BRPI0706776A2 - dispositivo de tampa terminal para coluna de cromatografia descartável de alta eficiência - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE TAMPA TERMINAL PARA COLUNA DE CROMATOGRAFIA DESCARTáVEL DE ALTA EFICIêNCIA A presente invenção refere-se a uma tampa terminal reutilizável para colunas cromatográf iças descartáveis ou cartuchos de extração de fase sólida que proporciona simultaneamente vedação da coluna e compressão axial, e colunas de cromatografia e cartuchos de extração de fase sólida empregando tais tampas de extremidade reutilizáveis.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVODE TAMPA TERMINAL PARA COLUNA DE CROMATOGRAFIA DES-CARTÁVEL DE ALTA EFICIÊNCIA".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a uma tampa terminal reutilizável debaixo custo para colunas cromatográficas descartáveis ou cartuchos de extra-ção de fase sólidos que proporcionam simultaneamente vedação da coluna ecompressão axial. O último elimina quaisquer vácuos que possam ser formadosna coluna entre o topo do centro e o disco de distribuição de fluido. A presenteinvenção também refere-se às colunas de cromatografia descartáveis de altaeficiência que utilizam as tampas terminais. O dispositivo de tampas terminaisestá "isolado" e não requer nenhuma modificação da coluna do tipo seringacom a qual é usado. Isso permite seu uso repetido com colunas descartáveisde baixo custo, portanto, reduzindo seu custo por uso.
Antecedentes da Invenção
É bem-conhecido o fato de que, para uma coluna de cromato-grafia proporcionar boa eficiência de separação, é importante que o disposi-tivo de distribuição de fluido na extremidade da entrada da base da embala-gem cromatográfica esteja em contato imediato com a dita embalagem uni-formemente através de sua superfície, evitando por meio disso quaisquerespaços vazios. Isso pode ser alcançado pelo provimento de um dispositivode aplicação de pressão axial externa no dispositivo que sustenta o disco dedistribuição de fluido. Ao mesmo tempo, é prontamente evidente que é im-portante assegurar uma boa vedação entre os lados do disco de distribuiçãoe as paredes na coluna cromatográfica, de maneira que o fluido conduzindoas substâncias a serem separadas ou purificadas seja forçado para baixo dacoluna e não vaze em volta do disco de distribuição.
Foram descritos muitos dispositivos que aplicam tal pressão axi-al nas colunas que são embaladas pelo usuário final. Alguns desses disposi-tivos confiam apenas na pressão aplicada manualmente ou posicionamentomanual do pistão para assegurar bom contato entre o disco de distribuição eo topo do centro cromatográfico em combinação com os dispositivos com-plexos visados no estabelecimento de uma vedação de pressão alta entre oslados do disco de distribuição assim posicionado e as paredes da colunacromatográfica. Exemplos de tais sistemas podem ser encontrados na Pa-tente U.S. N0 4.797.209 e na Patente U.S. N0 5.324.426.
Outros dispositivos usam êmbolos longos conduzindo o disco dedistribuição de entrada ou de saída. Isso permite o uso de uma única colunacom várias quantidades de embalagens cromatográficas, mas também re-quer o uso de pistões quase tão longos quanto a própria coluna. Os mesmosse projetam para fora da coluna quando é preparada uma coluna completa-mente embalada. A imobilização dos êmbolos no local desejado pode seralcançada de várias formas. Por exemplo, alguns usam um cabo rosqueadosólido para posicionar o disco de distribuição de fluido e tubulação flexívelpara alimentar a mistura de fluido para a entrada da coluna (Patente U.S. N04.891.133). Alternativamente, o fluido pode ser levado para a cabeça da co-Iuna através de uma abertura dentro de um pistão rosqueado. Tal pistão po-de ser dotado de uma rosca fêmea que pode ser posicionada pela rotaçãoem volta de uma rosca macho fora da coluna, como na Patente U.S. N04.655.917 ou uma rosca macho no pistão e uma rosca fêmea trabalhada emalgum encaixe fixado no topo da coluna cromatográfica.
