层析分离方法

专利名称：层析分离方法
技术领域：
本发明涉及混合物的层析分离方法，具体地讲是涉及一种在传统层析法基础上研究提出的改进型层析分离方法。
传统的层析分离方法基本上有两种，即纸层析亦称薄层层析法和柱层析法，这两种层析法原理相同，都是利用一种流体，例如蒸馏水或有机溶剂使待分离的混合物质在纸上或层析柱的惰性填料中流动，因为不同组份的粒子具有不同的理化性能，其能被纸或填料吸附的能力也不同，导致其中不同的粒子在经过一段路程后彼此间已拉开有距离，分别收集之即可达到分离的目的。所以，层析法可以在相当程度上将某些化学物质分开。
但是传统的层析分离法在应用中存在其弱点对不同的化学粒子，当其在形状、大小和被层析纸或层析柱填料吸附能力方面很相近时，或者说一些相似颗粒，要想将其分离特别是彻底分离就成为一件相当困难的事，例如用传统层析法分离同位素是无法实现的。从另一方面讲，为了提高分离效果有时需要借助加热等手段甚至于化学方法处理，此时难免其中有组分会发生化学变化，即使实现了分离，得到的也已可能不是想要的物质粒子。
本发明的目的就在于针对上述传统层析分离方法存在的缺陷，研究提出一种改进的层析分离方法，通过外加交流电场或交流电场与磁场共同对欲分离粒子施加影响，使之受迫产生振动，进而实现混合物组份的更有效分离。
本发明提供的层析分离方法，主要用于对混合物中特定组分或粒子进行分离，是在传统方法的基础上通过外加的交流电场或交流电场与磁场同时存在，即在与待分离混合物运动的方向垂直的方向上加设交流电压形成电场，并调节其交变频率使其中待分离物粒子产生最大的振动，该振动以振幅乘以频率计(以下称之为“最高振动”和“最高振动频率”)。
与传统方法相同，本发明包括薄层层析和柱层析法。
根据本发明的优选实施方案，该方法还包括加设交变电场的同时，在与该混合物运动的方向平行的方向上加设一磁场。
根据本发明提供的层析分离方法，只要存在足够的交变电压，例如不小于10000VM-1，而磁场亦足够大，例如磁场强度高于0.5特斯拉(T)的磁场，待分离物粒子在该外界因素的影响下的振动就有可能明显慢下来，但不同组份的粒子振动和减慢的程度是不同的，此时就会出现将其分离的良机，理论和试验结果均证明，若能产生近乎“共鸣”的情况，则分离效果是最佳的。
一般来说，在高电压的变动下，粒子的电场会受到影响，并且依据同性相斥，异性相吸的性质，这些粒子会作转动。通常分子的转动规律是一半顺时针，一半逆时针方向，因而该等粒子转动所产生的磁场大部分被相互抵消。但如果受一个实在及具一定强度的磁场影响，粒子的转动不再抵消磁场，而是产生一个可抗拒外加磁场的内在磁场。换言之，该等粒子的转动所产生的磁场会令粒子的移动变慢，但不同的粒子变慢的程度是不同的，因而提供了增加使化学混合物被分开的可能和机会。
需要说明的是，本发明所说的粒子应理解为广义上的化学粒子，即包括分子、离子和/或胶体粒子。
从理论上讲，自然界存在的每一种物质的粒子均有其特定的最高振动(maximum vibration)，当外加交流电的频率被调校至与该最高振动频率一致，就会存在一个最高振动，令该特定的粒子在最高振动频率下产生最强烈的振动，在这种情况下该粒子被外加的磁场所吸引的程度会相对其他粒子大，因而令该化合物或元素粒子的大部分或绝大部分得以与其他成份分离。但将该结论应用于实际操作中时，较小粒子的最高振动和其频率是有可能并较容易得到的，亦较易有所谓共振或称共鸣之情形出现，例如双原子极性分子，其中的带电粒子在电场中呈有序转动，而对于较大的粒子如蛋白质、糖等结构复杂的大分子物质，粒子的转动很难实现有序，得到其固有频率及共振只能是理想状态，所以本发明在此引入一个“最高振动”(maximum vibration)的表述，所谓最高振动亦即最高的“同步振动×振幅”的总和，例如在所述条件下某物质粒子中存在很多带电粒子的振动，最高振动就是各振动粒子的同步振动×振幅的最高值了，由此可以说，在最高振动的情况下，该较大粒子的振动减慢的程度是最明显的，故而被分离的机会亦最大。据此本发明所提及的固有频率或共振/共鸣均指上述定义的最高振动，在小粒子中最高振动较有可能类似共鸣。
