[发明专利]用于色谱柱自动填料的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于柱的介质填料系统和介质填料方法。具体而言，本发明涉及用于改进色谱介质到色谱柱中的填充的填料系统和方法。

发明背景

用于液相色谱法的柱(column)一般包括管状体，其包围多孔色谱介质，而载液流过该色谱介质，通过在载液和固相的多孔介质之间的物质富集而存在分离。多孔介质一般作为填料床而被包围在柱中，该多孔介质一般通过把分散的微粒的悬浮液进行固结而形成，而这种分散微粒的悬浮液被称为浆状物(slurry)，其通常从柱一端灌入、吸入或用泵抽入柱中。压缩浆状物而把它固结成填料床(packed bed)，使得它被填装成的体积小于它仅在重力作用下而沉淀成的沉淀床(Sedimented bed)所占用的体积。随后的色谱分离的功效很大程度上依赖于填料床的流体进口和出口处的液体分布及收集系统以及填料床的压缩情况。如果压缩床的压缩量太低，那么在床身进行色谱分离会发生“拖尾”现象。如果压缩床的压缩量太高，那么在床身进行色谱分离会发生“前沿”现象。如果压缩量最优，那么在使用时产生的分离峰既不会发生前沿现象也不会发生拖尾现象并且会相当地对称。柱所需的最佳压缩程度通过实验，根据每一个柱的尺寸(宽度或直径)、床身高度和床身介质而决定。

在任何分离过程之前，床身必须从须引入柱内的微粒浆状物开始制备。床身形成过程叫做“填料过程”，而正确填料的床身是影响柱性能的非常重要的因素，其中该柱包含填料床。填料过程的目的是提供压缩到最佳压缩量(最佳压缩系数)的床。大尺寸的柱优选地通过将预定体积的、含特定介质微粒浓度的浆状物经由位于中心的浆状物喷嘴注入柱中来制备。一旦预定体积的浆状物被注入柱中，它就会通过可移动适配器沿着柱的纵轴线方向向下、朝柱底部所进行的移动而压缩，通常移动速度是恒定的，例如1厘米/分钟。在这过程中多余的液体在柱出口处排出，而微粒通过所谓“床身支持部”的过滤材料被保留下来，这种“床身支持部”上的孔很小而不足以让微粒通过。一旦填料床压缩到最佳量，填料过程就完成了。如果压缩的床身具有优良而稳定的、可以从床身上的滞留时间分布来量化的色谱性能，填料程序就被认为是成功的。然而，在实践中不易生产这样的最佳压缩的床身。床身填料迄今为止被认为是一门技术而不是一门科学，而最终的填料床的质量依赖于操作者对柱的填充的控制技巧。原因之一在于，很难确保注入柱中的实际浆状物浓度与计算中所使用的应注入柱中的浆状物的特定浓度精确地相等。在柱的填充和随后的填料过程中，操作者要手动选择并调整填料参数，例如流率、适配器前进的速度和床身压缩量等，操作者还必须判断调配器何时开始压缩床身。该时间点被用来计算适配器所必须运动的距离，以获得所需的压缩量。在任何填料参数选择上发生的错误都可能会导致性能低劣的柱。特别困难的是用肉眼判断床身压缩何时真正开始，在这一点上一个稍大的错误就会导致无法得到最佳压缩的床身。

正如在这里及所附的权利要求书中所使用的：用语“流体系统”旨在标明这样的装置，在该装置中，液体在近似地横过其流经某单元的方向的区域内被引入或撤出该单元。“单元”这个用语旨在包括用语“容器”和“柱”以及任何其它分离技术的实践者所利用的结构，以实现分离、及/或反应、及/或催化、及/或通过将混合物与液态或固态的交换介质(已知如填料床)接触来提取成分。“截面区域”(或者截面范围或者截面部分)指单元内的由单元截面来限界的区域，其中截面横过(一般近似于垂直)流经该单元的纵向方向。“纵向的流向”指在单元内从入口到出口的流向。“纵向的”一贯用于标明在不考虑方向时流体穿过单元的主要路径。“流动连接系统”指在流体回路中连结两点的通道系统或者说路径系统。“分布系统”指流体被引入单元而经过的结构，而“收集系统”指用于从单元收集流体的结构(在每个实例中都是从截面区域)。

“沉淀床高度”指这样的床身介质微粒的床身高度，即介质微粒的浆状物仅在重力影响下沉淀后、形成介质微粒床时的高度——这样的床叫做“沉淀床”。“澄清床(settled bed)高度”指这样的床身介质微粒的床身高度，即在重力和其它向下施加在床身微粒上的力的影响下(例如，由于可移动适配器向下运动引起的流体流经床身或者液体在泵的作用下经过床身时所产生的力)，介质微粒的浆状物沉淀后，形成介质微粒的床身时的高度——这样的床称作“澄清床”。

发明概述

本发明的目的在于，提供一种柱填料系统和一种将介质填进柱内的方法，其克服了现有技术系统的缺点。本发明的实施例在从属权利要求中作了限定。