Ainda, alguns sistemas usam pressão proveniente de um líquidoou gás para alcançar movimento axial do pistão que permite que seja mantidauma pressão constante na base de embalagem cromatográfica em caso damesma se expandir ou contrair durante as operações cromatográficas. Taissistemas foram descritos na Patente U.S. N0 4.597.866 e na Patente U.S. N05.021.162. Essa abordagem requer sistemas hidráulicos bastante complexos.
Todos os sistemas até agora descritos requerem encaixes comple-xos e/ou enroscamento da própria coluna cromatográfica, o custo dos quaistorna inadequado aplicações do tipo descartáveis de único uso. Ainda, o discode distribuição de fluido é sempre uma parte integral do pistão ou êmbolo.
Foram desenvolvidos outros tipos de colunas com o objetivo dereduzir os custos de hardware. Por exemplo, os meios cromatográficos podemser embalados em tubulação plástica, que limita o seu uso para aplicações depressão baixa como, por exemplo, extração de fase sólida. Em alguns casos,uma tampa terminal é permanentemente vedada no topo do tubo e está comer-cialmente disponível de Analogix, Inc. Em outro exemplo, as saliências na tam-pa terminal "estalam" sobre as características correspondentes no corpo dacoluna, conforme descrito na Patente U.S. N0 6.565.745. Apesar dessas abor-dagens atenderem o requisito de custo baixo para essa aplicação, não permi-tem múltiplos usos da coluna e/ou do encaixe terminal, uma vez que dois estãopermanentemente fixados, nem proporciona qualquer embalagem axial da basede meios. Além disso, falta mecanismo de vedação no topo da base de resinapara operação em pressão ou fluxo mais alto. Um sistema descartável que nãoproporcione compressão axial da base de resina foi descrito na Patente U.S. N04.439.593. Contudo, esse sistema particular requer que a pressão seja aplicadapelo instrumento cromatográfico para prender a montagem junta, alcançar umsistema à prova de vazamento e proporcionar compressão radial através datampa terminal. Essa configuração é principalmente intencionada para uso cominstrumentos automatizados.
Outros dispositivos e mecanismos de tipo similar estão descritosnas seguintes patentes: Patentes U.S. Nos. 3.440.864; 3.904.527; 4.283.280;4.451.363; 4.758.346; 5.188.730; 5.227.059 e 5.879.634.
As colunas cromatográficas descartáveis ou cartuchos de extraçãode fase sólida (SPE) são freqüentemente supridos em corpos de seringa pa-drão. A embalagem está contida no corpo da seringa pela inserção de um discode distribuição líquida ou mistura fundida no topo e na superfície inferior da ba-se. Tais seringas embaladas estão disponíveis, por exemplo, de J.T. Baker sobo nome comercial Bakerbond SPE ou Bakerbond Speedisk ou Bakerbond O-neShot ou de Waters Corporation sob os nomes comerciais Oasis ou Sep-Pak.Por vários motivos a secagem parcial da base, o choque mecânico, vibraçõesetc., o ajuste das partículas pode ocorrer criando um vácuo entre a embalageme as misturas fundidas durante o armazenamento ou remessa.
Portanto, é necessário um dispositivo de baixo custo que aper-feiçoe o desempenho das colunas cromatográficas de pressão baixa descar-táveis e dos cartuchos de extração de fase sólida.Sumário da Invenção
De acordo com esta invenção é proporcionada uma tampa terminalreutilizável para colunas cromatográficas descartáveis ou cartuchos de extraçãode fase sólida que proporciona simultaneamente vedação da coluna e com-pressão axial, e as colunas cromatográficas e os cartuchos de extração de fasesólida empregando tais tampas terminais reutilizáveis. Quando aqui usado apóso termo "coluna cromatográfica" significa ser inclusivo de ambas as colunascromatográficas, per si, e cartuchos de extração de fase sólida.
