專利名稱：用于填充色譜柱的方法和設備以及色譜柱的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及色譜(分離)法中使用的方法和設備。這些新建議是要找出色譜柱的床空間中粒子介質(zhì)床的狀態(tài)?？稍谏V柱填充過程中或以后即在使用填充床的色譜方法(過程)中或之后作這一評估。
眾所周知，填充色譜柱必需在介質(zhì)粒子受適當壓縮的條件下連續(xù)、均勻、完整地填充有關介質(zhì)。
需要十分小心和豐富經(jīng)驗的現(xiàn)有色譜柱填充操作涉及除去色譜柱的蓋板或“比色皿”(cell)后注入在載液中的有關介質(zhì)的淤漿。新近流行使用填充孔，因為這樣無需除去該蓋。為此已提出各種帶閥填充孔；例如見GB-A-2258415、WO 96/10451和WO 99/64130。色譜柱一般有上部和下部限制滲透件-絲網(wǎng)或燒結層-來留住介質(zhì)粒子，該填充孔經(jīng)過即穿過這一個或兩個限制滲透層直接通入床空間。填充時，一般在色譜柱充滿液體后在一端從填充孔泵入介質(zhì)淤漿，載液從另一端的可滲透件流出色譜柱。保留的粒子介質(zhì)逐漸累積，直到充滿整個色譜柱。該累積床受泵入液體(通常在從頂部填充時)的受控壓力和該床頂部重量的壓縮。介質(zhì)經(jīng)受的狀態(tài)有微妙、連續(xù)的變動。通常的程序是操作員連續(xù)地泵送，直到色譜柱實質(zhì)上充滿，然后泵通常自動停轉。隨著液流壓力下降，填充床然后“放松”，使色譜柱在其長度上的壓縮分布更均勻。
即使使用填充孔，色譜柱的填充也是一項需要訓練和經(jīng)驗的技術性工作。填充噴嘴有助于獲得一致性結果，但對于給定色譜柱中的給定介質(zhì)，只有靠經(jīng)驗和費時的試填充試驗才能獲得最佳淤漿濃度和泵壓分布。由于許多色譜柱用鋼制成，因此操作員對色譜柱內(nèi)部情況的了解甚少。
本發(fā)明的一個方面是通過檢測聲波或超聲波在床空間中的傳播來改進色譜柱的填充過程，為此，記錄累積床“前沿”的推進進程和/或觀察床體中有實際重要意義的各種狀態(tài)。
其他方面涉及通過檢測聲波/超聲波在床空間中的傳播來確定該床中是否存在其他材料，例如經(jīng)該色譜柱洗脫的組分或可能粘合在色譜柱中的雜質(zhì)。
其他方面為用來實現(xiàn)該方法的各方面的色譜設備，包括一個或多個聲波/超聲波發(fā)射器和檢測器。
另外的方面涉及提供色譜填充設備，它能監(jiān)控填充程序、評估該程序是否與預定填充分布圖一致、使用自動或由操作員控制的反饋使得實際填充過程接近預定填充分布圖。
本發(fā)明的各方面在權利要求中提出。
我們確知，與床不存在時比較，聲波/超聲波在色譜柱的床空間中的傳播因床的存在而衰減，其速度提高，即傳播時間減小?？墒褂眠@兩個效應中任一效應或兩個效應獲得關于色譜柱中的床的信息。此外，這兩個特性(幅度、速度)中的任一或兩個特性受床中存在異常物質(zhì)的影響。
于是，本建議要實現(xiàn)下列的任何一項或多項
-確定填充過程中填充介質(zhì)的累積高度；-確定填充介質(zhì)的填充密度/壓縮程度；-用不同路徑上的多個波傳播確定填充過程中床前沿的推進速率；-不時地，例如隨著色譜過程的進行確定床中污染材料或產(chǎn)品洗脫組分的存在/位置/大小。
可通過測量波傳播的發(fā)射與接收之間所花的時間即速度來評估色譜柱中材料的填充狀態(tài)。
作為替代或附加，測量一傳播的衰減可特別用來確定色譜柱中淤漿床的高度。
該波在色譜柱內(nèi)部的傳播方向最好與色譜柱的底面基本平行，例如在徑向上，從而該傳播與色譜柱的軸線交叉或接近。該傳播可用一聲波透鏡聚焦。
該傳播最好采取脈沖形式，以便于檢測。
該傳播的頻率選擇成能獲得即時處理的合適的可檢測信號。優(yōu)選頻率為超聲波，例如≥0.5MHz，≥1.0MHz，≥1.5MHz。例如發(fā)現(xiàn)2MHz的傳播可獲得合適的可檢測信號。在一淤漿床中2.5MHz的傳播受到的衰減比2MHz的傳播大。
在測量一傳播的速度時，可要求衰減最小。在確定色譜柱中一淤漿床的高度時最好使用因通過該淤漿床衰減更大的聲波傳播。
用聲波/超聲波發(fā)射器生成該傳播。該發(fā)射器可裝在色譜柱一側壁上，最好是該側壁外部。
該發(fā)射器可為一不但能發(fā)射聲波、還能檢測聲波的收發(fā)兩用機。該聲波收發(fā)兩用機最好包括壓電材料。該聲波收發(fā)兩用機最好用來發(fā)射聲波和接收反射聲波(回波)。這一技術是公知的，例如用來測量管道中的流體速度。
可通過分析回波的時間延遲與色譜柱的尺寸得出聲波傳播速度，從而得出關于色譜柱中各材料的填充狀態(tài)的信息。必要時計及色譜柱壁體的厚度和材料。
