專利名稱：一種工程化逆流色譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種工程化逆流色譜儀
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種逆流色譜設(shè)備。
背景技術(shù)：
逆流色譜技術(shù)(Countercurrent Chromatography,簡稱CCC)是美國國立健康研究院(National Institutes ofHealth)實(shí)用新型的液-液分配色譜技術(shù),于1970年論述了運(yùn)動螺旋管內(nèi)兩個互不混溶的液相之間產(chǎn)生頻繁的分配與傳遞的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為CCC技術(shù)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。1970-1980年期間，在實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)制了“流通型行星式螺旋管離心分離儀”，為實(shí)現(xiàn)逆流色譜分離的儀器的誕生和發(fā)展提供了基本的物理模型。根據(jù)我國抗生素等藥物的組分分離與鑒定的需要，我國從1978年起在北京的實(shí)驗(yàn)室開創(chuàng)了我國的CCC技術(shù)的研究工作，并于1980年自主設(shè)計(jì)研制出第一臺“水平流通型行星式離心分離機(jī)”，完成了各類抗生素、有機(jī)農(nóng)藥、胰島素的分離純化，并且首創(chuàng)了 CCC技術(shù)在中草藥中生理活性化合物的分離純化工作，相關(guān)研究成果于1984年首次在國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了商品儀器“水平流通型行星式逆流色譜儀”的小批量生產(chǎn)和推廣應(yīng)用。1980-1990年期間，國外發(fā)現(xiàn)了在足夠高轉(zhuǎn)速的行星式運(yùn)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(xiàn)象。也就是說，在這樣的物理?xiàng)l件下，兩個液相將按照它們的比重、對螺旋管內(nèi)壁的親和性等因素的不同，分別趨向于螺旋管的不同端頭占空分布。單向性分布現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，推動了 CCC向更加穩(wěn)定、更加快速、更加高效的層面發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)了高速逆流色譜技術(shù)(High-Speed Countercurrent Chromatograph)和高速逆流色譜儀(High-Speed Countercurrent Chromatography,簡稱 HSCCC)。
由于HSCCC技術(shù)排除了傳統(tǒng)色譜技術(shù)所依賴的固態(tài)支持體(固態(tài)填料)，從而避免了固態(tài)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(zhì)沾染、失活、變性等不良影響。同時，HSCCC還具有分離制備量較大、溶劑和材料消耗量小、物質(zhì)資源和被分離樣品利用度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，HSCCC技術(shù)已經(jīng)被當(dāng)今國際公認(rèn)為研究開發(fā)天然產(chǎn)物的有效技術(shù)手段，HSCCC的儀器設(shè)備將迎接日益拓展和應(yīng)用的空間。隨著HSCCC技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)展，用戶對儀器設(shè)備的制備量的要求在逐步提升，大制備量的HSCCC設(shè)備已經(jīng)成為技術(shù)進(jìn)步的方向和實(shí)際應(yīng)用的需求。目前，在中國、美國、英國、法國等國都出現(xiàn)了研制和銷售此類儀器的公司或企業(yè)，而現(xiàn)有的商品化產(chǎn)品，絕大多數(shù)是用于實(shí)驗(yàn)室的小或中等制備規(guī)模的儀器，其分離管柱的容量一般在數(shù)十毫升至數(shù)百毫升的范圍。這些儀器還不能滿足用戶對大制備量分離純化的目的與要求。在中國和英國已經(jīng)報(bào)道了個別的分離管柱容積達(dá)到立升級規(guī)模的逆流色譜設(shè)備，這些設(shè)備存在的問題是:有的設(shè)備采用了大口徑的管材來制造螺旋管分離管柱，由于管柱的體積和重量大，只能實(shí)現(xiàn)比較慢的轉(zhuǎn)速。從逆流色譜基本理論來分析，螺旋管柱的內(nèi)徑越大，其分配分離效率越低，同時，螺旋管的轉(zhuǎn)速越低，其對流分配效率越低。因此，這樣的設(shè)備基本上屬于在CCC技術(shù)研究初始階段提出的“慢速轉(zhuǎn)動螺旋管逆流色譜儀”，同現(xiàn)代高速逆流色譜的技術(shù)體系存在較大的差距。也就是說，在增大設(shè)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，對于活性化合物的分離效果和分離成本都是不利的。