柱填充方法

摘要

一种用于由是介质颗粒和液体的悬浮液的浆料来填充柱(3)中的介质床的方法，所述方法包括以下步骤：a)估计浆料浓度；b)用来自连接到柱上的浆料罐(13)的一定体积的浆料装填柱(3)；c)用浆料填充测试介质床；d)检测测试介质床固结在何处；e)使用关于固结测试介质床高度的信息来对柱提供在进一步填充之后将给出用户目标床高度的量的浆料；f)用浆料填充介质床。

权利要求

1.一种用于由是介质颗粒和液体的悬浮液的浆料来填充柱(3)中的介质床的方法，所述方法包括以下步骤：a)估计浆料浓度；

b)用来自连接到所述柱上的浆料罐(13)的一定体积的所述浆料装填所述柱(3)；

c)用所述浆料填充测试介质床；

d)检测所述测试介质床固结在何处；

e)使用关于固结测试介质床高度的信息来对所述柱提供在进一步填充之后将给出用户目标床高度的量的浆料；

f)用所述浆料填充介质床。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e)进一步包括：对所述测试介质床进行卸料且将经卸料的测试介质床稀释到已知的浆料浓度，并且用根据用户目标床高度和这个新的已知的浆料浓度计算出的体积的所述浆料来装填所述柱。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e)进一步包括：通过使用来自固结测试介质床高度的信息来计算保留在所述浆料罐中的浆料的浆料浓度，并且在所述测试介质床保持在所述柱中时，引入更多的这个已知的浆料浓度的浆料，引入的浆料的量被控制成使得将在进一步填充之后实现用户目标床高度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤e)中的已知的浆料浓度是所述浆料罐中的所述浆料的原始浆料浓度，并且可根据所述固结测试介质床高度和在步骤b)中装填到所述柱中的浆料体积来计算出这个原始浆料浓度，并且步骤e)进一步包括将经卸料的测试介质床提供至可包括更多浆料的所述浆料罐。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述浆料罐中的所有所述浆料用来形成测试介质床，然后对所述测试介质床进行卸料，并且将所述测试介质床稀释到任何适当的浆料浓度。

6.根据权利要求2、4或5所述的方法，其特征在于，可测量和记住在所述卸料程序期间进入和离开所述柱的所有流，以便能够将经卸料的测试介质床稀释到已知的浆料浓度。

7.根据权利要求1至4中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，在步骤b)下装填到所述柱中的浆料的体积是在步骤d)下给出相当小的测试介质床的相当小的体积。

8.根据权利要求1-5中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述步骤中的至少一些自动地执行。

说明书

柱填充方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于柱的介质填充系统和用于在柱中使用的介质填充方法。更具体而言，本发明涉及用于提高将层析介质填充到层析柱中的质量、简易性和一致性的方法。

背景技术

[0002] 在液相层析法中使用的柱典型地包括封闭多孔层析介质的填充床的管状主体，载液流过多孔层析介质，通过载液和多孔介质的固相之间的材料收集来进行分离。典型地，介质作为通过固结离散颗粒的悬浮液(已知为泵送、倾注或吸入柱中的浆料)形成的填充床而封闭在柱中。通过压缩浆料使其填充一定体积(该体积小于在允许浆料在重力的作用下沉淀来形成沉积床的情况下其将占用的体积)中来实现将浆料固结到固结的填充床中。随后的层析分离的效率强烈地依赖于1)在填充床的流体入口和出口处的液体分配和收集系统，2)填充床中的介质颗粒的空间定向(也已知为填充几何)，以及3)填充床的压缩。如果填充床的压缩(程度)太低，则在该床上执行的层析分离会经受“拖尾(tailing)”，而且一般而言，这种未充分压缩的床是不稳定的。如果填充床的压缩(程度)太高，则由床执行的层析分离会经受“前延(leading)”，而且这种过度压缩的床可影响生产量和粘合能力，而且一般而言，造成高得多的操作压力。如果压缩是最佳的，则在使用期间形成的分离峰会展现低得多的前延或拖尾，并且分离峰基本是对称的。针对各个柱大小(宽度或直径)、床高度和介质类型，用实验的方式确定柱所需的最佳压缩程度。

[0003] 在任何分离过程之前，必须通过从必须引入到柱中的颗粒的浆料开始来准备床。床形成的过程称为“填充程序”，并且正确地填充的床是影响填充床的性能的关键因素。填充程序的主要目标之一是提供被压缩达最佳压缩量(即最佳压缩系数)的床。通常在床被最优地压缩时由用户定义的床的高度称为目标压缩床高度。

