專利名稱：用于層析柱的液體分配器及液體收集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種用于液態(tài)層析柱的液體分配器或者說液體收集器，該液體分配器或者說液體收集器尤其適合于與填料高度相比具有較大的橫截面面積的柱體。
背景技術(shù)：
在柱層析法中使用液體分配器或者說液體收集器，用于在通流橫截面上均勻地分配或者說收集液體。這是一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)所期望的分離效率必要的前提。
為了在柱體內(nèi)安放為凈化變得越來越大的饋給量所需要的吸附劑量，在層析法中的研發(fā)工作朝著使用更大的柱體直徑這個(gè)方向進(jìn)展，因?yàn)橹w長度由于壓力損失和盡可能短的停留時(shí)間或者說處理時(shí)間向上受到限制。為了在這些與填料高度相比具有較大的橫截面面積的柱體上也能夠繼續(xù)實(shí)現(xiàn)良好的分離效率，需要新式的液體分配器或者說液體收集器以進(jìn)行均勻分配。
已經(jīng)公開具有縫隙結(jié)構(gòu)的液體分配器或者說液體收集器(WO03/005018 A1，WO 02/093159A2，WO 98/55198)，其中通過中心開口流進(jìn)或者說流出，其中在開口和填料之間有一條很窄的縫隙，該縫隙應(yīng)該保證均勻分配。在通流橫截面不斷增大的時(shí)候，分配的均勻性因流動行程的長度不同(從開口到中心或者說從開口一直到填料橫截面的邊緣)而下降。另一個(gè)解決途徑在于，通過多個(gè)通往填料的開口來分配或者說收集所述液體(WO89/11901，WO99/48599)。其中在理想情況下實(shí)現(xiàn)均勻分配的方法是，相同的體積流量與每個(gè)開口相對應(yīng)并且相同的停留時(shí)間與每個(gè)流動行程相對應(yīng)。在設(shè)計(jì)上，通過用于流動通道的相同的長度以及相同的流動阻力(壓力損失)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。隨著開口數(shù)量的增加(＞32)，再也無法同時(shí)滿足所有的標(biāo)準(zhǔn)。要么一方面產(chǎn)生具有復(fù)雜的流動通道幾何形狀的解決方案，要么另一方面產(chǎn)生具有僅僅為一種特定的體積流量保證均勻分配的幾何形狀的解決方案。
一種得到證明的用于在通流橫截面增加的情況下將液體分配到大量開口上的原理，規(guī)定了基于對稱的T形分配器的分支的流動通道的使用(US 4537217，WO 99/48599)。該原理通過流動通道的相同長度及幾何形狀的相似性來保證相同的流動阻力，并且由此保證相同的體積流量和相同的停留時(shí)間。但在通流橫截面增加的情況下，無法在用于任意橫截面形狀的流動性方面同時(shí)滿足所有上述標(biāo)準(zhǔn)在通流橫截面很大的情況下流動通道的相同長度以及相同的流動阻力僅僅可以用正方形的通流橫截面來實(shí)現(xiàn)(US 4537217)，而通過嚴(yán)格的幾何形狀的分配(WO 99/48599)將體積流量均勻地分配到開口上則只能通過復(fù)雜的三維流動通道裝置來實(shí)現(xiàn)。
對于用于與填料高度相比具有大直徑的層析柱的液體分配器或者說液體收集器來說，在液體在流動通道中的停留時(shí)間方面的設(shè)計(jì)迄今尚未公開。

發(fā)明內(nèi)容
由此根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)提出本發(fā)明的任務(wù)，該任務(wù)是提供一種液體分配器或者說液體收集器，它也可以設(shè)計(jì)用于大的通流橫截面，并且通過均勻分配保證獲得良好的分離效率的前提，以便在其形狀方面不受限制并且可以盡可能簡單地加以制造。
該任務(wù)通過按本發(fā)明的液體分配器或者說液體收集器得到解決，方法是作為具有對稱的T形分配器形狀也就是分別具有相同長度和橫截面面積的流動通道的補(bǔ)充，使用具有非對稱的T形形狀的流動通道，也就是說流動通道的長度和橫截面面積可以為不同的大小?？梢匀绱诉x擇所述流動通道的布置和尺寸，從而需要相同的時(shí)間用于從液體分配器或者說液體收集器的進(jìn)口到所有的出口或者說從其所有的進(jìn)口到出口的通流。
