雙元泵型便捷式梯度混合器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種雙元泵型便捷式梯度混合器，包括第一容器、第一蠕動泵、第二容器及第二蠕動泵，在第二容器內設有磁力攪拌子；所述第一容器的底部設置有第一容器出口閥，所述第二容器的底部設置有第二容器出口閥，在第二容器的側壁上設有第二容器進口閥；與第一容器出口閥相連的連接管通過第一蠕動泵后與第二容器進口閥連接；與第二容器出口閥相連的出液管與第二蠕動泵相連。采用本實用新型可以準確控制梯度的線性，避免了傳統梯度混合器的線性控制不完善、有效線性區段短等問題，并實現一臺系統可提供不同的梯度類型，擴展了傳統常規梯度混合器的功能。
【專利說明】
雙元泵型便捷式梯度混合器
技術領域
[0001] 本實用新型屬于分離純化領域，尤其涉及分離純化設備中用于產生梯度溶液的梯 度混合器。
【背景技術】
[0002] 梯度混合器是一種使輸出溶液的組份按設定的方式逐步變化的裝置，一般指利用 連通器原理的渦旋梯度混合器，其成本較低，操作方便，在分離純化各種有機物和天然物方 面具有廣泛的用途。
[0003] 舉例來說，在普遍使用的柱色譜分離中，需要用到洗脫強度逐步變強的梯度洗脫 液，逐步洗脫被吸附在填料上的樣品，實現樣品組成的分離。其中，為獲得洗脫強度梯度變 化的液體，往往使用兩種不同洗脫強度的溶液按一定比例進行混合，比例動態連續變化，通 過逐步提高那種高強度洗脫溶液在混合溶液中的比例，以此逐步提高混合液的洗脫能力， 而該規律性的混合過程就需要梯度混合器來實現。當然這里只是舉個梯度混合器在柱色譜 中應用的例子，其可用在任何需要獲得梯度溶液的其他場合。
[0004] 目前市面上能買到的、普遍使用的渦旋梯度混合器，其特征如下：一個由兩個杯體 (左杯、右杯)組成的一個整體式梯度杯系統，兩個杯體底部有管路相連構成連通器，管路中 間裝有閥門可控制連通與否，右杯配有的磁力攪拌系統和攪拌子，右杯裝有出口閥輸出梯 度液。以產生梯度洗脫液為例說明，使用時，左杯放置高強度洗脫液，右杯放置低強度洗脫 液，保證初始時刻加入左右杯的液體液面具有一樣的高度，再打開中間連通管的閥，打開磁 力攪拌系統以使右杯的溶液始終保持均勻，蠕動栗從右杯出口閥栗取總輸出液，隨著右杯 輸出液的流出，右杯液面下降，因為連通器原理，左杯會立馬向右杯補充液體以重新使兩個 容器液高一致，從左杯向右杯補充的一點點高強度洗脫液在右杯中被混合均勻并稀釋，使 右杯的輸出液的洗脫強度提高一點點，如此下去，直至兩杯液體流干，流干瞬間輸出的梯度 液達到最高洗脫強度，其值即為左杯裝入的初始溶液的洗脫強度。這樣就基本實現了輸出 液洗脫能力梯度變化的過程，其洗脫能力起始值和終值分別為右杯初始溶液洗脫強度和左 杯初始溶液的洗脫強度。
[0005] 但經實踐，此傳統梯度混合器具有以下不可避免的缺點，阻礙其用于需精確梯度 輸出的場合：1.右杯加入攪拌子后，攪拌引起漩渦，使右杯外圈液面變高，且變高的量隨攪 拌速度、杯內液體量隨時變化，不能定量。如保證不開啟磁力攪拌時兩杯液面等高，則開啟 后右杯液體因連通器作用反而會部分反流至左杯，導致開始階段梯度線出現一段平臺區而 不是線性遞增，而且左杯高強度洗脫液被右杯反流過來的低強度洗脫液稀釋，使梯度液終 濃度達不到預設值。如保證磁力攪拌開啟后的兩杯液面等高，而隨時間變化漩渦會變小或 變大，也同樣會出現左右杯液體的不規則竄動，影響輸出的梯度狀況。2.根據液體壓強公式 P = Pgh，一般的連通器兩邊應是一樣的液體(密度P相同），從而實現連通器兩邊液體平衡的 唯一條件就是液高h相同。而這里梯度混合器的左右杯必然盛放不同的液體(密度不同），靠 調節兩杯的液高(不是等高）以使兩杯液體平衡非常困難。3.兩杯溶液會因不同滲透壓而通 過連通管自動擴散，而梯度混合器往往工作十多小時，其擴散不可忽略，因此使用中除了左 杯向右杯因液差宏觀流動外，兩杯溶液還進行著不可定量的擴散，不完全按連通器的原理 控制梯度。4.主要由于以上幾點缺陷，可觀察到梯度液在最后階段，梯度混和效果不明顯， 因為兩杯溶液在最后階段已基本平衡為一樣的洗脫強度，導致最后輸出梯度液有一段洗脫 強度不變的平臺期，且最終洗脫強度低于預設值(左杯液體的初始洗脫強度）。
