[发明专利]柱装填方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于柱(column)的介质装填(packing)系统和用于在柱中使用的介质装填方法。更具体地，本发明涉及用于改进将色谱介质装填到色谱柱中的质量、简易性以及一致性的方法。

发明背景

在液相色谱法中使用的柱典型地包括包围载液流过的多孔色谱介质的装填的床的管状体，其中，通过载液和固相的多孔介质之间的物质收集来进行分离。典型地，介质作为通过固结分散微粒的悬浮液(其称为料浆(slurry)，该料浆被泵送、灌注或吸入到柱中)而形成的装填的床而被包围在柱中。通过压缩料浆使其被装填到一定容积(该容积小于在料浆被允许在重力的影响下沉积以形成沉积床的情况下所占用的容积)中来实现将料浆固结成固结的装填的床。随后的色谱分离的效率强烈地依赖于1)在装填的床的流体入口和出口处的液体分配和收集系统，2)介质微粒在装填的床中的特殊定向(也称为装填几何结构)，以及3)装填的床的压缩。如果装填的床的压缩太低，则在该床上执行的色谱分离会经受“拖尾”(tailing)，而且一般来说，这种不充分地压缩的床是不稳定的。如果装填的床的压缩太高，则由床执行的色谱分离会经受“前延”(leading)，而且这种过度压缩的床可影响通过量和结合量，而且一般来说会引起高得多的操作压力。如果压缩是最优的，则在使用期间形成的分离峰会展现少得多的前延或拖尾，且分离峰值是基本对称的。用实验方法针对各个柱大小(宽度或直径)、床高度以及介质类型来确定柱所需的最优压缩程度。

在任何分离过程之前，必须从必须引入到柱中的微粒的料浆开始制备床。床形成的过程被称为“装填进程”，且正确地装填的床是影响包含装填的床的柱的性能的关键因素。装填进程的主要目标之一是提供以最优压缩量(即最优压缩系数)压缩的床。当被最优地压缩时，经常是由使用者限定的床的高度被称为目标压缩床高度。

优选通过将预定体积的具有特定浓度的介质微粒的料浆注入柱中来制备大规模的柱。一旦预定体积的料浆已经输送到柱中，就需要通过通常以恒定的速度使可动适配器(adapter)沿着柱的纵向轴线朝向柱的底部运动来进一步固结和压缩料浆。在此进程期间的过剩液体在柱出口处被排出，同时借助于具有太小而不允许介质微粒穿过的孔的过滤物质(所谓的“床支承件”(bed support))来保留介质微粒。一旦装填的床已经通过最优的压缩程度压缩，就完成了装填过程。如果压缩床允许良好和稳固的色谱性能，则认为装填过程是成功的。但是，通过手动的方式在色谱柱中装填色谱介质的这种最优压缩的床在实践中是不容易实现的，因为最终的装填的床的质量很大程度上取决于操作员的技术。在柱的填充(filling)和随后的装填期间，操作员手动地选择和调节所有的装填参数，例如阀位置、泵速度、适配器的运动速度等。操作员必须测量料浆浓度，以便决定应该将多少料浆填充到柱中。如果对料浆浓度的测量不精确(经常发生这种情况，因为难以精确地测量料浆浓度)，则填充到柱中的料浆的体积不是最优的，且固结的床将沉淀在不期望的(如根据所测量的料浆浓度所计算的)床高度处，因此不能在目标床高度处实现目标装填系数。另外，操作员还必须判断适配器何时开始压缩床的时刻。使用该时刻来计算适配器必须再运动多远，以便获得期望的压缩量。对任何装填参数的错误选择通常会导致表现不佳的柱。另外，在装备有透明管的柱中，通过眼睛难以判断床的压缩实际上是何时开始的，而且在配备有不透明的管(例如不锈钢)的柱中，通过眼睛无法判断床的压缩实际上是何时开始的，在这一点上的显著误差会使得无法获得最优地压缩的床。

如果使用者做出了错误的决定，还存在损害介质和柱的风险。

因此，需要用于将色谱介质以精确地且可再生的方式装填到色谱柱中的系统和方法。对错误地装填的柱进行重新装填是耗时的，且要花费大量金钱。

发明内容

本发明的目标是提供柱装填系统和用于将介质装填到柱中的方法以便克服现有技术的系统的缺点。

本发明的另一个目标是提供在可接受的床高度处对压缩床给出可接受的装填系数的柱装填方法和系统。

在根据权利要求1的方法中、根据权利要求7的计算机程序产品中以及根据权利要求13的控制单元中实现这一点。

因此，将不同的可接受的床高度及其期望的可接受的装填或压缩系数呈现给使用者。

适当地，对使用者呈现关于何时停止装填的时间或距离窗，从而使得床高度和装填因子两者均在给定的可接受的范围内。因此，使用者可容易地看见何时停止装填的不同选项。