一种三维液相色谱分离系统的制作方法

本实用新型属于高效液相色谱分离技术领域，涉及一种三维高效液相色谱分离系统。

背景技术：

普通一维色谱分离系统所能提供的有限的分辨率和峰容量很难满足对极端复杂体系样品进行全组分分离、分析的要求。多维色谱技术能极大地提高整个系统的峰容量和分离选择性，在解决成分复杂、含量不均、干扰严重、组分未知样品方面，具有独特的不可替代的作用，已迅速成为色谱科学研究领域的热点之一。

最常见的多维液相色谱接口技术有3种：基于样品环的接口技术；基于富集柱(也称捕集柱)的接口技术；基于停留模式的接口技术。

目前，多维液相色谱分离系统主要包括停流型二维液相色谱系统、连续环切换型二维液相色谱系统和串行模式多维液相色谱系统。

停流型二维液相色谱系统运行模式为：第一维分离系统分离一段样品后停止，分离后的样品转入到第二维分离系统进行分离，第二维分离系统完成后停止，继续第一维分离系统的运行，循环往复，完成所有的分离。

连续环切换型二维液相色谱系统运行模式为：第一维分离系统分离的一段样品交给第二维分离系统进行分离，第一维分离系统继续进行第一维分离，如此往复，完成所有分离。连续环切换型二维液相色谱系统分离速度极快，但第二维液相色谱的分离受到第一维液相色谱严重制约，应用领域受到了一定限制。

串行模式多维液相色谱系统运行模式为：先运行第一维分离系统，将分离后的样品组分依次精确切割富集在多个富集柱中，第一维分离结束后，再开始第二维分离；如此往复，实现多维色谱分离。串行模式多维液相色谱系统各维色谱分离独立，互不干扰，应用范围广泛。串行模式多维液相色谱系统中富集柱的数量是该系统分离能力的一个关键指标。

串行模式多维液相色谱系统以德国赛谱泰克(Sepiatec GmbH)公司的全自动高通量制备型分离系统sepbox系列产品为代表，但该产品只能进行二维色谱分离，分离能力有限。

中国专利申请CN108037233A公开了一种基于同一检测器的全在线检测的多维液相色谱分离系统。该系统属于串行模式多维液相色谱系统，实现了分离过程全程可测可控，富集柱和分离柱清洁程度可以检测，适用于分离难度很高的复杂样品体系的自动化重复分析、分离与制备，便于实现单体化合物的高效制备。但是，该种系统在二维色谱分离模式中无法将全部的富集柱用于组分的富集，没有发挥全部富集柱的效能。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有多维液相色谱分离技术中存在的一些问题，在保留现有多维液相色谱分离技术优点的基础上，提供一种在二维分离模式时能发挥全部富集柱的效能，又具有三维色谱分离模式的液相色谱分离装置。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种三维液相色谱分离系统，包括高效液相色谱泵A，高效液相色谱泵B，梯度混合器A，梯度混合器B，进样阀，两位十通阀，两位六通阀，富集柱阵列 A，富集柱阵列B，液相色谱分离柱阵列，检测器，高效液相稀释液泵，收集器，以及连接管路。

所述两位十通阀的①位、②位、③位、④位、⑤位、⑥位、⑦位、⑧位、⑨位、⑩位仅表示邻接关系，不必与两位十通阀的物理标记对应，其号位命名和排序为从两位十通阀的任意接口开始按照逆时针或顺时针从①开始排序命名；所述两位六通阀的①位、②位、③位、④位、⑤位、⑥位仅表示邻接关系，不必与两位六通阀的物理标记对应，其号位命名和排序为从两位十通阀的任意接口开始按照逆时针或顺时针从①开始排序命名；所述检测器用于检测分离过程中的色谱信号；所述进样阀用于进样。

