本發(fā)明涉及材料混合物的色譜分離的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明的目的是一種特別地用于在離心分配色譜儀的設(shè)備中使用的新型的萃取單元。本發(fā)明的目的還涉及一種包含有由這樣的萃取單元所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)的離心分配色譜裝置。

背景技術(shù)：

離心分配色譜(CPC)為其中用來使材料混合物分離的固定相和流動(dòng)相都為液相材料的一種色譜技術(shù)。所述方法的適用領(lǐng)域非常廣泛：CPC適用于在給定的情況下以較高的純度水平從各種介質(zhì)萃取市場(chǎng)上有價(jià)值的化合物(比如各種活性藥物制劑)以及甚至危險(xiǎn)物質(zhì)(例如移除具有堿性物質(zhì)的脂肪酸)。圖1示出當(dāng)今所使用的用于實(shí)施所述方法的CPC組件的簡(jiǎn)化的方塊圖。據(jù)此，通常離心分配色譜儀組件包括：作為主要單元的用于進(jìn)給洗脫液的液體泵送系統(tǒng)，用來插入待分離的材料混合物的試樣進(jìn)給單元，圍繞軸旋轉(zhuǎn)的CPC轉(zhuǎn)子，探測(cè)器以及碎片收集系統(tǒng)，其通過使液體能夠流動(dòng)的管線按流動(dòng)方向的次序串聯(lián)地連接至彼此。

CPC轉(zhuǎn)子代表CPC組件的一個(gè)重要的構(gòu)件，并且是該構(gòu)件使CPC技術(shù)與其它液相色譜技術(shù)不同。在CPC轉(zhuǎn)子中存在由優(yōu)選地經(jīng)由適當(dāng)?shù)耐ǖ来?lián)地連接至彼此的眾多較小的、所謂的萃取單元所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)圍繞CPC轉(zhuǎn)子的軸旋轉(zhuǎn)。存在用于構(gòu)造萃取單元的以及用于將它們連接至網(wǎng)絡(luò)中的許多解決方案，其包括，但并非詳盡地，例如美國(guó)專利第US-6,537,452號(hào)以及第US-8,182,690 B2號(hào)，日本專利申請(qǐng)第JPS629270 A號(hào)以及第JP 2005/315787A號(hào)，以及美國(guó)專利申請(qǐng)第US 2010/200488 A1號(hào)以及第US 2009/173680 A1號(hào)。

當(dāng)分離開始時(shí)，萃取單元被至少部分地填充以被選擇作為固定相的液相材料。由于旋轉(zhuǎn)在萃取單元中形成顯著的離心力。在已經(jīng)使CPC轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)之后，開始將被選擇為流動(dòng)相的液相材料泵送通過所述單元網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)固定相和流動(dòng)相的相對(duì)密度，根據(jù)以下選擇泵送方向：

-若固定相為密度更大的相(這是所謂的上升模式)，則流動(dòng)相的流動(dòng)從旋轉(zhuǎn)圓周朝向旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)、換句話說朝向CPC轉(zhuǎn)子的主軸前進(jìn)；

-若固定相為密度更小的相(這是所謂的下降模式)，則流動(dòng)相的流動(dòng)從旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)朝向旋轉(zhuǎn)圓周前進(jìn)，如在圖2中可以觀察到的，圖2提供萃取單元的理想的運(yùn)行(換句話說，不考慮由于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特征而發(fā)生的科里奧利力)的示意圖。

由于泵送，流動(dòng)相經(jīng)由連接至萃取單元的入口的通道進(jìn)入萃取單元，所述入口從流動(dòng)相的角度來看可劃分成三個(gè)部分(其以下被結(jié)合下降模式說明，然而，類似的劃分對(duì)于上升模式為有效的)：

(1)在圖2中所示的萃取單元的上部部分(第一部分)中，除所述兩種相的物理-化學(xué)參數(shù)以及實(shí)際的力場(chǎng)之外，只要輸入的液相材料的線性流動(dòng)速度超過斯托克斯(Stokes)模型所允許的值，流動(dòng)相就在固定相中分解成微小的液滴。在理想情況下，在這樣的時(shí)刻所述液滴在所述單元的整個(gè)剖面上均勻地分布。

(2)在根據(jù)圖2的萃取單元的中間部分(第二部分)中，流動(dòng)相液滴由于施加于它們之上的更大的離心力而流動(dòng)通過固定相，然而在此部分中所述兩種相在較大的表面面積上與彼此接觸。在理想情況下，所述兩種相從靠近于入口點(diǎn)的點(diǎn)直至出口點(diǎn)與彼此接觸。

