技术领域
[0001] 本
发明涉及色谱法，更具体地，涉及适用于高压的预填装色谱筒(chromatography cartridge)以及用于生产这种预填装筒的方法。
背景技术
[0002] 色谱法是利用待分离的物质在静止相和流动相之间以不同的方式分布的事实的一种化学分离技术。经常将静止相或分离介质填装到色谱柱(column)中，该分离介质通常是
吸附介质、离子交换剂材料、凝胶或表面修饰的固体材料。施加至介质床的顶部的样品中的不同成分将以不同的速率迁移通过色谱柱，例如取决于它们的尺寸和液体通过色谱柱时对静止相的吸引程度。液相色谱法广泛用于化学分析以及研究和工业中的制备分离。
[0003] 在传统色谱法中，液体或
溶剂在重
力作用下穿过色谱柱。因此，液体通过色谱柱的速率相对较慢。为了加快色谱法过程的速率，通过施加
正压力使液体通过色谱柱。这可以通过将液体
泵送通过色谱柱来完成，例如在HPLC(高效液相色谱法)中，或通过施加正气压来完成，例如在快速色谱法中。现代快速色谱法通常使用塑料预填装的一次性色谱柱或筒，并且在大多数变体中，将液体泵送通过色谱柱或筒。
[0004] 用于快速色谱法的一次性筒经常是考虑到节约而制造的，这涉及制造廉价塑料的筒，并通过用所需的填料来填充色谱柱的主体而将色谱柱填装设计为易于组装，通常在填料的各端部具有熔
块塞以将填料固定到位，然后通过端部件或盖，例如通过将它们拧紧或卡扣到色谱柱的端部来封闭色谱柱的一个开口端或多个开口端。端部件也可以胶合或
焊接到色谱柱上，例如通过
旋转焊接或加热板焊接。现代快速色谱法对筒的
密封性提出了很高的要求，并且在整个过程中都保持这种特性，而无需进行精细的处理。已经做出了巨大的努力以提供适合于以合理的成本进行大批量制造并且足够坚固且防漏的一次性筒。
[0005] 用于快速色谱法的大多数筒均作为封闭的预填装产品提供给最终使用者。但是，对于某些应用，需要将样品直接加载到色谱柱或对色谱柱进行改型。出于这些目的，提供了所谓的开口筒。通常，这样的筒设置有螺钉或卡扣盖。对开口筒的需求迫使制造商制造和存储两种独立类型的筒，从经济学的立场来看，从处理和存储两者的
角度来看这是不希望的，并且需要多个模具来生产筒。
[0006] 如今的另一项要求是，无需昂贵的措施即可回收筒。回收通常要求从塑料筒中分离通常在此阶段包含残余液体的填装的材料。最常见的永久性封闭筒不是很适合高效回收。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供克服了
现有技术的筒和制造技术缺点的用于快速色谱法的一次性筒。这通过如
权利要求1所限定的筒(cartridge)、如权利要求12所限定的筒体(barrel)、如权利要求13所限定的套件以及如权利要求14所限定的制造该筒的方法来实现。
[0008] 根据本发明的色谱筒包括：筒体，所述筒体的至少一端用盖密封；
螺纹，所述螺纹布置在该筒体的外圆柱形表面上并且与安装到该筒体上的盖的内圆柱形表面上的配合螺纹接合。筒体设置有至少一个突起，所述至少一个突起布置在外圆柱形表面上并在从由盖密封的端的方向上在螺纹下方。突起从筒体的外圆柱形表面基本上径向地向
外延伸。盖设置有圆柱形凸缘，该凸缘在从入口端的方向上布置在盖的螺纹下方。凸缘应容纳一个或多个突起。至少一个
锁定构件布置在凸缘上并且从凸缘的内圆柱形表面基本上径向地向内延伸。锁定构件与筒体的突起一起形成机械连接，该机械连接确保不能从筒体拧下盖，至少利用由使用者徒手可实现的力/
扭矩不能从筒体拧下盖。
[0009] 根据本发明的一方面，锁定构件是凸缘的局部
变形，并且在将盖已安装到筒体上之后，将局部变形提供至凸缘。局部变形例如可以是由于对凸缘上的
冲压操作而导致的凹痕的形式，或者是由于凸缘的局部熔融而导致的熔融结构的形式。
[0010] 根据本发明的另一方面，由于冲压操作，凹痕可以是至少部分地塑性变形的。优选地，在突起和凹痕之间在径向方向上存在重叠，该重叠超过突起从筒体的外表面延伸的长度的一半。优选地，凹痕在拧紧方向上布置在突起之后并邻接突起。