[0004] 可通过将具有规定浓度的介质颗粒的预定体积的浆料吸入或喷射入柱中来准备大型的柱。一旦预定体积的浆料输送到柱中，就需要固结和压缩该浆料。这可例如通过沿着柱的纵向轴线朝向柱的底部移动可动适配器来实现，通常以恒定速度将液体和颗粒两者推向柱的底部。在柱出口处排出在此程序期间的过量液体，同时借助于过滤材料(所谓的“床支承件”)来保持介质颗粒，其中，孔太小以至于不能允许介质颗粒通过。一旦填充床被压缩达最佳压缩程度，填充过程就完成。存在可在本发明中使用的备选填充方式。例如，可应用流来强制浆料中的颗粒移向柱的出口，而非向下移动适配器。另外的备选方案是使用喷雾嘴，喷雾嘴在浆料中喷射，直到实现填充床为止。将在下面对这些方法进行进一步的描述。如果压缩床允许获得良好且稳定可靠的层析性能，就认为填充过程是成功的。但是，通过人工手段将这样的最优地压缩的层析介质床填充到层析柱中在实践中是不容易完成的，因为最终填充床的质量在很在程度上取决于操作员的技能。在柱的装填和随后的填充期间，操作员人工地选择和调节所有的填充参数，例如阀位置、泵速度、适配器的移动速度等。操作员必须测量浆料浓度，以便决定应当将多少浆料装填到柱中。如果浆料浓度的测量是不正确的(经常出现这种情况，因为难以准确地测量浆料浓度)，装填到柱中的浆料的体积就不是最优的，而且固结床将沉淀在不期望的床高度处(根据实测浆料浓度所计算出的)，并且从而不能在目标床高度处实现目标填充系数。此外，操作员还必须判断适配器开始压缩床的点。这个点用来计算适配器还必须进一步移动多少以便获得需要的压缩量。选择任何填充参数时的错误通常都将导致性能不良的柱。另外，在配备有透明管的柱中，可能难以用眼睛判断实际上何时开始压缩床，而在配备有非透明管(例如不锈钢)的柱中，不可能用眼睛判断实际上何时开始压缩床，而且在这一点上的重大误差使得不可能获得最优地压缩的床。

[0005] 如果用户作出错误决定的话，还存在损害介质和柱的风险。

[0006] 因此，需要一种用于将层析介质精确且可再生地填充到层析柱中的系统和方法。

发明内容

[0007] 本发明的一个目标是提供一种用于将介质填充到柱中的柱填充系统和方法，以便克服现有技术的系统的缺点。

[0008] 这在根据权利要求1的方法、根据权利要求9的计算机程序产品和根据权利要求10的控制单元中得到实现。

[0009] 在此，首先填充测试床，并且测量和使用这个测试床的高度，以便能够计算应当对柱提供多少浆料，以实现最终用户目标床高度。这个最终填充的床将非常接近床的预定义的期望状况，因为当根据测试床高度计算出浆料浓度时，浆料浓度的测量是非常好的。

[0010] 在一个实施例中，对测试床进行卸料，并且将其稀释到已知浆料浓度。然后，用根据用户目标床高度和这个新的已知浆料浓度来计算出的体积的浆料装填柱。测试床可为将被相当快地填充且易于卸料的小测试床。在这种情况下，经卸料的测试床适于被送回到浆料罐且稀释回到与在浆料罐中的任何剩余浆料相同的浆料浓度。或者，浆料罐中的所有浆料可用于测试床。这可为适当的，因为在这种情况下，介质不需要稀释回到与从开始起完全相同的浆料浓度，而是可稀释到任何适当的浆料浓度。这是因为当经卸料的床被送回浆料罐时，浆料罐是空的。

[0011] 在另一个实施例中，测试床是小的，并且当添加更多的浆料时，测试床保持在柱的内部。基于固结测试床高度和最初装填到柱中的浆料的体积来计算在浆料罐中剩余的浆料的浆料浓度。这个浆料浓度和用户目标床高度用于计算还需要将多少更多浆料装填到柱中，从而使得测试床和新的浆料一起将形成具有用户目标床高度的床。

[0012] 在从属权利要求中对本发明的另外的实施例进行了描述。

附图说明

[0013] 当结合附图阅读以下描述时，本发明的这些和其它优点将变得更加显而易见，其中：

[0014] 图1是根据本发明的一个实施例的介质填充系统的示意图；

[0015] 图2是描述了根据本发明的一个实施例的填充方法的流程图。

具体实施方式

[0016] 参照附图来对本发明的目前优选的实施例进行描述。优选实施例的描述是示例性的，并且不意在限制本发明的范围。

[0017] 如本文和所附的权利要求书中所用：

[0018] 术语“柱”意在包括术语“容器”和“单元”，以及分离领域的实践者使用来通过使混合物与固体或液体交换介质(已知为填充床)接触来实现来自混合物的成分的分离和/或反应和/或催化和/或提取的任何其它结构。

