自支撑模组化色谱柱及其用途
【专利摘要】本发明揭示了一种自支撑模组化色谱柱及其用途。该模组化色谱柱系由多个包含固定相填料的盘子堆叠而成，所述盘子是通过在固定相填料里加入粘结剂和荧光剂，经干燥、烧结或聚合等方式凝固成形，然后打磨成圆盘等规范形状，形成独立、自支撑式的圆盘，进而将这些圆盘堆叠起来，构成模组化色谱柱。该方案可以很便捷地观察混合物各成分在色谱柱里的分离情况，一旦达到所需的分离程度，就可以拆开色谱柱，通过横向洗脱和收集，快速获得分离后的成分，从而缩短洗脱时间、减少洗液用量。
【专利说明】自支撑模组化色谱柱及其用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及对自然界天然存在的动物、植物、微生物及其代谢产物的某些化学成分，以及人类在各类生产加工、科学研究过程形成的各种有机混合物，进行分离或提纯所采用的方法和仪器，尤其涉及色谱法和色谱仪，属于有机混合物分离与提纯【技术领域】。
【背景技术】
[0002]色谱法(Chromatography)又称“色层法”、“层析法”，是用于分离多组分有机混合物的一种高效分离技术。1906年,俄国植物学家茨维特(Mikhail Tsvet)首创了这种分离技术，他把植物叶绿体色素的石油醚浸溃液倒入一根装有碳酸钙吸附剂的细直玻璃柱中，再加入纯石油醚，任其自由流下，原混合物开始被分离成不同颜色的谱带(即植物色素的分离)，且以不同速度过柱子，然后按谱带颜色对混合物进行鉴定分析。当时，茨维特把这种分离结果称为色谱图，把这种分离方法命名为色谱法。一百多年来，色谱理论逐步建立和发展，色谱分离技术已逐步实现仪器化、自动化、高速化，并从分离手段发展到分析手段，应用范围不断扩大。虽然色谱分离的对象早已不限于有色物质，但“色谱法”这一名称一直被沿用。
[0003]从原理角度看，色谱法是基于混合物各个组分在两相(固定相和流动相)之间的不均匀分配而进行分离的一种方法。不均匀分配的先决条件，是各个组分对两相亲和力的不同和向两相不均匀分配的可能性。在流动相的推动下，由于混合物中各组分对两相的亲和力有差异，它们穿过固定相的流动速度(或在固定相中的滞留时间)就不同，从而得到分离。根据其分离原理，有吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱等方法。从应用角度看，色谱技术在研究天然有机化合物中有着广泛应用。动物、植物、微生物及其代谢产物中的某些化学成分，是天然药物和天然食品添加剂的重要来源，对它们的组分结构与生理活性关系的研究以及对天然物质的综合利用，是当今极具潜力的研究课题，并要求对自然资源的研究与开发向深入化、快速化、微量化方向发展，以获取安全无毒高效的天然有效成分服务于人类。色谱技术正符合这种要求，在分离混合物、精制化合物、鉴定化合物等多方面得到了广泛应用。随着色谱理论和电子学、光学、计算机等技术的综合应用，新的色谱技术也在不断出现和发展，色谱技术在精细化工和高分子材料领域中也已得到很好的应用。
[0004]目前，色谱法都是从色谱柱一端进样，采用适当的溶剂进行洗脱，把混合物中的不同物质从色谱柱一端洗脱到另一端，然后依次收集。这种方法洗脱时间较长，溶剂用量大，收集时需要较为昂贵的馏分收集设备。特别是对于粗分比较复杂的化学单体成分的混合物，例如天然植物提取物，或者精分成分较少的化学混合物，上述方法显得很不经济。因此，需要对现有的色谱柱进行改进，以期获得更好的应用效果。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种自支撑模组化色谱柱，以及应用它对有机混合物进行分离和提纯的具体使用方法，一旦混合物的成分在该色谱柱的各个分离模块当中分开，就可以通过横向洗脱和收集，快速获得分离后的成分，从而缩短洗脱时间、减少洗液用量。
[0006]本发明技术解决方案是:一种自支撑模组化色谱柱，由多个包含固定相填料的盘子堆叠而成，所述盘子是通过在固定相填料里加入粘结剂经过干燥、烧结或聚合之后凝固成形，必要情况下可以进一步打磨。
