CN109906108B - 色谱柱 - Google Patents

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Abstract

公开了一种由聚合物复合材料形成的色谱柱圆筒(200)，其包括外层(220)和内层(210)，内层被设计为与在体积(202)中的圆筒的预定内容物直接接触，其中外层支撑内层，例如当体积(202)中存在负压时。在一个实施方案中，所述层之一直接模塑在另一层的表面上，使得两层之间没有间隙。还公开了一种形成色谱柱圆筒的方法。

Description

色谱柱
技术领域
本发明涉及用于液相色谱分离的色谱柱组件的构造，以及这样的组件的构造方法。
背景
用于液相色谱的色谱柱装置(此处为柱)具有分离悬浮液中分析物混合物的成分，例如液体悬浮液中的化合物、蛋白质或其他物质的功能。已知的柱包括在使用中包围液体的体积，该体积包括与多孔分离介质(通常称为固定相)混合的载体液体(通常称为流动相)。当分析物混合物通过载体液体所携带的多孔介质前进时，加入到体积一端的混合物中的成分的实质分离发生。
在任何分离过程之前，必须从必须引入柱中的分离介质的悬浮液开始制备床。床形成的过程被称为“填料程序”，对于填充床来说尤为关键。填充床通常通过固结介质颗粒的悬浮液而形成。例如，床可以使用称为适配器板的活塞装置压缩，使得过量的载体液体被去除。这个程序的目的是提供具有理想均质性的床。大型柱优选通过中央浆料喷嘴注入介质颗粒的浆料来制备。在此程序中过量的液体在柱出口处被去除，而颗粒通过过滤器材料(所谓的“床支撑物”)被保留下来。一旦填充床在色谱柱中填充了所需的体积，该过程完成。如果填充床的均匀性和稳定性允许良好和稳健的色谱性能(根据在床上的停留时间分布来量化)，则填料过程被认为是成功的。
柱填料、色谱分离和柱排空对柱产生了明显的应力，这是由于高于和低于环境压力的流体压力二者造成的。这种应力在柱的填料、分离和排空过程中使用的自动化技术中尤为明显。因此，柱的正确构造是非常重要的。为避免分离的分析物混合物成分的带的扭曲，已知的柱有一个均匀的横截面积，因此柱的构造通常包括具有包含入口和出口的平端的直圆柱体。这样，成分从一端到另一端通过床前进，而不会经历任何横截面积的变化。尽管可以完全由金属如不锈钢形成柱，但优选在柱的末端使用一些金属组件，而对柱圆筒使用透明材料：小体积分离(<1升柱体积)用玻璃；或中-大体积分离(>1升)用丙烯酸塑料(聚甲基丙烯酸甲酯- PMMA)。在进行手工程序时，透明的材料是重要的，并且当程序自动化时，提供对前进的视觉确认。PMMA具有优秀的机械强度，并可制成透明的，因此PMMA广泛应用于柱圆筒。
然而，当PMMA用于柱圆筒时，必须仔细考虑载体液体和分析物悬浮液的组成。许多溶剂被PMMA吸收或部分吸收，在PMMA中留下表面裂纹，这影响柱圆筒的机械强度，和因此降低可实现的色谱性能以排除圆筒应力失效的风险。
另一个考虑因素是成本，即，材料成本和制造成本二者。PMMA具有与不锈钢或其他材料相比有利的成本，特别是对于更大直径的圆筒。因此，从成本角度来看，使用PMMA也是可取的。材料诸如聚碳酸酯具有良好的机械强度，但总的来说没有比PMMA更好的化学抗性。
还有一个考虑因素是无菌性和清洁柱的方便性。没有液体聚集的死区的简单构造已被证明是在生产运行之间清洁和消毒柱的最佳选择。因此，作为单独零件生产并机械地固定在一起、甚至在它们之间没有明显的间隙的部件，可能聚集液体，所述液体不经拆卸难以清洁。
因此，理想的柱圆筒具有优秀的化学抗性和优秀的机械强度，但构造低廉。此外，作为一个组件形成的柱圆筒提供了一种更易于清洁的产品。本发明人尚不知道完全满足上述需要的柱。
发明概述
本发明人在此提供了解决上述问题的实施方案。
根据本发明的一个方面，提供了根据本发明构造的色谱分离柱圆筒。
根据本发明的另一个方面，提供了一种根据本发明的色谱柱圆筒的构造 方法。
鉴于下面的详细描述，本发明的更多优点和好处对本领域技术人员而言将是显而易见的。
附图
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1显示根据本发明的色谱柱装置；
图2显示图1的装置中所用的柱圆筒；
图2a显示图2中所示的圆筒末端的部分放大图；
图2b、2c和2d各自显示图2a中所示的圆筒的变体；和
图3显示一种用于制造图2所示的柱圆筒的构造技术。
详细描述
图1显示了通过色谱柱装置100的剖面图，包括限定介质体积202的柱圆筒200，在这里大约有10-40升的容量，圆筒通过***的可拉伸系杆102而夹在上端板104和下端板106之间。装置100由腿108支撑。上端板包括适配器支撑件110，其依次可滑动地支撑适配器板112。适配器板112和下板各自分别包括端口布置114和116，用于允许多孔介质移动进出该体积，以及允许分析物悬浮液加载进入该体积和分离的分析物从该体积中去除。顶部和底部过滤器118和120在使用时包含在介质体积202中的分离介质。意欲使圆筒200的内表面205与体积202中所包含的介质或清洁材料直接接触。除柱圆筒200的构造外，本段落所述的布置是常规的。
柱圆筒200在图2中更详细地示出，包括由聚丙烯(PP)管210形成的内层和由PMMA聚合物220形成的外层，后者通过用甲基丙烯酸甲酯液体树脂覆盖内管210并使用催化剂如有机过氧化物，例如溶于邻苯二甲酸二甲酯、过氧化环己烷或邻苯二甲酸二烯丙基酯中的过氧化甲乙酮(MEKP)将其聚合而在内PP管210上直接形成。由此形成了单一组件的两层结构，在层之间没有间隙或空隙。当PMMA聚合时的轻微收缩增加了内层210和外层220之间的机械结合。然后在色谱柱装置中使用这种复合结构，如图1所示。