有的設(shè)備，達(dá)到了十多立升的容積，但是，設(shè)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(diào)變樣品投量、溶劑消耗、分離時間等參數(shù)，這對于生產(chǎn)規(guī)模的分離純化任務(wù)來說，是不經(jīng)濟(jì)和不方便的。而且，這種設(shè)備體積大、重量大、能耗高、造價高，不利于在不同的應(yīng)用領(lǐng)域推廣使用。表達(dá)高速逆流色譜儀器設(shè)備的分配分離功能的參數(shù)，主要的是液態(tài)固定相在運(yùn)動螺旋管內(nèi)的保留率，即運(yùn)動螺旋管內(nèi)兩個液相建立流體動力學(xué)平衡后，保留在螺旋管內(nèi)的固定相體積同運(yùn)動螺旋管的容積之比，是一個小于I的百分率數(shù)值。這個保留率越高，說明分離管柱內(nèi)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。而對于特定的兩相溶劑系統(tǒng)，它在運(yùn)動螺旋管內(nèi)的固定相保留率同一個重要的技術(shù)參數(shù)β值密切相關(guān)，β值越大保留值越高。高速逆流色譜的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是多層螺旋管的高速行星式轉(zhuǎn)動，β值是行星式運(yùn)動體系中的多層螺旋管自轉(zhuǎn)半徑同公轉(zhuǎn)半徑的比值，在可實(shí)現(xiàn)的高速逆流色譜儀器設(shè)備中，β值是從O到I之間的數(shù)值。對于運(yùn)動離心力場強(qiáng)度和周期變化率的數(shù)學(xué)計(jì)算表明，在β值取值于0.2以上至I的區(qū)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(shí)驗(yàn)得知，分離弱極性樣品所使用的弱極性溶劑系統(tǒng)，在β值比較大的區(qū)間能實(shí)現(xiàn)較高的固定相保留率；分離強(qiáng)極性樣品所使用的強(qiáng)極性溶劑系統(tǒng)，在β值較小的區(qū)間能實(shí)現(xiàn)比較高的固定相保留率。而現(xiàn)有的各種商品化儀器和設(shè)備，都缺少對于大的β值和適當(dāng)?shù)摩轮蹈采w區(qū)間的表達(dá)，這就約制了儀器設(shè)備的分離效率。目前，在現(xiàn)有的逆流色譜儀器設(shè)備上，能實(shí)現(xiàn)的固定相保留率大致在70%及以下。特別是已經(jīng)報(bào)道的大制量的逆流色譜設(shè)備，在擴(kuò)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(shù)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(nèi)徑、足夠高的行星式運(yùn)動轉(zhuǎn)速、大的β值的覆蓋區(qū)間、高的固定相保留率等。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過控制多層螺旋管繞制半徑來實(shí)現(xiàn)高β值的工程化逆流色譜儀。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種工程化逆流色譜儀，包括機(jī)座，所述的機(jī)座上設(shè)有能相對所述的機(jī)座轉(zhuǎn)動的行星架，所述的行星架上連接有驅(qū)動所述的行星架轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置，所述的行星架上設(shè)有行星軸，所述的行星軸上裝有行星輪，其特征在于: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(nèi)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，其特征在于:所述的螺旋分離管為6根。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:每根所述的螺旋分離管兩端設(shè)有連接頭，所述的螺旋分離管連接為兩根串聯(lián)為一組或三根串聯(lián)為一組或四根串聯(lián)為一組或五根串聯(lián)為一組或 六根串聯(lián)。[0018]如上所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:每根所述的螺旋分離管兩端設(shè)有連接頭，所述的螺旋分離管連接為兩根并聯(lián)為一組或三根并聯(lián)為一組或四根并聯(lián)為一組或五根并聯(lián)為一組或六根并聯(lián)。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:所述的驅(qū)動裝置包括驅(qū)動電機(jī)，所述的驅(qū)動電機(jī)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，其特征在于:所述的機(jī)座一側(cè)設(shè)有溫控裝置，所述的溫控裝置包括控制裝置、送風(fēng)裝置和回風(fēng)裝置。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:所述的螺旋分離管為圓管，內(nèi)徑為2-4毫米。