A tampa terminal reutilizável de baixo custo desta invenção in-tencionada para uso com um corpo da coluna de cromatografia compreendeum pistão sendo dotado de uma parte superior rosqueada externamente, ede uma parte inferior menor em diâmetro do que a parte superior para inser-ção na extremidade de entrada de um corpo da coluna cromatográfica. Háuma reentrância anular na parte inferior do pistão com um elemento de ve-dação situado na reentrância. Um furo de passagem ou conduíte se estendeatravés das partes superior e inferior do pistão para receber e proporcionarlíquido para um disco frito e meios cromatográficos na câmara do corpo dacoluna cromatográfica. Associado ao pistão na tampa terminal está um re-tentor sendo dotado de primeira e segunda extremidades com uma aberturase estendendo a partir da primeira extremidade para a segunda extremidadedo retentor. A abertura na primeira extremidade está dimensionada paradeslizar firmemente sobre e engatar a parede externa do corpo da colunacromatográfica. Um ombro ou lábio anular reside entre as primeira e segun-da extremidades do retentor e contíguo à abertura na primeira extremidadedo retentor, o dito ombro ou lábio anular para receber e sustentar um flangeanular se estendendo a partir da extremidade de entrada do corpo da colunacromatográfica. A abertura no retentor sendo dotada de roscas internas ad-jacentes à abertura na segunda extremidade do retentor com roscas internasengatando as roscas externas do pistão por meio disso aparafusando asroscas externas do pistão nas roscas internas do retentor forçam a parte in-ferior do pistão e o elemento de vedação anular contra o disco frito próximoà entrada para a câmara do corpo da coluna cromatográfica.A coluna eromatográfica descartável da invenção com tampa ter-minal reutilizável é um corpo da coluna de cromatografia sendo dotado de umaparede externa e de uma câmara oca através do corpo proveniente de umaextremidade de entrada para uma extremidade de saída do corpo. Um ombroestá adjacente à extremidade de saída do corpo da coluna de cromatografiacom um primeiro disco frito recebido no dito ombro. Um flange se estende radi-almente fora a partir da extremidade de entrada do corpo da coluna de croma-tografia. O meio cromatográfico enche pelo menos uma parte da câmara docorpo da coluna cromatográfica. Um segundo disco frito está montado no topodo meio cromatográfico no ponto mais afastado da extremidade de saída docorpo da coluna cromatográfica. A tampa terminal reutilizável de baixo custo dapresente invenção usada com o corpo da coluna de cromatografia compreendeum pistão sendo dotado de uma parte superior rosqueada externamente, e umaparte menor inferior em diâmetro do que a parte superior e inserida na extremi-dade de entrada do corpo da coluna cromatográfica. Há uma reentrância anularna parte inferior do pistão com um elemento de vedação situado na reentrância.Uma passagem ou conduíte se estende através das partes superior e inferiordo pistão para receber e prover líquido para o segundo disco frito e meio cro-matográfico na câmara do corpo da coluna cromatográfica. Associado ao pistãona tampa terminal está um retentor sendo dotado de primeira e segunda extre-midades com uma abertura se estendendo a partir da primeira extremidadepara a segunda extremidade do retentor. A abertura na primeira extremidade édimensionada de maneira a deslizar firmemente sobre e engatar a parede ex-terna do corpo da coluna cromatográfica. Um ombro ou lábio anular reside naprimeira e segunda extremidades do retentor e contíguo à abertura da primeiraextremidade do retentor, o dito ombro ou lábio anular recebendo e sustentandoo flange anular se estendendo a partir da extremidade de entrada do corpo dacoluna cromatográfica. A abertura no retentor é dotada de roscas internas adja-centes à abertura na segunda extremidade do retentor com as roscas internasengatando as roscas externas do pistão por meio disso aparafusando as roscasexternas do pistão nas roscas internas do retentor força a parte inferior do pis-tão e o elemento de vedação anular contra o segundo disco de frito próximo àentrada para à câmara do corpo da coluna cromatográfica.
Em uma modalidade adicional da invenção, a tampa terminal édotada de um conector situado na passagem ou conduíte na parte superiordo pistão com o dito conector podendo ser conectado a um tubo de supri-mento para permitir que um fluido analito flua a partir do tubo de suprimentoatravés do conector, a passagem e o segundo disco frito para o meio croma-tográfico na câmara do corpo da coluna cromatográfica. Preferivelmente, asuperfície interna da passagem ou conduíte na parte superior do pistão estárosqueado internamente e o conector é preferivelmente um conector ros-queado macho, mais preferivelmente um conector rosqueado macho exter-namente, geralmente um conector macho de trava Luer.
