徑向高壓圓筒柱的研究與開發(fā)
2014-08-14查看:
本文論述了一種全新的加壓制備色譜柱:徑向高壓圓筒柱。其中主要說明了敏感化合物、天然產(chǎn)物的快速分離需要...
色譜技術(shù)是一項(xiàng)通過物質(zhì)在兩相之間的作用力不同造成的保留時(shí)間不同而使得混合物質(zhì)中的各組分相互分離的技術(shù)體系??梢哉f,色譜過程就是一個(gè)分離過程。
高效液相色譜(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)是一種高效的分離和分析技術(shù),它能將各種樣品中各個(gè)不同的組分迅速分離,然后逐一加以定性和定量分析。HPLC在分離純化技術(shù)中的應(yīng)用是近十幾年來才得到較大的發(fā)展。與傳統(tǒng)的分離純化方法相比,它的快速、高效以及自動(dòng)化的操作引起了制藥業(yè)的關(guān)注。HPLC正成為藥物分離純化技術(shù)中的發(fā)展主流。
藥物與人類的健康關(guān)系極大。許多藥品由于受到純度的影響,藥效不能充分發(fā)揮,甚至產(chǎn)生毒副作用。有的在使用前需要做各種試驗(yàn),帶來很多麻煩。外消旋體藥物是典型的例子之一。它由左旋和右旋兩種光學(xué)異構(gòu)體組成,不同的異構(gòu)體藥理與療效完全不同。以往由于分離與純化能力的限制,市場(chǎng)上常以混合物即外消旋體出售。美國(guó)FDA(食品和藥品管理局)和西方許多國(guó)家都已經(jīng)作出了禁止外消旋體藥物在市場(chǎng)上銷售的決定,必須把它分離成單一的左旋或右旋體才能作為產(chǎn)品上市。所以,藥物產(chǎn)品對(duì)分離與純化提出了更高的要求。
目前,液相色譜是分離與純化領(lǐng)域中處理多組分復(fù)雜體系的最有效方法。HPLC方法又是分離與純化藥物的最佳選擇。
高效液相色譜的應(yīng)用范圍廣泛。對(duì)于氣相色譜很難分析的熱不穩(wěn)定化合物、高沸點(diǎn)不揮發(fā)化合物和離子型化合物,它都能分析。氣相色譜分析對(duì)象的分子量一般不超過幾百,而液相色譜可以處理分子量在幾百以上的各種類型化合物,即使是分子量高達(dá)幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)的高聚物,液相色譜也可以完成分析工作。當(dāng)然,對(duì)于小分子量非極性化合物或氣體,液相色譜是無(wú)力分析的。據(jù)估計(jì),在已知的全部有機(jī)化合物中,能用氣相色譜分析的大體占25%,其余則主要借助于液相色譜。
制備液相色譜是高效液相分析色譜的基礎(chǔ)上進(jìn)行放大設(shè)計(jì),是將分析色譜中的發(fā)現(xiàn)某種物質(zhì)的過程變成提取或分離某種物質(zhì)。它是目前在分離科學(xué)中最有效的制備性分離技術(shù),也是很多研究領(lǐng)域和生產(chǎn)車間必不可少的分離手段。
分離柱是制備液相色譜中重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。制備液相色譜對(duì)分離柱的基本要求是柱效高、選擇性好、分離速度快。
隨著科技的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)在分離柱的柱床上面加壓在液相色譜中可以發(fā)揮下列兩方面作用(a和b)或其中之一:
(a)加快洗脫劑的流速,提高分離速度;
(b)允許在分離過程中使用顆粒度更小的吸附劑,從而獲得更高的分辨率。
因此,有了動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱(DAC)的出現(xiàn)。在使用過程中,色譜柱內(nèi)的活塞依靠與之相連接的液壓油缸始終產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)恒定的壓力壓縮柱床填料,隨時(shí)消除洗脫過程中因?yàn)樘盍项w粒相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生的死空間。動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱使用良好,能夠滿足很多目標(biāo)產(chǎn)品的純化分離要求,最大的優(yōu)點(diǎn)是適用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。但是對(duì)于實(shí)驗(yàn)室研究階段的產(chǎn)品的工藝性分離,動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱則顯得粗大笨重,操作不方便,而且昂貴。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室里,不同的目標(biāo)物,不同的工藝方法,需要不同的填料作為固定相或固定相的載體。