(3)在根據(jù)圖2所述的萃取單元的下部部分(第三部分)中，由于所述單元的構(gòu)造以及所述兩種相之間的密度方面的差異，所述兩種相彼此分離。更輕的(密度更小的)相通過它的浮力朝向入口(向上)推進(jìn)，而密度更大的相通過施加于其上的更大的離心力被繼續(xù)朝向出口(向下)推進(jìn)。在理想情況下，流動(dòng)相僅僅以微小的液滴的形式并且并不作為粘著的材料團(tuán)存在于固定相中，并且僅僅流動(dòng)相離開所述單元。

在CPC轉(zhuǎn)子的串聯(lián)地連接的單元中執(zhí)行上述工藝并且從一個(gè)單元至一個(gè)單元重復(fù)上述工藝。因此，若混合物試樣的組分以較短的液體部分的形式(亦即作為栓(plug))進(jìn)給至液體流中，則以不同的分配系數(shù)為特征的組分在萃取單元中彼此分離。分離以及分離效率可以以從文獻(xiàn)所眾所周知的常用的色譜參數(shù)為特征，例如以理論塔板數(shù)(N)、色譜峰(R_s)之間的分辨率以及固定相體積比(S_f)為特征。

實(shí)際上，必須將在旋轉(zhuǎn)的CPC轉(zhuǎn)子的萃取單元中由于旋轉(zhuǎn)以及由于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特征而形成的科里奧利(Coriolis)力考慮在內(nèi)。對(duì)科里奧利力的物理描述為已知的，并且許多科技公開文本涉及它對(duì)CPC萃取單元的運(yùn)行的影響，且非詳盡地，我們可提及，例如，作者為Jun-Ichi Ikehata等人的題目為“Effect of Coriolis force on counter-current chromatographic separation by centrifugal partition chromatography”[色譜技術(shù)期刊A，1025期，169-175頁(yè)(2004)]的公開文本；作者為Adelmann，Schwienheer以及Schembecker的題目為“Multiphase flow modeling in centrifugal partition chromatography”[色譜技術(shù)期刊A，1218期，6092-6101頁(yè)(2011)]的作品；以及作者為Marchal，F(xiàn)oucault，Patissier，Rosant以及Legrand的題目為“Influence of flow patterns on chromatographic efficiency in centrifugal partition chromatography”[色譜技術(shù)期刊A，869(1-2)期，339-352頁(yè)(2000)]的公開文本?？墒褂密浖M(例如OpenFOAM軟件包)容易地使施加于CPC萃取單元中的流上的科里奧利力的影響具體化；根據(jù)按這種方式所獲得的流動(dòng)模式可得出與單元的運(yùn)行有關(guān)的許多結(jié)論。

根據(jù)以上所提到的Jun-Ichi Ikehata等人的作品，已知的是，在當(dāng)今所使用的單元結(jié)構(gòu)的情況下，由于科里奧利力的影響，霧化在所述單元的整個(gè)剖面上為不均勻的，因?yàn)橐徊糠忠旱斡捎诳评飱W利力的影響而偏離。在不均勻的液滴分配情況下萃取不能以最大的效率進(jìn)行。除此之外，由于科里奧利力的影響而偏離的液滴撞擊單元的側(cè)壁并且因此僅僅沿它向下滴流，這顯著地使所述兩種相之間的接觸界面的大小減小。

同時(shí)，科里奧利力的影響可被看作是經(jīng)由將流動(dòng)相與固定相混合而增加所述兩種相之間的接觸界面。在研究了經(jīng)由在專業(yè)領(lǐng)域中所公認(rèn)的模擬實(shí)驗(yàn)所獲得的所述單元中的流的流動(dòng)模式之后，顯而易見的是，科里奧利力在CPC萃取單元中引起反混，所形成的循環(huán)流動(dòng)使已經(jīng)沉淀的液體混合在一起，這從萃取的角度來看是非常降低質(zhì)量的因素，因?yàn)橛捎诜椿欤氐姆蛛x階段輸出被返回至輸入階段，結(jié)果顯著地降低色譜分離效率。根據(jù)圖3的模擬流動(dòng)模式示出當(dāng)今所使用的萃取單元中的這樣的反混(參見所標(biāo)示的箭頭)，其中為了抵消科里奧利力的影響的目的，單元的軸線相對(duì)于CPC轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)半徑成給定的角度(33°)(所謂的傾斜軸線單元)(1400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，以及15毫升/分的流動(dòng)速度及從旋轉(zhuǎn)中心所測(cè)量的r＝105.5mm的單元距離，亦即旋轉(zhuǎn)半徑)。