本发明与传统方法相比，特点在于利用磁场和交流电场与传统的分离方法结合，成为一种改进的新型高效层析分离方法，即，在混合物运动的路线上并与之成九十度角的是一个由高电压交流电产生的电场，同时在混合物运动的路线上并与之平行的是一个磁场强度高于0.5特斯拉，最好是相当大的磁场。该外加交流电应具有较高的变动频率，要求不低于50赫兹，实际应用中加入交流电的交变频率范围可在50赫兹以上至可见光频率，其交变电压也以击穿电压为最高临界电压，试验结果证明，用以激发待分离物粒子使之受迫产生振动的交流电压在10000VM-1以上，但以击穿电压为最高临界电压，优选在40000VM-1以上，此时磁场强度要求在1特斯拉以上，最好是2特斯拉以上。另一种情况，如电场的交变频率基本上等于待分离物粒子的最高振动时，交变电压就不必那么高，所需有效交变电压甚至低至10VM-1即可，但此时通常要求该有效交变电压在10～1000VM-1。对不同性质的待分离物粒子，该限定也会有所变化，例如，对于蛋白质粒子，该有效交变电压在20～1000VM-1。磁场强度的要求也相应低一些，要求0.5特斯拉以上，最好是2特斯拉以上。
通常在确定操作中的电场时，最好是先将电压调至刚好有放电现象产生，然后再略微降低电压避免物质由于被击穿而发生变化或纸张被烧，由于放电现象受外界条件如天气湿度等影响，所以每次操作前均应先行调整。所加外在磁场也需要足够大，以保证分离效果。
依据本发明，在交流电场的影响下，混合物粒子本身所带电子将会再分配，局部形成偶极，在没有外加磁场时，电子的这种再分配是一半逆时针，一半顺时针的，因此总的来讲没有产生大的变化，但当有外加磁场存在时，所述电子的分配取向是使之与该外加磁场相吸引，因而混合物粒子在滤纸上或填料中的运动速度变慢，这种变化程度是因不同粒子而异，如果能调整所加交流电的频率达到某特定物质粒子的固有频率，实现粒子的共振，或者说达到该粒子的最高振动，则该粒子受外加磁场的吸引力最大，其运动速度变得最慢，即在同一确定时间内的移动距离最短，进而实现该物质组份从混合物中的分离。实验证明，如没有外加磁场的支持，电压亦可使粒子的偶极转动而使哭组转动速度慢下来。
所以根据本发明方法，对于较小粒子的混合物，只要知道或能计算出其最高振动频率，通过调整外加交流电的交变频率至该频率，就可实现对该粒子的分离，而逐一调整该交变频率达到混合物中各待分离物粒子的最高振动频率，即实现其中包括的各组份间的分离。整个操作过程只需调整电压频率，操作者会觉得非常简便，并且通过粒子的振动频率实现分离，使得到的目的物更纯，而在室温下操作，不必施加其它手段，如加热、洗脱溶剂等，也保证得到的目的物化学性质不发生改变，这也是其它分离方法难以相比的。以上所述是一种理想状态，如遇有恰不知道或无法计算其最高振动频率的粒子或某未知物组份，就需要先确定之。关于某一物质粒子最高振动频率的确定方法，对于本领域的技术人员也并非难事，该确定方法也不唯一。通常可行的方法是用图表或曲线量度某特定粒子相对于所加电场的运动速度，找出粗略的最高振动频率，再于其附近进行精细调整频率变化，就可找出较精确的振动频率，亦即该粒子的最高振动频率。例如利用前面提到的纸层析法，设定至粗估的频率值，在每一个频率值下利用待测物的标准品或纯物质进行数次层析操作，测出其于该频率下在纸上移动的平均距离，然后以测得的平均距离相对于频率作出曲线图，找出粗略的频率后在该频率值附近进行精细调校，再仔细重作一次，以确认精确的频率值。
根据本发明前述原因，对于大多数的粒子，只要能够调节所加交流电的电压使粒子实现最高振动，而后逐渐调整交变频率至维持该最高振动状态。
当上述标准品或纯物质量足够充裕时，利用层析柱法是更优选的选择，只要调校交变频率至最能保留该物质时，该频率便是共振频率或最高振动频率了，也就是说，在同样规格的柱，装填同样的填料，使用同样的载体或洗脱液，磁场和交流电压也完全相同的条件下，经相同流动时间，最能保留该物质的频率即为用于分离操作的交变频率。
