专利名称：等排色谱柱及色谱分析方法
技术领域：
本发明涉及色谱技术领域，具体涉及一种新型结构的等排色谱柱。
技术背景色谱技术是一种高效分离纯化技术，在许多领域得到了广泛应用，如化工、 生物、食品、医药等。色谱柱是色谱技术的核心部分，是实现物质分离的主要场 所，能直接影响分离纯化的绩 义 一直以来都是色谱技术研究领域的核心和前沿。 我国在色谱柱的研制上起步较晚，虽然取得了一些成果，但跟国外相比还是存在 不小的差距，缺少代表性成果。色谱柱一般可分为分析型和制备型，分析型色谱柱的柱径小，分离精度高； 制备型色谱柱柱径大，分离精度相对较差。虽然制备型色谱并非分析型色谱的简 单放大，但制备型色谱研究的核心是色谱过程放大，同样重视分离精度。期望制 备型色谱能拥有类似分析型色谱的分离精度一直是色谱研究人员努力的方向。由 于现代色谱技术的动力系统(泵系统)、检测和收集系统日趋完善，因此，提高 液相色谱性能的重点就越来越集中到液相色谱柱的改进上。近年来，已有一些研 究关注色谱柱子的结构改进，如Yoich ItO教授发明的逆流色谱，美国通用石 油公司(U0P)开发的模拟移动床(Simulated Moving Bed)，这些液相色谱技术 可以提升分离效率，并开创了新的分离方法和色谱理论，但仍存在一定的局限性。目前，现代分离技术中应用最广泛的液相色谱柱都是具有一定柱长和柱径的 圆柱型色谱柱，在使用色谱柱进行分离和分析的过程中必然会存在一定的轴向和 径向扩散效应，而这些扩散效应会导致溶质谱带在色谱柱内扩散不同步，造成峰 展宽或峰形不对称，降低柱效。卢佩章，藏朝政在《色谱理论基础》中阐述圆柱型 色谱柱的正常色谱峰都存在一定程度的谱带展宽，这说明色谱柱本身结构也是造 成峰展宽的重要因素之一。减小柱径尺寸在一定程度上能削弱谱带展宽对色谱柱 效的影响，但柱径小不利于放大制备。目前，尚未发现通过改变色谱柱结构来兼 顾柱效和制备放大两方面需求的解决方案。本发明的目的在于提供一种在大尺寸色谱柱上实现小尺寸色谱柱的分离效果 的等排色谱柱。为达上述目的，本发明具体的内容为本发明的等排色谱柱，包括色谱柱管、色谱柱头和筛板，其中色谱柱管由一 组不同直径色谱柱管组成，色谱柱管的直径依次递减，不同直径的色谱柱内管同 轴置于色谱柱外管的中心，每个管壁之间的有效间距相等。以上所述等排色谱柱，所述筛板一面加有一组不同直径的同心圆形凹槽，凹 槽深度为0. 5腿-4mm (包括0. 5mm和4mm)，圆形凹槽尺寸与所固定的色谱柱内管 相匹配。以上所述等排色谱柱，所述色谱柱内管可以灵活组装或拆卸，色谱柱内管的 数量为1-10个(包括1和10)。以上所述等排色谱柱，制备色谱柱管的材料为不锈钢、玻璃或有机玻璃类高 分子聚合物。以上所述高效液相色谱柱，色谱柱内管之间的有效间距相等，有效间距为 4-50mm (包括4mm和50mm)。以上所述等排色谱柱，所述柱色谱内管内外表面光滑。本发明的另一目的在于提供一种等排色谱的分析方法，该方法中，使用了以 上所述结构的等排色谱柱。根据具体情况，可选择灵活地选择等排色谱柱的级数。该等排色谱的分析方法中，分析过程中所用填料填充在色谱柱管之间，分析 过程要考虑每个色谱柱内管之间的协同作用对谱带展宽的影响，并结合等效直径、 流量、等板高度、介质粒径等参数来分析等排色谱。本发明的效果在于通过在色谱柱管内固定一组不同直径的内管，改变流动相 在色谱柱内的流动状况，从而削弱谱带展宽效应对色谱柱效的影响，并减低色谱 柱有效内径尺寸；当色谱柱有效横截面积相等时，等排色谱柱的有效直径比普通 色谱柱小，在大尺寸等排色谱柱上能实现小尺寸色谱柱的分离效果，在化工、生 物、医药等领域中具有广阔的应用前景。
图l:为本发明等排色谱柱(3级)的剖面图。图2:为本发明中筛板的俯视图。 图3:为本发明等排色谱柱(l级)的剖面图。 图4:本发明1级等排色谱柱检测谱图； 图5:普通色谱柱检测谱图。
具体实施方式
