自支撐模組化色譜柱及其用途
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種自支撐模組化色譜柱及其用途。該模組化色譜柱系由多個(gè)包含固定相填料的盤子堆疊而成，所述盤子是通過在固定相填料里加入粘結(jié)劑和熒光劑，經(jīng)干燥、燒結(jié)或聚合等方式凝固成形，然后打磨成圓盤等規(guī)范形狀，形成獨(dú)立、自支撐式的圓盤，進(jìn)而將這些圓盤堆疊起來，構(gòu)成模組化色譜柱。該方案可以很便捷地觀察混合物各成分在色譜柱里的分離情況，一旦達(dá)到所需的分離程度，就可以拆開色譜柱，通過橫向洗脫和收集，快速獲得分離后的成分，從而縮短洗脫時(shí)間、減少洗液用量。
【專利說明】自支撐模組化色譜柱及其用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及對(duì)自然界天然存在的動(dòng)物、植物、微生物及其代謝產(chǎn)物的某些化學(xué)成分，以及人類在各類生產(chǎn)加工、科學(xué)研究過程形成的各種有機(jī)混合物，進(jìn)行分離或提純所采用的方法和儀器，尤其涉及色譜法和色譜儀，屬于有機(jī)混合物分離與提純【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]色譜法(Chromatography)又稱“色層法”、“層析法”，是用于分離多組分有機(jī)混合物的一種高效分離技術(shù)。1906年,俄國植物學(xué)家茨維特(Mikhail Tsvet)首創(chuàng)了這種分離技術(shù)，他把植物葉綠體色素的石油醚浸潰液倒入一根裝有碳酸鈣吸附劑的細(xì)直玻璃柱中，再加入純石油醚，任其自由流下，原混合物開始被分離成不同顏色的譜帶(即植物色素的分離)，且以不同速度過柱子，然后按譜帶顏色對(duì)混合物進(jìn)行鑒定分析。當(dāng)時(shí)，茨維特把這種分離結(jié)果稱為色譜圖，把這種分離方法命名為色譜法。一百多年來，色譜理論逐步建立和發(fā)展，色譜分離技術(shù)已逐步實(shí)現(xiàn)儀器化、自動(dòng)化、高速化，并從分離手段發(fā)展到分析手段，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。雖然色譜分離的對(duì)象早已不限于有色物質(zhì)，但“色譜法”這一名稱一直被沿用。
[0003]從原理角度看，色譜法是基于混合物各個(gè)組分在兩相(固定相和流動(dòng)相)之間的不均勻分配而進(jìn)行分離的一種方法。不均勻分配的先決條件，是各個(gè)組分對(duì)兩相親和力的不同和向兩相不均勻分配的可能性。在流動(dòng)相的推動(dòng)下，由于混合物中各組分對(duì)兩相的親和力有差異，它們穿過固定相的流動(dòng)速度(或在固定相中的滯留時(shí)間)就不同，從而得到分離。根據(jù)其分離原理，有吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜等方法。從應(yīng)用角度看，色譜技術(shù)在研究天然有機(jī)化合物中有著廣泛應(yīng)用。動(dòng)物、植物、微生物及其代謝產(chǎn)物中的某些化學(xué)成分，是天然藥物和天然食品添加劑的重要來源，對(duì)它們的組分結(jié)構(gòu)與生理活性關(guān)系的研究以及對(duì)天然物質(zhì)的綜合利用，是當(dāng)今極具潛力的研究課題，并要求對(duì)自然資源的研究與開發(fā)向深入化、快速化、微量化方向發(fā)展，以獲取安全無毒高效的天然有效成分服務(wù)于人類。色譜技術(shù)正符合這種要求，在分離混合物、精制化合物、鑒定化合物等多方面得到了廣泛應(yīng)用。隨著色譜理論和電子學(xué)、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的綜合應(yīng)用，新的色譜技術(shù)也在不斷出現(xiàn)和發(fā)展，色譜技術(shù)在精細(xì)化工和高分子材料領(lǐng)域中也已得到很好的應(yīng)用。
