一種工程化逆流色譜儀的製作方法

2023-04-26 17:52:41

專利名稱：一種工程化逆流色譜儀的製作方法
技術領域：
一種工程化逆流色譜儀
技術領域：
本實用新型涉及一種逆流色譜設備。
背景技術：
逆流色譜技術(Countercurrent Chromatography,簡稱CCC)是美國國立健康研究院(National Institutes ofHealth)實用新型的液-液分配色譜技術,於1970年論述了運動螺旋管內兩個互不混溶的液相之間產生頻繁的分配與傳遞的科學發現，為CCC技術的發展奠定了理論基礎。1970-1980年期間，在實驗室創製了「流通型行星式螺旋管離心分離儀」，為實現逆流色譜分離的儀器的誕生和發展提供了基本的物理模型。根據我國抗生素等藥物的組分分離與鑑定的需要，我國從1978年起在北京的實驗室開創了我國的CCC技術的研究工作，並於1980年自主設計研製出第一臺「水平流通型行星式離心分離機」，完成了各類抗生素、有機農藥、胰島素的分離純化，並且首創了 CCC技術在中草藥中生理活性化合物的分離純化工作，相關研究成果於1984年首次在國際學術會議上發表。在此基礎上，實現了商品儀器「水平流通型行星式逆流色譜儀」的小批量生產和推廣應用。1980-1990年期間，國外發現了在足夠高轉速的行星式運動條件下，多層螺旋管中互不混溶的兩個液相的「單向性分布」現象。也就是說，在這樣的物理條件下，兩個液相將按照它們的比重、對螺旋管內壁的親和性等因素的不同，分別趨向於螺旋管的不同端頭佔空分布。單向性分布現象的發現，推動了 CCC向更加穩定、更加快速、更加高效的層面發展，從而實現了高速逆流色譜技術(High-Speed Countercurrent Chromatograph)和高速逆流色譜儀(High-Speed Countercurrent Chromatography,簡稱 HSCCC)。
由於HSCCC技術排除了傳統色譜技術所依賴的固態支持體(固態填料)，從而避免了固態支持體對被分離樣品組分的不可逆吸附、色譜峰形拖尾、異質沾染、失活、變性等不良影響。同時，HSCCC還具有分離製備量較大、溶劑和材料消耗量小、物質資源和被分離樣品利用度高等優點。因此，HSCCC技術已經被當今國際公認為研究開發天然產物的有效技術手段，HSCCC的儀器設備將迎接日益拓展和應用的空間。隨著HSCCC技術的發展，其應用領域在不斷擴展，用戶對儀器設備的製備量的要求在逐步提升，大製備量的HSCCC設備已經成為技術進步的方向和實際應用的需求。目前，在中國、美國、英國、法國等國都出現了研製和銷售此類儀器的公司或企業，而現有的商品化產品，絕大多數是用於實驗室的小或中等製備規模的儀器，其分離管柱的容量一般在數十毫升至數百毫升的範圍。這些儀器還不能滿足用戶對大製備量分離純化的目的與要求。在中國和英國已經報導了個別的分離管柱容積達到立升級規模的逆流色譜設備，這些設備存在的問題是:有的設備採用了大口徑的管材來製造螺旋管分離管柱，由於管柱的體積和重量大，只能實現比較慢的轉速。從逆流色譜基本理論來分析，螺旋管柱的內徑越大，其分配分離效率越低，同時，螺旋管的轉速越低，其對流分配效率越低。因此，這樣的設備基本上屬於在CCC技術研究初始階段提出的「慢速轉動螺旋管逆流色譜儀」，同現代高速逆流色譜的技術體系存在較大的差距。也就是說，在增大設備的幾何空間的同時，降低了逆流色譜的分離效率、拖長了分離時間，對於活性化合物的分離效果和分離成本都是不利的。有的設備，達到了十多立升的容積，但是，設備是由一個固定的大口徑大容量的螺旋管作為核心部件，在使用時無法調變樣品投量、溶劑消耗、分離時間等參數，這對於生產規模的分離純化任務來說，是不經濟和不方便的。而且，這種設備體積大、重量大、能耗高、造價高，不利於在不同的應用領域推廣使用。表達高速逆流色譜儀器設備的分配分離功能的參數，主要的是液態固定相在運動螺旋管內的保留率，即運動螺旋管內兩個液相建立流體動力學平衡後，保留在螺旋管內的固定相體積同運動螺旋管的容積之比，是一個小於I的百分率數值。這個保留率越高，說明分離管柱內的有效分配分離空間越大，其對流分配分離的效率也就越高。而對於特定的兩相溶劑系統，它在運動螺旋管內的固定相保留率同一個重要的技術參數β值密切相關，β值越大保留值越高。高速逆流色譜的實現基礎是多層螺旋管的高速行星式轉動，β值是行星式運動體系中的多層螺旋管自轉半徑同公轉半徑的比值，在可實現的高速逆流色譜儀器設備中，β值是從O到I之間的數值。對於運動離心力場強度和周期變化率的數學計算表明，在β值取值於0.2以上至I的區間，能夠形成逆流分配分離所需的離心力場。從以往的研究和實驗得知，分離弱極性樣品所使用的弱極性溶劑系統，在β值比較大的區間能實現較高的固定相保留率；分離強極性樣品所使用的強極性溶劑系統，在β值較小的區間能實現比較高的固定相保留率。而現有的各種商品化儀器和設備，都缺少對於大的β值和適當的β值覆蓋區間的表達，這就約制了儀器設備的分離效率。目前，在現有的逆流色譜儀器設備上，能實現的固定相保留率大致在70%及以下。特別是已經報導的大制量的逆流色譜設備，在擴大分離管柱容量的同時，未能充分保留高速逆流色譜的基本技術條件，即:多層螺旋管柱的柱型、繞制螺旋管柱的管材的有限內徑、足夠高的行星式運動轉速、大的β值的覆蓋區間、高的固定相保留率等。