发明人深入研究了目前液相色谱普遍存在谱带展宽现象以及制备型色谱柱效 较低的问题，发现由于色谱柱都有一定的长度和直径，在分离和分析过程中必 然存在一定的轴向和径向扩散，而这些扩散就会导致色谱柱内溶质带整体扩散不 同步，从而造成峰展宽或峰不对称。任何一个色谱过程，基本上都是谱带展宽的 过程。通过改变柱型(如柱子变细、变短)和改进分离介质(如粒度更小或更加 均匀)，可使柱内发生的色谱分离过程中谱带宽度将变窄，但这方面可进行的改进 是有限度的。同时，对于大规模制备型色谱就必须要考虑的是在相同条件下， 柱径减小，背压就会变大，对设备和分离介质性能要求变高，不利于实际操作； 同时柱容量变小，不利于放大。因此，又需要在柱效和实际操作可行性之间寻求 一种平衡。因此，本发明设计了一种新型色谱——等排色谱柱，从提高柱效和利于放大 两方面入手。本发明设计思想是通过在色谱柱外管内固定一组尺寸不同的色谱 柱内管，可以改变流动相的运动轨迹，减小了不同层流的流动相分子的流速分布， 在一定程度上削弱了溶质扩散不均效应；此外，大大降低了柱有效直径尺寸，利 于柱效提高和利于放大。以下就本发明等排色谱柱的结构组成及所能产生的功效，配合附图以较佳实 施例详细说明如下如图l、图3所示，本发明等排色谱柱，和已有色谱柱类似，它包括柱管、柱头和筛板其中柱管由一个外管11和多个不同直径的内管12组成(图1显示有3个内管， 图3显示有1个内管)，并且内管12同轴套设于外管11内，内管12的长度与外管11相 等，内管12的直径均小于外管11，由柱管轴心向外方向，内管12直径依次增加，各 相邻内管12之间的相邻管壁的有效间距相等；在工作时等排色谱柱的外管ll和内管 12之间的间隙中装填料。所述筛板2为两个，设于柱管两端，如图2所示，在筛板2上设有一组不同 直径的同心圆形凹槽21，同心圆形凹槽21直径尺寸与所固定的色谱柱内管12和 外管11的直径尺寸相匹配，使外管11和内管12的两端卡设在各自匹配的同心圆形凹槽21内。所述柱头3为两个，盖合设于色谱柱的两端；具体组装上，可在柱管的外管 11端头外壁上设有螺纹，而柱头3内壁设内螺纹从而通过螺纹将柱头3螺接于外 管11外壁的两端螺纹上，并进而把外管11、内管12和筛板2固定，如图1所示， 在实际实验操作时，组装等排色谱柱时，也可以在筛板2和柱头3之间加垫片4， 形成本发明的等排色谱柱。以上所述等排色谱柱，制备色谱柱管的材料为不锈钢、玻璃或有机玻璃类高 分子聚合物等，并且所述等排色谱柱的内管12内、外表面光滑。更加具体的实施例上，所述筛板2的同心圆形凹槽21的宽度为0. 5mm到4mm 之间(包括0.5和4);色谱柱内管的数量在I-IO (包括I和IO)个范围内，设l 个内管称为l级，设n个内管称为n级；以上所述等排色谱柱内管之间的有效间 距相等，并且有效间距在4mm-50mm (包括4mm和50mm)。本发明还提供一种色谱的分析方法，该方法中，使用了以上所述结构的等排 色谱柱。该色谱分析方法中，分析过程中所用填料填充在色谱柱管之间的空隙里，分 析过程要考虑每个色谱柱内管之间的协同作用对谱带展宽的影响，并结合等效直 径、流量、等板高度、介质粒径等参数来选择适宜的等排色谱。例如，在色谱柱 外管11的尺寸小于50咖情形下，选择1或2级等排色谱柱，而在大于或等于50mm 情形下，选择多级等排色谱柱。以下具体说明等排色谱的安装与使用。实施例l:将内径为28mm，长度为100mm的色谱柱外管色谱一端柱头拧开， 取下其中的垫片和筛板，然后将内径为llmm，管壁厚度为2mm的色谱柱内管固定 在另一端的筛板上，以300目玻璃珠为填充介质，在色谱柱管壁之间的空隙里装 填，待填装满时，合上筛板，装上垫片和色谱柱头形成1级等排色谱柱，然后将 该色谱柱通过标准色谱柱接口连接在液相色谱仪检测分析，在不同流速下(参见 表l)，分析检测条件流动相为超纯水，分析样品为丙酮水溶液(0.002mol/mL)， 进样量为20微升，检测波长250nm。同时以外管尺寸相同的不加内管色谱柱(或 称普通色谱柱)作为对照做同样的检测。检测谱图参见图4 (1级等排色谱柱)和 图5 (普通色谱柱)，通过谱图计算理论板数，结果参见表l。表h普通色谱柱和1级等排色谱柱的理论板数随流速变化趋势流速(mm/min)57. 