[0019] 术语“浆料”是介质颗粒和液体的悬浮液。

[0020] 术语“纵向流向”指的是在柱内从入口朝向出口的流动方向。“纵向”一贯用来指定通过单元的流体的主要流径，而不考虑方向。

[0021] 术语“分配系统”指的是流体通过其被引导到柱的结构，而术语“收集系统”指的是用来收集来自柱的流体的结构。

[0022] 术语“沉积床高度”指的是这样的介质颗粒床高度：该高度是当在允许浆料中的介质颗粒仅在重力的作用下沉积之后形成床(这种床称为“沉积床”)时获得的。

[0023] 术语“固结床高度”指的是在这种时候在柱中形成床(这种床称为“固结床”)时获得的介质颗粒床的高度：当在通过1)将液体泵送到柱中，2)通过将液体泵送出柱，或者3)通过移动(例如降下)可动适配器(这会迫使液体离开柱)来沿纵向流向将流体流应用通过柱时，浆料中的介质颗粒被迫沉积时。

[0024] 术语“压缩床高度”指的是在这种时候获得的柱中的介质颗粒床的高度：当已例如通过与可动适配器等接触，并且进一步移动可动适配器等，或者通过以比在床的固结期间使用的速率更高的速率将流体泵送通过柱而压缩固结床或沉积床时—这种床称为“压缩床”。

[0025] 术语“压缩系数”定义为(沉积床高度)/(压缩床高度)，而术语“填充系数”定义为(固结床高度)/(压缩床高度)。以下，当使用填充系数时，应当理解，可使用压缩系数来代替。

[0026] 图1是根据本发明的一个实施例的柱填充系统的示意图。该系统包括柱3，柱3包括上盖或法兰5a和下端板5b、由圆柱形柱壁7包围。定位在柱3中的盖或法兰5a和下端板5b之间的是连接到可连接到液体输送系统14上的柱入口11上的可动适配器9(其可设有意在将进入液体基本均匀地分配在柱3的截面上的液体分配系统(未显示)，以及在柱的截面之上延伸的、具有精细得足以防止床颗粒通过其中的网的床支承件(未显示))，液体输送系统14输送液体，例如样品混合物、洗提剂、缓冲剂等。诸如电气、液压或气动马达或活塞/缸体促动器的促动器(未显示)可使可动适配器9沿柱的纵向方向移动。

[0027] 可通过定位在柱的底部中的喷嘴或阀12将浆料吸入柱3中。喷嘴或阀12连接到浆料罐13上。可动适配器9设有定位机构(未显示)，以确定可动适配器相对于固定水平(例如下端板5b的上侧)的位置(“x”)，并且对应于距离x的信号被发送到控制单元15，在此实例中，控制单元15连接到液体输送系统14、适配器促动器以及与浆料罐相连接的喷嘴或阀12上。但是，控制单元15可改为建造在液体输送系统14中。促动器的操作和可动适配器9的对应的向上或向下移动可由控制单元15控制。控制单元15优选包括用于控制柱3的操作的硬件和软件。控制单元15控制例如阀的打开和关闭以及可动适配器移动的速度。

[0028] 在图1中，显示了柱的一个实例。但是，存在其中也可使用根据本发明的填充过程的其它类型的柱。例如，不一定需要通过向下移动适配器来执行填充。填充过程的另一个实例是其中适配器置于预期的最终填充床高度处的柱，并且通过柱的顶部中的喷嘴来同时装填和填充该柱。当浆料喷射到柱中时，过量液体将通过底部的床支承件离开柱。浆料的颗粒将由床支承件保持，并且床将从底部开始建立。当正确的浆料量已经从浆料罐输送到柱时，就可关闭填充泵，并且收回喷嘴。为了对柱进行卸料，使用喷射动作来打破床。最终，床被打破，并且可通过柱泵送出浆料。

[0029] 另一个可行的解决方案是将这个填充方法与可动适配器结合起来。可如以上描述的那样填充柱，但是，这次床未被压缩。相反，适配器用于最终压缩。

[0030] 还可行的是以除了上述之外的另一种方式来填充图1中所描述的柱。不是通过适配器的向下移动来建立液体流，而是适配器可保留在装填位置上，同时使用通过顶部床支承件的液体流来固结或填充床。可改变流率，使得床首先被固结，然后被填充。最后，当通过流来压缩床时，适配器可下降到床表面，以防止床膨胀。

