用于填充色谱柱的方法和设备以及色谱柱的利记博彩app

专利名称：用于填充色谱柱的方法和设备以及色谱柱的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及色谱(分离)法中使用的方法和设备。这些新建议是要找出色谱柱的床空间中粒子介质床的状态。可在色谱柱填充过程中或以后即在使用填充床的色谱方法(过程)中或之后作这一评估。
众所周知，填充色谱柱必需在介质粒子受适当压缩的条件下连续、均匀、完整地填充有关介质。
需要十分小心和丰富经验的现有色谱柱填充操作涉及除去色谱柱的盖板或“比色皿”(cell)后注入在载液中的有关介质的淤浆。新近流行使用填充孔，因为这样无需除去该盖。为此已提出各种带阀填充孔；例如见GB-A-2258415、WO 96/10451和WO 99/64130。色谱柱一般有上部和下部限制渗透件-丝网或烧结层-来留住介质粒子，该填充孔经过即穿过这一个或两个限制渗透层直接通入床空间。填充时，一般在色谱柱充满液体后在一端从填充孔泵入介质淤浆，载液从另一端的可渗透件流出色谱柱。保留的粒子介质逐渐累积，直到充满整个色谱柱。该累积床受泵入液体(通常在从顶部填充时)的受控压力和该床顶部重量的压缩。介质经受的状态有微妙、连续的变动。通常的程序是操作员连续地泵送，直到色谱柱实质上充满，然后泵通常自动停转。随着液流压力下降，填充床然后“放松”，使色谱柱在其长度上的压缩分布更均匀。
即使使用填充孔，色谱柱的填充也是一项需要训练和经验的技术性工作。填充喷嘴有助于获得一致性结果，但对于给定色谱柱中的给定介质，只有靠经验和费时的试填充试验才能获得最佳淤浆浓度和泵压分布。由于许多色谱柱用钢制成，因此操作员对色谱柱内部情况的了解甚少。
本发明的一个方面是通过检测声波或超声波在床空间中的传播来改进色谱柱的填充过程，为此，记录累积床“前沿”的推进进程和/或观察床体中有实际重要意义的各种状态。
其他方面涉及通过检测声波/超声波在床空间中的传播来确定该床中是否存在其他材料，例如经该色谱柱洗脱的组分或可能粘合在色谱柱中的杂质。
其他方面为用来实现该方法的各方面的色谱设备，包括一个或多个声波/超声波发射器和检测器。
另外的方面涉及提供色谱填充设备，它能监控填充程序、评估该程序是否与预定填充分布图一致、使用自动或由操作员控制的反馈使得实际填充过程接近预定填充分布图。
本发明的各方面在权利要求中提出。
我们确知，与床不存在时比较，声波/超声波在色谱柱的床空间中的传播因床的存在而衰减，其速度提高，即传播时间减小。可使用这两个效应中任一效应或两个效应获得关于色谱柱中的床的信息。此外，这两个特性(幅度、速度)中的任一或两个特性受床中存在异常物质的影响。
于是，本建议要实现下列的任何一项或多项
-确定填充过程中填充介质的累积高度；-确定填充介质的填充密度/压缩程度；-用不同路径上的多个波传播确定填充过程中床前沿的推进速率；-不时地，例如随着色谱过程的进行确定床中污染材料或产品洗脱组分的存在/位置/大小。
可通过测量波传播的发射与接收之间所花的时间即速度来评估色谱柱中材料的填充状态。
作为替代或附加，测量一传播的衰减可特别用来确定色谱柱中淤浆床的高度。
该波在色谱柱内部的传播方向最好与色谱柱的底面基本平行，例如在径向上，从而该传播与色谱柱的轴线交叉或接近。该传播可用一声波透镜聚焦。
该传播最好采取脉冲形式，以便于检测。
该传播的频率选择成能获得即时处理的合适的可检测信号。优选频率为超声波，例如≥0.5MHz，≥1.0MHz，≥1.5MHz。例如发现2MHz的传播可获得合适的可检测信号。在一淤浆床中2.5MHz的传播受到的衰减比2MHz的传播大。
在测量一传播的速度时，可要求衰减最小。在确定色谱柱中一淤浆床的高度时最好使用因通过该淤浆床衰减更大的声波传播。
用声波/超声波发射器生成该传播。该发射器可装在色谱柱一侧壁上，最好是该侧壁外部。
该发射器可为一不但能发射声波、还能检测声波的收发两用机。该声波收发两用机最好包括压电材料。该声波收发两用机最好用来发射声波和接收反射声波(回波)。这一技术是公知的，例如用来测量管道中的流体速度。