[0004]目前，色譜法都是從色譜柱一端進(jìn)樣，采用適當(dāng)?shù)娜軇┻M(jìn)行洗脫，把混合物中的不同物質(zhì)從色譜柱一端洗脫到另一端，然后依次收集。這種方法洗脫時(shí)間較長，溶劑用量大，收集時(shí)需要較為昂貴的餾分收集設(shè)備。特別是對(duì)于粗分比較復(fù)雜的化學(xué)單體成分的混合物，例如天然植物提取物，或者精分成分較少的化學(xué)混合物，上述方法顯得很不經(jīng)濟(jì)。因此，需要對(duì)現(xiàn)有的色譜柱進(jìn)行改進(jìn)，以期獲得更好的應(yīng)用效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種自支撐模組化色譜柱，以及應(yīng)用它對(duì)有機(jī)混合物進(jìn)行分離和提純的具體使用方法，一旦混合物的成分在該色譜柱的各個(gè)分離模塊當(dāng)中分開，就可以通過橫向洗脫和收集，快速獲得分離后的成分，從而縮短洗脫時(shí)間、減少洗液用量。
[0006]本發(fā)明技術(shù)解決方案是:一種自支撐模組化色譜柱，由多個(gè)包含固定相填料的盤子堆疊而成，所述盤子是通過在固定相填料里加入粘結(jié)劑經(jīng)過干燥、燒結(jié)或聚合之后凝固成形，必要情況下可以進(jìn)一步打磨。
[0007]優(yōu)選地，上述自支撐模組化色譜柱當(dāng)中，在加壓進(jìn)樣和洗脫的場合，比如:亞臨界或超臨界流體需要用壓力來推動(dòng)溶劑，用耐化學(xué)溶劑的惰性膜纏繞在由盤子疊成的色譜柱外周圍。這樣，在加壓進(jìn)樣和洗脫時(shí)，能夠在色譜柱外周圍加壓，該壓力高于進(jìn)樣和洗脫壓力，保證溶劑從一端沖洗到另一端，而不會(huì)從色譜柱外周圍滲漏。
[0008]更優(yōu)選地，上述自支撐模組化色譜柱當(dāng)中，所述粘結(jié)劑是水制劑或有機(jī)溶劑制劑，固定相填料里加入該水制劑或有機(jī)溶劑制劑，經(jīng)干燥后成形；或者，所述粘結(jié)劑是固體制齊U，固定相填料里加入該固體制劑，經(jīng)燒結(jié)后成形；或者，所述粘結(jié)劑是單體制劑，固定相填料里加入該單體制劑，通過加熱、紫外光誘導(dǎo)或化學(xué)作用而產(chǎn)生聚合反應(yīng)之后而成形。具體來說，所述制劑包括但不限于是硫酸鈣、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸。
[0009]再優(yōu)選地，上述的自支撐模組化色譜柱，所述盤子的形狀為圓盤；并且，可以先由I個(gè)或幾個(gè)盤子疊在一起形成3?30個(gè)單個(gè)模組，然后再由各個(gè)模組依次堆疊構(gòu)成色譜柱；而且，為便于觀察，所述盤子在凝固成形之前還加入了熒光劑。
[0010]以上任意一種自支撐模組化色譜柱，可用于分離有機(jī)混合物:首先，將待處理的混合物溶于合適的溶劑，然后以干法的方式，即:把需要分離的混合物溶于合適的溶劑，形成的溶液加至一個(gè)圓盤，再讓溶劑揮發(fā)至完全干燥，從該模組化色譜柱的一端進(jìn)樣；接著，以與固定相吸附性能相反的正相或反相溶劑、亞臨界或超臨界流體作為洗液，從色譜柱的進(jìn)樣端進(jìn)行洗脫。采用亞臨界或超臨界流體作為洗液時(shí)，需要外壓推動(dòng)溶劑，此時(shí)，可以用耐化學(xué)溶劑的惰性膜纏繞在由盤子疊成的色譜柱外周圍，以保證進(jìn)樣和洗脫順利進(jìn)行。當(dāng)流動(dòng)相從進(jìn)樣一端洗脫到另一端時(shí)，停止洗脫，從各連接部位將該模組化色譜柱拆卸開，再用溶劑個(gè)別地沖洗單個(gè)模組或各個(gè)盤子，干燥后獲得分離后的個(gè)別組分。
[0011]上述應(yīng)用過程中，在第一輪洗脫完成之后，可以將個(gè)別模組再組裝于新的模組化色譜柱上，更換另一種更合適、分離效率更高的洗液再次洗脫。該過程可重復(fù)多次(相當(dāng)于“多維色譜”)，直至分離效果達(dá)標(biāo)之后，再用溶劑個(gè)別地沖洗分離模塊，干燥后獲得所需組分。而且，洗脫所用的洗液當(dāng)中可以添加助溶劑，以提高洗脫效率。