所述液相色谱分离柱阵列由多个色谱分离柱通过多位选择阀并联而成，在同一时刻只能有一个色谱分离柱导通；对外设有一个固定的入口和一个固定的出口，并至少有一个直通旁路，该旁路和分离柱通过多位选择阀并联；当旁路导通时其它色谱分离柱将不能导通，当其它色谱分离柱导通时旁路将不能导通；色谱分离柱的数量根据需要确定。

所述的富集柱阵列A、富集柱阵列B均由多个色谱富集柱通过多位选择阀并联而成，在同一时刻只能有一个富集柱导通；至少有一个直通旁路，该旁路和富集柱通过多位选择阀并联；当旁路导通时其它富集柱将不能导通，当其它富集柱导通时旁路将不能导通；对外有两个接口，分别定义为接口X和接口Y；富集柱的数量根据需要确定；所述多个富集柱阵列可以串联构成一个多级富集柱阵列，运行控制与单级富集柱阵列一致，同一时刻只能有一个富集柱导通；当该多级富集柱阵列为旁路导通状态时则每级的富集柱阵列都处于旁路导通。

所述高效液相色谱梯度泵A和高效液相色谱梯度泵B与梯度混合器A的入口连接，梯度混合器A的出口与进样阀的入口连接，进样阀的出口与两位十通阀的①位连接，两位十通阀的⑩位与两位十通阀的⑦位连接，两位十通阀的⑥位与液相色谱分离柱阵列的入口连接，液相色谱分离柱阵列的出口与检测器连接，检测器的出口与梯度混合器B的入口连接，稀释液泵与梯度混合器B的入口连接，梯度混合器B的出口与两位十通阀的⑧位连接；两位十通阀的⑨位与④位连接；两位十通阀的⑤位与两位六通阀的①位连接；两位六通阀的⑥位与富集柱阵列B的Y接口连接，富集柱阵列B的接口X与两位六通阀的③位连接；两位六通阀的②位与富集柱阵列A的接口Y连接，富集柱阵列A的接口X与两位十通阀的②位连接；两位十通阀的③位与两位六通阀的④位连接，两位六通阀的⑤位与馏分收集器的入口连接。

基于上述三维液相色谱分离系统的管路连接方式，通过控制两位十通阀和两位六通阀的状态，实现系统从上一维分离状态转换为下一维分离状态，可完成最多三维的全在线检测的色谱分离功能。

所述进样阀是一个进样装置，可以是两位六通切换进样阀，或者是进样器；可以是其它实现液体或固态上样的多位切换上样阀；也可以是一个实现固态上样的色谱柱。

所述高效液相色谱梯度泵A、高效液相色谱梯度泵B均由两个单元泵组成，或由一个多元梯度泵组成。所述稀释液泵为高效液相稀释液泵，为一个单元泵，或为一个多元泵。所述高效液相色谱梯度泵A和高效液相色谱梯度泵B及稀释液泵，其稀释剂可为水、盐溶液、甲醇、乙腈、丙酮、乙醇或正构烷烃溶剂，其洗脱剂可为甲醇、乙腈、乙醇、水及其混合物、正构烷烃等常用有机溶剂。

所述检测器为各种用于检测分离过程中色谱信号的装置，包括但不仅限于紫外检测器，二极管阵列检测器，蒸发光散射检测器或质谱检测器，可以是一个或多个检测器联合。

所述分离柱阵列、富集柱阵列A、富集柱阵列B的色谱柱可以选用相同或不同的填料，所述填料可为硅胶，带有C18、Xion、C8、CN基或氨基的反相硅胶基质填料或各种大孔吸附树脂及离子交换树脂等填料。

多位切换阀只是柱阵列的一种实现形式；当一个柱阵列柱中有一个柱子导通时该柱阵列中其它柱子和旁路将不导通，当该柱阵列旁路导通时该柱阵列中其它柱子不导通。

与现有多维色谱分离技术相比，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型所构建的三维液相色谱分离系统，在保留现有多维色谱分离技术优点的基础上，既能在二维全组分分离模式时发挥所有富集柱的效能，又能提供聚焦目标组分的三维色谱分离能力。根据被分析样品或馏分的不同选择不同的色谱柱组合，系统使用控制灵活方便，可以在多种模式下运行，例如，一维分离模式，二维分离模式，三维分离模式等；