O elemento de vedação situado na reentrância na parte inferiordo pistão está preferivelmente em uma vedação de anel o de um materialadequado, como, por exemplo, Teflon.
Breve Descrição dos Desenhos
A invenção está ilustrada pela, mas não limitada a, ilustraçãomostrada nas figuras dos desenhos onde:
A figura 1 é uma vista em elevação de uma tampa terminal reuti-lizável e coluna cromatográfica desta invenção, e
a figura 2 é uma vista em elevação em corte transversal de umatampa terminal reutilizável e coluna cromatográfica da figura 1.
Descrição Detalhada da Invenção
Uma modalidade preferida da presente invenção está descrita emsua versão montada nas figuras 1 e 2. Um corpo da coluna de cromatografia oucartucho de extração pode compreender um corpo de seringa padrão 10 for-mado por uma parede externa 11 e uma câmara oca 12 através do corpo pro-veniente de uma extremidade de entrada 13 para uma extremidade de saída14. Um ombro ou lábio 15 adjacente à extremidade de saída 14 recebe e pren-de um primeiro disco frito 16. Na extremidade de entrada 13 do corpo 10 umflange 17 se estende radialmente do lado externo do corpo 10. A câmara 12 éparcialmente cheia com um meio cromatográfico 18, com um segundo discofrito 19 montado no topo do meio cromatográfico ligeiramente abaixo da extre-midade de entrada 13 do corpo 10, isto é, geralmente em um local abaixo doflange se estendendo radialmente 17. No topo do meio cromatográfico 18 noponto mais afastado da extremidade de saída 14 do corpo 10 está situado umsegundo disco frito 19 que age como um disco de distribuição. A extremidade desaída 14 do corpo de seringa 10 está encaixada com algum dispositivo de cone-xão 20, como, por exemplo, um conector cônico de trava Leur macho rosqueado.
Uma tampa terminal reutilizável 21 é empregada no corpo da colu-na de cromatografia 10. A tampa terminal 21 compreende um pistão ou êmbolo22 sendo dotado de uma parte superior 23 e uma parte inferior 24. A parte su-perior 23 é dotada de roscas externas 25 em pelo menos parte de uma partesuperior. A parte inferior 24 é menor em diâmetro ou largura do que o diâmetroou largura da parte superior 23 para inserção na extremidade de entrada 13 dacâmara 12. A parte inferior 24 do pistão 22 é provida, na extremidade da parteinferior 24 inserida na câmara 12, de uma reentrância anular 26 que recebe umelemento de vedação 27, geralmente uma vedação em forma de anel o. Umapassagem ou conduíte 28 se estende através tanto da parte superior 23 quantoda parte inferior 24 do pistão 22. Através desse furo ou conduíte 28, o líquido aser analisado ou separado pode ser introduzido no meio cromatográfico 18 nocorpo de coluna 1 através do segundo disco frito 19. Um retentor é dotado deprimeira e segunda extremidades 30 e 31 com uma abertura 32 se estendendoda primeira para a segunda extremidade. A abertura 32 na primeira extremida-de 30 está dimensionada para deslizar firmemente sobre e engatar a paredeexterna 11 do corpo da coluna de cromatografia 10. Um ombro anular 33 é pro-porcionado entre as primeira e segunda extremidades 30 e 31 do retentor 29está contíguo à abertura 32 próximo à primeira extremidade 30 do retentor 29.
Este ombro anular 33 recebe e sustenta o flange anular 17 se estendendo radi-almente a partir do corpo da coluna de cromatografia 10. O retentor 29 é provi-do de roscas internas 34 adjacentes à abertura 32 da segunda extremidade 31do retentor. As roscas internas 34 engatam as roscas externas 25 na parte su-perior 23 do pistão 22 por meio do que girando os parafusos do pistão 22 asroscas externas do pistão para as roscas internas do retentor 29 forçando aparte inferior 24 do pistão e o elemento de vedação anular 27 para a câmara 12do corpo da coluna de cromatografia 10 e contra o segundo disco frito 19 for-mando a vedação de pressão baixa e forçando o disco frito firmemente contra omeio cromatográfico 18 na câmara. A vedação anular 27 é preferivelmente umanel O colocado em uma reentrância circular 26 situada na ponta da parte infe-rior 24 do pistão 22 para proporcionar a vedação de pressão baixa.