可通过分析回波的时间延迟与色谱柱的尺寸得出声波传播速度，从而得出关于色谱柱中各材料的填充状态的信息。必要时计及色谱柱壁体的厚度和材料。
也可用一发射器发射声波，用另一接收器接收声波。此时发射器和接收器最好装在色谱柱的相对两边上。
在下面说明中，一般可使用一声波收发两用机，也可使用分开的发射器和接收器。
发射器最好装在色谱柱侧壁外部。发射器与色谱柱表面之间可设置一透镜。
发射器和/或声波透镜也可埋置在色谱柱侧壁中，甚至设置在色谱柱内部。
发射器可设置在任何合适高度上。为检测淤浆床何时达到色谱柱中预定高度，可把一发射器设置在该高度上，使得声波的传播方向与色谱柱底面基本平行。
最好在色谱柱内部不同部分有不止一个传播路径，从而可例如得出色谱柱中材料填充状态的空间分布，用来检查填充的均匀性。
这些传播路径例如可在轴向不同高度处。
各传播路径可有相应一对发射器/检测器，也可使用其位置可变的单个声波发射/检测器，例如该单个声波发射器/检测器可在色谱柱侧壁外部上滑动到不同位置。
本发明的另一个方面是一种色谱柱填充方法，包括把粒子淤浆泵入色谱柱中，使用声波监控色谱柱中所述淤浆的高度，在监测到色谱柱中所述淤浆达到预定高度时使泵停止运转。
泵最好能自动停止运转。最好是，一开关装置根据受监控声波的幅度接收输入，当所述输入表明色谱柱中的淤浆达到预定高度时停止泵的运转。
另一个方面是一种色谱柱填充方法，包括用一泵把粒子淤浆泵入色谱柱中、使用声波监控色谱柱中所述淤浆的填充状态，对受监控的填充状态与预定填充状态作比较，当受监控的填充状态与所述预定填充状态不同时调节填充参数，以实现预定填充状态。
本发明这一方面可与上述各方面组合使用。
填充参数为任何影响填充过程的可调节参数，例如泵送压力(改变泵送速度即可调节泵送压力)。也可调节泵入色谱柱中的淤浆的浓度。
最好用对该填充设备(例如泵)的反馈调节填充参数，所述反馈基于预定填充状态和由声波监控的填充状态。
最好使用计算机或合适的电子电路自动进行该反馈，但也可手动实现该方法。可使用I-P转换器自动进行反馈，该转换器把电流转换成所需的泵送压力。该反馈可与预定填充状态与监控的填充状态之差成正比。
最好通过比较声波传播速度测量值与该速度的预定值实现受监控的填充状态与预定填充状态之间的比较。
最好在填充过程中连续进行这一比较，并根据这一比较对填充设备连续进行反馈。
该反馈可使泵送压力增加和减小。例如，如果声波传播速度比预定值低，则淤浆密度太低，需要提高泵送压力以提高淤浆的填充压缩和密度。同样，如果声波传播速度比预定值高，则填充压缩太高，需要减小泵送压力。
最好用详细示出填充过程各阶段传播特性的填充分布图(填充分布)表示与预定填充状态有关的信息。这些阶段可为自填充过程开始以来的不同时刻。这些阶段可由泵开动后经历的时间、色谱柱中淤浆到达的高度或泵入的淤浆的体积界定。
填充分布图例如可给出一表示填充过程开始后预定传播速度随时间变动的分布图。
应该指出，该分布图可从在对一色谱柱的成功试填充过程中进行的测量得出。
该分布图可给出填充过程各阶段的传播特性如传播速度的一个可接受值范围，而不是一个确切值。
该分布图可随色谱柱类型和淤浆类型的不同组合而不同。因此可以得知，对每种组合，有不同的填充分布图。
该填充分布图还随色谱柱中的传播路径的不同而改变。
最好，填充参数根据由各传播监控的填充状态和各传播的预定填充状态予以调节。
本发明的另一方面为一色谱柱填充系统，该系统包括一把粒子淤浆泵入色谱柱中的泵，产生声波/超声波发射器控制信号的信号发生装置，接收从一相应接收器发出的信号的接收装置，分析由该接收装置收到的信号并输出对接收到的所述信号的分析结果的分析装置，和根据所述分析装置的输出控制所述泵的泵控制装置。
该系统最好有数据存储装置或填充分布图数据读取装置。所述填充分布图数据最好包括色谱柱尺寸数据。
该分析装置最好能检测由接收装置收到的、与原先由信号发生装置产生的信号对应的信号，计算所述信号的产生与检测之间的时间延迟，分析所述时间延迟和色谱柱尺寸数据，从而计算与所述产生和检测的信号对应的声波传播的速度，并根据所述声波传播的所述计算速度产生一输出。