(2)本实用新型所构建的三维液相色谱分离系统扩展性强，在不增加系统成本的前提下，在现场只需要将系统管路重新连接即可升级为多维液相色谱分离系统，使系统具备四维色谱分离模式等更高维度的分离能力；在需要时又可以重新连接管路成为常用的全三维液相色谱分离系统。在分离难度很高的复杂体系样品分离分析中有非常广阔的应用前景。

(3)本实用新型所构建的三维液相色谱分离系统，富集柱阵列的入口和出口不是固定的，在第二维色谱分离过程中，当富集柱作为上样柱时，其洗脱液的流动方向与当初富集样品时流动相的流动方向相反，而样品一般富集在富集柱的入口附近，因此需要较少流动相和较少时间就能完成富集柱中样品的洗脱和上样，进而减少了总分离时间，提高了分离效率。

附图说明

图1a，图1b为本实用新型提供的三维液相色谱分离系统第一维分离状态的管路连接结构图，图1a和图1b中两位十通阀均为A状态，图1a中两位六通阀为A状态，图1b中两位六通阀为B状态。

图2为本实用新型提供的三维液相色谱分离系统第一维或者第二维分离状态的管路连接结构图。其中，两位十通阀为B状态，两位六通阀为B状态。

图3为第一维，第二维或者第三维色谱分离状态的管路连接图，其中两位十通阀为B状态，两位六通阀为A状态。

图4为液相色谱分离柱阵列的管路连接结构图。

图5为富集柱阵列A、富集柱阵列B的管路连接结构图。

图6a为两位六通进样阀样品装载状态(LOAD状态，A状态)管路连接结构图，该状态下将样品装载到定量环中，其中④位定义为进样阀的入口，⑤位定义为进样阀的出口；

图6b为两位六通进样阀样品装载状态(INJECT状态，B状态)管路连接结构图，该状态下样品将从定量环中注入到分离系统流路中进行分离，其中④位定义为进样阀的入口，⑤位定义为进样阀的出口。

图7为本实用新型实施例的三维高效液相色谱分离系统结构图。

具体实施方式

以下所述的实施例仅仅是对本实用新型专利应用的一种描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围。

一种三维液相色谱分离系统，包括高效液相色谱梯度泵A、高效液相色谱梯度泵B、稀释液泵、梯度混合器A、梯度混合器B、进样阀、富集柱阵列A、富集柱阵列B、馏分收集器、液相色谱分离柱阵列、检测器、两位十通阀、两位六通阀以及连接管路。其中，稀释液泵为高效液相稀释液泵。

所述高效液相色谱梯度泵A和高效液相色谱梯度泵B与梯度混合器A的入口连接，梯度混合器A的出口与进样阀的入口连接，进样阀的出口与两位十通阀的①位连接，两位十通阀的⑩位与两位十通阀的⑦位连接，两位十通阀的⑥位与液相色谱分离柱阵列的入口连接，液相色谱分离柱阵列的出口与检测器连接，检测器的出口与梯度混合器B的入口连接，稀释液泵与梯度混合器B的入口连接，梯度混合器B的出口与两位十通阀的⑧位连接；两位十通阀的⑨位与④位连接；两位十通阀的⑤位与两位六通阀的①位连接；两位六通阀的⑥位与富集柱阵列B的Y接口连接，富集柱阵列B的接口X与两位六通阀的③位连接；两位六通阀的②位与富集柱阵列A的接口Y连接，富集柱阵列A的接口X与两位十通阀的②位连接；两位十通阀的③位与两位六通阀的④位连接，两位六通阀的⑤位与馏分收集器的入口连接。