根據(jù)以上所提及的Marchal等人的作品，還可以看出的是，接觸界面的大小對(duì)理論塔板數(shù)(N)的色譜參數(shù)具有一定影響，而沉淀效率影響固定相體積比(S_f)。同時(shí)，通過色譜峰(R_s)之間的分辨率代表色譜法的明顯的性能指標(biāo)，色譜峰(R_s)為以上所提到的兩個(gè)參數(shù)的函數(shù)。本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還認(rèn)識(shí)到的是，理論塔板數(shù)可隨流動(dòng)速度增加，然而，固定相體積比下降。根據(jù)作者為Schwienheer、Merz以及Schembecker的題目為“Evaluation of CPC separation efficiency for different types of chamber geometries on the basis of flow pattern and separation experiments”[色譜技術(shù)期刊A，CCC2014期，屬于公開文本(2014)]的公開文本，可以嘗試通過改變單元幾何形狀改進(jìn)以上所提到的兩個(gè)參數(shù)(N和S_f)；然而，由以上所提到的作者所執(zhí)行的大量的模擬試驗(yàn)表明，不可能同時(shí)地改進(jìn)當(dāng)今廣泛地使用的萃取單元的這兩個(gè)參數(shù)；在所有情況下，對(duì)一個(gè)參數(shù)的改進(jìn)引起另一個(gè)參數(shù)的退化，反之亦然。

在圖4A和4B中示出這樣的行為，圖4A和4B示出具有兩個(gè)不同的、當(dāng)前所使用的單元幾何形狀的模擬試驗(yàn)。根據(jù)圖4A中所示的流動(dòng)模式，可通過減小流動(dòng)相體積比(以下：死體積)實(shí)現(xiàn)固定相與流動(dòng)相之間的較大的接觸界面。根據(jù)圖4B中所示的流動(dòng)模式，使流動(dòng)速度增加導(dǎo)致死體積的顯著的增加。

根據(jù)上文，公認(rèn)的觀點(diǎn)是，可能不能同時(shí)地改進(jìn)當(dāng)今可用的CPC萃取單元的所有的所期望的功能，亦即它們的霧化效率、萃取效率以及它們對(duì)反混的預(yù)防效果，換句話說，這三個(gè)功能實(shí)際上被視為競(jìng)爭(zhēng)功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

據(jù)此，需要一種CPC萃取單元，其在運(yùn)行期間相對(duì)于所有三個(gè)功能同時(shí)地且同樣地有效-亦即作為霧化裝置、萃取裝置以及沉淀裝置-因?yàn)橹挥型ㄟ^這樣的單元才可改進(jìn)色譜分離的效率。本發(fā)明的目的是形成用于在CPC組件的CPC轉(zhuǎn)子中使用的這樣的新型的萃取單元。

當(dāng)今在CPC領(lǐng)域中人們廣泛持有的觀點(diǎn)是，可互換固定相和流動(dòng)相的角色，并且，此外，通過改變通過CPC轉(zhuǎn)子的流動(dòng)方向可實(shí)現(xiàn)方向的徹底的改變。這在下面這樣的情況下可能確實(shí)是優(yōu)選的：當(dāng)需要對(duì)材料混合物進(jìn)行色譜分離并且待分離的所有的組分為所需要的且所談?wù)摰慕M分具有非常不同的分配系數(shù)時(shí)。由于對(duì)可逆性的需要，當(dāng)前可用的CPC轉(zhuǎn)子中的各個(gè)萃取單元的入口和出口可互換，因此這些單元從該角度來看(換句話說，從可逆性的角度來看)為對(duì)稱的。其中，應(yīng)當(dāng)指出的是，在大多數(shù)情況下，以及主要地在制藥產(chǎn)業(yè)活性劑凈化工藝中，不需要這一點(diǎn)，因?yàn)樵谶@樣的情況下存在待萃取的主要組分，而其它組分被看作是污染物，并且因此它們的回收并不是目的，而僅僅是它們與所述主要組分的分離。

一方面，在我們的調(diào)查期間，我們得出的令人吃驚的結(jié)果是，從霧化的角度來看，較小的剖面的單元入口為優(yōu)選的，而從沉淀的角度來看，較大的單元出口為優(yōu)選的，換句話說從流動(dòng)方向的可逆性的角度來看為不對(duì)稱的的CPC萃取單元與相似地構(gòu)造的對(duì)稱的萃取單元相比提供更好的流動(dòng)。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明所述的不對(duì)稱的CPC萃取單元的入口和出口具有不同的剖面。

另一方面，在我們的調(diào)查期間，我們得出的令人吃驚的結(jié)果是，若-脫離傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)-兩個(gè)面對(duì)的側(cè)壁具有粗糙化的內(nèi)表面而不是光滑的表面，則固定相與流動(dòng)相之間的接觸界面顯著地增加。從粗燥化的角度來看，特別優(yōu)選的是，表面被賦予階梯狀或鋸齒狀表面結(jié)構(gòu)。

