活塞的外螺紋擰入所述保持器的內螺紋將推動所述活塞的下部和所述環狀 密封件，從而抵靠靠近入口的熔接盤進入到所述色譜柱主體的室。
本發明的具有可再使用的端帽的一次性色譜柱是一 色譜柱主體，該色譜 柱主體具有從該主體的入口端到出口端穿過該色譜柱主體的中空室和外壁。 肩部鄰近所述色譜柱主體的出口端，且第一熔接盤接收在所述肩部上。凸緣 從所述色譜柱主體的入口端徑向向外延伸。色譜介質填充所述色譜柱主體的 室的至少一部分。第二熔接盤位于所述色譜介質頂部上，距離所述色譜柱主 體的出口端最遠。本發明的用于一次性色譜柱主體的低成本可再使用的端帽 包括活塞，該活塞具有外部形成有螺紋的上部和直徑比所述上部小且插入到 所述色譜柱主體的入口端中的下部。在所述活塞的下部上具有環狀凹槽，且 該環狀凹槽具有位于所述凹槽中的密封件。通孔或導管穿過所述活塞的上部 和下部延伸，用于接收并提供液體到第二熔接盤和在所述色譜柱主體的室內 的色譜介質。在端帽中與活塞相關聯的是保持器，該保持器具有第一端和第二端，且具有從所述保持器的第一端延伸到第二端的開口。在所述第一端處 所述開口被設定大小，以緊貼地在所述色譜柱主體的外壁上滑動并與其配 合。環狀肩部或唇部位于所述保持器的第一端和第二端之間，并在所述保持 器的第一端處鄰接所述開口 ，所述環狀肩部或唇部接收并支撐從所述色譜柱 主體的入口端延伸的環狀凸緣。所述保持器內的開口在保持器的第二端處具 有與所述開口鄰接的內螺紋，且內螺紋配合所述活塞的外螺紋，從而把所述 活塞的外螺紋檸入所述保持器的內螺紋將推動所述活塞的下部和所述環狀 密封件，從而抵靠靠近入口的熔接盤進入到所述色語柱主體的室。
在本發明到再一實施例中，端帽具有位于活塞的上部中的通孔或導管中 的連接器，所述連接器可連接到供應管道，以允許分析物流體從供應管道通 過連接器、通孔和第二熔接盤流入到色譜柱主體的室中的色譜介質中。優選 地，活塞的上部中的通孔或導管的內表面具有內螺紋，且連接器優選的是外 螺紋連接器，最優選的是外螺紋外連接器，通常是魯爾鎖定外連接器。
位于活塞的下部中的凹槽內的密封件優選的是任何合適材料的O型圈
密封件，該材料例如是聚四氟乙烯(Teflon )。
本發明通過附圖中示出的例子而被示出，但本發明并不限于附圖中示出 的例子，其中
圖1是本發明的色譜柱和可再使用端帽的正視圖；和 圖2是圖1中的色譜柱和可再使用端帽的截面正視圖。
具體實施例方式
本發明的優選實施例在圖1和2中以其裝配圖的形式^皮描述。色譜柱主 體或提取筒可包括標準注射器主體10，穿過該主體從入口端13到出口端14， 該注射器主體10由外壁11和中空室12形成。鄰近出口端14的肩部或唇部 15接收并保持第一熔接盤(fritted disk) 16。在主體10的入口端13處，凸 緣17從主體IO徑向向外延伸。室12部分地填充有色譜介質18,第二熔接 盤19位于色譜介質的頂部，稍微低于主體10的入口端13,也就是大概處于 徑向延伸的凸緣17的下方位置。在色譜介質18的頂部上離主體10的出口 端14最遠的是第二熔接盤19，該熔接盤充當分配盤。注射器主體10的出口
端14配合有某些連接裝置20，例如外螺紋魯爾鎖定圓錐連接器(threaded male Leur lock conical connector )。