如上所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:每根所述的螺旋分離管容量為I升。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有如下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型通過控制多層螺旋管繞制半徑來實(shí)現(xiàn)高β值，即將螺旋管纏繞在行星輪外部，實(shí)現(xiàn)了在擴(kuò)大設(shè)備制備量的同時，充分保留高速逆流色譜技術(shù)的技術(shù)特征，保證設(shè)備的合理和高效；2、本實(shí)用新型充分考慮對工程化生產(chǎn)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室儀器的不同要求，從核心部件分離管柱的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和制造出發(fā)，提高設(shè)備的分配分離效率，保證設(shè)備的多功能和方便使用；3、本實(shí)用新型優(yōu)化分離主機(jī)、驅(qū)動系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)等各部分的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各部分的工程化的集成，實(shí)現(xiàn)第一型工程化的高效逆流色譜分離純化設(shè)備。4、本實(shí)用新型6根螺旋管之間可以任意并串聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)I至6升任意整數(shù)升容積的分離制備。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型行星輪與螺旋管截面圖；圖3是本實(shí)用新型兩根螺旋管串聯(lián)為一組狀態(tài)示意圖4是本實(shí)用新型三根螺旋管串聯(lián)為一組狀態(tài)示意圖分解圖；圖5是本實(shí)用新型六根螺旋管串聯(lián)狀態(tài)示意圖；圖6是本實(shí)用新型六根螺旋管并聯(lián)狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式一種工程化逆流色譜儀，包括機(jī)座I，所述的機(jī)座I上設(shè)有能相對所述的機(jī)座I轉(zhuǎn)動的行星架2，所述的行星架2上連接有驅(qū)動所述的行星架2轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置6，所述的行星架2上設(shè)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(nèi)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(shí)現(xiàn)β值達(dá)到0.75 I，來實(shí)現(xiàn)高保留值。所述的螺旋分離管5為6根。6根螺旋管可以實(shí)現(xiàn)任意串并聯(lián)，每根所述的螺旋分離管5兩端設(shè)有連接頭，所述的螺旋分離管5連接為兩根串聯(lián)為一組或三根串聯(lián)為一組或四根串聯(lián)為一組或五根串聯(lián)為一組或六根串聯(lián)?；蛘撸扛龅穆菪蛛x管5兩端設(shè)有連接頭，所述的螺旋分離管5連接為兩根并聯(lián)為一組或三根并聯(lián)為一組或四根并聯(lián)為一組或五根并聯(lián)為一組或六根并聯(lián)。所述的驅(qū)動裝置6包括驅(qū)動電機(jī)601，所述的驅(qū)動電機(jī)601與所述的行星架2之間通過皮帶傳動。所述的機(jī)座I 一側(cè)設(shè)有溫控裝置8，所述的溫控裝置8包括控制裝置81、送風(fēng)裝置82和回風(fēng)裝置83。所述的螺旋分離管5為圓管，內(nèi)徑為2-4毫米。每根所述的螺旋分尚管5容量為I升。本實(shí)用新型涉及的工程化逆流色譜儀，將能應(yīng)用于生物醫(yī)藥、生命科學(xué)、天然資源(包括植物、動物、海洋生物，以及以天然產(chǎn)物為物質(zhì)基礎(chǔ)的二次產(chǎn)物)、農(nóng)林、食品、有機(jī)材料、環(huán)境科學(xué)、健康產(chǎn)品、美容化妝品等相關(guān)領(lǐng)域。將能成為制備生產(chǎn)高純度化合物標(biāo)準(zhǔn)樣品、高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提取物、高價值醫(yī)藥中間體、質(zhì)量可控的中藥原料和相關(guān)產(chǎn)業(yè)的原料的新穎技術(shù)手段，為這些領(lǐng)域和行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品創(chuàng)新做出貢獻(xiàn)。本實(shí)用新型突破原有的制備型高速逆流色譜設(shè)備的將分離管柱尺寸直接放大的設(shè)計(jì)，采用分離管柱內(nèi)徑優(yōu)化、分離管柱多單元并串聯(lián)、分離管柱行星式運(yùn)動的貝塔值最大化、設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)同分離 主機(jī)的協(xié)調(diào)配置措施，保證了工程化設(shè)備在在分離管柱溶劑增大到6-10立升時，分離效率高于現(xiàn)有同類儀器設(shè)備。