在我們的調(diào)查期間，我們還發(fā)現(xiàn)的是，通過適當(dāng)?shù)剡x擇CPC萃取單元的幾何形狀，可以使所述單元中的反混(back-mixing)最小化，還可以使固定相體積比以及所述兩種相之間的接觸界面最大化。為了做到這一點(diǎn)，優(yōu)選地將當(dāng)今所使用的單元的幾何形狀改變成使得在所述單元的萃取空間與它的出口之間形成收集池。

除此之外，若根據(jù)本發(fā)明所述的CPC萃取單元的入口和出口以及連接各個(gè)單元的通道被制造成具有標(biāo)準(zhǔn)的色譜連接部(chromatography connections)，則由它們所構(gòu)成的CPC轉(zhuǎn)子的拆卸變得非常簡(jiǎn)單，并且泄漏以及其它故障的可能性下降至最低水平。

此外，當(dāng)今廣泛地使用的CPC轉(zhuǎn)子的萃取單元的旋轉(zhuǎn)半徑通常最大為300mm，通常介于50mm與300mm之間。造成這一點(diǎn)的主要的原因?yàn)椋瑤缀鹾翢o例外，所談?wù)摰妮腿卧贾糜诰哂协h(huán)狀圓形剖面的盤上；實(shí)際上，所述單元通過CNC加工(例如銑削、切削)形成于所述盤的材料中。具有更大的工作空間的CNC機(jī)床一方面為異常地昂貴的，并且另一方面它們不具有足夠地剛性的框架，因此在加工更大尺寸的盤時(shí)加工頭可能振動(dòng)，這可能引起不精確的加工以及因此不精確的單元。因此，具有較大尺寸(亦即具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過300mm的旋轉(zhuǎn)半徑)的廣泛地使用的、盤式CPC轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的制造是非常復(fù)雜的。盤式CPC轉(zhuǎn)子的另一個(gè)缺點(diǎn)是，當(dāng)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)，在盤與在由所述盤組裝CPC轉(zhuǎn)子時(shí)所使用的密封板之間泄漏的材料使得轉(zhuǎn)子被污染，這根據(jù)制藥產(chǎn)業(yè)的嚴(yán)格的質(zhì)量保證規(guī)定是不可接受的。這一事實(shí)顯著地妨礙CPC轉(zhuǎn)子在制藥產(chǎn)業(yè)中的使用。在一定的尺寸限制(10公升的內(nèi)部體積)之上尤其如此，因?yàn)橛捎谥扑幃a(chǎn)業(yè)規(guī)定，只有在關(guān)閉CPC組件、將CPC轉(zhuǎn)子完全地拆卸、徹底地清潔每一個(gè)構(gòu)件、以及接著再一次將它組裝之后才能在同一個(gè)CPC組件中一個(gè)接一個(gè)地分離多種類型的材料。然而，所規(guī)定的清潔過程意味著生產(chǎn)時(shí)間的損失，其在較大的、大容量的CPC轉(zhuǎn)子(其中主要方面為生產(chǎn)力)的情況下是尤其顯著的。在生產(chǎn)更大的半徑的盤時(shí)，CNC加工的尺寸精度方面的退化使該問題更加嚴(yán)重。

因此鑒于這一切，需要一種CPC轉(zhuǎn)子，其可被經(jīng)濟(jì)地以及主要地精確地制造成甚至具有更大的盤尺寸或者旋轉(zhuǎn)半徑，并且其還不背負(fù)以上技術(shù)問題。

在此方面中，在我們的調(diào)查期間，我們得到的令人驚訝的結(jié)論是，科里奧利力所施加于萃取單元中的影響的減小與CPC轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)半徑r的增加一致-其中科里奧利力的物理定義

換句話說，可能優(yōu)選的是，CPC轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)半徑(亦即從轉(zhuǎn)子的中心點(diǎn)軸線至其中設(shè)置有萃取單元的位置的距離)被制造得相對(duì)較大，超過當(dāng)今所使用的300mm。

根據(jù)我們的調(diào)查，對(duì)于這一點(diǎn)，優(yōu)選的是，根據(jù)可用的CNC機(jī)床或者3D打印機(jī)的工作空間的大小修改生產(chǎn)技術(shù)，以及代替單一的工件，承載萃取單元的整個(gè)環(huán)狀圓形剖面盤的生產(chǎn)以能在制造之后被組合成盤的多個(gè)部分的形式發(fā)生，其中各個(gè)部分符合可用的傳統(tǒng)的CNC機(jī)床或3D打印機(jī)的工作空間的大小，因此通過有效地利用這一點(diǎn)，可避免在具有更大的工作空間的CNC機(jī)床或3D打印機(jī)中出現(xiàn)的不精確度。

若將整個(gè)盤分成相同的部分的劃分角度通過x表示，則根據(jù)我們的調(diào)查，根據(jù)劃分角度x，可以以以下關(guān)系描述生產(chǎn)具有中心點(diǎn)角度x(用CNC機(jī)床或者3D打印機(jī))的部分所需的工作空間的大?。?/p>