可再使用的端帽21應用在色譜柱主體10上。該端帽21包括具有上部 23和下部24的活塞22。上部23在其至少一部分上具有外螺紋25。下部24 的直徑或寬度比上部23的直徑或寬度小，用于插入到室12的入口端13中。 在插入到室12的下部24的端部處，活塞22的下部24設置有環狀凹槽26, 該凹槽26接收通常是O型圈密封的密封件27。通孔或導管28延伸穿過活 塞22的上部23和下部24。穿過此孔或導管28，要被分析或分離的液體可 穿過第二熔接盤19被引導到柱主體1中的色譜介質18。保持器29具有第一 端30和第二端31，其中開口 32從第一端延伸到第二端。在第一端30處開 口 32被設定大小，以緊貼地在色譜柱主體10的外壁11上滑動并與其配合。 環狀肩部33設置在保持器29的第一端30和第二端31之間，鄰接保持器29 的第一端30附近的開口 32。該環狀肩部33接收并支撐從色譜柱主體10徑 向延伸的環狀凸緣17。在保持器的第二端31處，保持器29設置有鄰近開口 32的內螺紋34。內螺紋34配合在活塞22的上部23上的外螺紋25,從而轉 動活塞22將活塞的外螺紋擰入保持器29的內螺紋，強制活塞的下部24和 環狀密封件27進入色譜柱主體10的室12內，并且抵靠第二熔接盤19,形 成低壓密封并強制熔接盤緊密地抵靠室中的色譜介質18。環狀密封件27優 選的是位于圓形凹槽26中的環狀O型圈，以提供低壓密封，該凹槽26處于 活塞22的下部24的末端。
在活塞22的上部23中的通孔或導管28可設置有內螺紋35,用于接收 連接裝置36，例如外螺紋魯爾鎖定連接器(male threaded Leur lock connector),以允許要被分析或分離的液體穿過供應管(未示出)從泵或重 力供應儲液器(未示出)流入第二熔接分配盤19,并流入色譜介質18中， 該供應管連接到連接器，用于將液體供應到通孔或導管。
形成本發明的端帽的活塞和保持器提供了 一種非常簡單的機構，用于產 生軸向壓縮色譜柱，而不需要復雜的機構。對于本發明的裝置，活塞能夠進 入到色譜柱主體的室內，以給分配盤施加壓力，從而壓縮柱主體的室內的色 譜介質的層，并基本上消除在分析或分離過程期間色譜介質中不期望的空 間。色譜柱主體不需要柱主體上的任何螺紋。根據本發明，當端帽的保持器 插入到柱主體上并向上滑動，并且活塞擰入到保持器中時，端帽自身用諸如
O型圈的密封件與活塞密封柱的內壁形成密封，該密封件處于活塞的下部的 環狀凹槽內，并且保持器從外面密封從色譜柱主體的入口端徑向延伸的環狀 凸緣。
形成本發明目的的端帽裝置僅提供入口管的受限范圍的軸向運動，該事 實不再是問題。因為色譜柱主體是一次性的，通過選擇以不同尺寸的標準注 射器封裝的柱，可選擇不同量的介質。也就是說，根據需要可清空使用過的 注射筒，并用新的色譜介質重新封裝。
注射筒或管可使用高密度聚乙烯或聚丙烯模制。對于 一次性的柱色譜應 用，高純度聚丙烯是優選的。注射筒可以是任何合適的大小，例如0.5厘米
至10厘米的內徑，且5厘米至50厘米的長度。本發明的端帽適配器可用任 何合適的方式制成，例如通過加工模制的合適的聚合物材料，該聚合物例如 聚醚酮、高密度聚乙烯或聚丙烯。
另 一方面，所述的一次性色譜柱可封裝有不規則的或球形顆粒的色譜填 充物介質，顆粒的尺寸從大約IO微米到大約150微米，且氣孔尺寸從0A(無 氣孔)到大約2000A(多氣孔)。色譜介質可基于任何適合的材料，例如諸 如硅膠的無機氧化物、受控的氣孔玻璃和鈦氧化物或聚合樹脂，該聚合樹脂 基于諸如聚苯乙烯二乙烯基苯(polystyrene-divinylbenzne )、聚二乙烯基苯 (poly-divinylbenzene )、 聚曱基丙烯商交酉旨(polymethacrylate )、 聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol)或瓊脂糖(agarose)的材料。封裝的柱可通過正相、反