[0011] 根据本发明的一方面，由突起和锁定构件形成的机械连接布置成能承受第一预定扭矩并在第二预定扭矩下断裂，在与拧紧方向相反的方向上，即将盖从筒体拧下的方向上确定所述第一预定扭矩和第二预定扭矩。第一预定扭矩应与使用者使用徒手可实现的拧下盖的扭矩有关，并且第二预定扭矩应在第一预定扭矩的1.3至2倍的范围内。因此，应有一定余地的确保在不借助工具或机械的情况下使用者不能打开筒。然而，应有可能利用提供杠杆的合适的工具或机械在不完全拆除筒的情况下打开筒。
[0012] 根据另一方面，在筒体和凸缘上分别设置多对突起和锁定构件。
[0013] 用于根据本发明的色谱筒的筒体，所述筒体的至少一端布置成用盖密封，螺纹布置在该筒体的外圆柱形表面上并且适于与盖的内圆柱形表面上的对应螺纹接合。筒体设置有至少一个突起，所述至少一个突起布置在外圆柱形表面上并且在从适于由盖密封的端的方向上在螺纹下方。突起从筒体的外圆柱形表面基本上径向地向外延伸，并且适于与锁定构件形成机械连接，该锁定构件从盖的凸缘的内圆柱形表面基本上径向地向内延伸。
[0014] 根据本发明的制造包括根据上文描述的筒体和盖的预填装色谱筒的方法包括以下步骤：
[0015] -提供具有至少色谱介质的筒体；
[0016] -将该筒体
定位在包括至少一个冲压机的冲压设备中，并将该筒体的突起对准，以使得所述冲压机在拧紧方向上定位于突起之后的预定距离处；
[0017] -将该盖施加至该筒体的顶部；
[0018] -将该盖拧紧到预定
位置和/或以预定扭矩拧紧该盖；
[0019] -对该盖的凸缘进行冲压以产生至少一个凹痕，并且使得所述凹痕在冲压操作之后将邻接突起。
[0020] 根据一方面，本发明的方法包括：在定位步骤中，将布置在筒体上的对准装置与布置在冲压设备的
支撑结构上的对应的对准装置配合。
[0021] 根据本发明的一方面，选择冲压机的冲压深度/力以产生至少部分地塑性变形的凹痕。
[0022] 根据另一方面，冲压步骤包括利用多个冲压机进行冲压，每个冲压机产生凹痕，并且其中利用多个冲压机的冲压是同时进行的，以便具有平衡的操作。
[0023] 借助于本发明，提供了这样一种筒，其中同一筒体既可用于开口的筒也可用于封闭的筒。在组装过程中，锁定封闭的筒作为最后一步或最后步骤之一，并且是以经济有效且对填装的筒中的介质等柔和的方式来锁定封闭的筒。
[0024] 本发明的一个优点是，可以将筒设计成不会由于意外或错误或即使使用者试图通过常规装置打开筒时而被打开。这确保了筒中的内容物完好无损，并且不会因使用不当而损坏色谱仪设备或产生无效或可疑的结果。同时，如果使用正确的工具，例如，用于将内部中的介质与塑料零件分开以用于回收目的的工具，则可以以受控方式打开筒。
[0025] 根据本发明的方法使得可以以成本有效的并且不会对介质或其他内部零件造成任何损坏的方式提供锁定功能。如果多个冲压机被使用并处于同时动作中，则无需在冲压机之间重新对准筒，并且筒经受的合力较小，这意味着影响精心填装的介质床的
风险较小。
[0026] 在下文中，将仅通过举例的方式，关于本发明的非限制性实施方案，参考
附图更详细地描述本发明。
附图说明
[0027] 图1(a)是根据本发明的色谱筒的实施方案的示意性分解透视图，图1(b)是根据本发明的色谱筒的实施方案的密封筒的透视图，以及图1(c)是根据本发明的色谱筒的实施方案的横截面视图；
[0028] 图2是根据本发明的方法的
流程图；以及
[0029] 图3a至图3b是根据本发明的方法的步骤之一的示意图。
具体实施方式
[0030] 诸如“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”等术语仅仅是参考附图中示出的本发明的实施方案的几何形状来使用，而不是意在以任何方式限制本发明。
[0031] 如背景技术部分所描述的，通常以封闭的预填装配置分布快速色谱法筒，尽管也提供了开口筒。开口通常意味着最终使用者可以打开筒的顶部封闭件，并在制备后再次封闭筒。通常通过用底部盖封闭筒体的底部，安装内部零件并用顶部盖封闭来生产预填装筒。通常在自动成型工艺中预制作大多数零件。可以非常简化地将生产描述为一个两阶段过程，其中在第一阶段中制作塑料零件，在第二阶段中填装和密封筒。第二阶段通常更适于各种最终应用，客户需求等。