其中，通過所述流動通道的布置和尺寸為每個(gè)開口配設(shè)的質(zhì)量流量應(yīng)該盡可能為相同大小。
將相同的穿流持續(xù)時(shí)間用作用于在通流橫截面上液體均勻分配的決定性標(biāo)準(zhǔn)，以此可得到一種液體分配器或者說液體收集器，該液體分配器或者說液體收集器具有大量的開口，并且由此可以使用很大的通流橫截面，可以簡單地在一個(gè)平面中并且由一個(gè)構(gòu)件制成，在其基面的形狀上不受限制，并且因此也可以相應(yīng)于大多數(shù)層析柱為圓形，并且可以標(biāo)度到任意直徑。由此可以從試驗(yàn)室尺度轉(zhuǎn)換為工業(yè)生產(chǎn)尺度。在使用按本發(fā)明的液體分配器或者說液體收集器的情況下制造的層析柱與傳統(tǒng)的具有相同幾何形狀的層析柱相比在相同的操作條件下具有分離效果得到改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)。
將液體均勻分配到很大的通流橫截面上，這在按本發(fā)明的液體分配器和液體收集器上通過數(shù)量盡可能多的等距離的開口來實(shí)現(xiàn)。其中為柱形填料(Sulenpackung)的橫截面面積配設(shè)50到5000、優(yōu)選200到800、尤其優(yōu)選300到400平方毫米的開口。
此外，所述按本發(fā)明的液體分配器或者說液體收集器的特征在于，在一個(gè)平面中布置了連接用的液體通道(流動通道)，其中基面可以為任意形狀，優(yōu)選為圓形或者矩形，尤其優(yōu)選為圓圈形。
所述按本發(fā)明的液體分配器或者說液體收集器可以由金屬、由玻璃或者由一種任意的合適的塑料(比如聚碳酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯)制成，優(yōu)選由金屬制成，尤其優(yōu)選由耐腐蝕的金屬制成，其中更加特別優(yōu)選由特種鋼制成。為制造按本發(fā)明的液體分配器或者說液體收集器，所述流動通道可以通過對材料的切屑加工(比如鉆孔、銑削)來掏制，但所述液體分配器或者說液體收集器也可以通過澆注(比如由玻璃或者塑料)制造而成。
所述液體分配器或者說液體收集器也可以由多個(gè)經(jīng)過相應(yīng)加工的部件所組成(比如通過焊接、釬焊、粘結(jié)或者通過螺紋連接)或者也可以由一個(gè)唯一的工件制成。
在一種特別優(yōu)選的用于制造所述按本發(fā)明的液體分配器或者說液體收集器的方法中，一個(gè)唯一的特種鋼制成的工件通過銑削及鉆孔來設(shè)置相應(yīng)的流動通道和開口。
其中，按如下方法求得用于所述按本發(fā)明的液體分配器或者說液體收集器的流動通道的布置和尺寸為求得最佳的可以配屬于所述液體分配器或者說液體收集器的開口的通流橫截面面積，在試驗(yàn)室中和/或在控制尺度中，將一個(gè)脈沖在其它方面條件相同的情況下加到多個(gè)具有不同的橫截面的柱體上，并且在保持時(shí)間、級數(shù)、對稱性及峰值分辨率方面對由探測器所提供的色層譜進(jìn)行分析。在分離效率尚令人滿意的情況下從該次序中選擇最大的通流面積作為最佳通流橫截面面積。
從在生產(chǎn)尺度中的柱形填料的通流橫截面面積和在試驗(yàn)室中求得的最佳通流橫截面面積的商數(shù)中，可以得出所述液體分配器或者說液體收集器的所需要的開口的最佳數(shù)目。
所述液體分配器或者說液體收集器的開口等距離地布置在由有待使用的柱體在生產(chǎn)尺度中預(yù)先設(shè)定的通流橫截面上。單個(gè)的開口通過流動通道彼此相連接，這些流動通道則形成對稱的T形分配器的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。其中，相鄰的開口或者說通道分別通過一條通道相連接。在第一近似中由于幾何形狀的考慮及經(jīng)驗(yàn)值如此對流動通道的位置以及單個(gè)流動通道的尺寸(高度和寬度)進(jìn)行調(diào)整，從而近似地為通向每個(gè)開口的流動通道配設(shè)相同的停留時(shí)間，由此不僅產(chǎn)生具有長度相同和橫截面面積相同的流動通道區(qū)段的區(qū)域，而且產(chǎn)生具有長度和/或橫截面面積與此不同的流動通道的區(qū)域。