也可用一發(fā)射器發(fā)射聲波，用另一接收器接收聲波。此時發(fā)射器和接收器最好裝在色譜柱的相對兩邊上。
在下面說明中，一般可使用一聲波收發(fā)兩用機，也可使用分開的發(fā)射器和接收器。
發(fā)射器最好裝在色譜柱側壁外部。發(fā)射器與色譜柱表面之間可設置一透鏡。
發(fā)射器和/或聲波透鏡也可埋置在色譜柱側壁中，甚至設置在色譜柱內(nèi)部。
發(fā)射器可設置在任何合適高度上。為檢測淤漿床何時達到色譜柱中預定高度，可把一發(fā)射器設置在該高度上，使得聲波的傳播方向與色譜柱底面基本平行。
最好在色譜柱內(nèi)部不同部分有不止一個傳播路徑，從而可例如得出色譜柱中材料填充狀態(tài)的空間分布，用來檢查填充的均勻性。
這些傳播路徑例如可在軸向不同高度處。
各傳播路徑可有相應一對發(fā)射器/檢測器，也可使用其位置可變的單個聲波發(fā)射/檢測器，例如該單個聲波發(fā)射器/檢測器可在色譜柱側壁外部上滑動到不同位置。
本發(fā)明的另一個方面是一種色譜柱填充方法，包括把粒子淤漿泵入色譜柱中，使用聲波監(jiān)控色譜柱中所述淤漿的高度，在監(jiān)測到色譜柱中所述淤漿達到預定高度時使泵停止運轉。
泵最好能自動停止運轉。最好是，一開關裝置根據(jù)受監(jiān)控聲波的幅度接收輸入，當所述輸入表明色譜柱中的淤漿達到預定高度時停止泵的運轉。
另一個方面是一種色譜柱填充方法，包括用一泵把粒子淤漿泵入色譜柱中、使用聲波監(jiān)控色譜柱中所述淤漿的填充狀態(tài)，對受監(jiān)控的填充狀態(tài)與預定填充狀態(tài)作比較，當受監(jiān)控的填充狀態(tài)與所述預定填充狀態(tài)不同時調(diào)節(jié)填充參數(shù)，以實現(xiàn)預定填充狀態(tài)。
本發(fā)明這一方面可與上述各方面組合使用。
填充參數(shù)為任何影響填充過程的可調(diào)節(jié)參數(shù)，例如泵送壓力(改變泵送速度即可調(diào)節(jié)泵送壓力)。也可調(diào)節(jié)泵入色譜柱中的淤漿的濃度。
最好用對該填充設備(例如泵)的反饋調(diào)節(jié)填充參數(shù)，所述反饋基于預定填充狀態(tài)和由聲波監(jiān)控的填充狀態(tài)。
最好使用計算機或合適的電子電路自動進行該反饋，但也可手動實現(xiàn)該方法?？墒褂肐-P轉換器自動進行反饋，該轉換器把電流轉換成所需的泵送壓力。該反饋可與預定填充狀態(tài)與監(jiān)控的填充狀態(tài)之差成正比。
最好通過比較聲波傳播速度測量值與該速度的預定值實現(xiàn)受監(jiān)控的填充狀態(tài)與預定填充狀態(tài)之間的比較。
最好在填充過程中連續(xù)進行這一比較，并根據(jù)這一比較對填充設備連續(xù)進行反饋。
該反饋可使泵送壓力增加和減小。例如，如果聲波傳播速度比預定值低，則淤漿密度太低，需要提高泵送壓力以提高淤漿的填充壓縮和密度。同樣，如果聲波傳播速度比預定值高，則填充壓縮太高，需要減小泵送壓力。
最好用詳細示出填充過程各階段傳播特性的填充分布圖(填充分布)表示與預定填充狀態(tài)有關的信息。這些階段可為自填充過程開始以來的不同時刻。這些階段可由泵開動后經(jīng)歷的時間、色譜柱中淤漿到達的高度或泵入的淤漿的體積界定。
填充分布圖例如可給出一表示填充過程開始后預定傳播速度隨時間變動的分布圖。
應該指出，該分布圖可從在對一色譜柱的成功試填充過程中進行的測量得出。
該分布圖可給出填充過程各階段的傳播特性如傳播速度的一個可接受值范圍，而不是一個確切值。
該分布圖可隨色譜柱類型和淤漿類型的不同組合而不同。因此可以得知，對每種組合，有不同的填充分布圖。
該填充分布圖還隨色譜柱中的傳播路徑的不同而改變。
最好，填充參數(shù)根據(jù)由各傳播監(jiān)控的填充狀態(tài)和各傳播的預定填充狀態(tài)予以調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的另一方面為一色譜柱填充系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一把粒子淤漿泵入色譜柱中的泵，產(chǎn)生聲波/超聲波發(fā)射器控制信號的信號發(fā)生裝置，接收從一相應接收器發(fā)出的信號的接收裝置，分析由該接收裝置收到的信號并輸出對接收到的所述信號的分析結果的分析裝置，和根據(jù)所述分析裝置的輸出控制所述泵的泵控制裝置。
該系統(tǒng)最好有數(shù)據(jù)存儲裝置或填充分布圖數(shù)據(jù)讀取裝置。所述填充分布圖數(shù)據(jù)最好包括色譜柱尺寸數(shù)據(jù)。