[0006] 但目前這種傳統梯度混合器依然普遍使用，其缺陷也未得到重視和挖掘。有專利 "一種二維液相色譜裝置"（申請公布號:CN 102590396 A)依然采用這種傳統梯度混合器作 為其配件，目前多糖蛋白等分離純化也基本是使用傳統的梯度混合器實現，現有市售的、用 于自搭裝置制備純化物的梯度混合器也幾乎只有這一種工作形式。當然也有報道專用于制 備聚合物梯度功能材料的梯度混合器（申請公布號:CN 103496149 A)，但其是利用聚合物 流動性差不會進行上下混合，在水平攪拌下只進行水平混合的特點來實現，如用于溶液的 梯度混合無可行性。另外，高效液相色譜中的梯度混合效果精確，但其需利用電腦控制系 統、高壓栗、單向閥、混合器或電腦控制系統、高壓栗、單向閥、低壓梯度混合器，其中智能的 電腦控制系統起關鍵作用，同時其他的電腦可控性配件也是整個系統能有效工作的關鍵組 成。這些配件均結構精密、成本高昂，用于純化物的制備在成本上沒有優勢。因此，需要對現 有技術進行改進。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單的雙元栗型便捷式梯度混合 器，采用本實用新型可以準確控制梯度的線性，避免了傳統梯度混合器的線性控制不完善、 有效線性區段短等問題，并實現一臺系統可提供不同的梯度類型，擴展了傳統常規梯度混 合器的功能。
[0008] 為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種雙元栗型便捷式梯度混合器，包括 第一容器、第一蠕動栗、第二容器及第二蠕動栗，在第二容器內設有磁力攪拌子;所述第一 容器的底部設置有第一容器出口閥，所述第二容器的底部設置有第二容器出口閥，在第二 容器的側壁上設有第二容器進口閥；與第一容器出口閥相連的連接管通過第一蠕動栗后與 第二容器進口閥連接;與第二容器出口閥相連的出液管與第二蠕動栗相連。
[0009] 作為本實用新型的雙元栗型便捷式梯度混合器的改進:第二容器被擱置于磁力攪 拌器上，由磁力攪拌器帶動磁力攪拌子進行攪拌；
[0010]所述磁力攪拌器上設置帶有水平泡的水平調節器。
[0011] 作為本實用新型的雙元栗型便捷式梯度混合器的進一步改進：
[0012] 第一蠕動栗、第二蠕動栗為相同型號的蠕動栗；
[0013] 連接管、出液管為同型號的管路。
[0014] 作為本實用新型的雙元栗型便捷式梯度混合器的進一步改進:第二容器進口閥靠 近第二容器的頂部。
[0015] 作為本實用新型的雙元栗型便捷式梯度混合器的進一步改進:第二容器進口閥的 中心軸線距離第二容器的頂部2~3cm。
[0016] 作為本實用新型的雙元栗型便捷式梯度混合器的進一步改進:第二容器進口閥的 端部向第二容器內伸入1~2cm〇
[0017] 本實用新型提供的梯度混合器，不屬于復雜的智能化控制，原理上完全不同于高 效液相色譜儀，本實用新型的混合過程就在一種溶劑母液的容器中進行，不需要復雜昂貴 的電腦控制系統和額外的混合器或低壓梯度混合器等配件，在成本上與傳統梯度混合器類 似，但摒棄了傳統的連通器原理，從而避免了傳統梯度混合器的缺陷。
