[发明专利]用于色谱柱的装填系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于利用色谱介质装填色谱柱的系统和用于在这样的色谱柱内使用的装填方法。更具体地，本发明涉及用于改进将色谱介质装填到色谱柱内的装填系统和方法。

背景技术

在液相色谱中使用的色谱柱通常包括封装有多孔色谱介质的管状主体，载液从多孔色谱介质中流过，通过载液和多孔介质固相之间的物质收集而发生分离。在任何分离过程之前，床体的制备必然从必须被引入色谱柱内的浆料颗粒开始。床体成形过程被称为“装填过程”并且床体的正确装填是影响包含填料床的色谱柱性能的关键因素。装填过程的目的是提供以最优压缩量－最优压缩系数压缩的床体。

具体地，多孔介质是通过固化被称为“浆料”的离散颗粒悬浊液而形成的，浆料通常从一端被泵送或注入或吸入色谱柱内。通常通过使浆料流向颗粒截留过滤器并进一步压缩形成的滤饼以使其被装填到一定的体积内来实现将浆料固化到填料床内，该体积小于若滤饼仅在重力的影响下沉降而形成的沉降床将会占据的体积。压缩度取决于色谱介质的类型并且通常在2-20%之间的范围变化。随后的色谱分离的效率依赖于填料床的液体入口和出口处的液体分布和收集系统，但是主要是依赖于形成的填料床的均匀性和稳定性。如果填料床不均匀和不稳定，那么对于在床体上进行的色谱分离来说就会受到不好的影响。填料床的均匀性和稳定性取决于最优压缩度，必须针对每一种色谱柱尺寸(宽度或直径)、床体高度和床体介质实验确定最优压缩度。

现有技术中有几种用于装填色谱柱的方法是公知的(例如参见US2003/0146159)。“流动装填”是一种通常被用于制备分析色谱柱(也就是色谱柱体直径大约为1-10mm的色谱柱)和半制备色谱柱(也就是色谱柱体直径为10-100mm的色谱柱)或者更大一些的色谱柱的方法。在流动装填时，通过筛板或过滤器将色谱柱的一端封闭。在另一端，浆料或装填材料的悬浊液被泵送或注入色谱柱管内。滤床靠着筛板形成并且逐渐增长，直到形成滤饼为止。随后通过以高于操作中使用流速的流速渗滤多个(大约3-10个)色谱柱体积的装填溶剂而将床体进一步压缩至其“目标床体高度”。固化和随后的压缩在渗透力的作用下进行，渗透力是床体对用于保持渗滤通过床体的液流流速所需压力梯度的反应。一旦床体被通过流动压缩之后，流动就被停止，关闭位于色谱柱底部的出口并将适配器或上端单元调节至压缩床体的目标高度。该调节被快速完成以避免压缩床体超过目标床体高度时的松弛。

流动装填方法具有的缺点是用这种方式压缩的装填材料床体是轴向不均匀的，流动压缩步骤期间在色谱柱的出口附近产生最大压缩而在填料床的顶部则产生零压缩。这就使得一旦装填流动被停止并且上端单元被带到位，就会导致床体的严重松弛并可能出现颗粒重排。根据介质的类型和填料床的几何形状，这种方法所固有的在床体压缩中的梯度可能会造成床体稳定性差和色谱柱效率低。

流动装填的标准方法可能并不适合用于在制备色谱法中使用的大口径色谱柱。除其他因素外，设计出的设备需要施加一定的装填流速并因此使装填压力明显高于随后操作所需的压力经常是不合要求的。为了修正该问题，使用了依赖于机械式轴向压缩的装填方法。轴向压缩方法通过适配器(末端单元)的轴向移动来实现床体压缩。因此，在装填期间对色谱柱空间内液体高压的需求得以消除。轴向压缩方法的另一个优点是床体是沿轴向方向被均匀压缩的，这就避免了流动装填方法中出现的松弛和颗粒重排的问题。

由于壁部摩擦效应，上述两种方法都会出现床体压缩中的径向梯度和床体空隙。径向不均匀性的影响取决于床体的几何形状，也就是直径和高度的比。如上所述，沿轴向方向的压缩梯度和床体空隙度在流动装填方法和轴向压缩方法之间有显著地不同。

轴向压缩的一个缺点是使用这种方法装填的色谱柱需要用于移动末端单元的装置和用于控制该移动的装置。用于该移动的典型方法是电机驱动或液压系统。由于这些装置被连接至色谱柱或者构建在色谱柱内，因此轴向压缩色谱柱的成本和机械复杂性要明显高于流动装填色谱柱。

在进行任何固化和压缩之前，必须将介质引入色谱柱内。优选地通过喷射浆料经过中心浆料喷嘴或阀进入色谱柱内而制备大口径色谱柱。这样就实现了一种对于卫生原因来说是优选的封闭系统方法。基于浆料阀设计的色谱柱可以被设计用于使用可移动的适配器进行轴向压缩装填或者使用固定的末端单元进行流动装填。

定义

“分析物”应该被定义为天然或合成得到的物质、化合物或化学制品，或者是其反应产物或衍生物或代谢物。为了避免疑义，该术语应该包括生物分子例如蛋白质、肽、氨基酸和核酸以及合成分子例如药物和/或前体药物。