A passagem ou conduíte 28, na parte superior 23 do pistão 22pode ser provida de roscas internas 35 para receber um dispositivo de cone-xão 36, como, por exemplo, um conector de trava Luer rosqueado macho,para permitir que o líquido a ser analisado ou separado flua de uma bombaou reservatório de alimentação de gravidade (não ilustrada) através de umtubo de alimentação (não ilustrado) conectado ao conector para suprir líqui-do para a passagem ou conduíte para o segundo disco de distribuição frito19 e para o meio cromatográfico 18.
O pistão e o retentor formando a tampa terminal desta invençãoproporcionam um mecanismo muito simples para criar uma coluna cromato-gráfica comprimida sem requerer um mecanismo complexo. Com o dispositivodesta invenção, o pistão é capaz de entrar na câmara do corpo da coluna decromatografia para exercer pressão na mistura fundida de distribuição paracomprimir a base do meio cromatográfico na câmara do corpo de coluna eessencialmente eliminar os vácuos indesejados no meio cromatográfico du-rante um procedimento de análise ou de separação. O corpo da coluna decromatografia não precisa ser dotado de quaisquer roscas no corpo de colu-na. De acordo com esta invenção, o membro retentor da tampa terminalquando inserido sobre e deslizado do corpo de coluna e o membro de pistão éaparafusado no retentor e a tampa terminal forma uma própria vedação com odito membro, por exemplo, anel O, na reentrância anular da parte inferior davedação do pistão contra a parede interna da coluna e o membro retentor ve-dando externamente contra o membro de flange anular se estendendo radial-mente da extremidade de entrada do corpo da coluna cromatográfica.
O fato de que o dispositivo de tampa terminal que forma o objetoda presente invenção proporciona apenas uma variação limitada do movimentoaxial do tubo de entrada não é um resultado. Uma vez que os corpos da colunacromatográfica são descartáveis, podem ser selecionadas quantidades variá-veis de meio pela escolha de colunas embaladas em seringas padrão de tama-nhos diferentes. Isto posto, se desejado os cartuchos de seringa usados podemser esvaziados e substituídos por meio cromatográfico fresco.
Um cilindro de seringa ou tubos podem ser moldados usando umpolietileno ou polipropileno de densidade alta. Para aplicações cromatográfi-cas de coluna descartáveis é preferido polipropileno de pureza alta. O cilin-dro de seringa pode ser de qualquer tamanho adequado, como, por exem-plo, de 0,5 cm a 10 cm de diâmetro interno e de 5 cm a 50 cm de extensão.
Os adaptadores de tampa terminal desta invenção podem ser feitos porqualquer meio adequado, como, por exemplo, pela montagem pela molda-gem de materiais poliméricos adequados, como, por exemplo, cetona depoliéter, polietileno ou polipropileno de densidade alta.
Em outro aspecto, as ditas colunas cromatográficas descartáveispodem ser embaladas com meio de embalagem cromatográfico com tama-nho de partículas irregulares ou esféricas em torno de 10 μιτι a cerca de 150μιη e tamanho de poro de 0 A (não poroso) a cerca de 2000 A (altamenteporoso). O meio cromatográfico pode ser baseado em qualquer material a-dequado, como, por exemplo, óxidos inorgânicos como géis de sílica, vidrode poro controlado e óxido de titânio ou resinas poliméricas baseadas emmateriais como, por exemplo, divinil benzeno poliestireno, poli—divinil benze-no, acrilato de polimetila, álcool polivinil ou agarose. As colunas embaladaspodem ser usadas para separação de variedade de analitos por fase normal,fase reversa, troca de íon ou mecanismo de afinidade usando vários solven-tes usados, como, por exemplo, água, metanol, etanol, acetona, butanol,ácidos, hexano, acetato de etila e misturas dos mesmos.
Ao mesmo tempo em que a invenção foi aqui descrita com rela-ção às modalidades específicas da mesma, deve ser observado que podemser feitas modificações e variações sem se afastar do espírito nem do esco-po da invenção do conceito inventivo aqui descrito. Portanto, é intencionadoabarcar todas as possíveis alterações, modificações e variações que incidamno espírito e no escopo das reivindicações em anexo.
