专利名称：用于高效的一次性的色谱柱的端帽装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种低成本的可再使用的端帽，该端帽用于一次性色谱柱
(chromatographic column )或固相提取筒，并同时提供了柱的密封和轴向压 缩。轴向压縮消除了在柱内可能形成的处于介质的顶部和流体分配盘之间任 何空间。本发明还涉及一种采用该端帽的高效的一次性的色谱柱。端帽装置 是的独立的，且不需要修改与其一起使用的注射器类型的柱。这允许其可重 复用于低成本的一次性的柱，因而降低了每次使用的成本。
背景技术：
众所周知，为了用于色语柱以提供较好的分离效率，对于在色谱填充物 层的入口端处的流体分配装置，重要的是紧密接触均匀越过其表面的所述填 充物，从而避免任何无用空间。这可通过提供施加外部轴向力于支撑流体分 配盘的装置上的一些装置而实现。同时容易注意到，重要的是保证分配盘和 色谱柱的壁之间的良好的密封，使得载送将被分离或净化的物质的流体被向 柱下挤压，并且在分配盘的周围不渗漏。
已经公开了许多在柱内施加轴向压力的装置，该柱由终端用户装填。其 中的一些装置完全地依赖于手施加的压力或活塞的手动定位，以结合复杂的 装置确保分配盘和色谱介质的顶部之间的良好接触，这些复杂装置的目的是 在因此定位的分配盘的侧部和色谱柱的壁之间建立高压密封。这些系统的例 子可在美国专利No. 4797209和美国专利No. 5324426中找到。
其它的装置使用长活塞，其具有入口或出口流体分配盘。这允许使用具 有各种量的色谱填充物的单独柱，但也需要使用与柱自身一样长的活塞。当 准备一完全装填的柱时，它们将突出到柱外。活塞在期望位置处的固定可通 过各种方式实现。例如， 一些使用实心螺紋轴，以定位流体分配盘和柔性管 道，从而把要被净化的液体混合物供应到柱的入口 (美国专利No. 4891133 )。 替换地，通过螺紋活塞内的开口，流体可被引入到柱的头部。这样的活塞可 具有内螺紋，其可通过绕柱的外侧上的外螺紋旋转而定位，如美国专利No，
4655917,这样的活塞或可具有活塞上的外螺紋和加工到一些连接到色谱柱 的顶部上的装置的内螺紋。
此外， 一些系统^^用来自液体或气体的压力，以实现活塞的轴向运动， 该活塞允许保持色谱填充物层上的恒定压力，使得其在色谱操作期间可膨胀 或收缩。这样的系统已经在美国专利No. 4597866和美国专利No. 5021162 中公开。此实现需要相当复杂的液压系统。
目前为止所公开的所有系统需要复杂的装置和/或色谱柱自身的螺紋，其 成本使得它们不适合于单独用于一次性类型的应用。此外，流体分配盘总是 活塞的整体部分。
已经开发了其它类型的柱，其目的是降低器件的成本。例如，色谱介质 可装填在塑料管道内，这限制它们用于低压应用中，例如固相提取。在一些 情况下，端帽永久地密封在管道的顶部，且从Analogix公司可买到。在另一 例子中，端帽中的突起卡扣在柱上的相应特征上，如美国专利No. 6565745 所述。尽管这些方法符合应用中的低成本需求，但其不允许柱或端部件的多 次使用，因为这两个永久地连接，其也不能提供介质层的任何轴向装填。此 外，对于高压或流动操作，在树脂层的顶部处缺乏密封机构。提供树脂层的 轴向压缩的一次性系统已经在美国专利No. 4439593中进行了公开。然而， 该特别系统需要色谱仪器施加压力以保持组件在一起，实现防渗漏系统，并 通过端帽提供径向压缩。此配置打算主要用于自动设备。
其它相似类型的装置和机构在下列专利中进行了公开美国专利号 3440864、 3904527、 4283280、4451363 、4758346、 5188730、 5227059和5879634。
一次性色谱柱或固相提取(SPE)筒通常在标准注射器体中被提供。通 过在层的顶部和底部处插入液体分配盘或"熔接盘(frit)",填充物包含到注 射器的主体内。这样装填的注射器是可得到的，例如来自丄T Baker的 Bakerbond SPE或Bakerbond Speedisk或Bakerbond OneShot商品，或来自 Waters Corporation的Oasis或Sep-Pak商品。由于各种原因，层的部分干燥、 机械震动、振动等，颗粒的设置可出现导致储存或运输期间在填充物和熔接 盘之间具有空隙的情况。