尤其是,敏感化合物在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的常壓色譜分離時(shí),其結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生變化,被分解和色帶拖尾,這兩個(gè)問題在天然產(chǎn)物的分離中經(jīng)常會(huì)遇到。這時(shí),最基本的要求就是縮短分離時(shí)間,實(shí)現(xiàn)快速分離,以避免這種變化的發(fā)生。
徑向高壓圓筒柱正是為了滿足這種需要而研制的。
二、徑向高壓圓筒柱的基本結(jié)構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)
徑向高壓圓筒柱單元體主要包括:高壓柱筒組件、柱外套筒、柱筒法蘭組件、裝柱口、外接口、柱內(nèi)填料等幾個(gè)部分。
柱外套筒起到總體支撐作用,同時(shí)與柱筒外壁管封閉,形成液流外腔體,即液流分配或收集腔體。在設(shè)計(jì)時(shí),這個(gè)腔體在滿足液流分配的基礎(chǔ)上需要容積盡量小,目的是減小死體積,避免樣品或目標(biāo)物的在試劑中的擴(kuò)散。
柱筒內(nèi)壁管的管內(nèi)空間形成徑向圓筒柱的內(nèi)腔體,與液流外腔體容積盡量小的要求相同,為內(nèi)腔體設(shè)計(jì)了填充部件,填充部件的材質(zhì)為聚醚醚酮(PEEK)和316L不銹鋼兩種,供使用者選擇。
柱筒法蘭封閉整個(gè)高壓柱筒結(jié)構(gòu)。在柱筒法蘭上設(shè)計(jì)有裝柱入液口、裝柱出液口和兩個(gè)為流動(dòng)相提供的外接口。
柱內(nèi)填料按照具體工藝要求選定。
三、徑向高壓圓筒柱的裝填與應(yīng)用
1、裝填
徑向高壓圓筒柱配備有專用的裝柱機(jī)。裝柱機(jī)的操作比較容易,可以參照說明書,在較短的時(shí)間里學(xué)會(huì)操作。
裝柱前需要將填料加入勻漿液中攪勻,成稀糊狀,裝柱機(jī)能夠同時(shí)輸出稀填料和裝柱液。
裝柱時(shí)首先關(guān)閉兩個(gè)流動(dòng)相外接口,同時(shí)打開裝柱出液口。稀糊狀的填料和裝柱液被裝柱機(jī)以低速、高壓液流注入裝柱口,流到出液口位置,填料被篩板阻擋,在裝柱出液口開始不斷向上 沉積,裝柱液的高壓沖刷使得柱筒內(nèi)的填料趨向均勻密實(shí),直至充滿整個(gè)柱筒。
繼續(xù)高壓沖洗柱筒內(nèi)的填料,平衡柱內(nèi)壓力,以形成穩(wěn)定的柱床。
斷開裝柱管路,并關(guān)閉裝柱口和裝柱出液口,將徑向高壓圓筒柱移開,備用。
2、應(yīng)用
在進(jìn)行分離工作之前,確認(rèn)裝柱口和裝柱出液口處于關(guān)閉狀態(tài)。根據(jù)不同的樣品和分離策略,徑向高壓圓筒柱可以選擇兩種不同的工作模式,即內(nèi)腔入外腔出(以外接口一為進(jìn)液入口)和外腔入內(nèi)腔出(以外接口二為進(jìn)液入口)。
內(nèi)腔入外腔出的工作模式如下圖。
作為一種全新的制備色譜柱模式,徑向高壓圓筒柱的最大特點(diǎn)是靈活、便捷,使用者可以根據(jù)自己的需要選配不同的柱筒,裝填不同的填料。
以柱床面積60cm2,柱床厚度5cm為例,如果選用動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱,至少需要直徑20cm的柱管,即DAC200動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱。反之,如果選擇徑向高壓圓筒柱,選擇之一:柱床內(nèi)壁2cm,柱床外壁12cm,高度10cm。選擇之一:柱床內(nèi)壁4cm,柱床外壁14cm,高度5cm。當(dāng)然也可以按照柱內(nèi)填料的總體積進(jìn)行選擇。
不管是那一種選擇,對(duì)于大面積薄層色譜來說,徑向高壓圓筒柱與動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱相比,都有著使用方便,價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)。按照目前市場(chǎng)上的情況,在以上選擇中,設(shè)備的購(gòu)置成本:S(動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱):S(徑向高壓圓筒柱)=3:1。