CN101013116A - 一种可重复使用的液相色谱柱 - Google Patents

Abstract

一种可重复使用的色谱柱，由三个部分组成：连有出口管的柱体，连有进口管的密封插入件，和穿孔盖。穿孔盖用来提供向下的压力，通过将穿孔盖拧到柱体上，推动密封插入件插入柱体。密封插入件和柱体之间的密封通过楔形密封结构来实行。两个过滤片分别放在柱体内部的入口端和出口端，以防止柱内填充物在压力下溢出。用手即可将穿孔盖拧到柱体上以实现密封。由于安装和拆装过程简单，本色谱柱可以重复使用。另外，由于色谱柱材料和填充物的价格便宜，本色谱柱亦可用作一次性使用。

Description

一种可重复使用的液相色谱柱

技术领域

本发明属于色谱分离技术领域，涉及一种制作简单，密封性能好的液相色谱柱的设计及填充方法。主要用于有机合成和制药行业中多组份有机化合物的分离提纯。

背景技术

液相色谱是一种广泛使用的分析色谱技术。其基本原理在于通过流动相和固定相的分离效果来分离混合物中的组份，更具体地说是分离溶解在溶剂中的离子或分子。色谱柱用来填充固定相，流动相携带混合物流经固定相。样品中与固定相有着较强亲合力的组份在固定相中停留时间较长，而与固定相亲和力较弱的组份则较快地流出色谱柱，这样就达到了分离效果。

为了得到最佳分离效果，色谱体系通常在加压下操作。压力能使流动相快速通过固定相。这样，色谱柱必须具有较好的耐压性能来防止流动相从系统中泄漏出来。O型密封圈通常能够提供较好的密封效果，如美国专利US5601708和US6436284，但是，特别是经过在有机溶剂里的长时间浸泡，用作流动相的有些有机溶剂能够溶胀或损坏O型密封圈。美国专利US6565745和US6949194采用卡扣盖将柱体和密封盖连接在一起达到密封效果。但是当系统憋压时会引起漏液。而且这种卡扣盖的使用使密封盖和柱体连接过于紧密，难以拆卸，只能作一次性使用。美国专利US6811688采用玻璃柱，但这种玻璃柱不能经受压力，而且与塑料柱相比，价格很贵。其它现有技术如US6797174涉及很繁杂的过程，需要六个部件和一个隔离圈。美国专利申请US2005/0247632披露的低压液相色谱柱应用弹性物密封，但是直接将密封盖拧到柱体上会引起密封部件之间的旋转，从而导致密封效果差，而且该色谱柱是一次性使用。

正因为以上所述的设计都有不同程度上的缺陷，例如价格较贵，密封性能差，或只能作一次性使用。本发明的目的在于提供一种更经济实用、密封效果好、可重复使用的液相色谱柱，用来分离提纯有机化合物

发明内容

本发明的目的在于提供一种可重复使用、廉价、密封性能好的色谱柱。同时提供一种简单可靠的色谱柱安装和拆装方法。一方面，本色谱柱可重复使用，因为色谱柱的安装和拆装过程简单易行，不需要特别的工具，只需要诸如钳子、扳手和镊子的传统工具即可。另一方面，因色谱柱材料便宜和制作过程简单，该色谱柱也可用作一次性使用。

根据本发明的色谱柱包括三部分：第一部分是圆筒状柱体，该柱体一端是出口端，用于连接到色谱体系的检测器或样品收集管，另一端为开口，用于填装固定相和密封作用；第二部分是密封插入件，该部分一端是样品进口管，另一端用来插入柱体以实现密封；第三部分是穿孔盖，通过将穿孔盖拧到柱体上，密封插入件被推着垂直向柱体内移动，从而把密封插入件固定到柱体上。另外还有两个过滤片，分别放在柱体内填充物的两端，防止在压力下，填充物溢出。

在本发明一个优选的实施方式中，采用楔形密封来连接柱体和密封插入件。连接处的柱体有一个锥面边缘，密封插入件则有圆周斜面。柱体开口端的外侧模制有外螺纹，用作与穿孔盖的内螺纹凹合。密封插入件先放入柱体开口端，接着将穿孔盖套入密封插入件上，当穿孔盖拧到柱体上时，穿孔盖提供垂直向下的压力，将密封插入件压入柱体里形成压缩式楔型密封。穿孔盖的外表面有滚花来增加摩擦，这样用手即可拧紧。