[0031] 根据本发明，提供了一种用于填充柱的过程。图2是根据本发明的一个实施例的填充柱的过程的流程图。以下按顺序对步骤进行了描述：

[0032] B1：估计浆料罐(13)内部的浆料的浆料浓度。这仅仅需要是粗略地估计的浓度。在实践中，用户或者将估计的浆料浓度的值输入控制单元中，或者从浆料浓度的值的预先定义的列表中选择。或者，可总是使用对于估计的浆料浓度的同一缺省值。在这种情况下，这个值预先编程到控制单元中。

[0033] B3：用一定量的浆料装填柱。为了计算浆料的这个量，使用了估计的浆料浓度和目标测试床高度。在本发明的一个实施例中，目标测试床高度可恰当地为相当小，以便加快其中填充测试床以便测量浆料浓度的方法的这个第一部分。但是，在另一个实施例中，可在这个步骤中使用浆料罐中的所有浆料。这将在下面进行进一步描述。

[0034] B5：开始填充，即：在其中使用可动适配器来进行填充的实例中，适配器降低到柱的内部，并且在介质床在柱的内部形成时通过柱的下端板5b将液体挤压出去。

[0035] B7：检测床，即：介质床已经形成，并且这个介质床可通过例如已知的压力浸渍技术来检测。通过这个技术，测量柱中的压力，并且当形成介质床时，压力将改变且这可被检测到。或者，可观测适配器的马达电流。当检测床时，马达电流将升高。

[0036] B9：现在可通过使用检测到的床高度和最初装填到柱中的浆料体积来计算实际浆料浓度(最初装填到柱中的浆料的浆料浓度和在浆料罐中剩余的任何浆料的浆料浓度)。在其中所有浆料用于测试床的实施例中，不需要计算最初浆料浓度，但是可在卸料期间实现任何新的期望浆料浓度(这将在下面进行进一步描述)。

[0037] B11：对床进行卸料。(在另一个实施例中，测试床优选为小的，并且不需要卸料，但是可在装入更多的浆料时保持在柱的内部—这将在下面进行描述。)可以以许多方式对柱进行卸料：通过泵系统藉由任何一种运动相将液体流输送进去、适配器的向上或向下移动的联合作用，以及通过使用液体可通过其泵送到柱中以及从柱中泵送出来的阀。可通过测量关键参数(例如柱压力、适配器位置和流率)来监测和控制整个过程。如果柱配备有用于将液体或浆料喷射到柱中的机构，则这些泵也可为自动化的。在这种情况下，床结构被喷射动作打破，并且可从柱中泵送出产生的浆料。可通过在输送液体通过底部运动相的同时使适配器向上移动来使床膨胀。这将使床从底部筛升起，并且允许床膨胀到和/或膨胀超过未压缩的床的点。用下面的液体层来向上推动床将使床分裂，并且使床落到底部上。从顶部柱入口推动液体可帮助加速床的破裂。在这一点上，底部阀打开，并且起动通过底部筛的缓慢液体流，以保持介质不被再次填充成抵靠在底部筛上。适配器向下移动，从而强制浆料通过底部介质阀离开。适配器速度和通过底部筛的液体速度两者在整个过程中可有所改变，以产生最好的卸料条件，并且达到某个最终的浆料浓度。适配器一直向下移动到其底部位置，并且可冲洗出剩余介质。柱现在准备好进行另一个循环。对柱进行卸料的另一个选择是将来回地从柱拉回浆料和将浆料推向柱，以使床破碎。又一个选择是关闭所有的柱入口，并且在柱中产生会把床拉开的负压。恰当地，可在这个系统中测量从柱中出来以及被泵送到柱中的所有液体。这是必需的，以便能够计算浆料浓度。

[0038] 本发明的好处在于，可在对首先填充的测试床进行该卸料之后获得浆料浓度的几乎精确的测量。这是可行的，因为根据测试床高度了解到了介质的量。而且这个介质可稀释到已知的浆料浓度。如果在浆料罐中存在更多的浆料(如我们针对这个第一个实施例所假设的那样)，我们需要在介质被泵送回到浆料罐时将介质稀释回到相同的浆料浓度。如果在卸料程序期间添加液体，则需要测量液体的这个量。

[0039] B13：将介质/浆料泵送回到浆料罐中，并且将介质/浆料稀释回到实际浆料浓度。这根据上面的B11下的一些论述来完成。系统需要记住在卸料期间泵送到柱中或泵送出柱的任何液体/浆料的量。

