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实验习惯新养成:层析柱的压力流速曲线一定要会测!

3 月 18, 2026

在生产上,越来越多和压力有关的问题频繁发生:层析柱超压,柱床塌陷,柱床出现裂缝……给生产带来很大的麻烦——这些一旦发生,不仅会导致生产停滞、 填料损失,甚至发生工艺变更等,还需要耗费大量的精力进行原因调查、重新装柱等动作。因此,通过实验测定层析柱的压力流速曲线,详细全面的研究自行装填的层析柱的压力流速性质很重要!很重要!很重要!但是以往却被实验人员严重低估。

压力流速是层析填料的一个重要性质。在使用层析柱时,实验人员需要在ÄKTA上设置delta压力的报警压来保护层析填料,那么,填料的最大耐压从哪来?如何定义填料的最大耐压呢?

层析实验操作过程中的压力设置
图1:层析实验操作过程中的压力设置
层析填料的说明书一般会提供体现压力流速性质的相关信息,如压力流速曲线图和填料性质参数表中的压力流速数据;但 “最大耐压(max pressure)”的字眼基本上消失不见,原因是该数据信息一般是基于生产级别的层析柱直径下,使用水进行测定。该数据可以作为实验人员设置报警压或者操作压力的重要参考。

但是实际生产环境下,层析柱的运行条件和说明书的压力流速曲线可能会有很大不同,比如层析柱的直径/装柱高度/装填效果/溶液组成/样品状态等。简单的按照说明书提供的一个固定压力数字,往往不足以降低实际生产将来可能遇到的超压风险,甚至会给实验人员带来一个误解:只要设置好报警压,就会高枕无忧;而忽略了对层析柱压力流速的细致研究。

以Mabselect PrismA的说明书为例 填料的压力流速性质的展示形式
图2:以Mabselect PrismA的说明书为例 填料的压力流速性质的展示形式

压力流速曲线实验

这是一个简单但是却能够提供大量信息的实验。

执行压力流速曲线测试实验的时候,将层析系统的入口放置在足量的水中,依次设置不同的流速水平(比如30-60-90-120-150-180-210-240-270-300 cm/h),每个流速的压力稳定后,记录一个“流速-对应的压力”实验点。

边记录,边作图,当压力流速曲线出现拐点,或者当设置某个流速水平,压力稳定所需的时间显著变长或者柱床开始出现水层,即说明填料的柱床开始不稳定,运行流速开始超出层析柱床的压力承受范围了,那么就可以停止测试。

稳健的操作流速或者压力应该位于压力流速曲线的线性区,并预留充足的安全空间,来抵抗未来可能发生的各种影响压力的因素,比如层析柱高度/直径,填料批间差,装柱质量,样品浓度/浊度变化,温度变化等等。

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图3:开放的压力流速曲线示例。X轴为线性流速(cm/h)

Y轴为对应流速下稳定后的运行压力(bar)

基于压力流速曲线,科学装柱和操作
图4:基于压力流速曲线,科学装柱和操作

压力流速曲线在不同的实验背景下可以提供不同的信息。比如:

① 指导装柱:基于开放的压力流速曲线,可以找到拐点压力(即critical pressure),一般装柱压力在拐点压力的70-80%。该压力对应的装填因子(packing factor,PF)可以作为装柱参考。

② 指导操作:已经装填好的层析柱,测定柱效合格之后,可以再次使用水运行压力流速曲线。通过该曲线可以详细了解具体层析柱的压力流速的线性操作区间。此外,还可以使用具有较大压力风险的buffer溶液进行压力流速曲线测试,以观察真实溶液下,层析柱压力流速运行的真正线性区。

③ 层析柱的稳健性研究:在生产中,每次重新装柱后运行压力流速曲线实验,或者每次更换新的填料批号后运行压力流速曲线实验,积累的压力流速曲线在ÄKTA的UNICORN软件中进行重叠比对,可以从中分析层析柱的压力流速方面的长期稳定性是否良好。

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