徑向高壓圓筒柱的研究與開(kāi)發(fā)

（聊城萬(wàn)合工業(yè)制造有限公司 趙士銘）

摘要：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(shuō)明了敏感化合物、天然產(chǎn)物的快速分離需要大面積薄層色譜模式，而徑向高壓圓筒柱可以滿足這個(gè)要求。文中對(duì)徑向高壓圓筒柱的基本結(jié)構(gòu)和使用方法做了描述。為致力于生物工程與植物提取與分離的化學(xué)工作者提供了一個(gè)新的工作方式。

關(guān)鍵詞：徑向高壓圓筒柱；敏感化合物；天然產(chǎn)物；快速分離；大面積薄層色譜

一、概述

    色譜技術(shù)是一項(xiàng)通過(guò)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(shuō)，色譜過(guò)程就是一個(gè)分離過(guò)程。

    液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）是一種的分離和分析技術(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(lái)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、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(lèi)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(lái)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*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(xiāo)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zui有效方法。HPLC方法又是分離與純化藥物的*選擇。

    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(guò)幾百，而液相色譜可以處理分子量在幾百以上的各種類(lèi)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(guò)程變成提取或分離某種物質(zhì)。它是目前在分離科學(xué)中zui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(chē)間*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(guò)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(guò)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(guò)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，zui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(wèn)題在天然產(chǎn)物的分離中經(jīng)常會(huì)遇到。這時(shí)，zui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。

徑向高壓圓筒柱的基本結(jié)構(gòu)

    其中：高壓柱筒是徑向高壓圓筒柱的關(guān)鍵部件。它包括由兩個(gè)316L材質(zhì)的柱筒內(nèi)壁管和柱筒外壁管套裝形成的圓筒柱主體部分，和篩板、配流板等重要輔助零件。在柱筒的內(nèi)、外壁管上鑲嵌有微孔篩板，其孔徑小于柱內(nèi)填料直徑。同時(shí)，在柱筒的內(nèi)、外壁管上設(shè)計(jì)有強(qiáng)制約束液體流向和流量的配流板，以保證流入高壓柱筒的液流在圓筒展開(kāi)面上的每一個(gè)微分面積上流量相等。

    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的裝柱機(jī)。裝柱機(jī)的操作比較容易，可以參照說(shuō)明書(shū)，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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)，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。

四、結(jié)語(yǔ)

    作為一種全新的制備色譜柱模式，徑向高壓圓筒柱的zui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(lái)說(shuō)，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。