作为替代或附加，该分析装置能检测由接收装置接收、与原先由信号发生装置产生的信号相应的信号，并根据所述收到的信号的幅度产生一输出。
填充分布图数据最好还包括与色谱柱要填充的淤浆的类型有关的数据。填充分布图数据最好包括与填充过程中分析装置的预定输出有关的数据。填充分布图数据最好包括关于与所述产生和检测到的信号对应的所述声波传播的预定速度的数据。
该泵控制装置最好能根据所述填充分布图数据和所述分析装置的所述输出结果控制该泵。
该泵控制装置最好构作成如下如从分析装置得出的结果表明声波传播速度比预定值低，则提高泵送压力；如从分析装置得出的结果表明声波传播速度比预定值高，则减小泵送压力。
应该看到，与所述预定输出有关的填充分布图数据详细示出填充过程中该分析装置的输出的预定瞬时分布。
应该看到，可在一便携式数据装置如智能卡或软盘上生成填充分布图数据。
该色谱柱填充系统最好能接收多个接收器/检测器的输入。应该知到，各接收器/检测器可位于色谱柱上不同高度上。
该系统最好有多个分析装置，每一分析装置分析其接收装置发出的信号后根据所述分析得出一结果。该系统也可有一个能分析由多个接收装置收到的多个信号并能根据对所述收到的信号的分析产生一输出或多个输出的分析装置。该泵控制装置最好能接收一个或多个分析装置的输出并根据所述输出控制所述泵。
本发明的另一方面为一色谱柱，其上装有一把声波传播到该色谱柱内部的声波发射器或收发两用机。
本申请另一方面涉及填充一色谱柱。在我们的工作中我们发现，尽管声波传播受床的填充密度和填充质量的影响，但与床的存在或不存在(沉积或填充介质)对声波传播的巨大影响比较，它们很难被可靠检测。后者的改变很大，容易检测。因此使用声波传播可确定床的“前沿”的位置，即使声波发射器/接收器位于色谱柱外部(最优选方案)而声波必需穿过色谱柱壁。同时我们作出下述有用的新发现填充过程中床前沿的推进速率是一个与填充质量-特别是用板值表示的质量即色谱效率-相关的重要参数。由于填充控制参数很难标准化，因此这一点有重大实际意义。出于实际考虑，常规的主要控制参数为泵在填充孔上施加的填充压力，填充操作员在填充过程中习惯于调节该填充压力以获得所需结果。但是无法规定在给定色谱柱中填充给定介质的填充压力的绝对值和分布图。这是因为，即使色谱柱和介质实质上相同，色谱柱配置的不同也会因淤浆浓度、床支撑类型、缓冲剂粘度、温度、色谱柱膨胀和床下游的流动系统如管道的长度、直径和弯头的数量和角度的变动产生大为不同的背压。实际上，在确定一给定色谱柱配置的最佳填充压力分布前需要进行若干次试填充后进行板值评估。
保持填充压力不变并不是一种有用的控制。一般来说起先各阶段中流率太大。相反，如流体流率保持不变，填充过程终止时的压力太高而无法得出良好结果。这些细微区别是密闭式色谱柱、淤浆注入工艺所特有的；它们不出现在常规的开放式色谱柱填充中，在开放式色谱柱填充中，填充所需的所有介质开始时就存在在色谱柱空间中或上方。
因此我们提出一种色谱柱填充方法，在该方法中，测量床前沿推进速率，然后根据该测量控制一个或多个填充参数-一般为泵送速度和/或淤浆浓度，使得该推进速率接近一目标值或保持在一目标值范围内。
根据上述各方面，床前沿推进速率的优选测量方法是用在色谱柱内部传播的声波/超声波检测床前沿的相继位置。
床前沿推进的优选(目标)速率将在填充过程中变动。该方法可涉及在沿色谱柱轴向(即在床的累积方向上)分布的多个位置上测量该速率。可用公知处理技术安排控制反馈，把有关传感器如超声波接收器的输出传送给一控制处理器，以计算实时推进速率；与一代表所需推进速率或推进速率的“分布图”(随时间或轴向位置发生的变动)的目标值作比较；把控制信号传给一泵，从而确定或改变泵送速率。
由于该方法直接考虑到床的实际累积，因此可避免某些与用监控填充压力进行控制有关的试错填充(其理由如上所述)。