[0012]本發(fā)明突破現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于色譜法所用固定相的統(tǒng)統(tǒng)概念，將其加工成一個(gè)個(gè)獨(dú)立式、自支撐的圓盤，然后再由這些圓盤堆疊組裝，構(gòu)成一種自支撐圓盤式模組化色譜柱，并用于對(duì)有機(jī)混合物的成分分離。一旦混合物的成分在這種模組化色譜柱的各個(gè)分離模塊當(dāng)中分開，就可以將色譜柱拆分開來，然后對(duì)各個(gè)分離模塊進(jìn)行洗脫和收集，從而快速獲得所需要的分離后的成分。
[0013]與常規(guī)的色譜法相比，本發(fā)明操作簡易，可以大大節(jié)省溶劑或洗液的用量，洗脫更加簡便快捷，且，不需要昂貴的餾分收集設(shè)備。當(dāng)只需要分離獲得混合物當(dāng)中少數(shù)組分時(shí)，只要對(duì)這幾個(gè)組分所在的少數(shù)幾個(gè)分離模塊進(jìn)行洗脫，溶劑用量少，能在較短時(shí)間內(nèi)干燥，進(jìn)而快速獲得目標(biāo)成分。
[0014]本發(fā)明既適用于粗分天然植物提取物等成分比較復(fù)雜的有機(jī)混合物，也可以精分成分較少的有機(jī)混合物，還適用于分離目標(biāo)成分比較明確的有機(jī)混合物，對(duì)于天然物的提取、已知混合物的分離，或者未知混合物的科研與生產(chǎn)等，都是一種很好的技術(shù)解決方案。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有色譜柱皆為一根完整的柱子、在一些使用場合不夠迅速、不夠經(jīng)濟(jì)的缺陷，提出了一種自支撐模組化色譜柱。采用這種模組化色譜柱，可以很便捷地觀察混合物各成分在色譜柱里的分離情況，一旦達(dá)到所需的分離程度，就可以拆開色譜柱，通過橫向洗脫和收集，快速獲得分離后的成分，從而縮短洗脫時(shí)間、減少洗液用量。
[0016]根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案，先在所選用的固定相(既可以是正相，如:硅膠；也可以是反相，如:碳18)里加入粘結(jié)劑，并且，選擇性加入熒光劑，經(jīng)過干燥、燒結(jié)或聚合之后凝固成形，打磨之后形成獨(dú)立、自支撐式的盤子，然后將這些盤子堆疊起來，構(gòu)成模組化色譜柱。堆疊時(shí)，也可以先由I個(gè)或幾個(gè)盤子疊在一起形成單個(gè)模組，然后再由各單個(gè)模組依次堆疊構(gòu)成色譜柱。
[0017]根據(jù)粘結(jié)劑的種類不同，盤子的制備方法有多種。當(dāng)粘結(jié)劑是水制劑或有機(jī)溶劑制劑時(shí)，固定相填料里加入該水制劑或有機(jī)溶劑制劑，經(jīng)干燥后成形，再進(jìn)一步打磨；若粘結(jié)劑是固體制劑，如:硫酸鈣、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸等，則在固定相填料里加入該固體制劑，經(jīng)燒結(jié)后成形；粘結(jié)劑還可以是單體制劑，在固定相填料里加入該單體制齊U，通過加熱、紫外光誘導(dǎo)或化學(xué)作用，使之產(chǎn)生聚合反應(yīng)進(jìn)而固化成形。
[0018]以下是盤子的幾個(gè)具體制備例:
(1)把適合和適量的固定相，加入適合和適量的玻璃粉和液體(例如水或乙醇)得懸浮液，把懸浮液徹底攪拌，讓液體慢慢蒸發(fā)，然后把這混合物放進(jìn)烘箱(750 0C )內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)后變?yōu)楸P子，盤子可磨成適當(dāng)?shù)男螤?例如圓盤);
(2)把適合和適量的固定相，添加適合和適量的熒光劑，再加入適合和適量的玻璃粉和液體(例如水或乙醇)，得懸浮液，把懸浮液徹底攪拌，讓液體慢慢蒸發(fā)，然后把這混合物放進(jìn)烘箱(750°C)內(nèi)燒結(jié)，燒結(jié)后變成有熒光劑的盤子，盤子可磨成適當(dāng)?shù)男螤?例如圓盤)；
(3)把適合和適量的固定相，加入適合和適量的黏結(jié)劑(例如聚丙烯酸，水玻璃)和液體(例如水或乙醇)，得懸浮液，把懸浮液徹底攪拌，讓液體慢慢并徹底地蒸干，固化后變?yōu)楸P子，盤子可磨成適當(dāng)?shù)男螤?例如圓盤)；