[0032] 在图1a至图1c中示意性地描绘了根据本发明的筒10。图1a是分解视图，图1b是筒10的入口部分的特写，图1c是筒10的入口部分的横截面视图。筒10包括筒体20，所述筒体通常为圆柱形塑料管，设置有出口端件30，该出口端件30布置成封闭筒体20并在一端部中提供出口31。盖40在其入口端45上设置有入口41，并且在另一端，其开口端47，布置在筒体20的入口端上。盖40和端部件30通常也由塑料材料、一般地与筒体20相同的塑料材料制成。替代地，出口端件30完全集成在筒体20中。如本领域技术人员所理解的，用于快速色谱法的筒包括许多包含在筒内的其他功能零件，例如入口和出口熔块、色谱介质(例如
二氧化
硅)以及多种支撑结构。为了清楚起见，未示出这些特征。类似地，筒可以设置有支撑或安装结构，用于将筒安装到色谱仪装置上或色谱仪装置中。同样为了清楚起见，没有示出或讨论这样的外部结构。
[0033] 根据本发明，将与盖40接合的筒体20的入口端在其外圆柱形表面上并邻近筒体20的入口端设置有螺纹23。筒体20和盖40设置有配合的密封装置(未示出)，以将筒密封到通常的预定压力规格。螺纹23优选地是正常的右手螺纹，其给出图1a中的箭头所指示的顺
时针拧紧方向。在从筒体20的入口端的方向上螺纹23下方设置至少一个突起24。突起24在基本上向外的径向方向上从筒体20的外表面延伸，优选地距筒体20的表面具有0.5mm-5mm的高度。筒体20的突起24适于与盖40的后制作的锁定构件46相互作用以形成机械连接。在已提供盖40的锁定构件46的情况下，在筒的最终组装之后机械连接将防止盖40被拧下。锁定构件46可以例如是凹痕，凸缘44中的熔融结构或凸缘44的添加材料，这代表了本发明的不同实施方案。在下文中，凹痕用作例示性实例。如本领域技术人员所理解的，对于其他类型的锁定构件，要求和特性也是相关的。
[0034] 根据一个实施方案，锁定构件46是熔融结构，该熔融结构在最终组装期间通过局部熔融已被提供至盖40。
[0035] 如将在下文进一步描述的，突起24应与盖40中的锁定构件相互作用，以提供盖40到筒体20的锁定功能。只要与盖40的锁定构件的相互作用使得确保牢固的锁定，突起24的设计就可以相对自由地变化。根据一个实施方案，突起的面向与拧紧方向相反的方向的一侧基本上垂直于筒体20的外表面。根据一个实施方案，突起包括面向与拧紧方向相反的方向的平坦表面，并与筒体20的外表面形成小于90度的角度，以形成钩形设计。
[0036] 突起24的侧面可以朝着筒体20的圆柱形表面弯曲或倾斜。特别地，突起24的面向拧紧方向的一侧可以倾斜以增加突起的
稳定性。
[0037] 盖40具有封闭端和开口端，该封闭端设置有形成筒10的入口部分的入口41，该开口端用于接收筒体20。盖40设置有与筒体20的螺纹23配合的
内螺纹43。如从盖40的入口端所见，在盖40的螺纹43下方，并且与盖(40)的开口端相邻，布置有圆柱形凸缘44，该圆柱形凸缘在盖40的开口端终止盖40。凸缘44的内径使得其可以容纳筒体20的一个或多个突起24而不
接触或仅接触突起24，以便提供盖40到筒体20上的平滑安装。突起24和凸缘44的内表面45之间的游隙高达大约几毫米是可以接受的。凸缘(44)优选地具有连续的表面，但是可以具有切口。容纳应当理解为每个突起(24)被凸缘部分
覆盖。
[0038] 盖40的凸缘44设置有从盖40的凸缘44的内圆柱形表面基本上径向地向内延伸的至少一个后制作的锁定构件46。根据本发明的一个实施方案，锁定构件46是凹痕。如果存在游隙，则凹痕46从内表面46以大体上超过游隙的距离延伸。突起24和凹痕46之间在径向方向上的重叠可优选地超过突起24从筒体(20)的外表面延伸的长度的至少三分之一。作为非限制性
实施例：对于200g尺寸的筒，凹痕46可以是大约2mm-5mm，而对于较小尺寸的筒，凹痕46可以是大约1mm-3mm。替代地，可以将突起24和凹痕46之间的关系描述为在筒体20的径向方向上的重叠，该重叠是大约1mm-5mm。