[0040] B15：第二次用浆料装填柱。这次，使用实际浆料浓度(其是浓度的非常好的测量)和用户目标床高度来计算装填体积。

[0041] B17：第二次填充介质床。这次，适配器可盲目地向下移动到目标床高度。不需要首先检测床。但是，还可行的是使用具有人工互动步骤的传统填充方法(如果这是优选的话)。但是，最终填充的床将具有更好的质量，因为用于浆料浓度的值更准确。

[0042] 根据本发明的第二个实施例，浆料罐中的所有浆料用于填充测试床。在此，在测试床已经卸料时送回到浆料罐的浆料就不需要稀释到与它原来具有的浓度相同的浓度。任何适当的浓度都是可行的，只要记住进入柱和离开柱的所有液体的体积，从而使得浆料浓度的测量尽可能地好即可。在这个实施例中，在浆料罐和柱之间恰当地提供空气传感器，以便确保在浆料罐已经清空时没有空气被吸入柱中。

[0043] 根据本发明的第三个实施例，对测试床进行卸料，并且将测试床运送到另一个罐而非原来的浆料罐。在这种情况下，浆料也不需要稀释到与它原来具有的浆料浓度完全相同的浆料浓度。仅仅重要的是记住进出的所有流，以便计算浆料浓度。在本发明的第二个和第三个实施例中，重要的是测试床为至少与最终期望的床相同的高度。这将确保在第二次填充步骤期间有足够的浆料可用。

[0044] 根据本发明的第四个实施例，测试床优选地为小的，并且可在更多的浆料装填到柱中时保持在柱的内部。可根据测试床高度和浆料的最初装填体积来计算浆料罐中的浆料的浆料浓度。根据上面的论述，这将是浆料浓度的良好的测量。然后可计算还需要对柱提供多少更多的浆料来形成最终的床。如果测试床是小的，则将为可行的是强制更多的浆料通过测试床，或者备选地，可从柱的顶部或从底部以外的柱的其它地方通过喷嘴来为柱提供更多的浆料。

[0045] 根据本发明的第二个方面，这个填充过程可为自动化的。连接到系统上或结合到液体输送系统中的控制单元可包括硬件和软件，以便控制系统，从而使得步骤B1-B17中的至少一些自动地执行。因此控制单元可控制阀，以便用浆料装填柱，控制单元控制适配器的运动，控制单元接收来自压力传感器的信号，从而使得控制单元知道在何处检测到沉淀的床，并且控制单元可计算实际浆料浓度。此外，控制单元可恰当地自动开始卸料，并且控制泵，以便将介质/浆料泵送回到浆料罐。此外，控制单元可优选测量在填充期间离开柱和在卸料期间泵送到柱中的液体以及泵送到浆料罐中的液体的精确的量，以便将浆料稀释到期望的浆料浓度。最后，控制单元可计算新的装填体积，并且第二次控制柱的装填且控制新的填充程序。这是非常安全的过程，并且将不需要人工交互作用。

[0046] 因此，根据本发明的该方面，控制单元15包括软件，从而使得可自动地控制这些步骤(其中的一些是可选的)的开始和停止，而无需任何人工交互作用。操作员优选在填充过程开始之前将输入数据提供给控制单元15，或者从预先编程的列表中选择数据。该数据应包括估计的浆料浓度。该数据还可为关于待执行的实际填充的其它信息，诸如，例如介质类型、目标床高度、柱直径和填充系数。因此，整个填充过程可为完全自动化的。

[0047] 控制单元15还可包括用于引导用户经过填充程序的软件。软件可包括图形用户界面，其中用户可遵从填充程序，而且也许还可中断程序，以及人工地控制过程的一个或多个部分。

[0048] 在本发明的一个实施例中，可包括安全特征，例如用于监测例如柱的过度加压或介质的过度压缩的机构，以确保安全和防故障的操作。这些监测机构可为例如与柱的内部液体连接的压力计、用以控制流量的流量计、用以降低将空气应用于柱中的风险的空气传感器，而且还可为用以探测在床上施加的力的量的机构。

[0049] 虽然本发明已经由实施例的实例说明-其中，柱是圆柱形的，并且具有恒定的直径，这使得圆柱体积和床高度之间能够是线性相关的，但是还可想到修改本发明，以应用于其中相关性是非线性的其它柱形状。

[0050] 虽然在上面根据具体实施例来对本发明进行了描述，但是，如将对本领域技术人员显而易见的那样，可作出本发明的许多修改和变化，而不偏离所附的权利要求书中阐述的本发明的精神和范围。