(4)把適合和適量的固定相，添加適合和適量的熒光劑，再加入適合和適量的黏結(jié)劑(例如聚丙烯酸，水玻璃)和液體(例如水或乙醇)，得懸浮液，把懸浮液徹底攪拌，然后讓液體慢慢并徹底地蒸干，固化后變成有熒光劑的盤子，盤子可磨成適當(dāng)?shù)男螤?例如圓盤)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案，自支撐模組化色譜柱當(dāng)中盤子的使用數(shù)量不受限制，其具體用量應(yīng)根據(jù)使用場合及分離要求而定，少則3?5塊，多則20?30塊；而且，各個(gè)盤子的規(guī)格直徑、厚薄高低，既可以相同也可以不同，只要能夠便于組裝。組裝形成的模組化色譜柱，適用于:粗分比較復(fù)雜的化學(xué)單體成分的混合物，例如天然植物提取物，或者精分成分較少的有機(jī)混合物，或者用于分離目標(biāo)成分比較明確的有機(jī)混合物。
[0020]其基本過程是:先將待處理的混合物溶于合適的溶劑，然后從該模組化色譜柱的一端進(jìn)樣；接著，以與固定相吸附性能相反的正相或反相溶劑、亞臨界或超臨界流體作為洗液，從色譜柱的進(jìn)樣端洗脫，當(dāng)流動(dòng)相從進(jìn)樣一端洗脫到另一端時(shí)就可以停止洗脫，然后從各連接部位將該模組化色譜柱拆卸開，用溶劑個(gè)別地沖洗每一個(gè)分離模塊，干燥后獲得分離后的個(gè)別產(chǎn)品。另外，還可以采用“過柱干法上樣”的方式進(jìn)行進(jìn)樣和洗脫:首先是拌樣，把待處理的混合物溶于合適的溶劑形成溶液，然后把該溶液加至一個(gè)預(yù)成型的圓盤上面，再讓溶劑揮發(fā)至完全干燥，使樣品吸附在該圓盤上；接著，將帶有樣品的這塊圓盤作為自支撐圓盤式模組化色譜柱進(jìn)液端的圓盤，再用洗液對(duì)其進(jìn)行洗脫分離。洗脫過程中，洗液當(dāng)中還可以加入助溶劑。
[0021]根據(jù)所使用的流動(dòng)相的具體情況，系統(tǒng)洗脫可利用重力作用(Gravity)、毛細(xì)管的吸引力(Capillary attraction)等方式,在加壓或不加壓的情況下推動(dòng)流動(dòng)相進(jìn)行洗脫。具體來講，利用重力方式時(shí)，進(jìn)樣后，流動(dòng)相從頂部到底部洗脫；利用毛細(xì)管的吸引力時(shí)，進(jìn)樣后，流動(dòng)相從底部向頂部洗脫。加壓情況下，用耐化學(xué)溶劑的惰性膜纏繞在由圓盤疊成的色譜柱外周圍，露出兩端，然后徑向加壓(radial compression to add pressure),然后利用壓力把流動(dòng)相從進(jìn)樣的一端洗脫到另一端，相當(dāng)于超壓薄層色譜(Overpressure thinlayer chromatography)原理。而且,洗脫過程也可適用多維液相法，當(dāng)完成第一輪洗脫各個(gè)模組分開之后，個(gè)別模組或圓盤可以安裝于新一列組合模組上，更換另一種更合適、分離效率更高的流動(dòng)相再次洗脫。上述過程可以重復(fù)幾次，直至需要分離的產(chǎn)品達(dá)到理想的純度。這種重復(fù)過程更加接近于移動(dòng)床色譜法的理想概念。
[0022]洗脫完成之后，可以逐次或多次合在一起檢測分離效率。當(dāng)固定相當(dāng)中不含熒光劑時(shí)，可以使用FID掃描、IR掃描、質(zhì)譜掃描，或者洗脫后再檢測；當(dāng)固定相當(dāng)中含有熒光劑時(shí)，只要用紫外線光燈照射色譜柱，在合適的波長條件下，就可以觀察到混合物的分離程度，看到紫外活躍(UV active)化合物位于哪一個(gè)分離模塊里。
[0023]若分離程度理想，可以立即使用溶劑把紫外活躍(UV active)化合物從分離模塊里沖洗下；若分離程度不理想，可以用更多分離模塊把色譜柱延長，繼續(xù)洗脫，直到分離程度理想?；蛘?，把有紫外活躍化合物的分離模塊安裝于新一列模組化色譜柱上，更換另一種更為合適、分離效率更高的流動(dòng)相繼續(xù)洗脫，直至達(dá)到理想的分離效果。當(dāng)然，若目標(biāo)組分是非紫外活躍化合物，參照以上方法實(shí)施即可。
[0024]綜上所述，本發(fā)明揭示了一種自支撐模組化色譜柱，尤其是一種自支撐圓盤式模組化色譜柱，以及應(yīng)用它對(duì)有機(jī)混合物進(jìn)行分離和提純的具體使用方法。利用本發(fā)明技術(shù)方案，一旦混合物的成分在這種模組化色譜柱的各個(gè)分離模塊當(dāng)中分開，就可以將色譜柱拆分開來，然后對(duì)各個(gè)分離模塊進(jìn)行洗脫和收集，從而快速獲得所需要的分離后的成分。
