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色譜行業(yè)未來發(fā)展趨勢

點擊次數(shù):4066次  更新時間:2015-10-13

目前,色譜分離技術(shù)已成為zui主要的分離純化技術(shù)之一。從20世紀初發(fā)展至今,色譜技術(shù)在理論上已從線性色譜發(fā)展到非線性色譜,在實踐中則從分析規(guī)模發(fā)展到制備生產(chǎn)規(guī)模。
  制備色譜并非分析色譜的簡單放大,兩者有許多不同:分析色譜需要全面地反映樣品組成的信息,而不必收集特定組分,洗脫液通常廢棄;而制備色譜主要的考慮因素是目標產(chǎn)物的純度、產(chǎn)量、生產(chǎn)周期、運行成本等。近幾十年來,制備色譜已成為當今分離和純化技術(shù)研究的重點和前沿技術(shù)。
  1、制備色譜色譜柱:柱結(jié)構(gòu)與填料1)柱結(jié)構(gòu):色譜柱為工業(yè)化制備色譜的核心,目前主要有空管和壓縮型兩大類??展苤脛驖{填充技術(shù)填裝多孔固定相,隨著空管柱直徑的增大,用勻漿法填充色譜柱的難度也越來越大。壓縮柱可分為徑向、軸向及環(huán)形膨脹三大類,其中軸向壓縮柱又分為靜態(tài)和動態(tài)。20世紀90年代初COLIN等開發(fā)了動態(tài)軸向壓縮柱(dynamic axial compression,簡稱DAC),采用活塞裝柱(勻漿填充),并在操作過程中保持柱床壓縮狀態(tài)以確保其穩(wěn)定性。動態(tài)軸向壓縮柱在使用過程中,活塞始終產(chǎn)生一定的壓力壓縮填料,隨時消除產(chǎn)生的死空間。活塞與頂端法蘭均配有多孑L不銹鋼濾板及能使樣品及洗脫液在柱截面上均勻分布的分散器。液流分散器保證了大量樣品盡可能地瞬時分散在柱截面上,進而快速均勻進入柱床,克服了柱中心樣品局部過濃的現(xiàn)象,保證了色譜柱的。
  2002年4月法國NovaSep公司成功地安裝了目前工業(yè)生產(chǎn)中zui大的制備色譜柱,內(nèi)徑已達到1 600 mm,柱長4 m,其中填料用量4 000 kg,流動相用量6 000 L,整個柱的體質(zhì)量為36 000kg.DAC法填裝的色譜柱柱床均勻、性能穩(wěn)定、密度高、柱效高。目前采用DAC工藝裝填的色譜柱已經(jīng)開始商品化。
  2)填料:填料是工業(yè)制備色譜的血脈,填料的選擇和利用是非常關(guān)鍵的,目前已有越來越多的產(chǎn)品應(yīng)用到IPC中。填料的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)決定了色譜的分離性能和動力學(xué)性能。應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化制備色譜中的填料具有如下特殊的要求。
 ?。?)機械強度高:填料需要承受很大的機械壓力,因為填料在IPC使用中,需要經(jīng)常裝卸,機械性能差的填料經(jīng)受不住反復(fù)填充,它們易破碎,產(chǎn)生細顆粒,降低柱滲透性,甚至堵塞濾片,造成流速分布不均勻,影響分離產(chǎn)物的純度,zui終在系統(tǒng)中產(chǎn)生*的柱壓而無法繼續(xù)使用引。
 ?。?)負載量大:在IPC中,填料的負載量越大,則單位體質(zhì)量填料可處理的原料量就可增加,因而提高了產(chǎn)率。選擇合適孔徑及孔徑分布的填料是獲得高負載量的一個關(guān)鍵因素。
 ?。?)可大量供應(yīng),批間的重現(xiàn)性好:制備色譜工藝過程要擴大,必須有可靠的供貨源提供大量填料,否則無法實現(xiàn)工業(yè)化。填料各批量之間的化學(xué)和機械穩(wěn)定性、孔結(jié)構(gòu)及可重復(fù)的比表面積等必須具有高度的重現(xiàn)性,否則難以保證長期、持續(xù)、穩(wěn)定的分離與純化生產(chǎn)工藝。
 ?。?)合適的顆粒大小和窄的粒度分布范圍:細顆粒可增加塔板數(shù)及分辨率,但同時引起裝柱困難,需要更高的操作壓力。目前工業(yè)規(guī)模制備分離多采用l0~20 Ixm顆粒,它在大直徑柱內(nèi)既有較高的柱效,又有較低的柱壓降。粒徑分布窄的填料不但容易裝填結(jié)實,而且柱壓比粒徑分布寬的要低,因此易得到的制備柱J.
  目前硅膠及其鍵合固定相(如C)、離子交換樹脂、聚酰胺、氧化鋁、凝膠等都可以作為工業(yè)柱的填料。對填料進行一些處理,可以提高分離效果,如對硅膠進行的硝酸銀(或緩沖液)處理。c鍵合硅膠固定相目前使用得zui多而且應(yīng)用zui廣,但硅膠基質(zhì)本身的缺陷卻難*改變,特別是堿性條件下的不穩(wěn)定性限制了它在中藥提取分離領(lǐng)域中的應(yīng)用。
  2、制備色譜的應(yīng)用1)動態(tài)軸向壓縮柱色譜及其應(yīng)用動態(tài)軸向壓縮柱的原理是通過活塞的上下運動來裝柱、維持柱壓和卸柱,活塞周邊配備了特殊設(shè)計的密封圈能容許活塞上下自由滑動,同時又能保持高的密封壓?;钊\動和壓力維持靠的是液壓或是氣壓,壓動力比軸向壓縮柱的彈簧動力更穩(wěn)定,更均勻。動態(tài)軸向壓縮柱應(yīng)用范圍廣,如用于天然植物提取、合成藥物、蛋白質(zhì)和多肽的分離制備,更是中藥活性成分分離制備的*手段。SAKUMA等利用大規(guī)模的反向動態(tài)軸向壓縮柱對三形科植物紅柴胡中的3種皂甙成分進行分離,收率大于90%,各種單體皂甙中的雜質(zhì)含量小于1%_6 J.MEDINA在250 mm×22 mm i.D.的DAC柱上對一種多苯環(huán)藥物進行制備規(guī)模的純化,純度高于99.5%,回收率為92%。
 