Claims (2)
1. Coluna de cromatografia descartável compreendendo:um corpo da coluna de cromatografia sendo dotado de uma pa-rede externa e de uma câmara oca através do corpo a partir de uma extre-midade de entrada para uma extremidade de saída do corpo,um ombro adjacente à extremidade de saída do corpo da colunade cromatografia com um primeiro disco frito recebido no dito ombro,um flange se estendendo radialmente do lado externo a partir daextremidade de entrada do corpo da coluna de cromatografia,um meio cromatográfico enchendo pelo menos uma parte dacâmara do corpo da coluna de cromatografia com um segundo disco frito notopo do meio cromatográfico no ponto mais afastado da extremidade de saí-da do corpo da coluna de cromatografia,um pistão sendo dotado de uma parte superior rosqueada exter-namente, uma parte inferior de diâmetro menor do que a parte superior inse-rida na extremidade de entrada do corpo da coluna de cromatografia, umareentrância anular na parte inferior do pistão com um elemento de vedaçãosituado na dita reentrância,uma passagem ou conduíte se estendendo através das partes su-perior e inferior do pistão para receber e prover líquido para o segundo discofrito e o meio cromatográfico na câmara do corpo da coluna de cromatografia,um retentor sendo dotado de primeira e segunda extremidadescom uma abertura se estendendo a partir da primeira extremidade para asegunda extremidade do retentor, a abertura na primeira extremidade di-mensionada para deslizar firmemente sobre e engatar a parede externa docorpo da coluna de cromatografia, um ombro anular entre as primeira e se-gunda extremidades do retentor contíguo à abertura na primeira extremidadedo retentor, o dito ombro anular recebendo e sustentando o flange anular seestendendo do corpo da coluna de cromatografia, a abertura sendo dotadade roscas internas adjacentes à abertura na segunda extremidade do reten-tor, as ditas roscas internas engatando as roscas externas do pistão pormeio do que aparafusando as roscas externas do pistão nas roscas internasdo retentor força a parte inferior do pistão e o elemento de vedação anular osegundo disco frito na câmara do corpo da coluna de cromatografia.
2. Tampa terminal para uso com um corpo da coluna de cromato-grafia descartável sendo dotada de uma parede externa e de uma câmara ocaatravés do corpo a partir de uma extremidade de entrada para uma extremida-de de saída do corpo com um flange se estendendo radialmente do lado exter-no a partir da extremidade de entrada do corpo da coluna de cromatografia,meio cromatográfico enchendo pelo menos uma parte da câmara do corpo dacoluna de cromatografia com um segundo disco frito estando montado no topodo meio cromatográfico no ponto mais afastado a partir da extremidade de saí-da do corpo da coluna de cromatografia, a tampa terminal compreendendo:um pistão sendo dotado de uma parte superior rosqueada exter-namente, uma parte inferior de diâmetro menor do que a parte superior parainserção na extremidade de entrada do corpo da coluna de cromatografia,uma reentrância anular na parte inferior do pistão com um elemento de ve-dação situado na dita reentrância,uma passagem ou conduíte se estendendo através das partes su-perior e inferior do pistão para receber e prover líquido para o segundo discofrito e o meio cromatográfico na câmara do corpo da coluna de cromatografia,um retentor sendo dotado de primeira e segunda extremidadescom uma abertura se estendendo a partir da primeira extremidade para asegunda extremidade do retentor, a abertura na primeira extremidade di-mensionada para deslizar firmemente sobre e engatar a parede externa docorpo da coluna de cromatografia, um ombro anular entre as primeira e se-gunda extremidades do retentor e contíguo à abertura na primeira extremi-dade do retentor, o dito ombro para receber e sustentar o flange anular seestendendo a partir do corpo da coluna de cromatografia, a abertura sendodotada de roscas internas adjacentes à abertura na segunda extremidade doretentor, as ditas roscas internas engatando as roscas externas do pistão pormeio do que aparafusando as roscas externas do pistão nas roscas internasdo retentor forçam a parte inferior do pistão e o elemento de vedação anularcontra o segundo disco frito na câmara do corpo de coluna de cromatografia.
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