[0007]优选地，上述自支撑模组化色谱柱当中，在加压进样和洗脱的场合，比如:亚临界或超临界流体需要用压力来推动溶剂，用耐化学溶剂的惰性膜缠绕在由盘子叠成的色谱柱外周围。这样，在加压进样和洗脱时，能够在色谱柱外周围加压，该压力高于进样和洗脱压力，保证溶剂从一端冲洗到另一端，而不会从色谱柱外周围渗漏。
[0008]更优选地，上述自支撑模组化色谱柱当中，所述粘结剂是水制剂或有机溶剂制剂，固定相填料里加入该水制剂或有机溶剂制剂，经干燥后成形；或者，所述粘结剂是固体制齐U，固定相填料里加入该固体制剂，经烧结后成形；或者，所述粘结剂是单体制剂，固定相填料里加入该单体制剂，通过加热、紫外光诱导或化学作用而产生聚合反应之后而成形。具体来说，所述制剂包括但不限于是硫酸钙、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸。
[0009]再优选地，上述的自支撑模组化色谱柱，所述盘子的形状为圆盘；并且，可以先由I个或几个盘子叠在一起形成3?30个单个模组，然后再由各个模组依次堆叠构成色谱柱；而且，为便于观察，所述盘子在凝固成形之前还加入了荧光剂。
[0010]以上任意一种自支撑模组化色谱柱，可用于分离有机混合物:首先，将待处理的混合物溶于合适的溶剂，然后以干法的方式，即:把需要分离的混合物溶于合适的溶剂，形成的溶液加至一个圆盘，再让溶剂挥发至完全干燥，从该模组化色谱柱的一端进样；接着，以与固定相吸附性能相反的正相或反相溶剂、亚临界或超临界流体作为洗液，从色谱柱的进样端进行洗脱。采用亚临界或超临界流体作为洗液时，需要外压推动溶剂，此时，可以用耐化学溶剂的惰性膜缠绕在由盘子叠成的色谱柱外周围，以保证进样和洗脱顺利进行。当流动相从进样一端洗脱到另一端时，停止洗脱，从各连接部位将该模组化色谱柱拆卸开，再用溶剂个别地冲洗单个模组或各个盘子，干燥后获得分离后的个别组分。
[0011]上述应用过程中，在第一轮洗脱完成之后，可以将个别模组再组装于新的模组化色谱柱上，更换另一种更合适、分离效率更高的洗液再次洗脱。该过程可重复多次(相当于“多维色谱”)，直至分离效果达标之后，再用溶剂个别地冲洗分离模块，干燥后获得所需组分。而且，洗脱所用的洗液当中可以添加助溶剂，以提高洗脱效率。
[0012]本发明突破现有技术关于色谱法所用固定相的统统概念，将其加工成一个个独立式、自支撑的圆盘，然后再由这些圆盘堆叠组装，构成一种自支撑圆盘式模组化色谱柱，并用于对有机混合物的成分分离。一旦混合物的成分在这种模组化色谱柱的各个分离模块当中分开，就可以将色谱柱拆分开来，然后对各个分离模块进行洗脱和收集，从而快速获得所需要的分离后的成分。
[0013]与常规的色谱法相比，本发明操作简易，可以大大节省溶剂或洗液的用量，洗脱更加简便快捷，且，不需要昂贵的馏分收集设备。当只需要分离获得混合物当中少数组分时，只要对这几个组分所在的少数几个分离模块进行洗脱，溶剂用量少，能在较短时间内干燥，进而快速获得目标成分。
[0014]本发明既适用于粗分天然植物提取物等成分比较复杂的有机混合物，也可以精分成分较少的有机混合物，还适用于分离目标成分比较明确的有机混合物，对于天然物的提取、已知混合物的分离，或者未知混合物的科研与生产等，都是一种很好的技术解决方案。
【具体实施方式】
[0015]本发明针对现有色谱柱皆为一根完整的柱子、在一些使用场合不够迅速、不够经济的缺陷，提出了一种自支撑模组化色谱柱。采用这种模组化色谱柱，可以很便捷地观察混合物各成分在色谱柱里的分离情况，一旦达到所需的分离程度，就可以拆开色谱柱，通过横向洗脱和收集，快速获得分离后的成分，从而缩短洗脱时间、减少洗液用量。
[0016]根据本发明技术方案，先在所选用的固定相(既可以是正相，如:硅胶；也可以是反相，如:碳18)里加入粘结剂，并且，选择性加入荧光剂，经过干燥、烧结或聚合之后凝固成形，打磨之后形成独立、自支撑式的盘子，然后将这些盘子堆叠起来，构成模组化色谱柱。堆叠时，也可以先由I个或几个盘子叠在一起形成单个模组，然后再由各单个模组依次堆叠构成色谱柱。