[0018] 在本實用新型中，配件主要包括第一容器(A容器）、第二容器(B容器），設置第一蠕 動栗的流速為VI，第一容器中的溶液在第一蠕動栗作用下以一定流速VI滴入第二容器，同 時，在第二容器中，經過磁力攪拌混合，第二容器中的混合液再以流速V2(V2>V1)在第二蠕 動栗的作用下通過管路輸出。在第一容器中液體足量時，即在第二容器液體流盡前第一容 器液體可持續提供的情況下，輸出的流體梯度類型可以通過設定不同的V2與VI來產生不同 的梯度液，當V2 = 2 X VI時，輸出線性梯度，且線性梯度液初始狀態的瞬間值就是第二容器 中的初始溶液的狀態，梯度液最終狀態瞬間值就是第一容器中溶液的狀態。當V2>2 X VI時， 將輸出梯度液為凹曲線梯度類型，即梯度液中A容器液體(簡稱A液)所占比例的變化速度為 單調遞增的；當V1〈V2〈2 XVI時，將輸出梯度液為凸曲線梯度類型，即梯度液中A液所占比例 的變化速度為單調遞減的，梯度液初始和最終狀態的含義與V2 = 2 XVI時的情況相同。
[0019] 在本實用新型中使用同型號的蠕動栗和同型號連接皮管，方便設置的流速具有相 比性。第一容器和第二容器的出口閥均設置于容器的最底端，低于液面的最低水平，保證所 有液體能順利輸出，以控制梯度液的狀態符合預先計算。
[0020] 在本實用新型中，由于磁力攪拌器上設置帶有水平泡的水平調節器;可以通過水 平調節器使第二容器處于水平狀態或向第二容器出口閥處稍傾斜的狀態，從而保證第二容 器的溶液可以徹底輸出，以保證梯度液終狀態為第一容器中溶液的初始狀態，方便梯度液 最終狀態的精確控制。
[0021] 在本實用新型中，第二容器進口閥設置在第二容器的側壁上端（例如第二容器進 口閥的中心軸線距離第二容器的頂部2~3cm)，可避免第二容器內的液體浸沒第二容器進 口閥而產生一定的滲透作用;第二容器進口閥的端部向第二容器內伸入1~2cm，這有利于 第一容器內液體滴入第二容器時不會沿壁滴入，更好地避免可能發生的第一容器內液體流 入滯后和第一容器內液體粘壁損失的問題。
[0022]本實用新型具有以下優點：
[0023] 1、本實用新型的梯度混合器使用雙栗動力，對目前現有的連通器原理的梯度混合 器進行本質的改進。避免了兩種溶液的不理想化流動和互相滲透問題，從而避免了背景技 術中提到的常規梯度混合器的所有缺陷(例如線性梯度不準確，開始和結束階段有平臺區， 梯度終值不準確等），使梯度斜率遵循預先計算與設置值。
[0024] 2、因為引入雙栗調節流速，可對便捷式梯度混合器的功能進行補充，實現一臺系 統可選擇地提供不同的梯度類型(而不是傳統的一臺系統只能提供一種梯度類型），包括線 性梯度和曲線梯度。即，本梯度混合器可以選擇性地輸出多種梯度曲線。
[0025] 3、本梯度混合器不需要電腦控制系統、高壓栗、單向閥、混合器等昂貴復雜的配 件。
[0026] 4、本新型梯度混合器因為不使用連通器原理，不需要關注、控制第一容器中加入 的液體液面與第二容器液體液面的高度關系，避免了第二容器液面因磁力攪拌產生渦旋而 改變液面高度，或兩溶液密度不同所帶來的尷尬。只需做到第一容器內液體比第二容器內 液體晚流干即可，就可使梯度最終值達到第一容器內液體的初始狀態。
【附圖說明】

[0027] 下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0028] 圖1是實施例1的雙元栗型便捷式梯度混合器的結構示意圖。
[0029] 圖2是實施例2的雙元栗型便捷式梯度混合器的結構示意圖。
[0030] 圖中：