有关粒子最高振动的频率也可以通过计算方法得到，已知粒子的运动(转动、直行)速度与温度的平方根成正比，与粒子的重量的平方根成反比。例如物质甲的粒子重量是x，发出最高振动时的频率为y，若与之相似的某物质的粒子重量为x0，发出最高振动时的频率为y0，设温度不变，则得出y=y0×xx0]]>其中y0、x0、x是可知，由上式可计算出该物质粒子的粗略最高振动频率y，实验者就可依前述方法，在该y值附近以图表或曲线方式调整交变频率，取得该未知物的最高振动频率，进而完成分离操作。
因为物质的粒子在很多情形下其重量、性质等特性变化存在一个缓慢过渡，所以，应该可以推断，只要得知一些特定粒子的最高振动频率，用以上计算公式就可以找到其它相关粒子的最高振动频率。
根据本发明的实施方案，有了共振频率或最高振动频率，该物质的分离便是很容易的事了。本发明方法的提出应该具有很实际的应用价值，例如用于药物或食品的纯化，即去除其中的混杂成分，根据本发明，可采用层析柱分离法，只要欲保留产品与多数杂质的最高振动频率或共鸣频率存在较大差异，选用远离产品的适当交变频率对混合物加以处理，就可将多数杂质从中除去，此时再仔细调校频率至残留杂质的最高频率，再次或反复数次处理，即可得到纯品。也可以反向操作，调整交流电的工作频率及电压，令欲提纯组份产生最高振动，使该组分与多数杂质粗略分离，再实施进一步的提纯。不论如何操作，整个过程不采用化学手段及加温加压等处理，保证了产品性质及结构没有改变。
从以上所述可知，本发明提供的改良的层析分离方法在实际应用中不受分离物的限制，具有相当广泛的应用范围，只要不断调校外加交流电的交变频率，可以逐一地将混合物中所有组份逐一分离，不论该组份是否为已知，所以本发明方法亦可用于工业上大量从混合物中分取某一些物质。从另一方面讲，当分离出的是一些未知物组份时，其最高振动频率亦同时已知，通过比较研究其最高振动频率，也可成为分析测定其结构的一个途径。例如A和B有相同的原子量，而其最高振动频率又相似，则A和B之间极有可能存在类似的偶极(dipole)。
本发明方法还有一个更具实用价值的用途就是用于进行同位素的分离，因为很多诸如同位素这样的相似颗粒用普通层析法是无法实现分离的，而本发明的层析分离法可激发混合物粒子中偶极子(dipole)转动，该偶极子带有分开的正负电性，在转动中外加的磁场就可使其速度减慢。例如从氯乙烷中分离氯的同位素，其偶极子C-Cl中，C是正电性，Cl是负电性，温度不变，在外加磁场作用下不同的氯同位素会因原子重量不同而拥有不同的移动速度，所以同一温度下不同的氯会使同是氯乙烷的最高振动频率有所差别，利用该方法使它们分开，再配合化学方法就可得到Cl的同位素了。同样道理，利用这种偶极的存在，使用例如甲酸，使其中的O-H和O-D偶极子分离，原子能反应炉用到的氢的同位素氘(D)也可以被分离得到。再例如放射性元素铀(U)也可以和某些有机物分子中的极性粒子形成化合物，设该粒子为R，所有U的同位素与R就会分别形成R--U+偶极子，其在外加交流电形成的电场影响下转动，当同时有外加磁场时，最好不低于2T，则R-U的转动或运动会明显慢下来，同样由于不同的铀同位素有不同的原子量，其最高振动频率也就不同，通过分别收集，就可将铀中不同的同位素分开并提取出来。
本发明方法的实施可以有多种方式，但只要获得要求的磁场和电场，对于实施的方式或手段不作限制，例如较简单的纸层析，可将一定尺寸的滤纸平放于一个适当大小的中空容器例如圆纸筒的中心，该纸筒的圆周上事先缠绕有若干层电线，接通电流后，该纸筒中即存在一个磁场，而在滤纸的两面各紧密排布电极，将电极接通交流电源即产生一个电场，调整电压和交变频率至符合要求，按常规方法即可完成层析分离的操作。对柱层析法，需在柱内壁设置电极板，使电极板被柱中的填料隔开，接通交流电源产生交变电场，直接将线圈缠于柱的外周表面，接通交流电产生磁场，或者将该层析柱置于一外周缠绕电线圈的中空容器中，接通电产生磁场。
总之，本发明方法尤其适用于对一些相似颗粒的分离，在操作中只加电场即会显示效果，但优选的条件是同时外加电场和磁场，此时将获得意想不到的好效果。以下通过具体操作实例揭示本发明。