[0025]與常規(guī)的色譜法相比，本發(fā)明操作簡易，可以大大節(jié)省溶劑或洗液的用量，洗脫更加快速，且，不需要昂貴的餾分收集設(shè)備。當(dāng)只需要分離獲得混合物當(dāng)中少數(shù)組分時(shí)，只要對(duì)這幾個(gè)組分所在的少數(shù)幾個(gè)分離模塊進(jìn)行洗脫，溶劑用量少，能在較短時(shí)間內(nèi)干燥，進(jìn)而快速獲得目標(biāo)成分。
[0026]本發(fā)明既適用于粗分天然植物提取物等成分比較復(fù)雜的有機(jī)混合物，也可以精分成分較少的有機(jī)混合物，還適用于分離目標(biāo)成分比較明確的有機(jī)混合物，對(duì)于天然物提取、已知混合物分離，或者未知混合物的科研與生產(chǎn)等，都是一種很好的技術(shù)解決方案。當(dāng)然，以上所述僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種自支撐模組化色譜柱，其特征在于:該模組化色譜柱系由多個(gè)包含固定相填料的盤子堆疊而成，所述盤子是通過在固定相填料里加入粘結(jié)劑經(jīng)過干燥、燒結(jié)或聚合之后凝固成形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:在加壓進(jìn)樣和洗脫的場合，用耐化學(xué)溶劑的惰性膜纏繞在由盤子疊成的色譜柱外周圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述粘結(jié)劑是水制劑、有機(jī)溶劑制劑、固體制劑或單體制劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述制劑是硫酸鈣、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述盤子的形狀為圓盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:先由I個(gè)或幾個(gè)盤子疊在一起形成單個(gè)模組，然后再由各個(gè)模組依次堆疊構(gòu)成色譜柱。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述單個(gè)模組的數(shù)量為3?30個(gè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自支撐模組化色譜柱，其特征在于:所述盤子在凝固成形之前還加入了熒光劑。
9.權(quán)利要求1?8所述任意一種自支撐模組化色譜柱的用途，其特征在于:用于分離有機(jī)混合物，首先，將待處理的混合物溶于合適的溶劑，然后從該模組化色譜柱的一端進(jìn)樣，接著，以與固定相吸附性能相反的正相或反相溶劑、亞臨界或超臨界流體作為洗液，從色譜柱的進(jìn)樣端進(jìn)行洗脫，當(dāng)流動(dòng)相從進(jìn)樣一端洗脫到另一端時(shí)，停止洗脫，從各連接部位將該模組化色譜柱拆卸開，再用溶劑個(gè)別地沖洗單個(gè)模組或各個(gè)盤子，干燥后獲得分離后的個(gè)別組分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自支撐模組化色譜柱的用途，其特征在于:第一輪洗脫完成之后，將個(gè)別模組再組裝于新的模組化色譜柱上，更換另一種更合適、分離效率更高的洗液再次洗脫；該過程可重復(fù)多次，直至分離效果達(dá)標(biāo)之后，再用溶劑個(gè)別地沖洗分離模塊，干燥后獲得所需組分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自支撐模組化色譜柱的用途，其特征在于:所述洗脫過程中，洗液當(dāng)中加有助溶劑。
【文檔編號(hào)】B01D15/42GK103752039SQ201410006266
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月7日
【發(fā)明者】朱惠霖 申請(qǐng)人:南京諾云生物科技有限公司