該分析裝置最好能檢測由接收裝置收到的、與原先由信號發(fā)生裝置產(chǎn)生的信號對應的信號，計算所述信號的產(chǎn)生與檢測之間的時間延遲，分析所述時間延遲和色譜柱尺寸數(shù)據(jù)，從而計算與所述產(chǎn)生和檢測的信號對應的聲波傳播的速度，并根據(jù)所述聲波傳播的所述計算速度產(chǎn)生一輸出。
作為替代或附加，該分析裝置能檢測由接收裝置接收、與原先由信號發(fā)生裝置產(chǎn)生的信號相應的信號，并根據(jù)所述收到的信號的幅度產(chǎn)生一輸出。
填充分布圖數(shù)據(jù)最好還包括與色譜柱要填充的淤漿的類型有關的數(shù)據(jù)。填充分布圖數(shù)據(jù)最好包括與填充過程中分析裝置的預定輸出有關的數(shù)據(jù)。填充分布圖數(shù)據(jù)最好包括關于與所述產(chǎn)生和檢測到的信號對應的所述聲波傳播的預定速度的數(shù)據(jù)。
該泵控制裝置最好能根據(jù)所述填充分布圖數(shù)據(jù)和所述分析裝置的所述輸出結果控制該泵。
該泵控制裝置最好構作成如下如從分析裝置得出的結果表明聲波傳播速度比預定值低，則提高泵送壓力；如從分析裝置得出的結果表明聲波傳播速度比預定值高，則減小泵送壓力。
應該看到，與所述預定輸出有關的填充分布圖數(shù)據(jù)詳細示出填充過程中該分析裝置的輸出的預定瞬時分布。
應該看到，可在一便攜式數(shù)據(jù)裝置如智能卡或軟盤上生成填充分布圖數(shù)據(jù)。
該色譜柱填充系統(tǒng)最好能接收多個接收器/檢測器的輸入。應該知到，各接收器/檢測器可位于色譜柱上不同高度上。
該系統(tǒng)最好有多個分析裝置，每一分析裝置分析其接收裝置發(fā)出的信號后根據(jù)所述分析得出一結果。該系統(tǒng)也可有一個能分析由多個接收裝置收到的多個信號并能根據(jù)對所述收到的信號的分析產(chǎn)生一輸出或多個輸出的分析裝置。該泵控制裝置最好能接收一個或多個分析裝置的輸出并根據(jù)所述輸出控制所述泵。
本發(fā)明的另一方面為一色譜柱，其上裝有一把聲波傳播到該色譜柱內(nèi)部的聲波發(fā)射器或收發(fā)兩用機。
本申請另一方面涉及填充一色譜柱。在我們的工作中我們發(fā)現(xiàn)，盡管聲波傳播受床的填充密度和填充質(zhì)量的影響，但與床的存在或不存在(沉積或填充介質(zhì))對聲波傳播的巨大影響比較，它們很難被可靠檢測。后者的改變很大，容易檢測。因此使用聲波傳播可確定床的“前沿”的位置，即使聲波發(fā)射器/接收器位于色譜柱外部(最優(yōu)選方案)而聲波必需穿過色譜柱壁。同時我們作出下述有用的新發(fā)現(xiàn)填充過程中床前沿的推進速率是一個與填充質(zhì)量-特別是用板值表示的質(zhì)量即色譜效率-相關的重要參數(shù)。由于填充控制參數(shù)很難標準化，因此這一點有重大實際意義。出于實際考慮，常規(guī)的主要控制參數(shù)為泵在填充孔上施加的填充壓力，填充操作員在填充過程中習慣于調(diào)節(jié)該填充壓力以獲得所需結果。但是無法規(guī)定在給定色譜柱中填充給定介質(zhì)的填充壓力的絕對值和分布圖。這是因為，即使色譜柱和介質(zhì)實質(zhì)上相同，色譜柱配置的不同也會因淤漿濃度、床支撐類型、緩沖劑粘度、溫度、色譜柱膨脹和床下游的流動系統(tǒng)如管道的長度、直徑和彎頭的數(shù)量和角度的變動產(chǎn)生大為不同的背壓。實際上，在確定一給定色譜柱配置的最佳填充壓力分布前需要進行若干次試填充后進行板值評估。
保持填充壓力不變并不是一種有用的控制。一般來說起先各階段中流率太大。相反，如流體流率保持不變，填充過程終止時的壓力太高而無法得出良好結果。這些細微區(qū)別是密閉式色譜柱、淤漿注入工藝所特有的；它們不出現(xiàn)在常規(guī)的開放式色譜柱填充中，在開放式色譜柱填充中，填充所需的所有介質(zhì)開始時就存在在色譜柱空間中或上方。
因此我們提出一種色譜柱填充方法，在該方法中，測量床前沿推進速率，然后根據(jù)該測量控制一個或多個填充參數(shù)-一般為泵送速度和/或淤漿濃度，使得該推進速率接近一目標值或保持在一目標值范圍內(nèi)。
根據(jù)上述各方面，床前沿推進速率的優(yōu)選測量方法是用在色譜柱內(nèi)部傳播的聲波/超聲波檢測床前沿的相繼位置。
床前沿推進的優(yōu)選(目標)速率將在填充過程中變動。該方法可涉及在沿色譜柱軸向(即在床的累積方向上)分布的多個位置上測量該速率?？捎霉幚砑夹g安排控制反饋，把有關傳感器如超聲波接收器的輸出傳送給一控制處理器，以計算實時推進速率；與一代表所需推進速率或推進速率的“分布圖”(隨時間或軸向位置發(fā)生的變動)的目標值作比較；把控制信號傳給一泵，從而確定或改變泵送速率。