[0031 ] 1、第一容器;2、第一容器出口閥；3、第一蠕動栗;4、第二容器進口閥；5、連接管;6、 第二容器;7、磁力攪拌子;8、第二容器出口閥；9、磁力攪拌器；10、第二蠕動栗；11、出液管； 12、水平泡。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合具體實施例對本實用新型進行進一步描述，但本實用新型的保護范圍并 不僅限于此：
[0033] 實施例1、一種雙元栗型便捷式梯度混合器，如圖1所示，包括第一容器1、第一蠕動 栗3、第二容器6、磁力攪拌器9及第二蠕動栗10等;第一容器1、第二容器6內分別裝不同濃度 的洗脫液。
[0034]備注說明：第一容器1內裝的洗脫液必須保證足量，即，在設定的工作洗脫時間內 (第二容器6中洗脫液從初始到流盡的時間段），能確保持續提供第一容器1的洗脫液。
[0035]在第二容器6內設有磁力攪拌子7，第二容器6被擱置于磁力攪拌器9上，由磁力攪 拌器9帶動磁力攪拌子7進行攪拌工作。
[0036] 第一容器1的底部設置有第一容器出口閥2,第二容器6的底部設置有第二容器出 口閥8,在第二容器6的側壁上端設置有第二容器進口閥4。
[0037] 與第一容器出口閥2相連的連接管5通過第一蠕動栗3后與第二容器進口閥4連接， 從而實現與第二容器6相連;與第二容器出口閥8相連的出液管11通過第二蠕動栗10后成為 梯度混合器的最后的出液口，負責輸出梯度液。
[0038] 第一蠕動栗3、第二蠕動栗10為相同型號的蠕動栗；
[0039]連接管5、出液管11為同型號的管路。
[0040]本實用新型的工作過程如下：
[0041 ] 開啟磁力攪拌器9,使第一容器出口閥2、第二容器出口閥8、第二容器進口閥4均處 于打開狀態，分別設置第一蠕動栗3和第二蠕動栗10的流速(其中第一蠕動栗3的流速小于 第二蠕動栗10的流速）。
[0042]在第一蠕動栗3的作用下，第一容器1內的液體通過連接管5被輸送至第二容器進 口閥4，最終逐滴流入第二容器6內。
[0043]在磁力攪拌器9的控制下，磁力攪拌子7對第二容器6內液體進行均勻攪拌混合;同 時在第二蠕動栗10的作用下，上述均勻混合后的混合液通過出液管11被輸出，形成梯度液。 [0044]實施例2、一種梯度混合器，如圖2所示，其為在實施例1的基礎上作了如下改進： [0045]在磁力攪拌器9上設置有水平泡12,通過調節磁力攪拌器9的底部腳(作為水平調 節器)的高低，同時觀察水平泡12的情況，可對第二容器6調平或調節至使第二容器出口閥8 端稍低的狀態。第二容器進口閥4靠近第二容器6的頂部，具體為:第二容器進口閥4的中心 軸線距離第二容器6的頂部2cm。第二容器進口閥4向第二容器6內部伸入lcm〇
[0046] 其余同實施例1。
[0047] 實驗 1、
[0048] 使用實施例2中的梯度混合器，在第一容器1中盛放1300ml的3mol/L NaCl水溶液， 在第二容器6中盛放蒸餾水600ml。
[0049] 設定V2 = 2XV1，本實驗設定第二蠕動栗10的流速為lml/min，第一蠕動栗3的流速 為0.5ml/min;從而使梯度混合器運行，直至第二容器6中的液體流干，輸出線性梯度的NaCl 水溶液，NaCl濃度從Omol/L到3mol/L。
[0050] 備注說明:V2是指第二蠕動栗10的流速，VI是指第一蠕動栗3的流速;以下同。
[0051 ]經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表1:
[0052]表 1
[0054] 可見，其梯度液濃度變化的線性較好，不存在開始和結束階段的平臺區，終濃度符 合預設值。
[0055] 實驗2、將實驗1中第二容器6中盛放蒸餾水的量由600ml改成700ml，設置V2>2X VI，本實驗為第二蠕動栗10的流速為lml/min，第一蠕動栗3的流速為0.3ml/min;其余等同 于實驗1。