尽管可预先针对给定色谱柱、液体和介质确定最佳推进速率和推进速率变动型式，但一般来说，一优选“推进速率”分布通常有一与介质在床支撑(丝网或烧结物)上初步累积对应的第一阶段，该阶段比其后的一更快的主要阶段慢。推进速率在这两阶段之间递增。这一般导致更佳填充结果。该主要填充阶段中的推进速率与最终填充阶段(此时床接近可渗透的顶部保留物，如丝网或烧结物)的推进速率之间如有差别，该差别也不怎么重要。对某些介质来说也许它是重要的，此时因此可确定目标分布图。如在相同色谱柱中填充相同介质，其后就可自动利用该初步经验研究。
本领域普通技术人员可以看出，为实现本发明目的，最好不断评估介质前沿推进速率，直到色谱柱内部沿轴向全部或大部完成填充。为此可把一系列或阵列的声波传播和检测元件如压电元件安装在色谱柱上，最好是安装在色谱柱壁外部上，从而不影响色谱柱内部的一致性。从发射器发射给接收器的信号的传播方向最好与床前沿的推进方向基本垂直，因为这可使得该声波在该前沿前方和后方的效应的差别最大。但是，发射器和传感器的位置布置也可与上述不同。例如，一发射器或接收器可设置在色谱柱的与床开始累积的一端相反的一端上。它可向设置在色谱柱侧壁上的传感器发射声波，或接收设置在色谱柱侧壁上的发射器发出的声波。或者，这一布置也可与一横向(径向)系统组合使用；这两个系统的结果可互相对照以提高可靠性。并且/或者，可如下确定床前沿推进速率把一声波沿轴向或以其一轴向分量传到床前沿上并检测该前沿的反射。在这一方面，我们注意到，使用超声波收发收发两用机确定工业容器中的材料高度是一种成熟技术。实际上，它已被用于流体化床色谱柱的特定场合，作为测量使用中的粒子床的高度的手段。但是，这些收发两用机横向突起在色谱柱内部，这适用于盛装液体的容器和流体化床色谱过程，流体化床色谱过程的特别之处在于，介质不充满使用中的色谱柱；但不适用于填充色谱床程序。此外，在现有技术中，并未用容器中的收发两用机根据反馈控制床前沿推进速率。此前没有任何合理理由如此做。
该声波/超声波传输装置可包括分开的发射器和接收器，也可包括结合这两个功能的收发两用机。这些技术本身是公知的，例如把声波发射器和接收器设置在容器外部，使得声波穿过容器壁。这一技术在使用多普勒效应测量管道中流体流率的超声仪中已很成熟。
本发明的另一方面是实施该方法的设备。该设备特别可包括一与合适传感器和控制电路相配的色谱柱，该控制电路与一填充泵连接，以实施上述方法。一个具体的设备可包括装在(或适于装在)一色谱柱壁上、与电子处理装置连接的一声波传感器/发射器阵列，该电子处理装置编程成根据这些传感器发出的信号确定推进速率，对该推进速率与预定目标值或目标值范围进行比较以及根据比较结果向一填充泵发出或调整控制信号。
本发明的另一方面基于我们作出的下述另一新发现填充床中异常物质的存在会影响声波在该床中的传播速度和/或衰减。因此可使用该声波传播检测该床中这类材料的存在和/或运动。在一个方面，这类材料可包含在色谱过程中经床逐渐洗脱的谱带中。使用一个或多个传感器装置在色谱柱的一个或多个区域上检测这一谱带的行程便可“跟踪”该过程，从而帮助操作员监控该程序和随时收集所出现的分离物质。使用足够数量的传感器如上述一系列或一阵列传感器，即可跟踪色谱柱中一物质谱带的运动，需要时显示在色谱柱外部一显示器上。
该发现的另一用处如下。在某些过程中用色谱柱分离的材料中含有不可逆转地与色谱柱中的色谱介质粘合的材料。与介质的这些粘合一般是在进入该床后立即或不久就发生。它们的永久性粘合减小了介质的短暂粘合能力，而介质的短暂粘合能力是该混合物其他组分进行色谱过程的基础。在色谱柱的引入起始物质的一端旁逐渐生成一区域，在该区域中，床的有效性越来越低。实际上，在某一点上，该床该端上的受影响谱带如此之大，以致使整个床已无法使用。当迟早发现一批产品不纯净时这一现象就变得十分明显。对该批不纯净物质的处理既费时间又费材料。本发明因此提供一种方法，在该方法中，用在该床有关部分中传播的声波不时地确定这类永久粘合的异常物质是否已在色谱柱中达到预定阈值位置，该位置对应于一个操作极限，此时色谱柱需要排空后重新填充。这一程序提高了使用这些技术时非常重要的可靠性和一致性。