本发明的优点之一在于设计的色谱柱可重复使用。虽然柱子可作一次性使用，但只要通过适当的拆装和安装过程，该柱子可以多次使用。只要将使用后的柱子的穿孔盖从柱体上拧下来，然后拿掉密封插入件、过滤片及填充材料，便完成拆装。此时只要更换两个过滤片，添加新的填充材料到柱体中，再往柱体上组装使用过的穿孔盖和密封插入件，即可装成一根密封性能好的新的色谱柱。只要使用适当，本发明的色谱柱可重复使用2到10次，最好是2到3次，每次换上新的填充物和过滤片。使用次数视密封插入件和柱体之间形成的密封界面的完整性而定。界面的表面必须要光滑，没有刮痕才能保证好的密封效果。根据本发明，该色谱柱最高可承受12个大气压(180psi)。

本色谱柱由廉价的聚乙烯或聚丙烯制成，加上简单的安装过程，所以色谱柱也可作一次性用。填充材料包括二氧化硅，硅胶，氧化铝，再生硅胶，再生氧化铝，及其它分离材料。密封过程简单，不需要扳手，钳子等工具帮助，用手拧紧即可，耐较高的压力，提供很好的密封效果。本发明其它的优点将在下文具体阐明

附图说明

为了更容易说明本发明的优势，以下七个图用来清楚地阐明色谱柱的结构特性及安装和拆装过程。

图1是基于本发明的一个具体实施例的色谱柱的立体图。

图2是图1中的色谱柱的分解剖示图。

图3是密封部分的局部剖示图。

图4是一种密封插入件(I-型)的立体图。

图5是图4中密封插入件的剖示图。

图6是另一种密封插入件(II-型)的立体图。

图7是穿孔盖的立体图。

具体实施方式

图1显示该实施例的色谱柱的立体图。具有圆筒状结构的色谱柱10包括模制有进口管14的密封插入件18、穿孔盖20和模制有出口管16的柱体12。填充材料装在柱腔13里。在操作过程中，进口管14连接到流动相源的设备上，从那里流动相流入到色谱柱10中。流动相携带混合物通过进口管14流经填充材料到出口管16。在混合物中的各个组份与填充料的亲和力不同使得它们在填充料中停留的时间有所差异。不同的保留时间导致每种组份出峰时间不一，从而使各组份得以分离。被分离的各组份经出口管流向检测设备，使各组份得以定量或定性分析，最后收集在容器中。色谱柱10的大小根据分离的样品量多少而变化。

参见图2，可以看出色谱柱10依次包括五个部件：带有开口56的穿孔盖20，有进口管14的密封插入件18，进口过滤片22，出口过滤片24，和模制有出口管16的柱体12。圆筒状柱腔13用以装载填充料，如硅胶。两个过滤片22和24是多孔状材料，分别置于柱腔13的两端以防填充料从柱体12中泄漏。进口管14与密封插入件18模制为一体。在安装过程中，密封插入件放入柱体的开口端。具有内螺纹54的穿孔盖20用于将密封插入件18通过密封连接固定在柱体12。

该装置的密封连接显示在图3中。楔形密封可用于在入口端形成紧密的密封。柱体12的入口端内侧有一逐渐变小的渐缩端(变截面边缘，锥面)26，它可以与密封插入件18底端的斜面36配合形成密封面。穿孔盖20然后套在密封插入件18上，在将穿孔盖20拧到柱体上的过程中，穿孔盖20提供向下的压力，促使密封插入件18紧密插入柱体12中以达到良好的密封效果。在密封连接时，带有内螺纹54的穿孔盖20就象螺帽，而在外壁带有外螺纹28的柱体12就象中空的螺栓。密封插入件18在穿孔盖20的推动下，线性垂直地向柱体里滑动，而没有切向转动。密封插入件18的斜面36与柱体12的渐缩端形成挤压连接。使用螺纹连接可使穿孔盖20、密封插入件18及柱体12之间很容易拆装而不至于损坏密封面。位于密封插入件18中心的台阶44的外径比穿孔盖20的开口直径略小，它们之间有一0.01至10mm之间的缝隙。缝隙的存在使操作容易，并且在安装，拆装，重新安装过程中避免使密封插入件18和渐缩端26之间产生切向转动。这种容易安装拆装的设计为多次反复使用色谱柱提供了基础。

图4显示密封插入件18的设计(I-型)结构。进口管14外围有部分外螺纹40用来与流动相源相接。用手指拧紧即可将进口管14与流动相源紧密连接。参照图5，环形台阶32的半径比柱体12的开口内径要略大，这样设计是为了避免密封插入件整个插入柱体中。斜面36的角度为5到75度，优选10到50度，它刚好与渐缩端26相吻合，使密封插入件滑入柱体12中。三个台阶38、44和42用作加强进口管的硬度和机械强度。虽然三个以上台阶或没有台阶也可用于此设计，但是为了重复使用，两到三个台阶是最佳设计。台阶38的高度与环形台阶32的高度一致，这是为了使密封插入件18的中心和周边受到均匀的向下推力。在台阶38和32之间的凹槽46可节省材料，同时也可避免在制模过程中因为太厚引起的变形。

