[发明专利]制备型色谱柱

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月22日提交的美国临时专利申请第61/601,904号的优先权，其全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及制备型色谱柱，即，其中分子种类被从源溶液大量提取以用于商业用途而不是分析目的的色谱柱。

背景技术

本发明主要涉及的色谱柱是制备型色谱柱，其设计用于流动相的活塞流通过由软性(半固态)或刚性(固态)颗粒制成的固态或半固态固定相的填充床。典型的此类柱是在每个端部处由板封闭的圆柱体，每个板配有流体口、分布系统和过滤器。该圆柱体均匀地填充有分离介质，该介质被压紧以形成“床”。过滤器具有小于介质的粒度的孔尺寸以将介质保持在圆柱体内，但又足够大，以允许过程液体(即，流动相)穿过过滤器并因此穿过该柱。分布系统确保过程液体散布在床的整个宽度上，从而最大限度地利用床。

典型的制备型色谱柱直径足够大，使得在柱内的分离操作可在商业上有效的产出率下进行，即，该色谱柱以经济上可行的生产率制备所提取的物类。典型的柱也在深度上足够小，使得通过柱的压降较低，从而不需高泵送压力来迫使流动相通过该柱。然而，必须有足够的深度，以便为流动相提供足够长的停留时间，以允许在流动相和固定相之间的适当的相互作用。典型的柱还包含柱塞或活塞头，其被降低以接触固定相并将其压缩至所需高度。在操作中，流动相在顶部处通过柱塞进入柱中，该柱塞包括分布器板以将流动相散布在床的整个宽度上，从而最大限度地利用床。

上述类型的制备型色谱柱的性能对于固定相的均匀程度非常敏感。当床为均质的、紧凑的并且具有均匀的深度使得流动相均匀地分布在床的整个宽度上时，实现最佳操作。在当前的现有技术中，对在柱的净化、卫生处理、储存和运输期间可调整但稳定的固定相的需求已导致产生具有可调式机械组件的柱。在柱的部件之间(尤其是在柱塞和柱管之间或在底板和管之间)的密封需要各部件的精确调整、各部件的严格对准以及柱管的平滑的内表面。此外，特别是在用于净化食品或药品的柱中，与产品接触的柱的部件，包括管自身、板和分布器在内，都必须由稳定且惰性的特殊材料(即，在与产品接触时既不浸入到产品中、又不腐蚀产品的材料)制成。因此，柱部件的数目、柱的体积、用来制造部件的材料以及部件的尺寸精度使柱变得昂贵并且因此不适合一次性应用。诸如膜或整块材料的其它形式的介质的使用可能更简单并且较不昂贵，但常常不能提供相同程度的净化。

例如就预填充柱或一次性柱应用而言，填充柱的长距离运输对于维持柱的性能也是一项挑战。诸如用于柱填充的循环流动和轴向压缩等仅使用向下的力量的所有填充方法在或短或长的时期之后将介质颗粒成功地沉降到某种平衡状态，其中每个颗粒在较低的颗粒上找到支撑。但该布置可能不是最佳的：由于管壁的摩擦，或者由于颗粒的尺寸和形状上的差异，仍可能出现过大的空隙。这些颗粒的无规则叠置也不是最佳的：运输期间的振动、冲击和倾斜以及热变化常常引起颗粒的局部重新布置，这导致床被进一步压缩、形成上层清液并引发床层裂化。这使得填充柱不能长距离运输，尤其是在使用不可压缩的色谱介质时，此时在压缩下不能维持床。

发明内容

目前已经发现，上述问题可通过柱的具体设计、专用填充装置和具体填充方法来解决和至少部分地缓解。在一些实施例中，通过使用色谱柱内部的衬里可显著简化这种设计并降低成本。衬里可以是例如管状和柔性的水不渗透性薄膜，该薄膜包含分离介质并允许活塞在衬里内移动。该构造允许利用下文描述的填充方法将浆液形式或干颗粒形式的介质填充到致密而均匀的床中，并且在柱的操作期间和运输期间使床保持致密和均匀。衬里的使用也促进和增强了柱的卫生处理、储存和运输，并且使用最少量的硬件，特别是与产品接触的硬件部件。衬里的使用也允许填充床与柱分离。在一些实施例中，衬里为透明的，以允许使用者容易地看到衬里内的内容物。包含衬里的刚性外壳在不同的实施例中可以是透明的或不透明的。

归功于所描述的填充方法，另外的优点包括在一次性柱的情况下能够分离污染的废物与未污染废物，并且能在大量的循环之后更好地稳定填充床。

还提供了能够在床高度和颗粒布置方面获得非常高的性能和可再现填充的填充方法和设备。该目标通过介质的精确投配与将流动填充和间歇(碰撞)填充结合的填充方法相结合来实现。虽然该方面可与如上所述柱衬里一起使用，但衬里与填充方法结合是可选的。在其中使用碰撞式填充的一些实施例中，层析树脂(即，分离介质材料)为刚性的或半刚性的，例如，陶瓷磷灰石(包括但不限于羟基磷灰石和氟磷灰石)或二氧化硅。