因而，需要一种改善一次性低压色谱柱和固相提取筒的性能的低成本装置。
发明内容
根据本发明，提供了一种低成本的可再使用的端帽，该端帽用于一次性 色谱柱或固相冲是取筒，并同时提供了柱的密封和轴向压缩，并且本发明还提 供了采用该可再使用的端帽的色谱柱和固相提取筒。当此后使用术语"色谱
柱(chromatography column)"时，意味着包括色谱柱本身和固相提取筒这 两者。
本发明的打算用于一次性色谱柱主体的低成本可再使用的端帽包括活 塞，该活塞具有外部形成有螺紋的上部、和直径比所述上部小且用于插入到 所述色谱柱主体的入口端中的下部。在所述活塞的下部上具有环状凹槽，且 该环状凹槽具有位于所述凹槽中的密封件。通孔或导管穿过所述活塞的上部 和下部延伸，用于接收并提供液体到熔接盘和在所述色谱柱主体的室内的色 谱介质。在端帽内与所述活塞相关联的是保持器，该保持器具有第一端和第 二端，且具有从所述保持器的第一端延伸到第二端的开口。在所述第一端处 所述开口被设定大小，以紧贴地在所述色谱柱主体的外壁上滑动并与其配 合。环状肩部或唇部位于所述保持器的第一端和第二端之间，并在所述保持 器的第一端处邻接所述开口 ，所述环状肩部或唇部接收并支撑从所述色谱柱 主体的入口端延伸的环状凸缘。所述保持器内的开口在保持器的第二端处具 有与所述开口邻接的内螺紋，且内螺紋配合所述活塞的外螺紋，从而把所述 活塞的外螺紋拧入所述保持器的内螺紋将推动所述活塞的下部和所述环状 密封件，从而抵靠靠近入口的熔接盘进入到所述色谱柱主体的室。
本发明的具有可再使用的端帽的一次性色谱柱是一 色谱柱主体，该色谱 柱主体具有从该主体的入口端到出口端穿过该色谱柱主体的中空室和外壁。 肩部邻近所述色谱柱主体的出口端，且第一熔接盘接收在所述肩部上。凸缘 从所述色谱柱主体的入口端径向向外延伸。色谱介质填充所述色谱柱主体的 室的至少一部分。第二熔接盘位于所述色谱介质顶部上，距离所述色谱柱主 体的出口端最远。本发明的用于一次性色谱柱主体的低成本可再使用的端帽 包括活塞，该活塞具有外部形成有螺紋的上部和直径比所述上部小且插入到 所述色谱柱主体的入口端中的下部。在所述活塞的下部上具有环状凹槽，且 该环状凹槽具有位于所述凹槽中的密封件。通孔或导管穿过所述活塞的上部 和下部延伸，用于接收并提供液体到第二熔接盘和在所述色谱柱主体的室内 的色谱介质。在端帽中与活塞相关联的是保持器，该保持器具有第一端和第二端，且具有从所述保持器的第一端延伸到第二端的开口。在所述第一端处 所述开口被设定大小，以紧贴地在所述色谱柱主体的外壁上滑动并与其配 合。环状肩部或唇部位于所述保持器的第一端和第二端之间，并在所述保持 器的第一端处邻接所述开口 ，所述环状肩部或唇部接收并支撑从所述色谱柱 主体的入口端延伸的环状凸缘。所述保持器内的开口在保持器的第二端处具 有与所述开口邻接的内螺紋，且内螺紋配合所述活塞的外螺紋，从而把所述 活塞的外螺紋柠入所述保持器的内螺紋将推动所述活塞的下部和所述环状 密封件，从而抵靠靠近入口的熔接盘进入到所述色语柱主体的室。
在本发明到再一实施例中，端帽具有位于活塞的上部中的通孔或导管中 的连接器，所述连接器可连接到供应管道，以允许分析物流体从供应管道通 过连接器、通孔和第二熔接盘流入到色谱柱主体的室中的色谱介质中。优选 地，活塞的上部中的通孔或导管的内表面具有内螺紋，且连接器优选的是外 螺紋连接器，最优选的是外螺紋外连接器，通常是鲁尔锁定外连接器。
位于活塞的下部中的凹槽内的密封件优选的是任何合适材料的O型圈
密封件，该材料例如是聚四氟乙烯(Teflon )。
本发明通过附图中示出的例子而被示出，但本发明并不限于附图中示出 的例子，其中
图1是本发明的色谱柱和可再使用端帽的正视图；和 图2是图1中的色谱柱和可再使用端帽的截面正视图。
具体实施例方式