本发明最后一个方面仍与色谱柱的填充而非运行有关。在填充过程中，按照上述任一建议的声波传播用来确定床推进前沿几乎已到达床空间顶部的时刻。按照这一检测，控制系统根据一检测到的填充压力把泵控制转换成起作用位置。当观察到完全填充的填充压力特征曲线下降时，关闭该泵。本申请要保护的另一方面仍是相应经编程的装置。理由是在填充色谱柱时众所周知，填充压力特征曲线下降出现在色谱柱注满之时。在这一阶段后不希望泵继续运转；如及时关闭泵会获得更佳填充。使用不透明的色谱柱时填充操作员必需时刻注意这一点。但是，不希望随压力变动对泵连续进行控制，因为当泵不应关闭时填充的其他阶段会出现明显的压力波动。通过使用一声波传播传感器监控床何时接近完成并仅在此时才开始监控压力下降，上述各技术的优点得到完美结合。
下面结合


构成本建议基础的试验以及设备和程序的例子。
附图简要说明图1简示出一具有一自动填充系统的色谱柱；图2示出在一试填充过程中在该色谱柱上进行的超声波速度测量；图3示出了类似的测量，但温度控制的程度更大；图4、5、6和7为示出使用Sepharose(凝胶)介质时填充参数与填充质量之间的关系的数据；图8、9和10为从5次试验中获得的填充数据，以确定使用陶瓷介质时填充速率与填充质量之间的关系；图11示出在使用清蛋白样本在一次试验中该色谱柱产品出口处的UV图；图12为同一次试验中的超声波速度图，示出该色谱柱中为清蛋白占据的区域中的速度变动；图13简示出一使用超声波传感器的反馈、有一显示器的色谱柱填充系统；以及图14进一步简示出对穿过该色谱柱的永久粘合杂质和样本谱带进行检测；图15-19简示出使用超声波检测设施的设备配置和程序；以及图20示出一实施本发明的填充“小车”。
对优选实施例的详细说明参见图1，一色谱柱1的上部和下部各有作为参考材料包括在此的我们的WO-A-96/10451所述那种填充阀vc1，vc2。填充管路系统包括一用于填充并在不填充时喷射色谱柱顶部的较大泵P1，一也用于填充并在不填充时可从色谱柱底部进行抽吸的较小泵P2，分别盛装填充介质淤浆和无粒子液体的箱S、L，一控制泵p1的进口的四通阀V1，一在色谱柱的顶部与底部之间控制泵P1的出口的四通阀V2，一控制从色谱柱或罐到泵P2的进口的三通阀V3，一控制从泵P2的出口到色谱柱或罐的三通阀V4以及一控制从色谱柱顶部到罐或一排气口的回程的三通阀V5。对一合适封闭(注入)填充程序的说明例如见前述WO-A-96/10451、GB-A-2258415或WO-A-99/64130。
在本工作中，色谱柱为一运行在160mm床高上、直径为600mm的长度可变色谱柱。试验1识别前沿在第一组试验中，使用在蒸馏水中成为淤浆的Sepharose 4介质。以说明的方式，后面的表1例示出各参数随着填充的进行发生的变动。超声波收发两用机2、2a(图1)装在色谱柱壁外表面上该床向上中途约1/3处。在这两个收发两用机之间测得的色谱柱内部的超声波速度见表1。表中所列值只是例示性的。图2和3为两次不同试验中超声波收发两用机2、2a之间的超声波速度与时间的关系图。图2示出一初始阶段I和一第二阶段II，在初始阶段中，声波速度递增，然后当床推进前沿向上越过收发两用机时出现突变-所使用的色谱柱其壁透明，因此可看到发生这一情况；在第二阶段中，介质床中的声速大大提高。温度对声速的影响很大。研究表明，造成阶段I中声速递增的原因更多是温度变动而非淤浆密度。事实上，对所有测量材料进行更认真的温度控制可得出图3曲线，在图3中，色谱柱的未填充区域中的声速基本保持不变，直到床前沿向上越过收发两用机2、2a时才出现明显突变。这些实验证实使用超声波可方便识别床前沿。试验2填充质量和累积速率然后使用陶瓷介质进行下一组试验。该研究及其结果如下。概述把陶瓷介质(BioSepra Q Hyper DF)在一个400mm直径色谱柱中填充到200mm床高。变动缓冲剂、填充压力和淤浆浓度。由用NaOH把pH调节到7.5的0.025M Tris HCl获得重复性最好的两个结果。淤浆浓度为50％，色谱柱中的最终填充压力为1.5bar。开始时的流率为1000cm/hr。