此外，所述配設(shè)給單個(gè)開口的體積流量應(yīng)該盡可能類似。比如借助于數(shù)字流動模擬來設(shè)計(jì)所述停留時(shí)間和體積流量，但也可以考慮其它近似方法和模擬方法。因此，可以比如在第一近似中，基于用于單維流動的質(zhì)量平衡和能量平衡或者說脈沖平衡來確定所述停留時(shí)間和體積流量，所述單維流動則沿著處于單個(gè)選出的通流橫截面之間的流動線路進(jìn)行。在此建立計(jì)算機(jī)輔助的液體分配器或者說液體收集器模型，并且基于流動模擬法來確定所述停留時(shí)間和體積流量。而后通過模型幾何形狀的變化，可以確定所述液體分配器或者說液體收集器的幾何形狀，從而滿足上述條件。通常需要多次迭代循環(huán)，優(yōu)選至少兩次迭代循環(huán)。
而后在試驗(yàn)中對所述液體分配器或者說液體收集器進(jìn)行測試，其中必要時(shí)可能還要在幾何形狀上進(jìn)行改進(jìn)。與在試驗(yàn)室尺度或者說控制尺度中的處理方式相類似，將脈沖加到所述柱體上。從色層譜中求得保持時(shí)間、級數(shù)、對稱性和峰值分辨率，并且與來自試驗(yàn)室尺度或者說控制尺度的數(shù)值進(jìn)行比較。如果所述構(gòu)件由一種透明的材料制成，也可以使用顏色試驗(yàn)，也就是說在填料中在分配器中并且在收集器中染色的液體前沿的前進(jìn)。
在規(guī)定了開口的數(shù)目的情況下，將所述液體分配器或者說液體收集器在保持所述流動通道原始的尺寸比例的情況下標(biāo)度到每種在技術(shù)上有意義的直徑上。在這種情況下，為一種規(guī)定的液體分配器或者說液體收集器求得的用于所述流動通道的尺寸，也就是說不僅僅所述開口彼此之間的間距而且所述流動通道的長度、高度以及寬度，都在保持原理上的幾何形狀的結(jié)構(gòu)的情況下配有一個(gè)通向目標(biāo)參數(shù)的因數(shù)。
通過在設(shè)計(jì)上及加工中的限制，可以在實(shí)際的實(shí)施方式中出現(xiàn)與理論分配較小的偏差。
所述按本發(fā)明的液體分配器或者說液體收集器可以用于制造任意的用于液體層析(LC)、超臨界流體層析(SFC)以及高壓或者說高功率層析(HPLC)的層析柱，其中優(yōu)選在用與填料高度相比具有大直徑的層析柱時(shí)，這些層析柱本身可以在分析的和初步的層析法中以及在過程層析法中、在洗提層析法中、吸附層析法(LSC)和置換層析法中使用，其中可以在手征性層析法、標(biāo)準(zhǔn)相位層析法、逆轉(zhuǎn)相位層析法(RPC)、離子交換層析法(IEC)、離子偶層析法(IPC)、離子排除層析法、凝膠滲透層析法(GPC)或者說凝膠過濾層析法(GFC)或者說尺寸排除層析法(SEC)、疏水作用層析法(HIC)、羥磷灰石層析法、親合層析法、固定化金屬親合層析法(IMAC)中以及不僅在批層析法而且在象環(huán)形層析法一樣的連續(xù)方法中以及在模擬移動床(SMB)層析法中加以使用。優(yōu)選使用在初步的層析法，尤其優(yōu)選使用在初步的手征性層析法、標(biāo)準(zhǔn)相位層析法、逆轉(zhuǎn)相位層析法(RPC)、離子交換層析法(IEC)、凝膠滲透層析法(GPC)、疏水作用層析法(HIC)、羥磷灰石層析法、親合層析法、固定化金屬親合層析法(IMAC)中以及不僅使用在批層析法而且使用在連續(xù)方法中，在這種情況下特別優(yōu)選使用在模擬移動床(SMB)層析法中。
這樣的柱體及其在分析的和初步的層析法中的使用同樣是本發(fā)明的主題。
優(yōu)選由金屬、陶瓷、塑料、玻璃，優(yōu)選由燒結(jié)金屬和金屬網(wǎng)制成的，特別優(yōu)選作為多層金屬網(wǎng)(標(biāo)稱通徑5到500微米)的也具有粗孔的排出線網(wǎng)(標(biāo)稱通徑0.5到5毫米)的玻璃原料混合物的使用，可以進(jìn)一步改善所述液體分配器和液體收集器的均勻分配。