[0039] 凹痕46应相对于突起24定位，使得凹痕46在拧紧方向上位于突起24之后并且与突起24相邻。优选地，凹痕46邻接突起24。这给出了盖40的牢固的锁定，因此如果使用者试图从筒体20拧下盖40，则盖40不能从筒体20被拧下并且不存在游隙。凹痕46相对于突起24的位置应以如下方式进一步相关：在盖40的完全封闭的位置中，凹痕46应锁定盖。在此，完全锁定应理解为将盖拧紧到提供防漏的封闭件的预定扭矩。
[0040] 术语“后制作的凹痕”用于例示已经与预填装筒10的最终组装相关连地设置锁定构件(例如凹痕46)，并且在已将盖40拧紧到筒体20上之后，它不是通过例如模制工艺产生的结构。通常地并且优选地，在最终完成的预填装筒10的最后步骤或多个最后步骤之一中，通过用具有预定冲击力和冲压深度的冲压机对凸缘44的外表面进行冲压来将凹痕24提供至凸缘。冲压通常导致凸缘44的局部塑性变形，即不可逆的变形。根据本发明的一个实施方案，凹痕46包括塑性变形的至少一部分。
[0041] 锁定盖40的一个目的是确保将筒以完好无损的条件提供至最终使用者。这包括阻止使用者无意或故意地打开筒。因此，锁定的筒应能承受预定扭矩。考虑到诸如筒的尺寸等参数，预定扭矩应与人用其手施加在盖-筒体上的扭矩有关。使用者主张的典型扭矩可在3Nm-10Nm的范围内，这取决于使用者的力量，但也取决于盖的形状，尤其是盖的尺寸。根据本发明的一个实施方案，凹痕46和突起24相互作用以能承受预定扭矩。
[0042] 如上文所描述的，由凹痕46和突起24的组合提供的锁定旨在防止接近筒10的内部。然而，在某些情况下，接近是优选的。使用后，正常地应丢弃筒。但是，现代的回收要求通常需要从内部将塑料废物(例如筒)与注入的化学材料分离。根据本发明的一个实施方案，凹痕46和突起24相互作用以能承受第一预定扭矩，但是布置成在第二预定扭矩下断裂。第一预定扭矩应与通常由人的手可实现的扭矩有关，从而防止使用者徒手打开筒。第二扭矩应明显高于第一扭矩，但应低于借助提供杠杆的工具或通过机器打开的盖有关的扭矩。通常地且优选地，突起24具有比凹痕46更高的稳定性，导致如果超过第二预定扭矩，则凹痕46断裂或凸缘44向外挠曲。由本发明提供的具有能承受所有正常处理但如果使用正确的打开设备则相对容易断裂的锁定机构的可能性确保了筒体的高效回收。施加第二扭矩应优选地使凹痕46永久变形，从而防止打开的筒的未授权的重复使用。
[0043] 根据本发明的一个实施方案，筒体20和/或盖40设置有相应的对准装置28、48，以便于相对于突起24形成凹痕46的冲压机的正确定位。对准装置28、48可以是例如视觉标记、脊或球形突出物。替代地，筒体设置有支撑结构，该支撑结构具有将筒安装至色谱仪的第二目的，该支撑结构另外用于在冲压过程中定位和对准筒体20。因此，仅盖40需要对准装置48，例如视觉标记或球形突出物。
[0044] 根据本发明的一个实施方案，筒20设置有成对地彼此紧密接近地布置地多个突起24和凹痕46。优选地，突起/凹痕对的数目在2至6之间，并且甚至更优选地为3或4。如果执行打开动作，则突起/凹痕对的数目影响施加在每对凹痕/突起上的力。扭矩以及第一预定扭矩和第二预定扭矩应理解为相对于筒体20施加在盖40上的相应地能承受或断裂的总扭矩。
本领域技术人员将理解使每对突起24和凹痕46的设计关于选择的对的数目相适应，反之亦然，以便适应所需的扭矩。设计参数包括但不限于：突起24和凹痕46在径向方向上的重叠、突起/凹痕面积以及突起24和凹痕46的材料特性。
[0045] 可以使用扭矩
扳手来测量扭矩。替代地，通过测量垂直地作用在距旋
转轴线的欧氏距离r上的力F来建立扭矩τ。扭矩计算为：
[0046] τ＝F×r (1)
[0047] 在建立第一预定扭矩和第二预定扭矩的工作中，将筒体20固定并且将设置有测力计的杠杆附接至盖40。表1列出了从不同尺寸的筒拧下盖40所需的扭矩。这些值代表对于相应尺寸合适的第二预定扭矩。如果与对于徒手使用的人来说典型的3nm-10nm的扭矩范围进行比较，则应考虑到对于小尺寸(5/10g)，它是可适用范围的较低部分(大约3nm)，因为用于这种筒的盖很小。优选地，第二预定扭矩比第一预定扭矩高1.3至2倍。由具有代表性的测试人员进行的手动测试证实，所述人员无法用他们的手打开筒。