从我们的工作似乎可得出，填充开始时在总填充时间的第一个1/3中床高的累积速度应为例如25-30mm/min。这一阶段后该速率应提高到例如75-80mm/min，直到整个色谱柱填充完毕。对于200mm床高来说，填充快完成时流率可在300与900cm/hr之间波动。对于200mm床高来说通常在3-4分钟后当泵停止转动时填充可视为完成。
从(下述)工作可知，有一用作床高累积速率的填充速率“通道”(走廊)，该通道有相当大的宽度，在此通道内填充更佳。遵从这一通道的实际填充速率/时间路径可看作一最佳填充过程的指标。也就是说，如果填充操作员保持填充参数使得床累积速率在该规定的“通道”的上限和下限之间，就会获得一良好的填充。然后在生产中可把该“指标”或填充分布图用作自动化的一个实际的帮助和用于色谱柱的有效参数。对工作的说明所使用的色谱柱为一床高可变的Mark II Euroflow色谱柱(EQ400-V-EQ911，使用钢制丝网)。介质已得到确认。
填充前介质在浓度约30％的淤浆中分辨(de-fined)三次。稍呈雾状的上层清液用泵抽去。色谱柱在所有填充前灌满缓冲剂。淤浆用泵从顶部喷嘴(也可从底部)灌入后浆液经色谱柱底部流动相路径流出。在顶部流动相孔处测量填充压力。淤浆用Husky 715-膜片气动泵泵入。
为对床质量进行评估，在试验进行18小时、使床达到稳定状态前和后使用各种流率的向上和向下流在色谱柱底下注入一升1％的丙酮水溶液。对用NaOH把pH调节到7.5的0.025 M Tris HCl中的流动相也如此做。
表2详细示出所使用的13阶段试验条件。表3示出基于最低HETP的100cm/hr流率(2l/min)结果为更接近100cm/hr结果获得的那些结果。示出了稳定性试验延迟前和后的结果。
图4示出5个填充的填充分布图，示出所实现的填充的质量(用板表示)。该曲线图示出填充过程中床的累积速率；该累积速率当然是填充过程中色谱柱中各有关阶段上的流率和压力状态的复杂结果。
这些结果表明，陶瓷介质可在400mm直径色谱柱中填充到200mm床高，其质量为每米超过4000板，不对称性约为1.4。从两次重复试验中得出相似的结果。
图5比图4更进一步，包括各曲线的线性回归近似及其辐射率。图6示出所得床的梯度(即床的以mm/min为单位的累积速率)与板数(质量)之间存在的相关关系。
当然这些直线回归只是粗略近似。下表4通过把填充程序分成3个阶段给出更好分析。从表4可知1、“优”(满意)填充(填充2和3)在开始、中间和最后阶段的速率非常接近。床起初累积得最慢。然后也许是因为上层清液淤浆浓度的增加床在阶段2的累积速率提高。该较高速率在阶段3保持不变。
2、“良”填充(填充1和4)在填充的后面部分大大偏离成功的分布。它们的初始累积速率比“优”填充快。它们的第二阶段与第三阶段非常不同，但产生相似的结果。
3、“差”填充(填充5)分布与其他分布的偏离最大。初始累积速率慢或与其他分布相似，但第二阶段慢4-8倍。阶段3虽然有所提高，但仍只有“优”填充阶段3的一半。从以上各点可得出如下结论1、在介质起初累积在床支撑物上的第一阶段中该速率需要比后面阶段慢。也许为了防止丝网与没有背压或背压很小的高速介质粘合。
2、如果第二阶段的速率等于或小于第一阶段，所得结果非常差(填充5)。也许该较慢速率使得床支撑物上的该层混合而失去其填充密度或均质性。因此为了保持该第一层第二阶段速率必需更快。
3、第二阶段可与第三阶段大为不同，但仍产生“良”填充(填充1和4)-它不是灾难性的。
4、为获得更好填充，第二阶段和第三阶段最好比第一阶段快三倍。它们的速率可相同。这有助于在床的整个其余部分保持均质。
从这些结果可看出，存在一宽度可变的填充速率“通道”，遵从该通道便可获得“优”填充。
图11、12示出一实验的结果，在该实验中，一个10％清蛋白样本脉冲加到图1所示色谱柱配置上。图12示出清蛋白在色谱柱中通过时由色谱柱出口处UV检测器检测到的其谱带或脉冲。图11示出从该超声波传感器得出的有趣结果，即，该谱带越过该传感器的进程与超声波在色谱柱中提高的传播速度谱带相关。该点标为B。