所述按本發(fā)明的液體分配器和液體收集器也可以用于其它的任務(wù)，這些任務(wù)通過規(guī)定數(shù)目的開口將液體均勻分配到一個(gè)表面上，在該表面上允許比如也布置屬于這些開口的容器?？梢钥紤]用于比如在高通量篩選(High Throughput Screening)中的試樣應(yīng)用。


下面借助于附圖示例性地對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋，但本發(fā)明不局限于此。其中圖1是所述液體分配器或者說液體收集器的朝著柱形填料的一側(cè)；圖2是所述具有進(jìn)口或者說出口以及流動通道的液體分配器或者說液體收集器的遠(yuǎn)離柱形填料的一側(cè)。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了所述液體分配器或者說液體收集器的朝著柱形填料的一側(cè)。從中可以看出96個(gè)等距離的開口，這些開口均勻地布置在圓形的通流橫截面上。這些開口為圓形。
圖2示出了所述具有處于中心位置的進(jìn)口或者說出口的液體分配器或者說液體收集器的遠(yuǎn)離柱形填料的一側(cè)。這里示出了對稱的和非對稱的T形分配器形狀的流動通道。通往柱形填料的開口分別處于T字的尖端中。
權(quán)利要求
1.用于層析柱的液體分配器和液體收集器，具有至少一個(gè)液體進(jìn)口或者說液體出口以及在通往等距離布置的用于柱形填料的開口的進(jìn)口或者說出口之間的連接用的液體通道(流動通道)，其特征在于，需要相同的時(shí)間用于穿過不同的液體通道(流動通道)從液體分配器或者說液體收集器的進(jìn)口到出口的穿流。
2.按權(quán)利要求1所述的液體分配器和液體收集器，其特征在于，配設(shè)給每個(gè)開口的質(zhì)量流量盡可能為相同大小。
3.按權(quán)利要求1或2所述的液體分配器和液體收集器，其特征在于，所述連接用的液體通道(流動通道)的一部分具有對稱的T形分配器形狀，而其它部分則具有非對稱的T形形狀。
4.按權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的液體分配器和液體收集器，其特征在于，所述柱形填料的橫截面面積對應(yīng)于每個(gè)50-5000平方毫米的開口。
5.按權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的液體分配器和液體收集器，其特征在于，所述連接用的液體通道(流動通道)布置在一個(gè)平面中。
6.按權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的液體分配器和液體收集器，其特征在于，所述分配器或者說收集器的基面是圓形或矩形的。
7.用于制造按權(quán)利要求1所述的液體分配器或者說液體收集器的方法，其中由金屬或塑料制成的工件通過切屑加工來設(shè)置所述連接用的液體通道(流動通道)和開口，其特征在于，利用數(shù)字流動模擬基于相同的停留時(shí)間和相同的體積流量來設(shè)計(jì)所述流動通道。
8.包括按權(quán)利要求1所述的液體分配器或者說液體收集器的層析柱。
9.按權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的液體分配器和液體收集器的使用，或者按權(quán)利要求8所述的用于分析的以及初步的層析法的層析柱的應(yīng)用。
10.用于改善按權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的液體分配器和液體收集器的均勻分配的玻璃原料混合物的應(yīng)用。
全文摘要
本申請涉及一種用于液態(tài)層析柱的液體分配器或者說液體收集器，具有優(yōu)選為圓形的基面，該液體分配器或者說液體收集器尤其適合于與填料高度相比具有大直徑的柱體。
文檔編號G01N30/60GK101023346SQ200580029993
公開日2007年8月22日 申請日期2005年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者G·-H·克勒普, S·博克爾, J·斯特魯布, H·坎西, H·施馬勒 申請人:拜爾技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司