分析結(jié)果表明，各個(gè)部分(包含萃取單元、聯(lián)接它們的通道以及另外的連接器的成形部分)的最大中心點(diǎn)角度最大可為90°，因?yàn)樗鰡卧紦?jù)的體積與制造所需的總體積之間的比在該值之上開始顯著地增加。形成CPC轉(zhuǎn)子的整個(gè)盤優(yōu)選地由4-30個(gè)部件、以及在最優(yōu)方案中由4-12個(gè)部分生產(chǎn)而成，所述部分在這之后被本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員以已知的方式組合以構(gòu)成盤狀CPC轉(zhuǎn)子。將所述部分的數(shù)量選擇成比這大將意味著，從最佳運(yùn)行的角度來看，可在每個(gè)部分中形成太少的萃取單元。將所述部分的數(shù)量選擇成比這少將意味著，在每個(gè)部分中所形成的萃取單元的容量以及分離可變性將下降。在所談?wù)摰哪K化構(gòu)造的情況下，在使用劃分的情況下，萃取單元的、從旋轉(zhuǎn)中心點(diǎn)所測(cè)量的距離介于300與1000mm之間，以及在最優(yōu)方案中介于400與500mm之間。

附圖說明

在下文中參考附圖具體地提出本發(fā)明，其中

-圖1為當(dāng)今所使用的用于執(zhí)行基于CPC的分離工藝的CPC組件的方塊圖，其中箭頭代表所述組件的構(gòu)件之間的液體的流動(dòng)以及流動(dòng)的方向；

-圖2為在根據(jù)圖1所述的CPC組件的CPC轉(zhuǎn)子單元中所使用的萃取單元的運(yùn)行的示意圖；

-圖3示出已知的萃取單元中的模擬流動(dòng)模式，其示出所述萃取單元中的科里奧利力(用箭頭標(biāo)示)的具有損害性的反混影響；

-圖4A和4B為模擬流動(dòng)模式，其示出在當(dāng)今所使用的兩種不同的單元幾何形狀的情況下色譜參數(shù)是如何與彼此競(jìng)爭(zhēng)的；

-圖5以縱向剖面圖、以及以局部切除立體示意圖示出使用FDM3D打印技術(shù)所生產(chǎn)的一種新型的不對(duì)稱的CPC萃取單元的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)示例；

-圖6為圖5中所示的CPC萃取單元的、從圖5中所示的箭頭的方向所觀察的俯視圖；

-圖7A和7B為在根據(jù)圖5所述的CPC萃取單元中發(fā)生的模擬(SC/Tetra v11軟件包)流動(dòng)模式，其中所述CPC萃取單元具有不同的出口剖面(圖7A中的左側(cè)圖和右側(cè)圖分別為1.7mm以及2.0mm)，并且具有不同的單元軸線傾斜角度(圖7B中的左側(cè)圖和右側(cè)圖分別為16.5°以及20.0°)；除了指定的參數(shù)之外，在模擬中所使用的其它參數(shù)在兩種情況下保持不變；

-圖8以縱向剖視圖以及以立體示意圖示出使用CNC銑削所生產(chǎn)的一種新型的不對(duì)稱的CPC萃取單元的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)示例；

-圖9示出根據(jù)本發(fā)明的模塊化地構(gòu)造的CPC轉(zhuǎn)子的一個(gè)模塊的示意圖，所述模塊包含根據(jù)本發(fā)明所述的緊密地聯(lián)接在一起的多個(gè)CPC萃取單元；以及

-圖10示出使用圖9中所示的CPC轉(zhuǎn)子模塊所構(gòu)造的、具有環(huán)狀剖面的大尺寸(r>300mm)盤式CPC轉(zhuǎn)子。

具體實(shí)施方式

圖5和6連續(xù)地以縱向剖視圖、以局部切除立體圖以及以俯視略圖示出一種新型的不對(duì)稱的CPC萃取單元100的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)示例。萃取單元100的此實(shí)施例優(yōu)選地使用FDM(“熔融沉積成型”)3D打印技術(shù)生產(chǎn)，盡管-如本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的-它還可以使用失芯注射成型生產(chǎn)。優(yōu)選地，將例如聚醚醚酮，亦即聚[苯基-(4-亞苯基doxy苯基)酮樹脂，用于3D打印，盡管還可以使用適合于執(zhí)行3D打印的其它惰性材料，這對(duì)于本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言為顯而易見的。萃取單元100以及它的以下將具體描述的幾何形狀主要地適合于執(zhí)行其中流動(dòng)相的流動(dòng)速度最大為250毫升/分的CPC工藝。