實用新型內容本實用新型目的是克服了現有技術的不足，提供一種通過控制多層螺旋管繞制半徑來實現高β值的工程化逆流色譜儀。本實用新型是通過以下技術方案實現的:一種工程化逆流色譜儀，包括機座，所述的機座上設有能相對所述的機座轉動的行星架，所述的行星架上連接有驅動所述的行星架轉動的驅動裝置，所述的行星架上設有行星軸，所述的行星軸上裝有行星輪，其特徵在於:所述的行星輪外部纏繞有多根螺旋纏繞的螺旋分離管，最內層所述的螺旋分離管的纏繞半徑rl與最外層所述的螺旋分離管的纏繞半徑r2之比為0.85 I。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:所述的螺旋分離管為6根。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:每根所述的螺旋分離管兩端設有連接頭，所述的螺旋分離管連接為兩根串聯為一組或三根串聯為一組或四根串聯為一組或五根串聯為一組或 六根串聯。[0018]如上所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:每根所述的螺旋分離管兩端設有連接頭，所述的螺旋分離管連接為兩根並聯為一組或三根並聯為一組或四根並聯為一組或五根並聯為一組或六根並聯。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:所述的驅動裝置包括驅動電機，所述的驅動電機與所述的行星架之間通過皮帶傳動。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:所述的機座一側設有溫控裝置，所述的溫控裝置包括控制裝置、送風裝置和迴風裝置。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:所述的螺旋分離管為圓管，內徑為2-4毫米。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:每根所述的螺旋分離管容量為I升。與現有技術相比，本實用新型有如下優點:1、本實用新型通過控制多層螺旋管繞制半徑來實現高β值，即將螺旋管纏繞在行星輪外部，實現了在擴大設備製備量的同時，充分保留高速逆流色譜技術的技術特徵，保證設備的合理和高效；2、本實用新型充分考慮對工程化生產設備與實驗室儀器的不同要求，從核心部件分離管柱的創新設計和製造出發，提高設備的分配分離效率，保證設備的多功能和方便使用；3、本實用新型優化分離主機、驅動系統、控溫系統等各部分的設計，實現各部分的工程化的集成，實現第一型工程化的高效逆流色譜分離純化設備。4、本實用新型6根螺旋管之間可以任意並串聯，可以實現I至6升任意整數升容積的分離製備。

圖1是本實用新型結構示意圖；圖2是本實用新型行星輪與螺旋管截面圖；圖3是本實用新型兩根螺旋管串聯為一組狀態示意圖4是本實用新型三根螺旋管串聯為一組狀態示意圖分解圖；圖5是本實用新型六根螺旋管串聯狀態示意圖；圖6是本實用新型六根螺旋管並聯狀態示意圖。
具體實施方式一種工程化逆流色譜儀，包括機座I，所述的機座I上設有能相對所述的機座I轉動的行星架2，所述的行星架2上連接有驅動所述的行星架2轉動的驅動裝置6，所述的行星架2上設有行星軸3，所述的行星軸3上裝有行星輪4，所述的行星輪4外部纏繞有多根螺旋纏繞的螺旋分離管5，最內層所述的螺旋分離管5的纏繞半徑rl與最外層所述的螺旋分離管5的纏繞半徑r2之比為0.85 I。從而實現β值達到0.75 I，來實現高保留值。所述的螺旋分離管5為6根。6根螺旋管可以實現任意串並聯，每根所述的螺旋分離管5兩端設有連接頭，所述的螺旋分離管5連接為兩根串聯為一組或三根串聯為一組或四根串聯為一組或五根串聯為一組或六根串聯。或者，每根所述的螺旋分離管5兩端設有連接頭，所述的螺旋分離管5連接為兩根並聯為一組或三根並聯為一組或四根並聯為一組或五根並聯為一組或六根並聯。所述的驅動裝置6包括驅動電機601，所述的驅動電機601與所述的行星架2之間通過皮帶傳動。所述的機座I 一側設有溫控裝置8，所述的溫控裝置8包括控制裝置81、送風裝置82和迴風裝置83。所述的螺旋分離管5為圓管，內徑為2-4毫米。每根所述的螺旋分尚管5容量為I升。本實用新型涉及的工程化逆流色譜儀，將能應用於生物醫藥、生命科學、天然資源(包括植物、動物、海洋生物，以及以天然產物為物質基礎的二次產物)、農林、食品、有機材料、環境科學、健康產品、美容化妝品等相關領域。將能成為製備生產高純度化合物標準樣品、高質量標準提取物、高價值醫藥中間體、質量可控的中藥原料和相關產業的原料的新穎技術手段，為這些領域和行業的技術進步和產品創新做出貢獻。