实施例将实验室用的普通滤纸裁成约8cm长，平放于一个10cm长的纸筒中，纸筒上缠绕三层线圈，每层30匝，接通电流强度12A便可产生一个磁场；在滤纸的两面相对地排布7对电极，电极间隔3-4mm，且电极有一面是锋利的作为引导电压集中点，接通50Hz,220V交流电，此时的有效电压将达5500～70000VM-1。
将相同容量的红、蓝两色墨水混合成为供实验用的化学混合物，以纯水为冲洗剂，在纸上行三分钟，做了如下三种方式的实验(1)、对照实验，用传统的纸层析法，即不加电场和磁场。
(2)、施加电场。
(3)、同时施加电场和磁场。
实验结果方法(3)的效果最佳，可清楚地分出蓝色、红色、紫色和粉红色，顺序是先为蓝色，紧接着是红色，红色和后面的紫色间有一明显的空挡；
方法(2)的效果相近，但红色和紫色的分界不清楚；方法(1)的混合物只行进了3.5cm左右，看不到红色和紫色间的分界。
从运动速度上比，方法2中颜色的移动较方法1慢了10％左右，这证明电场使粒子的移动受阻；方法3中颜色的移动更慢，相信这是由于磁场的同时存在，磁力使紫色物质更明显慢下来，导致红、紫色之间出现空挡。
上述结果可参见附

图1所粗略示意，图中，(1)为对照实验结果，(2)、(3)分别为只加电场和同时加设电场与磁场的结果。其中的区域1显示蓝色，区域2为红色，区域3为紫色，可以看到在(1)中颜色的分布较密集，布满整个滤纸条，但各颜色之间界限不清；(2)和(3)中的颜色分布区域均明显被拉大，而且在(3)中2和3间还存在有一明显的空挡4。
权利要求
1.一种层析分离方法，用于对混合物中特定组分或粒子进行分离，其包括薄层层析法和柱层析法，采用常规层析分离操作，该方法包括在与待分离混合物运动的方向垂直的方向上加设交流电压形成电场，并调节其交变频率使其中待分离物粒子产生最大的振动。
2.权利要求1所述的层析分离方法，其还包括加设交变电场的同时，在与该混合物运动的方向平行的方向上加设一磁场。
3.权利要求1或2的层析分离方法，其中，用以激发待分离物粒子产生振动的交流电压在10000VM-1以上，但以击穿电压为最高临界电压。
4.权利要求2的层析分离方法，其中，令待分离物粒子被激发受迫振动时，所加磁场强度在1特斯拉以上。
5.权利要求1或2所述的层析分离方法，其中当交流电的交变频率基本上等于待分离物粒子的最大振动频率时，所需有效交变电压在10～1000VM-1。
6.权利要求5所述的层析分离方法，对于待分离物为蛋白质粒子时，该有效交变电压在20～1000VM-1。
7.权利要求5的层析分离方法，其中，当交流电的交变频率基本上等于待分离物粒子的最大振动频率时，所加磁场强度在0.5特斯拉以上
8.前述任一项权利要求所述的层析分离方法，其中，所述对特定组分的分离包括对元素的不同同位素的分离。
9.前述任一项权利要求所述的层析分离方法，其中，采用薄层层析法时，包括将层析纸置于一中空容器内部，该层析纸两面密布电极，接通交流电产生电场；所述中空容器周面缠绕电线圈，接通交流电产生磁场。
10.前述任一项权利要求所述的层析分离方法，其中，采用柱层析时，包括在柱内壁侧设置若干组电极板，使每组电极板均被柱中的填料隔开，接通交流电源产生交变电场，同时直接将电线圈缠于柱的外周表面，或将该层析柱置于一外周缠绕电线圈的中空容器中，接通交流电产生磁场。
全文摘要
本发明涉及混合物的层析分离方法,尤其适用于对混合物中特定组分或粒子进行分离,其包括薄层层析法和柱层析法,该方法采用常规层析分离操作,包括在与待分离混合物运动的方向垂直的方向上加设交流电压形成电场,并调节其交变频率使其中待分离物粒子产生最大的振动,同时在与该混合物运动的方向平行的方向上加设一磁场。本发明提供的改良的层析分离方法在实际应用中不受分离物的限制,具有相当广泛的应用范围。
文档编号B01D15/08GK1320469SQ00105999
公开日2001年11月7日 申请日期2000年4月21日 优先权日2000年4月21日
发明者陈兆松 申请人:陈兆松