萃取單元100具有構(gòu)成萃取室150的單元壁120，萃取室150基本上可被看作是具有寬度“a”、厚度/深度“b”以及高度“c”的三維形狀，所述寬度“a”、厚度/深度“b”以及高度“c”的尺寸優(yōu)選地符合以下關(guān)系：a≥b≥0.5a并且3a≥c≥2a。所述三維形狀優(yōu)選地為基于矩形的、傾斜的棱柱，特別地平行六面體，至少所述棱柱的垂直于a-c平面的邊緣為圓化的；在平行六面體形狀的情況下，當(dāng)在CPC轉(zhuǎn)子中處于它的適當(dāng)?shù)奈恢?運(yùn)行狀態(tài))中時(shí)，萃取單元100的幾何軸線(在圖中未示出)基本上指向CPC轉(zhuǎn)子的中心點(diǎn)(參見圖10中所示的被構(gòu)造成環(huán)狀盤的CPC轉(zhuǎn)子400的中心點(diǎn)O)的方向，亦即它與CPC轉(zhuǎn)子的半徑重合。同時(shí)，在它的在CPC轉(zhuǎn)子中的適當(dāng)?shù)奈恢?運(yùn)行狀態(tài))中，基本上為傾斜棱柱形狀的萃取單元100的幾何軸線相對(duì)于從CPC轉(zhuǎn)子的中心點(diǎn)O至萃取單元100(傾斜的單元)的幾何中心點(diǎn)所畫的徑向線成預(yù)定角度；該角度優(yōu)選地被選擇成使得當(dāng)在運(yùn)行狀態(tài)中時(shí)由旋轉(zhuǎn)而引起的科里奧利力將最小可能的影響施加于在萃取單元100中發(fā)生的流動(dòng)。結(jié)果，從在運(yùn)行期間在萃取單元100中發(fā)生的科里奧利力的角度來看，具有這樣的傾斜的幾何軸線的萃取單元100可被看作是為最佳的。根據(jù)旨在確定單元的流動(dòng)模式而進(jìn)行的模擬試驗(yàn)，萃取單元的傾斜角度(取決于CPC轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)半徑的長(zhǎng)度以及所計(jì)劃的旋轉(zhuǎn)速度)介于5°與30°之間；對(duì)于450mm的旋轉(zhuǎn)半徑以及750 1/分鐘的旋轉(zhuǎn)速度，萃取單元100的傾斜角度優(yōu)選地介于15°與18°之間，以及甚至更優(yōu)選地為16.5°。

萃取單元100的萃取室150具有入口115和出口140。入口115被構(gòu)造成分成一個(gè)或多個(gè)入口分支，其中每一個(gè)入口分支通過圓形入口開口連接至萃取室。這些入口開口中的每一個(gè)具有相同的大小，它們的直徑優(yōu)選地介于0.5mm與1.0mm之間。特別地，圖5和6示出具有兩個(gè)入口分支115a、115b以及相應(yīng)地兩個(gè)入口開口115a1、115b1的萃取單元100。根據(jù)我們的調(diào)查，入口115優(yōu)選地可分成兩個(gè)至十個(gè)入口分支；入口分支的數(shù)量?jī)?yōu)選地介于兩個(gè)至四個(gè)之間，以及最優(yōu)選地為兩個(gè)。所使用的入口分支垂直地通到萃取室150中。屬于入口分支的入口開口的中心點(diǎn)基本上沿筆直的線定位，所談?wù)摰墓P直的線位于a-b平面中并且基本上垂直于萃取單元100的寬度“a”。萃取單元100的所述一個(gè)或多個(gè)入口開口基本形成于所述單元的寬度“a”中間，該位置沿所述單元的寬度“a”最大可改變±10％。

根據(jù)模擬試驗(yàn)，入口115的分支對(duì)于在運(yùn)行期間在所述單元中發(fā)生的流動(dòng)模式具有積極的影響。從更密切的方面，將入口115分成多個(gè)入口分支改進(jìn)霧化，換句話說，它使萃取單元100中所存在的兩種相之間的接觸界面的大小增加，由于這一點(diǎn)，使所述單元中的材料輸送速度加速，這從色譜法(chromatography)的角度來看實(shí)際上意味著塔板數(shù)的增加。

根據(jù)本發(fā)明所述的萃取單元100的由平面b-c所限定的內(nèi)表面125優(yōu)選地為不光滑的而為粗糙化的。優(yōu)選地由表面125上所形成的臺(tái)階或鋸齒形成所述粗糙化，其高度優(yōu)選地介于0.1mm與0.4mm之間。根據(jù)我們的調(diào)查，內(nèi)表面125的粗糙化稍微地使流動(dòng)相的霧化增加并且使流動(dòng)相至表面125的附著減小。