下面结合附图进一步说明。

图1a中两位十通阀为A状态，两位六通阀为A状态。此时，高效液相色谱梯度泵A和高效液相色谱梯度泵B与梯度混合器A组成色谱分离梯度洗脱流动相供给系统，梯度混合器A的出口与进样阀连接，进样阀的出口与两位十通阀的①位连接；两位十通阀的①位与⑩位导通，两位十通阀的⑩位与⑦位连接；两位十通阀的⑦位与⑥位导通，两位十通阀的⑥位与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测器的入口连接，检测器检测色谱信号，检测器的出口与梯度混合器B的入口连接，稀释液泵与梯度混合器B的入口连接，经梯度混合器B稀释柱后流出样品，其出口与两位十通阀的⑧位连接；两位十通阀的⑧位与⑨位导通，两位十通阀的⑨位与④位连接；两位十通阀的④位与⑤位导通，两位十通阀的⑤位与两位六通阀的①位连接，两位六通阀的①位与两位六通阀的⑥位导通；两位六通阀的⑥位与富集柱阵列B的接口Y(此时接口Y为富集柱阵列B的入口)连接，富集柱阵列B的接口X(此时接口X为富集柱阵列B 的出口)与两位六通阀的③位连接；两位六通阀的③位与两位六通阀的②位导通；两位六通阀的②位与富集柱阵列A的接口Y(此时接口Y为富集柱阵列A 的入口)连接，富集柱阵列A的接口X(此时接口X为富集柱阵列A的出口) 与两位十通阀的②位连接，实现样品的富集；两位十通阀的②位与③位导通，两位十通阀的③位与两位六通阀的④位连接；两位六通阀的④位与两位六通阀的⑤位导通，两位六通阀的⑤位与馏分收集器的入口连接，实现样品收集。

图1b中两位十通阀为A状态，两位六通阀为B状态。此时，高效液相色谱梯度泵A和高效液相色谱梯度泵B与梯度混合器A组成色谱分离梯度洗脱流动相供给系统，梯度混合器A的出口与进样阀连接，进样阀的出口与两位十通阀的①位连接；两位十通阀的①位与⑩位导通，两位十通阀的⑩位与⑦位连接；两位十通阀的⑦位与⑥位导通；两位十通阀的⑥位与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测器的入口连接，检测器检测色谱信号，检测器的出口与梯度混合器B的入口连接，稀释液泵与梯度混合器B的入口连接，经梯度混合器B稀释柱后流出样品，其出口与两位十通阀的⑧位连接；两位十通阀的⑧位与⑨位导通，两位十通阀的⑨位与④位连接；两位十通阀的④位与⑤位导通，两位十通阀的⑤位与两位六通阀的①位连接；两位六通阀的①位与两位六通阀的②位导通；两位六通阀的②位与富集柱阵列A的接口Y(此时接口Y为富集柱阵列A的入口)连接，富集柱阵列A的接口X(此时接口X为富集柱阵列A 的出口)与两位十通阀的②位连接；两位十通阀的②位与③位导通，两位十通阀的③位与两位六通阀的④位连接；两位六通阀的④位与两位六通阀的③位导通，两位六通阀的③位与富集柱阵列B的接口X(此时接口X为富集柱阵列B 的入口)连接，富集柱阵列B的接口Y(此时接口Y为富集柱阵列B的出口) 与两位六通阀的⑥位连接；两位六通阀的⑥位与⑤位导通，两位六通阀的⑤位与馏分收集器的入口连接，实现样品收集。