5101级等排色谱柱理论板数1049109311186入11.0421.066普通色谱柱理论板数375368365入10. 9820. 973谱图和表l结果显示较现有同尺寸的色谱柱，增加了内管的l级等排色谱 柱柱内发生的色谱分离过程中谱带宽度明显变窄，分离效果明显提高；在相同条 件下，等排色谱柱的理论板数比普通色谱柱增大近两倍，而且随着流速的增大， 等排色谱柱的理论板数有变大的趋势。实施例2:将内径为50mm，长度为800mm的色谱柱外管色谱一端柱头拧开， 取下其中的垫片和筛板，然后将内径分别为32mm、 16mm、 8腿，管壁厚度均为2nun 的色谱柱内管依次固定在另一端的筛板上，以300目玻璃珠为填充介质，在色谱 柱管壁之间内装填，待填装满时，合上筛板，装上垫片和色谱柱头形成3级等排 色谱柱，然后将该色谱柱通过标准色谱柱接口连接在液相色谱仪检测分析。在不 同流速下，分析检测条4牛流动相为超纯7K分析样品为丙酮水溶液(0.002mol/mL), 进样量为20微升，检测波长250nm。在相同条件下，等排色谱的色谱峰型要比普 通色谱的尖而窄，分离效率高。本发明虽由前述实施例来描述，但仍可变化其形态与细节，在不脱离本发明 的精神下制作。前述为本发明一种较合理的使用方法，仅为本发明可以具体实施 的方式之一，但并不以此为限。
权利要求
1、一种等排色谱柱，包括柱管、柱头和筛板，其特征在于其中柱管由一个外管和多个不同直径的内管组成，并且内管同轴套设于外管内，内管的长度与外管相等，内管的直径均小于外管，且由内到外的内管直径依次增加，各相邻内管之间的相邻管壁的有效间距相等。
2、 如权利要求l所述的等排色谱柱，其特征在于，所述筛板朝内的一面设有一 组不同直径的同心圆形凹槽，同心圆形凹槽直径尺寸与所固定的色谱柱内管直径尺 寸相匹配，外管和内管的两端卡设在同心圆形凹槽内。
3、 如权利要求2所述的等排色谱柱，其特征在于，凹槽深度为0. 5mm-4mm， 圆形凹槽尺寸与所固定的色谱柱内管相匹配。
4、 如权利要求1或2所述的等排色谱柱，其特征在于，所述色谱柱内管可以灵活组装或拆卸，色谱柱内管的数量为i-io个。
5、 如权利要求1或2所述的等排色谱柱，其特征在于，所述色谱柱内管有效 间距为4-50mm。
6、 如权利要求1或2所述的等排色谱柱，其特征在于，所述不同直径色谱柱内 管的内外表面光滑，管壁厚度为O. 5mm-4mm。
7、 如权利要求1或2所述的等排色谱柱，其特征在于，在外管外壁的两端上 设有螺纹，所述柱头为两个，螺接于外管外壁的两端螺纹上，从而把外管、内管 和筛板固定在中部。
8、 如权利要求1所述的等排色谱柱，其特征在于，以上所述等排色谱柱，制 备色谱柱管的材料为不锈钢、玻璃或有机玻璃类高分子聚合物等。
9、 一种色谱的分析方法，其特征在于，使用权利要求1至8任一所述的等排 色谱柱，所用填料填充在色谱柱管之间的空隙里。
10、 如权利要求9所述的色谱的分析方法，其特征在于， 一般情况下，对于 色谱柱外管尺寸小于50mm情形下，可选择1或2级等排色谱柱，而在大于50mm 情形下，可选择多级等排色谱柱。
全文摘要
本发明公开一种等排色谱柱，包括柱管、柱头和筛板，其中柱管由一个外管和多个不同直径的内管组成，并且内管同轴套设于外管内，内管的长度与外管相等，内管的直径均小于外管，由外管中心到外管内壁，内管直径依次增加，各相邻内管之间的相邻管壁的有效间距相等。所述筛板设于外管和内管的两端，在筛板上加有一组不同直径的同心圆形凹槽，同心圆形凹槽直径尺寸与所固定的色谱柱内管和外管的直径尺寸相匹配。所述柱头为两个，螺接于外管外壁的两端螺纹上。本发明通过在色谱柱管内固定一组不同直径的内管，改变流动相在色谱柱内的流动状况，从而削弱谱带展宽效应对色谱柱效的影响，并降低色谱有效柱内径尺寸。
文档编号G01N30/46GK101629939SQ20081011685
公开日2010年1月20日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者蕾 周, 鑫 周, 季路漫, 祥 梅, 谭天伟, 铁德馨, 晓 陈 申请人:北京化工大学