本发明的优选实施例在图1和2中以其装配图的形式^皮描述。色谱柱主 体或提取筒可包括标准注射器主体10，穿过该主体从入口端13到出口端14， 该注射器主体10由外壁11和中空室12形成。邻近出口端14的肩部或唇部 15接收并保持第一熔接盘(fritted disk) 16。在主体10的入口端13处，凸 缘17从主体IO径向向外延伸。室12部分地填充有色谱介质18,第二熔接 盘19位于色谱介质的顶部，稍微低于主体10的入口端13,也就是大概处于 径向延伸的凸缘17的下方位置。在色谱介质18的顶部上离主体10的出口 端14最远的是第二熔接盘19，该熔接盘充当分配盘。注射器主体10的出口
端14配合有某些连接装置20，例如外螺紋鲁尔锁定圆锥连接器(threaded male Leur lock conical connector )。
可再使用的端帽21应用在色谱柱主体10上。该端帽21包括具有上部 23和下部24的活塞22。上部23在其至少一部分上具有外螺紋25。下部24 的直径或宽度比上部23的直径或宽度小，用于插入到室12的入口端13中。 在插入到室12的下部24的端部处，活塞22的下部24设置有环状凹槽26, 该凹槽26接收通常是O型圈密封的密封件27。通孔或导管28延伸穿过活 塞22的上部23和下部24。穿过此孔或导管28，要被分析或分离的液体可 穿过第二熔接盘19被引导到柱主体1中的色谱介质18。保持器29具有第一 端30和第二端31，其中开口 32从第一端延伸到第二端。在第一端30处开 口 32被设定大小，以紧贴地在色谱柱主体10的外壁11上滑动并与其配合。 环状肩部33设置在保持器29的第一端30和第二端31之间，邻接保持器29 的第一端30附近的开口 32。该环状肩部33接收并支撑从色谱柱主体10径 向延伸的环状凸缘17。在保持器的第二端31处，保持器29设置有邻近开口 32的内螺紋34。内螺紋34配合在活塞22的上部23上的外螺紋25,从而转 动活塞22将活塞的外螺紋拧入保持器29的内螺紋，强制活塞的下部24和 环状密封件27进入色谱柱主体10的室12内，并且抵靠第二熔接盘19,形 成低压密封并强制熔接盘紧密地抵靠室中的色谱介质18。环状密封件27优 选的是位于圓形凹槽26中的环状O型圈，以提供低压密封，该凹槽26处于 活塞22的下部24的末端。
在活塞22的上部23中的通孔或导管28可设置有内螺紋35,用于接收 连接装置36，例如外螺紋鲁尔锁定连接器(male threaded Leur lock connector),以允许要被分析或分离的液体穿过供应管(未示出)从泵或重 力供应储液器(未示出)流入第二熔接分配盘19,并流入色谱介质18中， 该供应管连接到连接器，用于将液体供应到通孔或导管。
形成本发明的端帽的活塞和保持器提供了 一种非常简单的机构，用于产 生轴向压缩色谱柱，而不需要复杂的机构。对于本发明的装置，活塞能够进 入到色谱柱主体的室内，以给分配盘施加压力，从而压缩柱主体的室内的色 谱介质的层，并基本上消除在分析或分离过程期间色谱介质中不期望的空 间。色谱柱主体不需要柱主体上的任何螺紋。根据本发明，当端帽的保持器 插入到柱主体上并向上滑动，并且活塞拧入到保持器中时，端帽自身用诸如
O型圈的密封件与活塞密封柱的内壁形成密封，该密封件处于活塞的下部的 环状凹槽内，并且保持器从外面密封从色谱柱主体的入口端径向延伸的环状 凸缘。
形成本发明目的的端帽装置仅提供入口管的受限范围的轴向运动，该事 实不再是问题。因为色谱柱主体是一次性的，通过选择以不同尺寸的标准注 射器封装的柱，可选择不同量的介质。也就是说，根据需要可清空使用过的 注射筒，并用新的色谱介质重新封装。
注射筒或管可使用高密度聚乙烯或聚丙烯模制。对于 一次性的柱色谱应 用，高纯度聚丙烯是优选的。注射筒可以是任何合适的大小，例如0.5厘米
至10厘米的内径，且5厘米至50厘米的长度。本发明的端帽适配器可用任 何合适的方式制成，例如通过加工模制的合适的聚合物材料，该聚合物例如 聚醚酮、高密度聚乙烯或聚丙烯。