图5中进口管底端朝过滤片22的锥形面48的设计是使液体均匀地分布到过滤片22上，从而使样品均匀流经柱体12的填充料。密封插入件18的底部51周边有一环形突出物50。突出物从密封插入件底表面51向外突出，突出物高度为1.5毫米(可以是0.5到5毫米，优选取1到3毫米)，角度为75度(可以是30到150度，优选取60到120度)。当密封插入件受到向下压力时，突出物50可以压进过滤片22里面。过滤片紧贴着柱体12的内壁来防止有内压的情况下填充物流出。但当突出物50压入过滤片22里时，即使过滤片与柱壁之间有缝隙，填充物也不会流出。与此相对应，在柱体出口端有另一突出物25(图2)，它与突出物50具有相同大小，可压在出口过滤片24上防止填充物流进出口管16。圆片状过滤片22和24由多孔状富有弹性的高分子材料制成，以便于能让突出物50和25压入其中。

图6给出了密封插入件的另一种设计(II-型)。该密封插入件有6个径向辐条45A-45F(可以2到16个，优选取4到12个)。径向辐条45A-45F和密封插入件19的底部43模制在一起，以提高底部43的机械强度和对内部压力的承受能力。辐条的高度低于环形台阶41。辐条45A-45F从台阶39向外延伸，但不接触环形台阶41的壁。辐条和环形台阶41的壁之间存在空隙，该空隙用来使密封斜面均匀承受来自渐缩端26的压力。台阶37和39用来加强进口管14的机械强度。该带有模制的辐条的插入件优选用来密封尺寸较大的色谱柱，因为插入件和过滤片22之间有大接触面。和密封插入件19的辐条结为一体的底面43可以防止在较高内压力下的变形。径向辐条也可以用在柱体的出口端来增加底部58的机械强度，以承受较高的内压力。

穿孔盖20拧到柱体12上可产生向下的压力来推动密封插入件18、19进入柱体。图7给出了穿孔盖20的透视图，该穿孔盖的作用就象带有内螺纹54的螺母一样。穿孔盖20外表面上的滚花52，也就是外表面上的均匀的小条纹，主要是防止在用手拧穿孔盖20进行密封时穿孔盖20的滑动。参见图2所示的柱体10的截面图，内螺纹54和柱体12上的外螺纹28可以是顺时针或逆时针连接。开口56的大小介于台阶44和38的直径之间，它位于穿孔盖20的顶部，用以将压力均匀分散到密封插入件18的台阶32和38上。该密封连接采用分开的密封插入件18和穿孔盖20，在密封斜面36和渐缩端26之间只产生垂直向下运动而不是旋转运动，以避免旋转运动造成密封表面的磨损和缺陷并最终导致密封损坏。

在色谱柱的装填过程中，与柱体12底端直径相同的过滤片24紧贴在突出物25上。将出口管连接到真空设备上，使得填充材料被吸入柱腔13。也可以通过震动柱体12来进行紧密装填。填充材料之间的任何空隙都可能降低分离效果，因此应当避免此类空隙。当填充料接近到渐缩端26时，把进口过滤片22放到填充材料上部。接着把密封插入件18插入到渐缩端26处。把穿孔盖20对齐套到密封插入件18上后，通过旋转穿孔盖20到柱体12上形成紧密的连接。可以用扳手或钳子来帮助拧紧，但用手拧紧足可以组装密封的色谱柱。

因为可以容易地用手进行拆卸和组装，该色谱柱允许重复使用。在使用后的色谱柱中的填充材料干燥以后，可以把穿孔盖20从柱体12上拧下来。接着从柱腔13中取出过滤片22、填充材料和过滤片24。穿孔盖20，密封插入件18，和柱体12这三部分可以用有机溶剂清洗以便重复使用。更换填充材料和两个过滤片后，可以很容易地按上述组装过程组装新的色谱柱。在组装和拆卸过程中，渐缩端26和密封斜面36的接触面应当保持干净、平滑，没有任何裂纹和划痕。通过适当的保护穿孔盖20、密封插入件18、和柱体12这三个重复使用的部件，该色谱柱可以使用达10次。