图2中两位十通阀为B状态，两位六通阀为B状态。此时，高效液相色谱梯度泵A和高效液相色谱梯度泵B与梯度混合器A组成色谱分离梯度洗脱流动相供给系统，梯度混合器A的出口与进样阀连接，进样阀的出口与两位十通阀的①位连接；两位十通阀的①位与②位导通并与富集柱阵列A的接口X连接(此时接口X为富集柱阵列A的入口)，富集柱阵列A的接口Y(此时接口Y为富集柱阵列A的出口)与两位六通阀的②位连接；两位六通阀的②位与①位导通，两位六通阀的①位与两位十通阀的⑤位连接；两位十通阀A的⑤位与⑥位导通；两位十通阀的⑥位与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测器的入口连接，检测器检测色谱信号，检测器的出口与梯度混合器B的入口连接，稀释液泵与梯度混合器B的入口连接，经梯度混合器B稀释柱后流出样品，其出口与两位十通阀的⑧位连接；两位十通阀的⑧位与⑦位导通，两位十通阀的⑦位与⑩位连接；两位十通阀的⑩位与⑨位导通，两位十通阀的⑨位与④位连接；两位十通阀的④位与③位导通；两位十通阀的③位与两位六通阀的④位连接；两位六通阀的④位与③位导通，两位六通阀的③位与富集柱阵列B的接口X(此时接口X为富集柱阵列B的入口)连接，富集柱阵列B的接口Y(此时接口X 为富集柱阵列B的出口)与两位六通阀的⑥位连接；两位六通阀的⑥位与⑤位导通，两位六通阀的⑤位与馏分收集器的入口连接，实现样品收集。

图3中两位十通阀为B状态，两位六通阀为A状态。此时，高效液相色谱梯度泵A和高效液相色谱梯度泵B与梯度混合器A组成色谱分离梯度洗脱流动相供给系统，梯度混合器A的出口与进样阀连接，进样阀的出口与两位十通阀的①位连接；两位十通阀的①位与②位导通并与富集柱阵列A的接口X(此时接口X为富集柱阵列A的入口)连接，富集柱阵列A的接口Y(此时接口X为富集柱阵列A的出口)与两位六通阀的②位连接；两位六通阀的②位与③位导通，两位六通阀的③位与富集柱阵列B的接口X(此时接口X为富集柱阵列B 的入口)连接，富集柱阵列B的接口Y(此时接口Y为富集柱阵列B的入口) 与两位六通阀的⑥位连接；两位六通阀的⑥位与①位导通，两位六通阀的①位与两位十通阀的⑤位连接；两位十通阀的⑤位与⑥位导通，两位十通阀的⑥位与分离柱阵列的入口连接，分离柱阵列的出口与检测器的入口连接，检测器检测色谱信号，检测器的出口与梯度混合器B的入口连接，稀释液泵与梯度混合器B的入口连接，经梯度混合器B稀释柱后流出样品，其出口与两位十通阀的⑧位连接；两位十通阀的⑧位与⑦位导通，两位十通阀的⑦位与⑩位连接；两位十通阀的⑩位与⑨位导通，两位十通阀的⑨位与④位连接；两位十通阀的④位与③位导通，两位十通阀的③位与两位六通阀的④位连接；两位六通阀的④位与⑤位导通，两位六通阀的⑤位与馏分收集器的入口连接，实现样品收集。

实施例 一种三维高效液相色谱分离系统结构

该实施例中富集柱阵列A为两级富集柱阵列，每级富集柱阵列有9根富集柱，即富集柱阵列A为18根富集柱，依次编号为富集柱阵列A的第1富集柱，第2富集柱，等等，最后一个编号为富集柱阵列A的第18富集柱；富集柱阵列 B有9根富集柱，依次编号为富集柱阵列B的第1富集柱、第2富集柱，等等，最后一个编号为富集柱阵列B的第9富集柱；液相色谱分离柱阵列有5根分离柱，依次编号为第1分离柱，第2分离柱，等等，最后一根为第5分离柱；参见图7。

以下为上述三维高效液相色谱分离系统结构的运行说明：

该三维高效液相色谱系统主要运行模式为富集模式和分离模式，以及这些模式的组合。在实际应用中，按照需要选择。下面简要说明。

1.富集模式

基于富集柱填料的选择性吸附和梯度洗脱，富集模式既可以保留主要成分，去除杂质组分，主要用于目标组分的分离和分析；也可以保留痕量，去除主要成分，降低痕量成分的检测限，提高痕量成分的检测水平，主要用于目标杂质鉴定分析和未知杂质发现。