另 一方面，所述的一次性色谱柱可封装有不规则的或球形颗粒的色谱填 充物介质，颗粒的尺寸从大约IO微米到大约150微米，且气孔尺寸从0A(无 气孔)到大约2000A(多气孔)。色谱介质可基于任何适合的材料，例如诸 如硅胶的无机氧化物、受控的气孔玻璃和钛氧化物或聚合树脂，该聚合树脂 基于诸如聚苯乙烯二乙烯基苯(polystyrene-divinylbenzne )、聚二乙烯基苯 (poly-divinylbenzene )、 聚曱基丙烯商交酉旨(polymethacrylate )、 聚乙烯醇 (polyvinyl alcohol)或琼脂糖(agarose)的材料。封装的柱可通过正相、反
相、离子交换或使用各种溶剂的亲和力机理用于分离各种分析物，该溶剂例 如水、曱醇、乙醇、丙酮、丁醇、酸、己烷、乙酸乙酯和其混合物。
虽然本发明在此参考其具体实施例进行了描述，但是应意识到，可得到 不脱离在此公开的发明构思的范围和精神的改变、修改和变化。因而，本发 明打算包含落入所附权利要求的精神和范围内的所有这些改变、修改和变 化。
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权利要求
1. 一种一次性色谱柱，包括:色谱柱主体，该主体具有外壁和从该主体的入口端到出口端穿过该主体的中空室；邻近所述色谱柱主体的出口端的肩部，且第一熔接盘接收在所述肩部上；从所述色谱柱主体的入口端径向向外延伸的凸缘；填充所述色谱柱主体的室的至少一部分的色谱介质，且位于所述色谱介质顶部上的第二熔接盘距离所述色谱柱主体的出口端最远；活塞，该活塞具有外部形成有螺纹的上部和直径比所述上部小且插入到所述色谱柱主体的入口端中的下部，在所述活塞的下部上具有环状凹槽，且该环状凹槽具有位于所述凹槽中的密封件；穿过所述活塞的上部和下部延伸的通孔或导管，用于接收并提供送往所述第二熔接盘的液体和位于所述色谱柱主体的室内的色谱介质；保持器，该保持器具有第一端和第二端，且具有从所述保持器的第一端延伸到第二端的开口，在所述第一端处所述开口的大小被设定为紧贴地在所述色谱柱主体的外壁上滑动并与其配合，环状肩部设置在所述保持器的第一端和第二端之间并在所述保持器的第一端处邻接所述开口，所述环状肩部接收并支撑从所述色谱柱主体延伸的环状凸缘，所述开口在所述保持器的第二端处具有邻接所述开口的内螺纹，所述内螺纹配合所述活塞的外螺纹，从而把所述活塞的外螺纹拧入所述保持器的内螺纹，以推动所述活塞的下部和所述环状密封件抵靠所述色谱柱主体的室内的第二熔接盘。
2. —种用于一次性的色谱柱主体的端帽，所述色谱柱主体具有外壁和 从该主体的入口端到出口端穿过该主体的中空室、从所述色谱柱主体的入口 端径向向外延伸的凸缘、填充所述色谱柱主体的室的至少一部分的色谱介 质，且位于所述色谱介质顶部上的第二熔接盘距离所述色谱柱主体的出口端 最远，所述端帽包括活塞，该活塞具有外部形成有螺紋的上部和直径比所述上部小且用于插 入到所述色谱柱主体的入口端中的下部，在所述活塞的下部上具有环状凹 槽，且该环状凹槽具有位于所述凹槽中的密封件； 穿过所述活塞的上部和下部延伸的通孔或导管，用于接收并提供送往所 述第二熔接盘的液体和位于所述色i普柱主体的室内的色谱介质；保持器，该保持器具有第一端和第二端，且具有从所述保持器的第一端 延伸到第二端的开口，在所述第一端处所述开口的大小被设定为紧贴地在所述色谱柱主体的外壁上滑动并与其配合，环状肩部在所述保持器的第一端和 第二端之间并在所述保持器的第一端处邻接所述开口 ，所述环状肩部接收并 支撑从所述色i普柱主体延伸的环状凸缘，所述开口在所述保持器的第二端处 具有邻接所述开口的内螺紋，所述内螺紋配合所述活塞的外螺紋，从而把所 述活塞的外螺紋柠入所述保持器的内螺紋，以推动所述活塞的下部和所述环 状密封件抵靠所述色谱柱主体的室内的第二熔接盘。
全文摘要
本发明公开了一种低成本的可再使用的端帽，该端帽用于一次性色谱柱或固相提取筒，并同时提供了柱的密封和轴向压缩，并且本发明还提供了采用该可再使用的端帽的色谱柱和固相提取筒。
文档编号G01N30/00GK101379394SQ200780004042
公开日2009年3月4日 申请日期2007年1月4日 优先权日2006年1月31日
发明者保罗·A·布伊斯, 南度·德奥卡 申请人:马林克罗特贝克公司