由于該方法直接考慮到床的實際累積，因此可避免某些與用監(jiān)控填充壓力進行控制有關的試錯填充(其理由如上所述)。
盡管可預先針對給定色譜柱、液體和介質(zhì)確定最佳推進速率和推進速率變動型式，但一般來說，一優(yōu)選“推進速率”分布通常有一與介質(zhì)在床支撐(絲網(wǎng)或燒結物)上初步累積對應的第一階段，該階段比其后的一更快的主要階段慢。推進速率在這兩階段之間遞增。這一般導致更佳填充結果。該主要填充階段中的推進速率與最終填充階段(此時床接近可滲透的頂部保留物，如絲網(wǎng)或燒結物)的推進速率之間如有差別，該差別也不怎么重要。對某些介質(zhì)來說也許它是重要的，此時因此可確定目標分布圖。如在相同色譜柱中填充相同介質(zhì)，其后就可自動利用該初步經(jīng)驗研究。
本領域普通技術人員可以看出，為實現(xiàn)本發(fā)明目的，最好不斷評估介質(zhì)前沿推進速率，直到色譜柱內(nèi)部沿軸向全部或大部完成填充。為此可把一系列或陣列的聲波傳播和檢測元件如壓電元件安裝在色譜柱上，最好是安裝在色譜柱壁外部上，從而不影響色譜柱內(nèi)部的一致性。從發(fā)射器發(fā)射給接收器的信號的傳播方向最好與床前沿的推進方向基本垂直，因為這可使得該聲波在該前沿前方和后方的效應的差別最大。但是，發(fā)射器和傳感器的位置布置也可與上述不同。例如，一發(fā)射器或接收器可設置在色譜柱的與床開始累積的一端相反的一端上。它可向設置在色譜柱側壁上的傳感器發(fā)射聲波，或接收設置在色譜柱側壁上的發(fā)射器發(fā)出的聲波?；蛘?，這一布置也可與一橫向(徑向)系統(tǒng)組合使用；這兩個系統(tǒng)的結果可互相對照以提高可靠性。并且/或者，可如下確定床前沿推進速率把一聲波沿軸向或以其一軸向分量傳到床前沿上并檢測該前沿的反射。在這一方面，我們注意到，使用超聲波收發(fā)收發(fā)兩用機確定工業(yè)容器中的材料高度是一種成熟技術。實際上，它已被用于流體化床色譜柱的特定場合，作為測量使用中的粒子床的高度的手段。但是，這些收發(fā)兩用機橫向突起在色譜柱內(nèi)部，這適用于盛裝液體的容器和流體化床色譜過程，流體化床色譜過程的特別之處在于，介質(zhì)不充滿使用中的色譜柱；但不適用于填充色譜床程序。此外，在現(xiàn)有技術中，并未用容器中的收發(fā)兩用機根據(jù)反饋控制床前沿推進速率。此前沒有任何合理理由如此做。
該聲波/超聲波傳輸裝置可包括分開的發(fā)射器和接收器，也可包括結合這兩個功能的收發(fā)兩用機。這些技術本身是公知的，例如把聲波發(fā)射器和接收器設置在容器外部，使得聲波穿過容器壁。這一技術在使用多普勒效應測量管道中流體流率的超聲儀中已很成熟。
本發(fā)明的另一方面是實施該方法的設備。該設備特別可包括一與合適傳感器和控制電路相配的色譜柱，該控制電路與一填充泵連接，以實施上述方法。一個具體的設備可包括裝在(或適于裝在)一色譜柱壁上、與電子處理裝置連接的一聲波傳感器/發(fā)射器陣列，該電子處理裝置編程成根據(jù)這些傳感器發(fā)出的信號確定推進速率，對該推進速率與預定目標值或目標值范圍進行比較以及根據(jù)比較結果向一填充泵發(fā)出或調(diào)整控制信號。
本發(fā)明的另一方面基于我們作出的下述另一新發(fā)現(xiàn)填充床中異常物質(zhì)的存在會影響聲波在該床中的傳播速度和/或衰減。因此可使用該聲波傳播檢測該床中這類材料的存在和/或運動。在一個方面，這類材料可包含在色譜過程中經(jīng)床逐漸洗脫的譜帶中。使用一個或多個傳感器裝置在色譜柱的一個或多個區(qū)域上檢測這一譜帶的行程便可“跟蹤”該過程，從而幫助操作員監(jiān)控該程序和隨時收集所出現(xiàn)的分離物質(zhì)。使用足夠數(shù)量的傳感器如上述一系列或一陣列傳感器，即可跟蹤色譜柱中一物質(zhì)譜帶的運動，需要時顯示在色譜柱外部一顯示器上。
該發(fā)現(xiàn)的另一用處如下。在某些過程中用色譜柱分離的材料中含有不可逆轉地與色譜柱中的色譜介質(zhì)粘合的材料。與介質(zhì)的這些粘合一般是在進入該床后立即或不久就發(fā)生。它們的永久性粘合減小了介質(zhì)的短暫粘合能力，而介質(zhì)的短暫粘合能力是該混合物其他組分進行色譜過程的基礎。在色譜柱的引入起始物質(zhì)的一端旁逐漸生成一區(qū)域，在該區(qū)域中，床的有效性越來越低。實際上，在某一點上，該床該端上的受影響譜帶如此之大，以致使整個床已無法使用。當遲早發(fā)現(xiàn)一批產(chǎn)品不純凈時這一現(xiàn)象就變得十分明顯。對該批不純凈物質(zhì)的處理既費時間又費材料。本發(fā)明因此提供一種方法，在該方法中，用在該床有關部分中傳播的聲波不時地確定這類永久粘合的異常物質(zhì)是否已在色譜柱中達到預定閾值位置，該位置對應于一個操作極限，此時色譜柱需要排空后重新填充。這一程序提高了使用這些技術時非常重要的可靠性和一致性。