富集模式包括单富集模式和双富集模式。单富集模式是通过进样阀多次重复进样，利用富集柱阵列A或富集柱阵列B的选择性吸附，实现一类目标组分的富集，参见图2和图3。双富集模式是通过进样阀多次重复进样，分别利用富集柱阵列A和富集柱阵列B的选择性吸附，实现两类目标组分的富集，参见图 2和图3。

2.一维分离系统运行模式

一维分离系统运行模式包括分离模式、富集-分离模式、富集-分离-富集模式和分离-富集模式等。

分离模式是通过进样阀进样，利用色谱分离柱阵列中的一个分离柱进行色谱分离，利用收集器进行目标组分的收集，参见图1a和图1b。其中，富集柱阵列A和富集柱阵列B均处于旁路导通状态。

富集-分离模式是先利用富集柱阵列A进行目标组分的富集，再利用色谱分离柱阵列中的一个分离柱进行色谱分离，利用收集器进行目标组分的切割收集，此时，富集柱阵列B均处于旁路导通状态。参见图2。

富集-分离-富集模式是先利用富集柱阵列A进行目标组分的富集，再利用色谱分离柱阵列中的一个分离柱进行色谱分离，最后利用富集柱阵列B进行目标组分的富集。参见图2。

分离-富集模式是利用进样阀多次重复进样，利用色谱分离柱阵列中的一个分离柱进行色谱分离，再利用富集柱阵列A或富集柱阵列B进行目标组分的富集。参见图1a和图1b。该模式最多能富集27个组分。

3.二维分离系统运行模式

二维分离系统运行模式具包括分离-富集-分离模式和富集-分离-富集-分离模式。

分离-富集-分离模式是首先利用进样阀多次重复进样，利用色谱分离柱阵列中的一个分离柱进行色谱分离，再利用富集柱阵列A和富集柱阵列B依次进行目标组分的富集，最多能富集27个组分，参见图1a；然后，选择富集柱阵列A 或富集柱阵列B中的1个富集柱作为样品柱，当该样品柱导通时利用分离柱阵列中的另外一个分离柱进行第二维色谱分离，利用收集器收集需要的组分，参见图3。分离-富集-分离模式也可以发展为分离-富集-分离-富集模式，此种情况下，第一次分离富集时利用富集柱阵列A最多能富集18个组分，第二次分离富集时富集柱阵列B最多能富集9个组分。

富集-分离-富集-分离模式是首先利用进样阀多次重复进样，将目标组分利用富集柱阵列A进行富集，此时，色谱分离柱阵列和富集柱阵列B均处于旁路状态，参见图2；然后选择富集柱阵列A中的1个富集柱作为样品柱，当该样品柱导通时利用色谱分离柱阵列中的一个分离柱进行第一维色谱分离，依次将需要的组分利用富集柱阵列B进行富集，共可以富集9个组分，参见图2；最后，选择富集柱阵列B中的1个富集柱作为样品柱，当该样品柱导通时利用分离柱阵列中的另外一个分离柱进行第二维色谱分离，将需要的组分利用收集器收集，此时富集柱阵列A处于旁路导通状态，参见图3。

4.三维分离模式

三维分离模式是指分离-富集-分离-富集-分离模式。首先，通过进样阀多次重复进样，利用色谱分离柱阵列中的一个分离柱，如第1分离柱，进行第一维色谱分离，将馏分按照需要依次富集到富集柱阵列A的18个富集柱中，此时富集柱阵列B处于旁路导通状态，参见图1a和图1b；然后，两位十通阀转到B 状态，选择富集柱阵列A中的1个富集柱作为样品柱，当该样品柱导通时开始第二维色谱分离，将馏分按照需要依次富集到富集柱阵列B的9个富集柱中，参见图2；最后，将两位六通阀转到A状态，参见图3，富集柱阵列A处于旁路导通状态，选择选择富集柱阵列B中的1个富集柱作为样品柱，当该样品柱导通时开始第三维色谱分离，将馏分按照需要依次利用收集器收集。