[0017]根据粘结剂的种类不同，盘子的制备方法有多种。当粘结剂是水制剂或有机溶剂制剂时，固定相填料里加入该水制剂或有机溶剂制剂，经干燥后成形，再进一步打磨；若粘结剂是固体制剂，如:硫酸钙、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸等，则在固定相填料里加入该固体制剂，经烧结后成形；粘结剂还可以是单体制剂，在固定相填料里加入该单体制齐U，通过加热、紫外光诱导或化学作用，使之产生聚合反应进而固化成形。
[0018]以下是盘子的几个具体制备例:
(1)把适合和适量的固定相，加入适合和适量的玻璃粉和液体(例如水或乙醇)得悬浮液，把悬浮液彻底搅拌，让液体慢慢蒸发，然后把这混合物放进烘箱(750 0C )内烧结，烧结后变为盘子，盘子可磨成适当的形状(例如圆盘);
(2)把适合和适量的固定相，添加适合和适量的荧光剂，再加入适合和适量的玻璃粉和液体(例如水或乙醇)，得悬浮液，把悬浮液彻底搅拌，让液体慢慢蒸发，然后把这混合物放进烘箱(750°C)内烧结，烧结后变成有荧光剂的盘子，盘子可磨成适当的形状(例如圆盘)；
(3)把适合和适量的固定相，加入适合和适量的黏结剂(例如聚丙烯酸，水玻璃)和液体(例如水或乙醇)，得悬浮液，把悬浮液彻底搅拌，让液体慢慢并彻底地蒸干，固化后变为盘子，盘子可磨成适当的形状(例如圆盘)；
(4)把适合和适量的固定相，添加适合和适量的荧光剂，再加入适合和适量的黏结剂(例如聚丙烯酸，水玻璃)和液体(例如水或乙醇)，得悬浮液，把悬浮液彻底搅拌，然后让液体慢慢并彻底地蒸干，固化后变成有荧光剂的盘子，盘子可磨成适当的形状(例如圆盘)。
[0019]根据本发明技术方案，自支撑模组化色谱柱当中盘子的使用数量不受限制，其具体用量应根据使用场合及分离要求而定，少则3?5块，多则20?30块；而且，各个盘子的规格直径、厚薄高低，既可以相同也可以不同，只要能够便于组装。组装形成的模组化色谱柱，适用于:粗分比较复杂的化学单体成分的混合物，例如天然植物提取物，或者精分成分较少的有机混合物，或者用于分离目标成分比较明确的有机混合物。
[0020]其基本过程是:先将待处理的混合物溶于合适的溶剂，然后从该模组化色谱柱的一端进样；接着，以与固定相吸附性能相反的正相或反相溶剂、亚临界或超临界流体作为洗液，从色谱柱的进样端洗脱，当流动相从进样一端洗脱到另一端时就可以停止洗脱，然后从各连接部位将该模组化色谱柱拆卸开，用溶剂个别地冲洗每一个分离模块，干燥后获得分离后的个别产品。另外，还可以采用“过柱干法上样”的方式进行进样和洗脱:首先是拌样，把待处理的混合物溶于合适的溶剂形成溶液，然后把该溶液加至一个预成型的圆盘上面，再让溶剂挥发至完全干燥，使样品吸附在该圆盘上；接着，将带有样品的这块圆盘作为自支撑圆盘式模组化色谱柱进液端的圆盘，再用洗液对其进行洗脱分离。洗脱过程中，洗液当中还可以加入助溶剂。
[0021]根据所使用的流动相的具体情况，系统洗脱可利用重力作用(Gravity)、毛细管的吸引力(Capillary attraction)等方式,在加压或不加压的情况下推动流动相进行洗脱。具体来讲，利用重力方式时，进样后，流动相从顶部到底部洗脱；利用毛细管的吸引力时，进样后，流动相从底部向顶部洗脱。加压情况下，用耐化学溶剂的惰性膜缠绕在由圆盘叠成的色谱柱外周围，露出两端，然后径向加压(radial compression to add pressure),然后利用压力把流动相从进样的一端洗脱到另一端，相当于超压薄层色谱(Overpressure thinlayer chromatography)原理。而且,洗脱过程也可适用多维液相法，当完成第一轮洗脱各个模组分开之后，个别模组或圆盘可以安装于新一列组合模组上，更换另一种更合适、分离效率更高的流动相再次洗脱。上述过程可以重复几次，直至需要分离的产品达到理想的纯度。这种重复过程更加接近于移动床色谱法的理想概念。