本發(fā)明最后一個方面仍與色譜柱的填充而非運行有關。在填充過程中，按照上述任一建議的聲波傳播用來確定床推進前沿幾乎已到達床空間頂部的時刻。按照這一檢測，控制系統(tǒng)根據(jù)一檢測到的填充壓力把泵控制轉換成起作用位置。當觀察到完全填充的填充壓力特征曲線下降時，關閉該泵。本申請要保護的另一方面仍是相應經(jīng)編程的裝置。理由是在填充色譜柱時眾所周知，填充壓力特征曲線下降出現(xiàn)在色譜柱注滿之時。在這一階段后不希望泵繼續(xù)運轉；如及時關閉泵會獲得更佳填充。使用不透明的色譜柱時填充操作員必需時刻注意這一點。但是，不希望隨壓力變動對泵連續(xù)進行控制，因為當泵不應關閉時填充的其他階段會出現(xiàn)明顯的壓力波動。通過使用一聲波傳播傳感器監(jiān)控床何時接近完成并僅在此時才開始監(jiān)控壓力下降，上述各技術的優(yōu)點得到完美結合。
下面結合


構成本建議基礎的試驗以及設備和程序的例子。
附圖簡要說明圖1簡示出一具有一自動填充系統(tǒng)的色譜柱；圖2示出在一試填充過程中在該色譜柱上進行的超聲波速度測量；圖3示出了類似的測量，但溫度控制的程度更大；圖4、5、6和7為示出使用Sepharose(凝膠)介質(zhì)時填充參數(shù)與填充質(zhì)量之間的關系的數(shù)據(jù)；圖8、9和10為從5次試驗中獲得的填充數(shù)據(jù)，以確定使用陶瓷介質(zhì)時填充速率與填充質(zhì)量之間的關系；圖11示出在使用清蛋白樣本在一次試驗中該色譜柱產(chǎn)品出口處的UV圖；圖12為同一次試驗中的超聲波速度圖，示出該色譜柱中為清蛋白占據(jù)的區(qū)域中的速度變動；圖13簡示出一使用超聲波傳感器的反饋、有一顯示器的色譜柱填充系統(tǒng)；以及圖14進一步簡示出對穿過該色譜柱的永久粘合雜質(zhì)和樣本譜帶進行檢測；圖15-19簡示出使用超聲波檢測設施的設備配置和程序；以及圖20示出一實施本發(fā)明的填充“小車”。
對優(yōu)選實施例的詳細說明參見圖1，一色譜柱1的上部和下部各有作為參考材料包括在此的我們的WO-A-96/10451所述那種填充閥vc1，vc2。填充管路系統(tǒng)包括一用于填充并在不填充時噴射色譜柱頂部的較大泵P1，一也用于填充并在不填充時可從色譜柱底部進行抽吸的較小泵P2，分別盛裝填充介質(zhì)淤漿和無粒子液體的箱S、L，一控制泵p1的進口的四通閥V1，一在色譜柱的頂部與底部之間控制泵P1的出口的四通閥V2，一控制從色譜柱或罐到泵P2的進口的三通閥V3，一控制從泵P2的出口到色譜柱或罐的三通閥V4以及一控制從色譜柱頂部到罐或一排氣口的回程的三通閥V5。對一合適封閉(注入)填充程序的說明例如見前述WO-A-96/10451、GB-A-2258415或WO-A-99/64130。
在本工作中，色譜柱為一運行在160mm床高上、直徑為600mm的長度可變色譜柱。試驗1識別前沿在第一組試驗中，使用在蒸餾水中成為淤漿的Sepharose 4介質(zhì)。以說明的方式，后面的表1例示出各參數(shù)隨著填充的進行發(fā)生的變動。超聲波收發(fā)兩用機2、2a(圖1)裝在色譜柱壁外表面上該床向上中途約1/3處。在這兩個收發(fā)兩用機之間測得的色譜柱內(nèi)部的超聲波速度見表1。表中所列值只是例示性的。圖2和3為兩次不同試驗中超聲波收發(fā)兩用機2、2a之間的超聲波速度與時間的關系圖。圖2示出一初始階段I和一第二階段II，在初始階段中，聲波速度遞增，然后當床推進前沿向上越過收發(fā)兩用機時出現(xiàn)突變-所使用的色譜柱其壁透明，因此可看到發(fā)生這一情況；在第二階段中，介質(zhì)床中的聲速大大提高。溫度對聲速的影響很大。研究表明，造成階段I中聲速遞增的原因更多是溫度變動而非淤漿密度。事實上，對所有測量材料進行更認真的溫度控制可得出圖3曲線，在圖3中，色譜柱的未填充區(qū)域中的聲速基本保持不變，直到床前沿向上越過收發(fā)兩用機2、2a時才出現(xiàn)明顯突變。這些實驗證實使用超聲波可方便識別床前沿。試驗2填充質(zhì)量和累積速率然后使用陶瓷介質(zhì)進行下一組試驗。該研究及其結果如下。概述把陶瓷介質(zhì)(BioSepra Q Hyper DF)在一個400mm直徑色譜柱中填充到200mm床高。變動緩沖劑、填充壓力和淤漿濃度。由用NaOH把pH調(diào)節(jié)到7.5的0.025M Tris HCl獲得重復性最好的兩個結果。淤漿濃度為50％，色譜柱中的最終填充壓力為1.5bar。開始時的流率為1000cm/hr。