本設(shè)備實(shí)現(xiàn)了多層螺旋管分離管柱最大容積為6-10立升的制備級容量；本設(shè)備在6立升容積的分離管柱設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了 β值為0.75至0.95的高值覆蓋，由此實(shí)現(xiàn)了大制備量工程化逆流色譜設(shè)備的分離效率的突破。例如，采用正己烷/乙酸乙酯/甲醇/水(5:4:5:4體積比)的有機(jī)-水兩相溶劑系統(tǒng)，任一相作為固定相時，固定相保留率均達(dá)到90%，克服了已經(jīng)報(bào)道的在增大逆流色譜儀器設(shè)備容積的同時分離效率受到限制或明顯降低的缺陷，實(shí)現(xiàn)了比現(xiàn)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(shí)驗(yàn)室用高速逆流色譜儀的60%的固定相保留率對比計(jì)算，本專利6立升柱實(shí)現(xiàn)的柱內(nèi)有效分配分離空間相當(dāng)于6立升χ90/60=9立升。采用本實(shí)用新型的設(shè)備實(shí)作分離試驗(yàn)測算保留值:試驗(yàn)條件1:溶劑系統(tǒng):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(jī)工作溫度:20-34攝氏度分離管柱轉(zhuǎn)速:分別選用150、200、300、400、500轉(zhuǎn)/分流動相流速:分別選用5、10、15、20毫升/分試驗(yàn)結(jié)果:
權(quán)利要求1.一種工程化逆流色譜儀，包括機(jī)座(1)，所述的機(jī)座(I)上設(shè)有能相對所述的機(jī)座(I)轉(zhuǎn)動的行星架(2)，所述的行星架(2)上連接有驅(qū)動所述的行星架(2)轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置(6)，所述的行星架(2)上設(shè)有行星軸(3)，所述的行星軸(3)上裝有行星輪(4)，其特征在于: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(nèi)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(jù)權(quán)利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:所述的螺旋分離管(5)為6根。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:每根所述的螺旋分離管(5)兩端設(shè)有連接頭，所述的螺旋分離管(5)連接為兩根串聯(lián)為一組或三根串聯(lián)為一組或四根串聯(lián)為一組或五根串聯(lián)為一組或六根串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:每根所述的螺旋分離管(5)兩端設(shè)有連接頭，所述的螺旋分離管(5)連接為兩根并聯(lián)為一組或三根并聯(lián)為一組或四根并聯(lián)為一組或五根并聯(lián)為一組或六根并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:所述的驅(qū)動裝置(6)包括驅(qū)動電機(jī)(601)，所述的驅(qū) 動電機(jī)(601)與所述的行星架(2)之間通過皮帶傳動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:所述的機(jī)座(I)一側(cè)設(shè)有溫控裝置(8)，所述的溫控裝置(8)包括控制裝置(81)、送風(fēng)裝置(82)和回風(fēng)裝置(83)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:所述的螺旋分離管(5)為圓管，內(nèi)徑為2-4毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工程化逆流色譜儀，其特征在于:每根所述的螺旋分離管(5)容量為I升。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種工程化逆流色譜儀，包括機(jī)座，所述的機(jī)座上設(shè)有能相對所述的機(jī)座轉(zhuǎn)動的行星架，所述的行星架上連接有驅(qū)動所述的行星架轉(zhuǎn)動的驅(qū)動裝置，所述的行星架上設(shè)有行星軸，所述的行星軸上裝有行星輪，其技術(shù)方案的要點(diǎn)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(nèi)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(shí)用新型目的是克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過控制多層螺旋管繞制半徑來實(shí)現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者張?zhí)煊? 李能, 伍軍 申請人:中山優(yōu)諾生物科技發(fā)展有限公司