相、離子交換或使用各種溶劑的親和力機理用于分離各種分析物，該溶劑例 如水、曱醇、乙醇、丙酮、丁醇、酸、己烷、乙酸乙酯和其混合物。
雖然本發明在此參考其具體實施例進行了描述，但是應意識到，可得到 不脫離在此公開的發明構思的范圍和精神的改變、修改和變化。因而，本發 明打算包含落入所附權利要求的精神和范圍內的所有這些改變、修改和變 化。
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權利要求
1. 一種一次性色譜柱，包括:色譜柱主體，該主體具有外壁和從該主體的入口端到出口端穿過該主體的中空室；鄰近所述色譜柱主體的出口端的肩部，且第一熔接盤接收在所述肩部上；從所述色譜柱主體的入口端徑向向外延伸的凸緣；填充所述色譜柱主體的室的至少一部分的色譜介質，且位于所述色譜介質頂部上的第二熔接盤距離所述色譜柱主體的出口端最遠；活塞，該活塞具有外部形成有螺紋的上部和直徑比所述上部小且插入到所述色譜柱主體的入口端中的下部，在所述活塞的下部上具有環狀凹槽，且該環狀凹槽具有位于所述凹槽中的密封件；穿過所述活塞的上部和下部延伸的通孔或導管，用于接收并提供送往所述第二熔接盤的液體和位于所述色譜柱主體的室內的色譜介質；保持器，該保持器具有第一端和第二端，且具有從所述保持器的第一端延伸到第二端的開口，在所述第一端處所述開口的大小被設定為緊貼地在所述色譜柱主體的外壁上滑動并與其配合，環狀肩部設置在所述保持器的第一端和第二端之間并在所述保持器的第一端處鄰接所述開口，所述環狀肩部接收并支撐從所述色譜柱主體延伸的環狀凸緣，所述開口在所述保持器的第二端處具有鄰接所述開口的內螺紋，所述內螺紋配合所述活塞的外螺紋，從而把所述活塞的外螺紋擰入所述保持器的內螺紋，以推動所述活塞的下部和所述環狀密封件抵靠所述色譜柱主體的室內的第二熔接盤。
2. —種用于一次性的色譜柱主體的端帽，所述色譜柱主體具有外壁和 從該主體的入口端到出口端穿過該主體的中空室、從所述色譜柱主體的入口 端徑向向外延伸的凸緣、填充所述色譜柱主體的室的至少一部分的色譜介 質，且位于所述色譜介質頂部上的第二熔接盤距離所述色譜柱主體的出口端 最遠，所述端帽包括活塞，該活塞具有外部形成有螺紋的上部和直徑比所述上部小且用于插 入到所述色譜柱主體的入口端中的下部，在所述活塞的下部上具有環狀凹 槽，且該環狀凹槽具有位于所述凹槽中的密封件； 穿過所述活塞的上部和下部延伸的通孔或導管，用于接收并提供送往所 述第二熔接盤的液體和位于所述色i普柱主體的室內的色譜介質；保持器，該保持器具有第一端和第二端，且具有從所述保持器的第一端 延伸到第二端的開口，在所述第一端處所述開口的大小被設定為緊貼地在所述色譜柱主體的外壁上滑動并與其配合，環狀肩部在所述保持器的第一端和 第二端之間并在所述保持器的第一端處鄰接所述開口 ，所述環狀肩部接收并 支撐從所述色i普柱主體延伸的環狀凸緣，所述開口在所述保持器的第二端處 具有鄰接所述開口的內螺紋，所述內螺紋配合所述活塞的外螺紋，從而把所 述活塞的外螺紋檸入所述保持器的內螺紋，以推動所述活塞的下部和所述環 狀密封件抵靠所述色譜柱主體的室內的第二熔接盤。
全文摘要
本發明公開了一種低成本的可再使用的端帽，該端帽用于一次性色譜柱或固相提取筒，并同時提供了柱的密封和軸向壓縮，并且本發明還提供了采用該可再使用的端帽的色譜柱和固相提取筒。
文檔編號G01N30/00GK101379394SQ200780004042
公開日2009年3月4日 申請日期2007年1月4日 優先權日2006年1月31日
發明者保羅·A·布伊斯, 南度·德奧卡 申請人:馬林克羅特貝克公司