從我們的工作似乎可得出，填充開始時在總填充時間的第一個1/3中床高的累積速度應為例如25-30mm/min。這一階段后該速率應提高到例如75-80mm/min，直到整個色譜柱填充完畢。對于200mm床高來說，填充快完成時流率可在300與900cm/hr之間波動。對于200mm床高來說通常在3-4分鐘后當泵停止轉動時填充可視為完成。
從(下述)工作可知，有一用作床高累積速率的填充速率“通道”(走廊)，該通道有相當大的寬度，在此通道內(nèi)填充更佳。遵從這一通道的實際填充速率/時間路徑可看作一最佳填充過程的指標。也就是說，如果填充操作員保持填充參數(shù)使得床累積速率在該規(guī)定的“通道”的上限和下限之間，就會獲得一良好的填充。然后在生產(chǎn)中可把該“指標”或填充分布圖用作自動化的一個實際的幫助和用于色譜柱的有效參數(shù)。對工作的說明所使用的色譜柱為一床高可變的Mark II Euroflow色譜柱(EQ400-V-EQ911，使用鋼制絲網(wǎng))。介質(zhì)已得到確認。
填充前介質(zhì)在濃度約30％的淤漿中分辨(de-fined)三次。稍呈霧狀的上層清液用泵抽去。色譜柱在所有填充前灌滿緩沖劑。淤漿用泵從頂部噴嘴(也可從底部)灌入后漿液經(jīng)色譜柱底部流動相路徑流出。在頂部流動相孔處測量填充壓力。淤漿用Husky 715-膜片氣動泵泵入。
為對床質(zhì)量進行評估，在試驗進行18小時、使床達到穩(wěn)定狀態(tài)前和后使用各種流率的向上和向下流在色譜柱底下注入一升1％的丙酮水溶液。對用NaOH把pH調(diào)節(jié)到7.5的0.025 M Tris HCl中的流動相也如此做。
表2詳細示出所使用的13階段試驗條件。表3示出基于最低HETP的100cm/hr流率(2l/min)結果為更接近100cm/hr結果獲得的那些結果。示出了穩(wěn)定性試驗延遲前和后的結果。
圖4示出5個填充的填充分布圖，示出所實現(xiàn)的填充的質(zhì)量(用板表示)。該曲線圖示出填充過程中床的累積速率；該累積速率當然是填充過程中色譜柱中各有關階段上的流率和壓力狀態(tài)的復雜結果。
這些結果表明，陶瓷介質(zhì)可在400mm直徑色譜柱中填充到200mm床高，其質(zhì)量為每米超過4000板，不對稱性約為1.4。從兩次重復試驗中得出相似的結果。
圖5比圖4更進一步，包括各曲線的線性回歸近似及其輻射率。圖6示出所得床的梯度(即床的以mm/min為單位的累積速率)與板數(shù)(質(zhì)量)之間存在的相關關系。
當然這些直線回歸只是粗略近似。下表4通過把填充程序分成3個階段給出更好分析。從表4可知1、“優(yōu)”(滿意)填充(填充2和3)在開始、中間和最后階段的速率非常接近。床起初累積得最慢。然后也許是因為上層清液淤漿濃度的增加床在階段2的累積速率提高。該較高速率在階段3保持不變。
2、“良”填充(填充1和4)在填充的后面部分大大偏離成功的分布。它們的初始累積速率比“優(yōu)”填充快。它們的第二階段與第三階段非常不同，但產(chǎn)生相似的結果。
3、“差”填充(填充5)分布與其他分布的偏離最大。初始累積速率慢或與其他分布相似，但第二階段慢4-8倍。階段3雖然有所提高，但仍只有“優(yōu)”填充階段3的一半。從以上各點可得出如下結論1、在介質(zhì)起初累積在床支撐物上的第一階段中該速率需要比后面階段慢。也許為了防止絲網(wǎng)與沒有背壓或背壓很小的高速介質(zhì)粘合。
2、如果第二階段的速率等于或小于第一階段，所得結果非常差(填充5)。也許該較慢速率使得床支撐物上的該層混合而失去其填充密度或均質(zhì)性。因此為了保持該第一層第二階段速率必需更快。
3、第二階段可與第三階段大為不同，但仍產(chǎn)生“良”填充(填充1和4)-它不是災難性的。
4、為獲得更好填充，第二階段和第三階段最好比第一階段快三倍。它們的速率可相同。這有助于在床的整個其余部分保持均質(zhì)。
從這些結果可看出，存在一寬度可變的填充速率“通道”，遵從該通道便可獲得“優(yōu)”填充。
圖11、12示出一實驗的結果，在該實驗中，一個10％清蛋白樣本脈沖加到圖1所示色譜柱配置上。圖12示出清蛋白在色譜柱中通過時由色譜柱出口處UV檢測器檢測到的其譜帶或脈沖。圖11示出從該超聲波傳感器得出的有趣結果，即，該譜帶越過該傳感器的進程與超聲波在色譜柱中提高的傳播速度譜帶相關。該點標為B。