[0048] 表1不同筒尺寸的扭矩
[0049]
[0050] 上文已描述了筒10，其中盖40和筒体20通过
螺纹连接。“螺纹”在此应解释为包括利用扭转或拧紧运动的所有类型的连接机构，例如卡口联接器。
[0051] 在色谱筒的入口端有一个盖并且在出口端有一个一体的端部件，代表了快速色谱法中的一种常见版本。可以设想其他替代方案，例如在筒体的两端都具有盖，所述盖均利用上文描述的锁定机构。替代地，盖仅设置在筒的出口端处并且设置有锁定机构。鉴于本文中的教导，本领域技术人员将知道如何使不同的零件适应根据本发明的功能。
[0052] 突起24是中空结构，例如具有圆柱体的形式，并且凹痕46定位成使得它延伸到突起24的中空部中。突起24也可以被实现为在垂直于拧紧方向的方向上延伸的两个脊，并且凹痕46在两个脊之间延伸。
[0053] 图2的流程图中和图3a至图3c的附图中例示了根据本发明的将封闭的色谱筒与冲压机械30最终组装在一起的方法包括以下步骤：
[0054] 20：提供填装有色谱介质的筒体、内部支撑结构、熔块等。
[0055] 22：将筒体定位在包括至少一个冲压机32的冲压设备中，并将筒体20的突起24对准，以使得冲压机32在拧紧方向上定位于突起24之后的预定距离处。定位和对准可以在单个动作中完成，例如使用筒体的对准装置28。替代地，首先将筒体20放置在支撑件31中并且随后对准。
[0056] 24：将盖40施加到筒体20的顶部。
[0057] 26：以预定扭矩拧紧盖40。如果筒体20已相对于冲压机32正确地对准，则仅需要确保筒10被正确地封闭，因为冲压机可以被放置在盖40的凸缘44上的任何地方。替代地，通过使盖40和筒体20的相应对准装置彼此对准来确定所述位置。
[0058] 27：用冲压机32冲压盖40的凸缘44以产生至少一个凹痕46。冲压机32通常并且优选地由
气动缸33操作，该气动缸可以设定到预定冲压深度和/或冲压力。从图3c的示意图中可以看出，冲压机应撞击盖40的凸缘44，以产生与突起26邻接的凹痕。应调节冲压深度，以使得冲压机永不接触筒体20的外表面。
[0059] 28：在可选步骤中，相对于冲压机32旋转筒10，并重复冲压步骤27。如果要提供两个以上的凹痕46，则重复冲压步骤27和旋转步骤28。
[0060] 定位和对准步骤22中的预定距离应被选择为使得冲压机32将导致与筒体20的突起24邻接的盖40的凹痕46。鉴于该要求，技术操作者可以利用有限的测试系列确定合适的预定距离。类似地，优选地通过测试确定正确的冲压深度/力。根据本发明的一个实施方案，选择冲压深度/力以产生至少部分地塑性变形的凹痕46。
[0061] 根据一个替代实施方案，冲压步骤27和旋转步骤28由单个多冲压步骤29代替。冲压机械设置有多个冲压机32和相应的气动缸33，分别在冲压操作时产生凹痕46。优选地，多个不同的冲压机的冲压是同时进行的，以便具有平衡的操作。利用多个冲压机节省了时间，减少了在冲压机之间将筒重新对准的需要，并且由于冲压对称性施加在筒上的力较小意味着影响精心填装的介质床的风险较小。
[0062] 如果锁定构件是熔融结构，则用用于局部熔融的设备，例如回管(pin)式或抽头(tap)式
电阻加热器或激光加热器，代替冲压机械。有关对准的要求和工序将相同。
[0063] 最终组装在此应理解为认识到在用介质填装筒并将筒封闭之前可能已经进行了许多制造步骤。这样的制造步骤包括但不限于生产筒体、盖和内部结构以及制备介质。取决于如何实施
制造过程，最终组装可以包括比在此描述的更多或更少的步骤。本领域技术人员将知道如何适应根据本发明的方法以便符合不同的制造过程。
[0064] 本发明不限于上文描述的实施方案。可以使用各种替代物、
修改和等同物。因此，以上实施方案不应视为限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求限定。