图13、14简示出实施本发明的一种设备配置，色谱柱的一边上垂直装有一由许多压电收发两用机构成的直线阵列20，在相对的一边上有相应阵列21。它们不必严格相对；特别是，当中央有一突起填充喷嘴时稍稍错开有助于防止色谱柱两端附近出现困难。这两个图简示出填充过程中一床16的前沿5在色谱柱中升起。一个经编程的控制单元4-一个普通的微处理器-接收来自传感器的信号并用目标速率分布的预定目标数据编程。从而填充泵P受到控制。一外部显示器3用来显示随色谱柱中的高度而变的条码状声波阻抗或速度。图14示出同一设备用于不同阶段，此时色谱柱已经填充后在使用中。该使用的一个方面示出在该床顶部上。一累积中的永久粘合污染物谱带逐渐从顶部向下伸入该床中。这影响到顶部传感器的超声波传播，因此在显示器上用“A”表示。当它达到一临界高度CL时，该程序向用户发出该色谱柱失去有效性的警报。
还示出在色谱柱中不断向下行进的一材料谱带6。该材料在纯化之中。尽管色谱柱壁不透明，但可在超声波数据显示装置上跟踪其进程(峰值B)。
图15到19简示出其轴向上伸展有超声波传感器阵列的该色谱柱的这些和其他功能。
图15色谱柱1、传感器阵列20、控制处理器4、数据记录器(数据输出器)31、泵P。一个填充分布图的基本“指标”(fingerprinting)，加上泵控制，使用反馈。
图16进行填充，在显示器3上跟踪累积床。
图17附加使用仪表25处的填充压力控制参数的填充方法。检测色谱柱何时即将注满，打开对压力降敏感的时间窗，压力降示出填充完成，泵停止转动，阀移动到“运转”位置进行色谱。
图18显示器3示出色谱柱中出现的空穴或不均一性62。
图19用色谱柱显示器3跟踪有价值的组分谱带6或谱带“B”。
图20示出一填充站或“小车”即一手推车，其上有一填充泵P和受处理器4控制的阀接头V，处理器4适于接收来自超声波检测器的信号、启动发射器、接收填充分布图数据并从而被编程以控制泵P。
表1
表2
表3
表4从曲线图得出的各填充分布比较
权利要求
1.色谱方法，其中，一粒子介质填充入一色谱柱壳体的床空间中形成一注满该床空间的封闭填充床，一种含有待分离组分的过程液体流过该填充床以分离各组分，其特征在于，发射穿过床空间的超声波信号并检测所发射信号，以确定所述粒子介质在床空间中的状态或位置。
2.按权利要求1所述的色谱方法，包括监控超声波信号在床空间中的传播速度。
3.按权利要求1或2所述的色谱方法，包括监控所发射信号的衰减。
4.按上述任一权利要求所述的色谱方法，包括在从色谱柱壳体壁上的一孔把粒子介质作为泵送淤浆填充入床空间过程中在该床空间中传播所述超声波信号。
5.按权利要求4所述的色谱方法，其中，根据由超声波信号检测确定的填充状态控制填充泵压和粒子介质淤浆浓度之一或此两者。
6.按权利要求4或5所述的色谱方法，其中，受检测的超声波信号的传播方向与介质填充床的累积方向垂直。
7.按权利要求4-6中任一权利要求所述的色谱方法，其中，受检测的超声波信号在床空间中在分布在介质填充床的累积方向上的多个位置上发射。
8.按权利要求7所述的色谱方法，其中，把由根据对累积床前沿通过上述多个位置的检测确定的累积床前沿实时推进速率与推进速率预定目标值进行比较，并在需要时调节填充泵送压力和/或淤浆浓度。
9.按权利要求7或8所述的色谱方法，其中，确定多个所述位置上各实时推进速率并与构成一预定填充分布图的各目标值进行比较，并且根据比较结果把控制信号反馈给一填充泵。
10.按权利要求9所述的色谱方法，其中，所述预定填充分布图规定一初始阶段，其推进速率比其后的主阶段慢。
11.按权利要求4-10中任一权利要求所述的色谱方法，其中，一与填充泵和超声波检测装置连接的控制处理器装载来自一个分立的数据载体中的填充目标数据，从而根据检测数据与目标数据之间的比较控制填充泵。
12.按权利要求4-11中任一权利要求所述的色谱方法，其中，用在床空间的被累积床最后灌注的一端旁的受检测的超声波检测床推进前沿的到达，从而在填充程序结束时减慢或停止泵的运转。
13.按权利要求4-12中任一权利要求所述的色谱方法，其中，一控制处理器被编程为检测到与床空间中注满介质对应的填充压力下降时停止填充泵的运转。
14.按上述任一权利要求所述的色谱方法，包括过程液体在填充床中流动过程中用在床空间中传播的所述超声波检测一所述组分在该床中的存在和/或位置或在该床中的流动。