圖13、14簡示出實施本發(fā)明的一種設備配置，色譜柱的一邊上垂直裝有一由許多壓電收發(fā)兩用機構成的直線陣列20，在相對的一邊上有相應陣列21。它們不必嚴格相對；特別是，當中央有一突起填充噴嘴時稍稍錯開有助于防止色譜柱兩端附近出現(xiàn)困難。這兩個圖簡示出填充過程中一床16的前沿5在色譜柱中升起。一個經(jīng)編程的控制單元4-一個普通的微處理器-接收來自傳感器的信號并用目標速率分布的預定目標數(shù)據(jù)編程。從而填充泵P受到控制。一外部顯示器3用來顯示隨色譜柱中的高度而變的條碼狀聲波阻抗或速度。圖14示出同一設備用于不同階段，此時色譜柱已經(jīng)填充后在使用中。該使用的一個方面示出在該床頂部上。一累積中的永久粘合污染物譜帶逐漸從頂部向下伸入該床中。這影響到頂部傳感器的超聲波傳播，因此在顯示器上用“A”表示。當它達到一臨界高度CL時，該程序向用戶發(fā)出該色譜柱失去有效性的警報。
還示出在色譜柱中不斷向下行進的一材料譜帶6。該材料在純化之中。盡管色譜柱壁不透明，但可在超聲波數(shù)據(jù)顯示裝置上跟蹤其進程(峰值B)。
圖15到19簡示出其軸向上伸展有超聲波傳感器陣列的該色譜柱的這些和其他功能。
圖15色譜柱1、傳感器陣列20、控制處理器4、數(shù)據(jù)記錄器(數(shù)據(jù)輸出器)31、泵P。一個填充分布圖的基本“指標”(fingerprinting)，加上泵控制，使用反饋。
圖16進行填充，在顯示器3上跟蹤累積床。
圖17附加使用儀表25處的填充壓力控制參數(shù)的填充方法。檢測色譜柱何時即將注滿，打開對壓力降敏感的時間窗，壓力降示出填充完成，泵停止轉動，閥移動到“運轉”位置進行色譜。
圖18顯示器3示出色譜柱中出現(xiàn)的空穴或不均一性62。
圖19用色譜柱顯示器3跟蹤有價值的組分譜帶6或譜帶“B”。
圖20示出一填充站或“小車”即一手推車，其上有一填充泵P和受處理器4控制的閥接頭V，處理器4適于接收來自超聲波檢測器的信號、啟動發(fā)射器、接收填充分布圖數(shù)據(jù)并從而被編程以控制泵P。
表1
表2
表3
表4從曲線圖得出的各填充分布比較
權利要求
1.色譜方法，其中，一粒子介質(zhì)填充入一色譜柱殼體的床空間中形成一注滿該床空間的封閉填充床，一種含有待分離組分的過程液體流過該填充床以分離各組分，其特征在于，發(fā)射穿過床空間的超聲波信號并檢測所發(fā)射信號，以確定所述粒子介質(zhì)在床空間中的狀態(tài)或位置。
2.按權利要求1所述的色譜方法，包括監(jiān)控超聲波信號在床空間中的傳播速度。
3.按權利要求1或2所述的色譜方法，包括監(jiān)控所發(fā)射信號的衰減。
4.按上述任一權利要求所述的色譜方法，包括在從色譜柱殼體壁上的一孔把粒子介質(zhì)作為泵送淤漿填充入床空間過程中在該床空間中傳播所述超聲波信號。
5.按權利要求4所述的色譜方法，其中，根據(jù)由超聲波信號檢測確定的填充狀態(tài)控制填充泵壓和粒子介質(zhì)淤漿濃度之一或此兩者。
6.按權利要求4或5所述的色譜方法，其中，受檢測的超聲波信號的傳播方向與介質(zhì)填充床的累積方向垂直。
7.按權利要求4-6中任一權利要求所述的色譜方法，其中，受檢測的超聲波信號在床空間中在分布在介質(zhì)填充床的累積方向上的多個位置上發(fā)射。
8.按權利要求7所述的色譜方法，其中，把由根據(jù)對累積床前沿通過上述多個位置的檢測確定的累積床前沿實時推進速率與推進速率預定目標值進行比較，并在需要時調(diào)節(jié)填充泵送壓力和/或淤漿濃度。
9.按權利要求7或8所述的色譜方法，其中，確定多個所述位置上各實時推進速率并與構成一預定填充分布圖的各目標值進行比較，并且根據(jù)比較結果把控制信號反饋給一填充泵。
10.按權利要求9所述的色譜方法，其中，所述預定填充分布圖規(guī)定一初始階段，其推進速率比其后的主階段慢。
11.按權利要求4-10中任一權利要求所述的色譜方法，其中，一與填充泵和超聲波檢測裝置連接的控制處理器裝載來自一個分立的數(shù)據(jù)載體中的填充目標數(shù)據(jù)，從而根據(jù)檢測數(shù)據(jù)與目標數(shù)據(jù)之間的比較控制填充泵。
12.按權利要求4-11中任一權利要求所述的色譜方法，其中，用在床空間的被累積床最后灌注的一端旁的受檢測的超聲波檢測床推進前沿的到達，從而在填充程序結束時減慢或停止泵的運轉。
13.按權利要求4-12中任一權利要求所述的色譜方法，其中，一控制處理器被編程為檢測到與床空間中注滿介質(zhì)對應的填充壓力下降時停止填充泵的運轉。