[0056] 運行梯度混合器，直至第二容器6中的液體流干，輸出凹曲線（曲線連續可導，其二 階導數大于零)梯度型的NaCl水溶液，NaCl濃度從Omol/L到3mol/L。
[0057] 經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表2:
[0058] 表2
[0060]可見，其結果為凹曲線梯度，同樣不存在開始和結束階段的平臺區，適用于梯度需 要"先緩后急"變化的特殊場合，其終值為第一容器1中液體的濃度，且該梯度過程受設定的 V1、V2流速控制。
[0061 ]實驗3、使用實施例2中的裝置，在第一容器1中盛放800ml的甲醇體積分數80 %的 甲醇水溶液，在第二容器6中盛放甲醇體積分數10 %的甲醇水溶液500ml，設置VI<V2〈2 X VI，本實驗為第二懦動栗10的流速為lml/min，第一懦動栗3的流速為0.6ml/min;從而使梯 度混合器運行，直至第二容器6中的液體流干，輸出凸曲線（曲線連續可導，其二階導數小于 零)梯度型的甲醇梯度水溶液，甲醇所占體積分數從10%到80%。
[0062] 經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表3:
[0063] 表 3
[0065] 可見，其結果為凸曲線梯度，同樣不存在開始和結束階段的平臺區，適用于梯度需 要"先急后緩"變化的特殊場合，其終值為第一容器1中液體的濃度，且該梯度過程受設定的 V1、V2流速控制。
[0066] 實驗 4、
[0067] 使用實施例2中的裝置，在第一容器1中盛放1100ml的蒸餾水，在第二容器6中盛放 1000ml的lmol/L葡萄糖水溶液，設置V2 = 2 XVI，本實驗設置第二蠕動栗10的流速為2ml/ min，第一懦動栗3的流速為lml/min;從而使梯度混合器運行，直至第二容器6中的液體流 干，輸出線性梯度葡萄糖水溶液，葡萄糖濃度從lmol/L到Omol/L。
[0068] 經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表4:
[0069] 表4
[0071 ]可見，其梯度液濃度變化的線性較好，不存在開始和結束階段的平臺區，終濃度符 合預設值。
[0072]對比實驗1、以"常規梯度混合器"（連通器原理運行，其左杯截面積:右杯截面積= 3:7)替代實施例2的梯度混合器，左杯、右杯分別盛放實驗2中第一容器1和第二容器6的液 體，右杯盛放的液體量同實驗2，左杯盛放的液體量以左杯液面與右杯液面等高來控制，設 置"常規梯度混合器"輸出液流速為lml/min，其余同實驗2進行。
[0073] 經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表5:
[0074] 表 5
[0076]可見，其結果也大致為凹曲線梯度，但與實驗2相比，其存在開始和結束階段的平 臺區，且梯度終值未達到左杯中液體的濃度。且本實驗的梯度受該梯度杯截面積構造固定， 不能隨意更換梯度類型。
[0077] 對比實驗2、
[0078]以"常規梯度混合器"（連通器原理運行，其左杯截面積:右杯截面積=6 :4)替代實 施例2的梯度混合器，左杯、右杯分別盛放實驗3中第一容器1和第二容器6的液體，右杯盛放 的液體量同實驗3，左杯盛放的液體量以左杯液面與右杯液面等高來控制，設置"常規梯度 混合器"輸出液流速為lml/min，其余同實驗3進行。經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結 果見下表6:
[0081] 可見，其結果也大致為凸曲線梯度，但與實驗3相比，其存在開始和結束階段的平 臺區，且梯度終值未達到左杯中液體的濃度。且本實驗的梯度受該梯度杯截面積構造固定， 不能隨意更換梯度類型。
[0082] 對比實驗3-1、將實施例2中的"第一蠕動栗3、第二蠕動栗10"由"相同型號的蠕動 栗"改成不同型號的蠕動栗，其中第一蠕動栗3的栗頭大于第二蠕動栗10的栗頭；以此所得 的梯度混合器替代實施例2所得的梯度混合器進行實驗1。
[0083] 對比實驗3-2、將實施例2中的"第一蠕動栗3、第二蠕動栗10"由"相同型號的蠕動 栗"改成不同型號的蠕動栗，其中第一蠕動栗3的栗頭小于第二蠕動栗10的栗頭；以此所得 的梯度混合器替代實施例2所得的梯度混合器進行實驗1。
[0084] 經檢測，對比實驗3-1和3-2的梯度液濃度隨時間變化的結果見下表7:
[0085] 表 7
[0088] 無:表示容器B9中已經無梯度液輸出，即該次梯度混合運行已經結束。
[0089] 由上表可見，不同栗的型號會影響流速設置的可比性，流速關系控制不好，不能按 預設目標輸出梯度液類型。
[0090] 對比實驗4、以實施例1所得的梯度混合器替代實施例2所得的梯度混合器進行實 驗1。經檢測，其梯度液濃度隨時間變化的結果見下表8:
[0091] 表8
[0079]表 6
[0093]可見，實施例1的梯度線性和梯度終值不如實施例2中的實驗1。
[0094]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的若干個具體實施例。顯然， 本實用新型不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新 型公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1. 雙元栗型便捷式梯度混合器，其特征在于:包括第一容器（1)、第一蠕動栗（3)、第二 容器(6)及第二蠕動栗（10)，在第二容器(6)內設有磁力攪拌子(7);所述第一容器（1)的底 部設置有第一容器出口閥（2)，所述第二容器(6)的底部設置有第二容器出口閥（8)，在第二 容器(6)的側壁上設有第二容器進口閥(4);與第一容器出口閥（2)相連的連接管(5)通過第 一蠕動栗(3)后與第二容器進口閥（4)連接;與第二容器出口閥（8)相連的出液管（11)與第 二蠕動栗(10)相連。2. 根據權利要求1所述的雙元栗型便捷式梯度混合器，其特征在于：第二容器(6)被擱 置于磁力攪拌器(9)上，磁力攪拌器(9)帶動磁力攪拌子(7)進行攪拌； 所述磁力攪拌器(9)上設置帶有水平泡（12)的水平調節器。3. 根據權利要求1或2所述的雙元栗型便捷式梯度混合器，其特征在于： 第一蠕動栗(3)、第二蠕動栗（10)為相同型號的蠕動栗； 連接管(5)、出液管（11)為同型號的管路。4. 根據權利要求3所述的雙元栗型便捷式梯度混合器，其特征在于：第二容器進口閥 (4)靠近第二容器(6)的頂部。5. 根據權利要求4所述的雙元栗型便捷式梯度混合器，其特征在于： 第二容器進口閥(4)的中心軸線距離第二容器(6)的頂部2~3cm。6. 根據權利要求3所述的雙元栗型便捷式梯度混合器，其特征在于： 第二容器進口閥(4)的端部向第二容器(6)內伸入1~2cm。
【文檔編號】B01F3/08GK205700373SQ201620554307
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月8日
【發明人】陳健樂, 葉興乾, 程煥, 陳士國, 張華 , 陳健初, 胡亞芹, 丁甜
【申請人】浙江大學