本實用新型突破原有的製備型高速逆流色譜設備的將分離管柱尺寸直接放大的設計，採用分離管柱內徑優化、分離管柱多單元並串聯、分離管柱行星式運動的貝塔值最大化、設備驅動系統和溫控系統同分離 主機的協調配置措施，保證了工程化設備在在分離管柱溶劑增大到6-10立升時，分離效率高於現有同類儀器設備。本設備實現了多層螺旋管分離管柱最大容積為6-10立升的製備級容量；本設備在6立升容積的分離管柱設計中，實現了 β值為0.75至0.95的高值覆蓋，由此實現了大製備量工程化逆流色譜設備的分離效率的突破。例如，採用正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水(5:4:5:4體積比)的有機-水兩相溶劑系統，任一相作為固定相時，固定相保留率均達到90%，克服了已經報導的在增大逆流色譜儀器設備容積的同時分離效率受到限制或明顯降低的缺陷，實現了比現有高速逆流色譜儀器更高的固定相保留率和分配分離效率(在常見的高速逆流色譜儀器上，最高的固定相保留值是60-70%)。按常見實驗室用高速逆流色譜儀的60%的固定相保留率對比計算，本專利6立升柱實現的柱內有效分配分離空間相當於6立升χ90/60=9立升。採用本實用新型的設備實作分離試驗測算保留值:試驗條件1:溶劑系統:正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水(體積比例5:4:5:4)固定相:上相，流動相從螺旋管柱首端泵入分離管柱:選用一個管柱單元，柱體積為1100毫升主機工作溫度:20-34攝氏度分離管柱轉速:分別選用150、200、300、400、500轉/分流動相流速:分別選用5、10、15、20毫升/分試驗結果:
權利要求1.一種工程化逆流色譜儀，包括機座(1)，所述的機座(I)上設有能相對所述的機座(I)轉動的行星架(2)，所述的行星架(2)上連接有驅動所述的行星架(2)轉動的驅動裝置(6)，所述的行星架(2)上設有行星軸(3)，所述的行星軸(3)上裝有行星輪(4)，其特徵在於:所述的行星輪(4)外部纏繞有多根螺旋纏繞的螺旋分離管(5)，最內層所述的螺旋分離管(5)的纏繞半徑rl與最外層所述的螺旋分離管(5)的纏繞半徑r2之比為0.85 I。
2.根據權利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:所述的螺旋分離管(5)為6根。
3.根據權利要求2所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:每根所述的螺旋分離管(5)兩端設有連接頭，所述的螺旋分離管(5)連接為兩根串聯為一組或三根串聯為一組或四根串聯為一組或五根串聯為一組或六根串聯。
4.根據權利要求2所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:每根所述的螺旋分離管(5)兩端設有連接頭，所述的螺旋分離管(5)連接為兩根並聯為一組或三根並聯為一組或四根並聯為一組或五根並聯為一組或六根並聯。
5.根據權利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:所述的驅動裝置(6)包括驅動電機(601)，所述的驅 動電機(601)與所述的行星架(2)之間通過皮帶傳動。
6.根據權利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:所述的機座(I)一側設有溫控裝置(8)，所述的溫控裝置(8)包括控制裝置(81)、送風裝置(82)和迴風裝置(83)。
7.根據權利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:所述的螺旋分離管(5)為圓管，內徑為2-4毫米。
8.根據權利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特徵在於:每根所述的螺旋分離管(5)容量為I升。
專利摘要本實用新型公開了一種工程化逆流色譜儀，包括機座，所述的機座上設有能相對所述的機座轉動的行星架，所述的行星架上連接有驅動所述的行星架轉動的驅動裝置，所述的行星架上設有行星軸，所述的行星軸上裝有行星輪，其技術方案的要點是，所述的行星輪外部纏繞有多根螺旋纏繞的螺旋分離管，最內層所述的螺旋分離管的纏繞半徑r1與最外層所述的螺旋分離管的纏繞半徑r2之比為0.85～1。本實用新型目的是克服了現有技術的不足，提供一種通過控制多層螺旋管繞制半徑來實現高β值的工程化逆流色譜儀。
文檔編號B01D15/10GK203139685SQ20132004732
公開日2013年8月21日 申請日期2013年1月28日 優先權日2013年1月28日
發明者張天佑, 李能, 伍軍 申請人:中山優諾生物科技發展有限公司