14.按上述任一權利要求所述的色譜方法，包括過程液體在填充床中流動過程中用在床空間中傳播的所述超聲波檢測一所述組分在該床中的存在和/或位置或在該床中的流動。
15.按權利要求14所述的色譜方法，其中，用沿填充床多個位置上檢測的超聲波傳播跟蹤一個通過該床的所述組分的譜帶的進程。
16.按上述任一權利要求所述的色譜方法，其中，用在過程液體輸入端旁檢測到的在填充床中傳播的超聲波確定粘合雜質(zhì)從該輸入端侵入該床的程度。
17.按上述任一權利要求所述的色譜方法，它利用按下述任一權利要求所述的設備來實施。
18.色譜設備，包括一有一殼體壁的色譜柱，該殼體壁的側壁和端壁部界定一盛裝粒子填充介質(zhì)的內(nèi)部床空間，其特征在于，殼體壁上有至少一個超聲波發(fā)射器以發(fā)射穿過床空間的超聲波信號，和一個檢測該信號的檢測器。
19.按權利要求18所述的色譜設備，其中，所述至少一個超聲波發(fā)射器包括在一收發(fā)兩用機中，該收發(fā)兩用機還包括所述檢測器。
20.按權利要求18或19所述的色譜設備，其中，所述發(fā)射器和/或檢測器位于殼體壁外側上，從而超聲波信號穿過壁和床空間后發(fā)射到檢測器。
21.按權利要求18-20中任一權利要求所述的色譜設備，其中，多個所述發(fā)射器和/或多個所述檢測器在色譜柱進口和出口之間一方向上沿色譜柱分布。
22.按權利要求18-21中任一權利要求所述的色譜設備，其中，該色譜柱為一直立圓筒，例如具有鋼制的側壁。
23.按權利要求18-22中任一權利要求所述的色譜設備，其中，包括一與超聲波發(fā)射器和檢測器工作連接的控制處理器，它被編程為確定超聲波經(jīng)內(nèi)部床空間在超聲波發(fā)射器與檢測器之間傳播的速度和衰減。
24.按權利要求18-23中任一權利要求所述的色譜設備，其中，該色譜柱有一穿過其殼體壁、適用于注入填充該色譜柱的粒子介質(zhì)淤漿的孔。
25.按權利要求24所述的色譜設備，其中，所述多個發(fā)射器和/或所述多個檢測器沿色譜柱分布成能沿相應多個穿過內(nèi)部床空間的路徑檢測超聲波傳播。
26.按權利要求25所述的色譜設備，其中，一控制處理器與這些發(fā)射器和檢測器工作連接，它被編程為確定所述多個傳播路徑的各傳播速度和/或衰減。
27.按權利要求26所述的色譜設備，其中，該控制處理器被編程為由于傳播特性隨該色譜柱中一累積填充介質(zhì)床的前沿橫越各傳播路徑而變動，因此根據(jù)該變動檢測該前沿的相繼位置，以及確定所述前沿的實時推進速率；比較該實時推進速率與一為色譜柱上該相應部位或該方法的相應階段所預定的目標推進速率，以及根據(jù)該比較結果產(chǎn)生一控制填充泵的控制信號。
28.按權利要求27所述的色譜設備，其中，該控制處理器有一閱讀器，該閱讀器從一分立的數(shù)據(jù)載體中讀取適合于該色譜柱和所填充介質(zhì)的填充程序的一組目標數(shù)據(jù)。
29.用來把一粒子介質(zhì)填充入一色譜柱中的色譜填充設備，該色譜柱有一柱壁，該柱壁有一殼體壁，殼體壁的側壁和端壁部界定一內(nèi)部床空間，帶有一穿過該殼體壁的填充孔，用來注入在一載液中的粒子介質(zhì)淤漿；該設備包括一把該淤漿泵入填充孔中的機動泵和一控制該泵輸出的控制處理器，該控制處理器有一個或多個輸入，以接收由一個或多個檢測器檢測的超聲波傳播信號，并且它被編程為根據(jù)所檢測信號調(diào)節(jié)該泵的輸出。
30.按權利要求29所述的色譜填充設備，其中，該控制處理器被編程為根據(jù)兩組不同發(fā)射器/檢測器所發(fā)出信號之間經(jīng)過的時間確定推進速率，這兩信號表明相應傳播的衰減或速度變大；比較該推進速率與一預定目標值；以及根據(jù)該推進速率是小于、等于還是大于該預定目標值提高、保持或減小該泵輸出。
31.按權利要求29或30的色譜填充設備，包括一組超聲波發(fā)射器和檢測器。
32.按權利要求29-31中任一權利要求所述的色譜填充設備，包括一數(shù)據(jù)閱讀器，該閱讀器從一分立的數(shù)據(jù)載體中讀取用于給定的色譜柱和介質(zhì)的一組規(guī)定填充參數(shù)。
全文摘要
超聲波收發(fā)兩用機(20)向上分布在一色譜柱(1)側壁上,并能跟蹤一上升床前沿(5)在填充過程中的進程。用與一存儲好的預定分布的比較結果反饋控制填充泵P。還公開了色譜柱內(nèi)部的超聲波監(jiān)控的其他用途。
文檔編號G01N30/32GK1386196SQ0180222
公開日2002年12月18日 申請日期2001年7月30日 優(yōu)先權日2000年7月28日
發(fā)明者M·J·霍夫曼 申請人:歐洲流程(英國)有限公司