萃取單元100的出口140具有一個(gè)分支，亦即它并未被劃分，并且它還具有圓形剖面。出口140的流動(dòng)剖面的大小總是超過單獨(dú)的入口分支的流動(dòng)剖面。旨在確定流動(dòng)模式的模擬試驗(yàn)已經(jīng)清楚地證明的是，比入口115大的出口140顯著地減小萃取單元100中存在的死體積。

從流動(dòng)方向的可逆性的角度來看，根據(jù)本發(fā)明所述的萃取單元100為不對(duì)稱的，換句話說，在執(zhí)行CPC工藝時(shí)，不能顛倒所述單元中的流動(dòng)方向。不對(duì)稱的構(gòu)造歸因于出口140以及入口分支的不同的剖面以及歸因于存在在萃取室150與出口140之間所建造的、具有預(yù)定的大小的收集池130。由于這一點(diǎn)，離開萃取室150的液相在通過出口140離開之前流動(dòng)通過該收集池130。根據(jù)模擬試驗(yàn)，所談?wù)摰氖占?30優(yōu)選地為半球形，該半球的半徑超過出口140的直徑，然而，它比包含萃取單元100的主體的“a”、“b”以及“c”尺寸中的任何一個(gè)小。收集池130的直徑優(yōu)選地等于萃取單元100的寬度“a”的一半。

將出口140與收集池130一起使用顯著地減小反混的流動(dòng)相的量，并且還改進(jìn)沉淀效率，亦即流動(dòng)相體積下降。這從色譜法的角度來看使死體積率減小并且使固定相體積率增加。所談?wù)摰慕鉀Q方案還使更大的流動(dòng)速度成為可能，更大的流動(dòng)速度使理論塔板數(shù)增加并且通過速度的增加使CPC組件的生產(chǎn)力增加。

根據(jù)模擬結(jié)果(參見表1)，除了減小死體積之外，根據(jù)本發(fā)明所述的技術(shù)解決方案還使固定相與流動(dòng)相之間的接觸界面的大小增加，因此同時(shí)地改進(jìn)所述兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)參數(shù)。

與此相反，當(dāng)前可用的解決方案能夠通過使流動(dòng)相的流動(dòng)速度增加而增加所述界面的大小，這引起死體積的顯著的增加。根據(jù)這一點(diǎn)，容易看出的是，在根據(jù)本發(fā)明所述的萃取單元100的情況下，表示它的分離能力的特征的峰分辨率(R_s)增加。

表1.小體積萃取單元(計(jì)劃用于250ml的CPC柱體積)的比較

圖8以縱向剖面圖以及以立體略圖示出根據(jù)本發(fā)明的一種新型的不對(duì)稱的CPC萃取單元200的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)示例。優(yōu)選地使用CNC銑削用聚醚醚酮材料板生產(chǎn)萃取單元200的此實(shí)施例。生產(chǎn)工作過程在一定程度上與在美國(guó)公開文獻(xiàn)第US2010/0200488號(hào)中所提出的方法相似，其中在單獨(dú)的板中銑削所述單元的兩個(gè)半部，接著在此之后，通過將包含所述兩個(gè)半單元的兩個(gè)板夾持在一起而形成整個(gè)單元。

與該解決方案相比，我們所使用的生產(chǎn)工藝的主要的區(qū)別為，包含銑削而成的單元的兩個(gè)半部的板被涂覆以薄薄的一層含氟聚合物(例如，通過部分地聚合的分散質(zhì)的熱啟動(dòng)的連續(xù)的聚合作用)，接著所涂覆的板被夾持在一起并且經(jīng)受加熱，由于這一點(diǎn)聚合物涂層的分子部分地?cái)U(kuò)散至彼此中并且它們附著至彼此，形成適當(dāng)?shù)慕^緣/密封。按這種方式，形成單一的構(gòu)件，其中解決方案的在層之間出現(xiàn)的泄漏問題不會(huì)出現(xiàn)。

對(duì)于它的幾何形狀，按這種方式所獲得的萃取單元200與先前所提出的萃取單元100非常相似。萃取單元200主要地適合于執(zhí)行其中流動(dòng)相的流動(dòng)速度最大為1000毫升/分的CPC工藝。萃取單元200的結(jié)構(gòu)與圖5中所示的萃取單元100非常相似。相應(yīng)地，萃取單元200的單元壁220確定萃取室250，該萃取室250具有基本上垂直地通到萃取室250中的入口215，以及用來允許液相離開萃取室250的出口240。

入口215可具有一個(gè)或多個(gè)入口分支，其中所有的入口分支均經(jīng)由圓形入口開口連接至萃取室250。所談?wù)摰娜肟陂_口中的全部具有相同的大小，它們的直徑優(yōu)選地介于0.5mm與1.0mm之間。特別地，圖8示出具有一個(gè)入口分支以及相應(yīng)地一個(gè)入口開口的萃取單元200。