图2a显示了图2所示的圆筒的端视图。由于外管220在内管210上直接形成，那么两管之间的边界215没有间隙或空隙，并且在两管之间有粘合，使得当体积202加压时，和甚至当体积202具有负压时，外管支撑使用中的内管。
图2b显示了圆筒的可选结构，其中内管210被制造为在外管220内滑动 配合，并且胶粘剂212(例如基于环氧树脂或聚氨酯的胶粘剂)被用来将内管和外 管粘合在一起，使得当体积202加压时，和甚至当体积202有负压时，外管220 支撑使用中的内管。
图2c显示了在内管210和外管220上形成的互补轴向延伸突起214，在这种情况下，匹配燕尾构造214，其允许外管220相对于内管210滑动，并在体积202加压时，和甚至当体积202具有负压时，为使用中的内管提供支撑。突起214可以是其他联锁形状，但不需要连锁。此外，突起可在围绕内管210的环带中运转，或者螺旋形运转。甚至不连续的突起，如蘑菇状突起也是足够的。在外管220由于突起的形状而不能滑动或旋转到内管210上的情况下，则可在内管上模塑外管220。
图2d显示了最简单的结构，其中内管210和外管220作为滑动配合形成，从而在其间形成了微小间隙216，该间隙可以在使用时在圆筒的末端被密封，使得内管210不能在负压下坍塌，因为间隙216的体积是密封的，并且不能发生实质性的变化。因此，在实践中，外管220仍然支撑内管210，尽管如果密封的间隙216含有气体的话，外管220弹性支撑内管210。间隙可以用液体或固体夹层填充。
图3说明了一种成形圆筒200的方法，其中使用了模具300。模具300如图3中的剖面图所示，它有两个相同的互补半圆柱形阴模配合部件310和312，其分别具有内抛光半圆柱形壁314和316，当它们合在一起时形成由钉306保持配准的封闭的阴模腔。模腔由PP管210在其内侧上封闭，所述PP管210可例如通过挤压形成，或通过从PP片制造管形成，所述PP片经过热软化并卷成管，然后沿着现在卷起的片的两个相对侧相交的接缝通过热熔接来连接。管210也可以通过在有***件的阴模中旋转模塑或注射模塑制造，如果管210采用图2c所示和上文所述的214型突起，那么所述技术是有用的。通过将与聚合催化剂混合的PMMA树脂灌入浇口302直至它从冒口304中出现，模腔320用所述树脂填充。一旦固化，模具就可以拆卸，和现在填充的模腔320形成柱圆筒200的外管220。任何模具痕或毛边都会被擦掉，留下抛光的透明外层和半透明的内层，这仍然允许用视觉确认色谱的前进。该技术允许将外层220直接模塑到内层210的外表面上，从而避免了两层之间可能聚集污染物的任何间隙。
如上所述构造的圆筒200具有丙烯酸聚合物的机械强度和PP的增强的化学抗性。构造成本不显著高于单独的PMMA，和除了形成PP内管210 (如果通过挤压制造，其成本并不高)之外，没有另外的制造步骤。如上文所述，在某些程序中，圆筒可经历正压和负压(真空)二者。内管210与外管220之间缺乏任何未密封的空间意味着内管不会因真空而坍塌，而是由外管220机械支撑，甚至在体积202的真空条件下。
本发明不应被视为受上述实施方案的限制，但可在所附权利要求书的范围内更改，这对于本技术技术人员来说是显而易见的。例如，实施方案的重点是提供机械强的外层和化学抵抗的内层，没有过度的成本，并且在正压和负压两种情况下由外层支撑使用中的内层。如上所述，在一个管被覆盖、粘附或机械地连接到另一个管时(例如使得两管之间不存在间隙(保持清洁性))，这可以实现，并且可以使用其他材料来实现这种结构。对于外管：PMMA或用另外的共聚单体如丙烯酸丁酯和/或甲基丙烯酸和/或增塑剂改性的PMMA；聚碳酸酯或高密度聚苯乙烯是可能的聚合物。对于内层：PP、PVC、HDPE、PA、PTFE、PET、PEEK聚合物可使用。当然，这些材料的组合也可以使用，选择取决于内层的已知抵抗特性和在色谱过程中打算使用的液体。具有PP内层的PMMA外层是优选的选项，因为这种组合已被发现适于进一步的加工操作，例如用伽马照射进行杀菌，而不会对所使用的聚合物的材料性质产生重大变化。
虽然圆筒被举例说明且是优选的，但可以使用其他形状达到良好的效果，如三边形、方形或六边形截面。色谱柱装置的结构可能不同于图1所示的结构，以适应不同的柱填充技术。
将阴模中外层的树脂直接模塑到内层上，已被描述为一种将柱圆筒作为单一组件形成的方法，但可以采用其它树脂模塑构造方法。例如，当内层继续旋转时，可固化树脂可以倒在旋转的内层上和允许固化，这样消除了对外模的需要。可以通过在外层内部模塑内层，例如通过连续旋转外层并加热外层，同时将粉末或粒状聚合物进料到外层内部，在先前模塑的外层上形成内层。来自外层的热量会熔化粉末或颗粒，并在外层旋转时在其内部形成均匀的层。冷却外层将然后使内层固化在外层的内部。如上文所述，树脂模塑技术可以使用内层210中的构造214。
如所示，圆筒管层210和220的厚度应大致相等，但可以使内管比外管更薄，使得提高圆筒的整体透明度，其中内层通常是半透明的。这样，圆筒的化学抗性没有降低，和强度没有显著降低。
其他增加、删除或变化对技术人员而言将是显而易见的。为了法律简洁性，所附的从属权利要求经设计以在单一权利要求中包含多个特征，和在没有普遍化的情况下，设想这些特征可以与其他权利要求合并、移除或添加。