如上所述，在本发明中是在入口端实现由密封插入件18和穿孔盖20构成的密封连接。但是，如果将带有部分外螺纹40的延伸管接头模制到柱体的出口管16上，进口管14和出口管16的位置可以互换。这样，密封连接处就在出口端。流动相通过模制为一体的入口端流入色谱柱，经过出口端的密封连接部分流出。实际上，因为出口端压力低于入口端，这种位置互换的设计增加色谱柱在压力系统下的抗漏性能。前述首选设计方案，实施例及说明的细节仅作为说明材料。在不脱离本发明本质和范围的基础上，可以进行任何在形式和细节上的改动和添加。

Claims (22)

1.一种色谱柱，其特征在于包括：

一个具有入口端和出口端的管状柱体，所述入口端为开口状，以便于装入填充材料和密封插入件，所述出口端带有与所述管状柱体模制为一体的出口管，以利于流动相流出柱体，所述柱体的腔用来装填填充材料，所述柱体在入口端具有外螺纹；

一个密封插入件，所述插入件具有模制为一体的进口管和侧面密封斜面，所述密封斜面使得所述密封插入件滑入所述柱体的入口端以形成楔型密封；

一个穿孔盖，其在外表面带有条纹，在内表面具有内螺纹；

两个过滤片，一个过滤片在所述柱体的出口端，另一个在所述柱体的入口端。

2.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述入口端有一个锥面边缘，环绕所述柱体的入口端的内壁。

3.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述柱体外壁上的外螺纹和所述穿孔盖内壁上的内螺纹形成螺母螺栓式配合。

4.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述密封插入件一个中心台阶来均匀承受周边的压力。

5.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述密封插入件有2到16个辐条，用以加强该密封插入件底端的强度。

6.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述侧面密封斜面具有5到75度的倾斜度。

7.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述柱体具有角度为30到120度的圆环突出物，位于所述柱体的出口端内部。

8.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述穿孔盖的外表面有滚花，但滚花不局限于小条纹。

9.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述穿孔盖通过被拧到柱体上而提供向下的力，以推动所述密封插入件进入所述柱体。

10.权利要求2所述的色谱柱，其中，所述的锥面边缘有平滑的内表面。

11.权利要求6或10所述的色谱柱，其中，所述的侧面密封斜面具有平滑的外表面。

12.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述锥面边缘和所述的侧面密封斜面构成楔型密封结构。

13.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述柱体、密封插入件和穿孔盖的部件由塑料制成。

14.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述的过滤片是孔状的高分子材料制成的多孔过滤片。

15.权利要求1所述的色谱柱，其中，所述的入口端可以设置到所述柱体上成为出口端，所述出口端可以设置到所述柱体上成为入口端，也就是说，进口端和出口端可以互换位置。

16.一种组装色谱柱的方法，包括以下步骤：

将出口过滤片放入一体模制有出口管的柱体出口端；

将填充材料装入所述柱体的腔内，直到该柱体的入口端；

将入口过滤片放到所述入口端的填充材料的顶端；

将密封插入件放到入口过滤片的上面；

将所述穿孔盖对准放到所述密封插入件上；以及

将所述穿孔盖拧到所述柱体上，直到形成紧密的密封连接。

17.权利要求16所述的方法，其中，使用手拧方法将穿孔盖拧到所述的柱体上。

18.权利要求17所述的方法，其中，可用常用工具协助手拧，所述工具不局限于扳手和钳子。

19.权利要求16中所述方法，其中，将穿孔盖拧到所述柱体上的步骤提供将所述密封插入件压进所述柱体入口端的压力，所述密封插入件的移动线性向下，没有相对于柱体壁的旋转。

20.一种拆卸色谱柱的方法，包括以下步骤：

从柱体上拧下穿孔盖；

从柱体上拔出密封插入件；

从填充材料的顶端拿出入口端的过滤片；

将填充材料从所述柱体的腔内取出；

取出出口端的过滤片；

清洗所述柱体、密封插入件、以及穿孔盖。

21.权利要求16所述方法，通过重新装填新的填充材料和换两个

新的过滤片而重新组装所述的色谱柱。

22.一种色谱柱，其特征在于包括：

一个具有第一端和第二端的管状柱体，所述第一端为开口状并且具有外螺纹，所述第二端具有一第二连接管；

一个密封插入件，所述密封插入件具有一第一连接管和侧面密封斜面，所述密封斜面与所述管状柱体的第一端配合以形成密封连接；

一个穿孔盖，其设置有内螺纹以便与所述第一端的外螺纹配合连接，所述穿孔盖设置有一开口用以套接所述密封插入件；

第一和第二过滤片，第一过滤片设置在靠近所述第一端的位置，第二过滤片设置在靠近所述第一端的位置。

Images