15.按权利要求14所述的色谱方法，其中，用沿填充床多个位置上检测的超声波传播跟踪一个通过该床的所述组分的谱带的进程。
16.按上述任一权利要求所述的色谱方法，其中，用在过程液体输入端旁检测到的在填充床中传播的超声波确定粘合杂质从该输入端侵入该床的程度。
17.按上述任一权利要求所述的色谱方法，它利用按下述任一权利要求所述的设备来实施。
18.色谱设备，包括一有一壳体壁的色谱柱，该壳体壁的侧壁和端壁部界定一盛装粒子填充介质的内部床空间，其特征在于，壳体壁上有至少一个超声波发射器以发射穿过床空间的超声波信号，和一个检测该信号的检测器。
19.按权利要求18所述的色谱设备，其中，所述至少一个超声波发射器包括在一收发两用机中，该收发两用机还包括所述检测器。
20.按权利要求18或19所述的色谱设备，其中，所述发射器和/或检测器位于壳体壁外侧上，从而超声波信号穿过壁和床空间后发射到检测器。
21.按权利要求18-20中任一权利要求所述的色谱设备，其中，多个所述发射器和/或多个所述检测器在色谱柱进口和出口之间一方向上沿色谱柱分布。
22.按权利要求18-21中任一权利要求所述的色谱设备，其中，该色谱柱为一直立圆筒，例如具有钢制的侧壁。
23.按权利要求18-22中任一权利要求所述的色谱设备，其中，包括一与超声波发射器和检测器工作连接的控制处理器，它被编程为确定超声波经内部床空间在超声波发射器与检测器之间传播的速度和衰减。
24.按权利要求18-23中任一权利要求所述的色谱设备，其中，该色谱柱有一穿过其壳体壁、适用于注入填充该色谱柱的粒子介质淤浆的孔。
25.按权利要求24所述的色谱设备，其中，所述多个发射器和/或所述多个检测器沿色谱柱分布成能沿相应多个穿过内部床空间的路径检测超声波传播。
26.按权利要求25所述的色谱设备，其中，一控制处理器与这些发射器和检测器工作连接，它被编程为确定所述多个传播路径的各传播速度和/或衰减。
27.按权利要求26所述的色谱设备，其中，该控制处理器被编程为由于传播特性随该色谱柱中一累积填充介质床的前沿横越各传播路径而变动，因此根据该变动检测该前沿的相继位置，以及确定所述前沿的实时推进速率；比较该实时推进速率与一为色谱柱上该相应部位或该方法的相应阶段所预定的目标推进速率，以及根据该比较结果产生一控制填充泵的控制信号。
28.按权利要求27所述的色谱设备，其中，该控制处理器有一阅读器，该阅读器从一分立的数据载体中读取适合于该色谱柱和所填充介质的填充程序的一组目标数据。
29.用来把一粒子介质填充入一色谱柱中的色谱填充设备，该色谱柱有一柱壁，该柱壁有一壳体壁，壳体壁的侧壁和端壁部界定一内部床空间，带有一穿过该壳体壁的填充孔，用来注入在一载液中的粒子介质淤浆；该设备包括一把该淤浆泵入填充孔中的机动泵和一控制该泵输出的控制处理器，该控制处理器有一个或多个输入，以接收由一个或多个检测器检测的超声波传播信号，并且它被编程为根据所检测信号调节该泵的输出。
30.按权利要求29所述的色谱填充设备，其中，该控制处理器被编程为根据两组不同发射器/检测器所发出信号之间经过的时间确定推进速率，这两信号表明相应传播的衰减或速度变大；比较该推进速率与一预定目标值；以及根据该推进速率是小于、等于还是大于该预定目标值提高、保持或减小该泵输出。
31.按权利要求29或30的色谱填充设备，包括一组超声波发射器和检测器。
32.按权利要求29-31中任一权利要求所述的色谱填充设备，包括一数据阅读器，该阅读器从一分立的数据载体中读取用于给定的色谱柱和介质的一组规定填充参数。
全文摘要
超声波收发两用机(20)向上分布在一色谱柱(1)侧壁上,并能跟踪一上升床前沿(5)在填充过程中的进程。用与一存储好的预定分布的比较结果反馈控制填充泵P。还公开了色谱柱内部的超声波监控的其他用途。
文档编号G01N30/32GK1386196SQ0180222
公开日2002年12月18日 申请日期2001年7月30日 优先权日2000年7月28日
发明者M·J·霍夫曼 申请人:欧洲流程(英国)有限公司