[0022]洗脱完成之后，可以逐次或多次合在一起检测分离效率。当固定相当中不含荧光剂时，可以使用FID扫描、IR扫描、质谱扫描，或者洗脱后再检测；当固定相当中含有荧光剂时，只要用紫外线光灯照射色谱柱，在合适的波长条件下，就可以观察到混合物的分离程度，看到紫外活跃(UV active)化合物位于哪一个分离模块里。
[0023]若分离程度理想，可以立即使用溶剂把紫外活跃(UV active)化合物从分离模块里冲洗下；若分离程度不理想，可以用更多分离模块把色谱柱延长，继续洗脱，直到分离程度理想。或者，把有紫外活跃化合物的分离模块安装于新一列模组化色谱柱上，更换另一种更为合适、分离效率更高的流动相继续洗脱，直至达到理想的分离效果。当然，若目标组分是非紫外活跃化合物，参照以上方法实施即可。
[0024]综上所述，本发明揭示了一种自支撑模组化色谱柱，尤其是一种自支撑圆盘式模组化色谱柱，以及应用它对有机混合物进行分离和提纯的具体使用方法。利用本发明技术方案，一旦混合物的成分在这种模组化色谱柱的各个分离模块当中分开，就可以将色谱柱拆分开来，然后对各个分离模块进行洗脱和收集，从而快速获得所需要的分离后的成分。
[0025]与常规的色谱法相比，本发明操作简易，可以大大节省溶剂或洗液的用量，洗脱更加快速，且，不需要昂贵的馏分收集设备。当只需要分离获得混合物当中少数组分时，只要对这几个组分所在的少数几个分离模块进行洗脱，溶剂用量少，能在较短时间内干燥，进而快速获得目标成分。
[0026]本发明既适用于粗分天然植物提取物等成分比较复杂的有机混合物，也可以精分成分较少的有机混合物，还适用于分离目标成分比较明确的有机混合物，对于天然物提取、已知混合物分离，或者未知混合物的科研与生产等，都是一种很好的技术解决方案。当然，以上所述仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种自支撑模组化色谱柱，其特征在于:该模组化色谱柱系由多个包含固定相填料的盘子堆叠而成，所述盘子是通过在固定相填料里加入粘结剂经过干燥、烧结或聚合之后凝固成形。
2.根据权利要求1所述的自支撑模组化色谱柱，其特征在于:在加压进样和洗脱的场合，用耐化学溶剂的惰性膜缠绕在由盘子叠成的色谱柱外周围。
3.根据权利要求1或2所述的自支撑模组化色谱柱，其特征在于:所述粘结剂是水制剂、有机溶剂制剂、固体制剂或单体制剂。
4.根据权利要求3所述的自支撑模组化色谱柱，其特征在于:所述制剂是硫酸钙、水玻璃、玻璃粉、聚乙烯或聚丙烯酸。
5.根据权利要求1或2所述的自支撑模组化色谱柱，其特征在于:所述盘子的形状为圆盘。
6.根据权利要求1或2所述的自支撑模组化色谱柱，其特征在于:先由I个或几个盘子叠在一起形成单个模组，然后再由各个模组依次堆叠构成色谱柱。
7.根据权利要求6所述的自支撑模组化色谱柱，其特征在于:所述单个模组的数量为3?30个。
8.根据权利要求1或2所述的自支撑模组化色谱柱，其特征在于:所述盘子在凝固成形之前还加入了荧光剂。
9.权利要求1?8所述任意一种自支撑模组化色谱柱的用途，其特征在于:用于分离有机混合物，首先，将待处理的混合物溶于合适的溶剂，然后从该模组化色谱柱的一端进样，接着，以与固定相吸附性能相反的正相或反相溶剂、亚临界或超临界流体作为洗液，从色谱柱的进样端进行洗脱，当流动相从进样一端洗脱到另一端时，停止洗脱，从各连接部位将该模组化色谱柱拆卸开，再用溶剂个别地冲洗单个模组或各个盘子，干燥后获得分离后的个别组分。
10.根据权利要求9所述的自支撑模组化色谱柱的用途，其特征在于:第一轮洗脱完成之后，将个别模组再组装于新的模组化色谱柱上，更换另一种更合适、分离效率更高的洗液再次洗脱；该过程可重复多次，直至分离效果达标之后，再用溶剂个别地冲洗分离模块，干燥后获得所需组分。
11.根据权利要求9所述的自支撑模组化色谱柱的用途，其特征在于:所述洗脱过程中，洗液当中加有助溶剂。
【文档编号】B01D15/42GK103752039SQ201410006266
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】朱惠霖 申请人:南京诺云生物科技有限公司