    超臨界流體色譜超臨界流體色譜(supercritical fluid chromatography,簡稱SFC)是指以超臨界流體為流動相,以固體吸咐劑或鍵合到載體上的高聚物為固定相的色譜。20世紀80年代早期開發(fā)成功了空心毛細管柱式SFC,應(yīng)用于分析領(lǐng)域。后來出現(xiàn)了填充柱式SFC,應(yīng)用于分析某些熱敏性、低揮發(fā)性、極性化合物。后來發(fā)展成了制備型SFC.SFC的流動相有氨、二氧化硫、二氧化碳、氧化氮及氯氟烴類等物質(zhì),但應(yīng)用zui廣泛的流動相還是超臨界CO.這是因為CO臨界溫度(31.08oC)接近室溫,臨界壓力(7.38 MPa)不太高,可使色譜系統(tǒng)在接近室溫和不太高的壓力條件下進行操作。另外,CO無毒,不燃,無化學(xué)腐蝕性,因此,以它作為SFC的流動相,在中藥分析分離方面得到了廣泛的應(yīng)用。為增加其溶劑化能力,往往需要在其中加入少量的極性改性劑。常用的改性劑有甲醇、乙醇、異丙醇和乙腈等,使用zui多的是甲醇。
  在填充柱式SFC中使用zui廣泛的固定相是硅膠基質(zhì)的鍵合填料。由于氫鍵、離子、偶極作用,不經(jīng)過改性失活的硅膠適應(yīng)于非極性化合物的分析,對于極性物質(zhì)不太適用。而將一些極性稍弱的基團鍵合到硅膠上,形成硅膠基質(zhì)的鍵合填料則大大增加了填料的適用范圍。在硅膠的表面鍵合上基團,像一OH、一CN -NH一CH、烷基及聚合物等,形成了一類固定相。
  制備型SFC現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于中藥的提取分離領(lǐng)域。趙鎖奇等建立了國內(nèi)*套制備型超臨界流體色譜,并用于天然產(chǎn)物的分離制備,實驗表明,超臨界色譜可以分離弱極性化合物,也可以分離制備強極性化合物及生物堿等難洗脫的溶質(zhì)。MA等¨介紹了制備型SFC的原理、構(gòu)造及應(yīng)用。通過對流體動力學(xué)和吸附、脫附的分析,認為制備型SFC在中藥大規(guī)模分離方面有很好的前途。VERA_l分離制備了熱敏性藥物,克服了在制備型HPLC中出現(xiàn)的藥物熱降解問題。近來,模擬移動床式制備型SFC的出現(xiàn)拓寬了SFC的適用范圍和生產(chǎn)規(guī)模。

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