Claims (12)

1.一种由聚合物复合材料形成的色谱柱圆筒，其包括外层和内层，它们一起限定圆筒体积，内层具有暴露于所述体积的内表面，其中内层在使用中由外层支撑，其中外层由比圆筒的内层在机械上更强的聚合物形成，并且其中外层包含以下材料或基本上由其组成：PMMA或用另外的共聚单体如丙烯酸丁酯和/或甲基丙烯酸和/或增塑剂改性的PMMA；聚碳酸酯；或高密度聚苯乙烯。
2.权利要求1要求的色谱柱圆筒，其中所述支撑由下列一项或多项提供：
a) 将所述层之一直接模塑在另一层的表面上，
b) 将内层和外层粘合在一起；
c) 内层和外层的互补构造；或
d) 内层和外层之间的密封体积。
3.权利要求1或2要求的色谱柱圆筒，其中内层包含以下材料或基本上由其组成：PP、PVC、HDPE、PA、PTFE、PET或PEEK，或其组合。
4.权利要求1或2要求的色谱柱圆筒，其中内层通过挤压的方式形成为管，和外层通过树脂模塑在内层周围的方式覆盖在内层上。
5.权利要求1或2要求的色谱柱圆筒，其中圆筒是直圆柱体，或者多边形柱体。
6.权利要求5要求的色谱柱圆筒，其中圆筒是三边形或六边形柱体。
7.权利要求1或2要求的色谱柱圆筒，其中外层基本上由PMMA聚合物组成，以及内层基本上由PP聚合物组成。
8.一种色谱柱装置，其包括前述权利要求的任一项要求的色谱柱圆筒。
9.一种形成色谱柱圆筒的方法，其包括形成具有内层和外层的聚合物圆筒，所述内层和外层一起限定圆筒体积，其中内层具有可暴露于圆筒内的液体的内表面，和其中内层由外层支撑，所述方法包括以下步骤的任何一个或多个：
a) 将所述层之一直接模塑在另一层上；
b) 将内层和外层粘合在一起；
c) 在内层和外层上形成互补构造，并利用所述构造连接所述层；
d) 提供在内层和外层之间的密封体积，
在每一种情况下以提供所述支撑，
其中外层由比圆筒的内层在机械上更强的聚合物形成，并且其中外层包含以下材料或基本上由其组成：PMMA或用另外的共聚单体如丙烯酸丁酯和/或甲基丙烯酸和/或增塑剂改性的PMMA；聚碳酸酯；或高密度聚苯乙烯。
10.权利要求9要求的方法，其中内层包含以下材料或基本上由其组成：PP、PVC、HDPE、PA、PTFE、PET或PEEK，或其组合。
11.权利要求9或10要求的方法，其中内层通过挤压的方式形成为管，和外层通过树脂模塑在内层周围的方式直接模塑在内层的外表面上。
12.权利要求9或10要求的方法，其中外层通过树脂模塑的方式形成为管，和内层通过旋转型模塑直接模塑在外层的内壁上。
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