萃取單元200的出口240也具有單一的分支，亦即它未被劃分并且還具有圓形剖面。出口240的流動(dòng)剖面超過入口的流動(dòng)剖面。從流動(dòng)方向的可逆性的角度來看，根據(jù)本發(fā)明所述的萃取單元200也為不對(duì)稱的，換句話說，在執(zhí)行CPC工藝時(shí)，不能顛倒所述單元中的流動(dòng)方向。不對(duì)稱的構(gòu)造起因于出口240以及入口215的不同的剖面以及起因于存在在萃取室250與出口240之間所建造的、具有預(yù)定的大小的收集池230。由于這一點(diǎn)，離開萃取室250的液相在通過出口240離開之前流動(dòng)通過該收集池230。根據(jù)模擬試驗(yàn)，與在萃取單元100的情況下所使用的半球形收集池130不同，所談?wù)摰氖占?30優(yōu)選地指定沿萃取室250的底部的整個(gè)寬度延伸的傾斜的表面，該傾斜的表面連接至單元壁240而不具有任何明顯的角度。

根據(jù)所執(zhí)行的模擬試驗(yàn)(參見表2)，通過CNC銑削且通過被熔融在一起而生產(chǎn)的根據(jù)本發(fā)明所述的萃取單元200與當(dāng)前可用的單元相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槌耸顾荔w積減小之外，它還使固定相與流動(dòng)相之間的接觸界面的大小增加，因此同時(shí)地改進(jìn)所述兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)參數(shù)。除此之外，與所述單元的體積相比，它能夠以更加大的流動(dòng)速度運(yùn)行，因此，它的生產(chǎn)力比傳統(tǒng)的單元的生產(chǎn)力高得多。

表2.中等體積單元(計(jì)劃用于1公升的CPC柱體積)的比較

圖9示出根據(jù)本發(fā)明的模塊化地構(gòu)造的CPC轉(zhuǎn)子的一個(gè)模塊300，所述模塊300包含串聯(lián)地連接至彼此的多個(gè)CPC萃取單元100、200。所談?wù)摰哪K300具有形成于支架310上的或者形成于支架310中的、為萃取單元100、200提供流體聯(lián)接的通道330以及單一的液體入口320和單一的液體出口340。

圖10示出使用圖9中所示的CPC轉(zhuǎn)子模塊300所構(gòu)造的、具有環(huán)狀剖面的大型(r>300mm)盤式CPC轉(zhuǎn)子400。設(shè)置于CPC轉(zhuǎn)子400的扇形部分410上的模塊300通過管430串聯(lián)地連接，其中所選擇的模塊300的液體輸入端通過管420優(yōu)選地連接至位于CPC轉(zhuǎn)子400的主軸處的液體入口，而相鄰的模塊300的液體出口優(yōu)選地通過管420’優(yōu)選地連接至位于CPC轉(zhuǎn)子400的主軸處的液體輸出端。

在根據(jù)本發(fā)明所述的CPC轉(zhuǎn)子400的情況下，通過塑料FDM 3D打印或者使用相似的技術(shù)由單一的片生產(chǎn)全部數(shù)量的萃取單元、通道以及連接部。通過這一點(diǎn)，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所述的解決方案相比可以由更少的連接的片構(gòu)成所述單元網(wǎng)絡(luò)。此構(gòu)造具有以下優(yōu)點(diǎn)：

●所述單元的形狀在三維方面可為任何所選擇的形狀，并且這樣引入稍后所討論的單元幾何形狀可成為可能。

●代替先前的矩形剖面，連接單元的通道的剖面可為圓形，其減小由液體的粘度所引起的壓降，以及通道的體積，其使用色譜法表達(dá)被視為死體積。

●它克服了液體由于高壓力的影響在盤與其之間的含氟聚合物密封件之間泄漏的缺點(diǎn)，液體的泄漏引起污染物在于不同時(shí)刻進(jìn)行的分離工藝之間傳遞。

●過去，盤以及密封件必須相對(duì)于彼此非常精確地定位，這大大地妨礙組裝和服務(wù)。

使用塑料FDM 3D打印技術(shù)的實(shí)施方式與CNC工藝(3軸或更多軸自動(dòng)裝置)非常相似，然而它不是消減而是添加工藝，由于這一點(diǎn)，所形成的廢物的量為顯著地更少的，因此該生產(chǎn)工藝更環(huán)保且經(jīng)濟(jì)。類似于CNC程序，適合于對(duì)大部件起作用的裝置是非常昂貴的或者不具有所需的精確度和速度。

容易認(rèn)識(shí)到的是，設(shè)置于環(huán)狀扇形形狀中的一系列單元可具有外部殼體，借助于所述外部殼體可將所述單元容易地設(shè)置至環(huán)狀盤中。