工業(yè)制備色譜在中藥分離制備中的應(yīng)用_圖文

1、文章編號:10062446X(2009022*工業(yè)制備色譜在中藥分離制備中的應(yīng)用閆海全李崇瑛(成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院,四川成都610059摘要:概述了工業(yè)制備色譜柱型結(jié)構(gòu)、填料、色譜技術(shù)特性的研究進(jìn)展,對目前普遍使用的工業(yè)制備色譜的工作原理作了較為全面的評述,總結(jié)了動態(tài)軸向壓縮色譜和模擬移動床色譜技術(shù)在中藥分離制備中的應(yīng)用和發(fā)展。關(guān)鍵詞:工業(yè)制備色譜;中藥;分離制備;動態(tài)軸向壓縮;模擬移動床中圖分類號:R28412文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A隨著現(xiàn)代制藥行業(yè)的快速發(fā)展,中藥的天然活性成分越來越受到人們的關(guān)注和重視,而大規(guī)模的分離制備中藥的天然活性成分是目前研究的重點和難點。工業(yè)制備色譜(indust

2、rial p reparative chr omat ography,簡稱I PC是大規(guī)模分離和制備中藥活性成分的重要方法,按操作方式的不同分為連續(xù)色譜和間隙色譜。連續(xù)色譜系統(tǒng)是以層析為單位,引入化工中的逆流、回流等機(jī)制,目前如S MB(模擬移動床色譜、Pre2SFC(制備型超臨界流體色譜以及HSCCC(高速逆流色譜作為制藥工業(yè)提純工具的新領(lǐng)域。間隙色譜技術(shù)通過選擇固定相介質(zhì)和沖洗劑可以得到廣泛應(yīng)用,目前廣泛使用的是DAC(動態(tài)軸向壓縮柱。1工業(yè)制備色譜的研究111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。空管柱用勻漿填充技術(shù)填裝多孔固定相,隨空管柱直徑的增大,用勻漿法

3、填充高效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,軸向壓縮柱又分為靜態(tài)和動態(tài)。20世紀(jì)90年代初COL I N等開發(fā)了動態(tài)軸向壓縮柱(dyna m ic axial comp ressi on,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1。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?；钊c頂端法蘭均配有多孔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(jìn)而快速均勻進(jìn)入柱床,克服了柱中心樣品局部過濃的現(xiàn)象,保證了色譜柱的高效。2002年4

4、月法國NovaSep公司成功地安裝了目前工業(yè)生產(chǎn)中最大的制備色譜柱,內(nèi)徑已達(dá)到1600mm,柱長4m,其中填料用量4000kg,流動相用量6000L,整個柱的體質(zhì)量為36000 kg。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。112填料收稿日期:2008211224作者簡介:閆海全(1982,男,碩士研究生,研究方向:分離科學(xué)與技術(shù)。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I PC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

5、求3。(1機(jī)械強(qiáng)度高:填料需要承受很大的機(jī)械壓力,因為填料在I PC使用中,需要經(jīng)常裝卸,機(jī)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(xì)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,最終在系統(tǒng)中產(chǎn)生極高的柱壓而無法繼續(xù)使用4。(2負(fù)載量大:在I PC中,填料的負(fù)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(fù)載量的一個關(guān)鍵因素。(3可大量供應(yīng),批間的重現(xiàn)性好:制備色譜工藝過程要擴(kuò)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(jī)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

6、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5。(4合適的顆粒大小和窄的粒度分布范圍:細(xì)顆?？稍黾铀鍞?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l020m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,因此易得到高效的制備柱2。、離子交換樹脂、聚酰胺、氧化鋁、凝膠等都可以作為工目前硅膠及其鍵合固定相(如C18業(yè)柱的填料。對填料進(jìn)行一些處理,可以提高分離效果,如對硅膠進(jìn)行的硝酸銀(或緩沖液處鍵合硅膠固定相目前使用得最多而且應(yīng)用最廣,但硅膠基質(zhì)本身的缺陷卻難徹底改變,理。C18特別

7、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。113特性I PC是具有低返混性能、大規(guī)模生產(chǎn)、連續(xù)生產(chǎn)等特性的特殊色譜技術(shù)3。(1低返混特性:返混指不同時刻進(jìn)入反應(yīng)器的物料之間的混合,是逆向的混合,或者說是不同年齡質(zhì)點之間的混合。返混帶來的最大影響是反應(yīng)器進(jìn)口處反應(yīng)物高含量區(qū)的消失或減低。大口徑工業(yè)規(guī)模柱內(nèi)部的流體返渦是嚴(yán)重影響柱分離能力的主要因素。有許多方法用于減輕流化床中吸附顆粒的混合現(xiàn)象,以降低柱床中的返混、增加吸附處理效率,其中包括加入檔板,將床分成數(shù)段的流化板柱4,使用在液體和吸附相中都只有少量混合的活塞流動形式,非柱色譜的高效膜吸附工藝技術(shù)及吸收膨脹床或磁穩(wěn)定技術(shù)于色譜

8、工藝中。(2大規(guī)模生產(chǎn):連續(xù)色譜方面連續(xù)循環(huán)移動床(T MB具有連續(xù)操作的能力,但存在設(shè)備放大的困難,因此,很難真正實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。最近發(fā)展起來的模擬移動床(S MB工藝技術(shù),解決了(T MB存在的問題,可應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。(3連續(xù)性:色譜技術(shù)主要是環(huán)型色譜、錯流梯度色譜(CGC和移動床(MB色譜技術(shù)。被稱為錯流梯度色譜(CGC的色譜聚焦技術(shù)是一種能從多種成分的進(jìn)料液中分離和濃縮溶質(zhì)的高效連續(xù)操作裝置。使用錯流接觸根據(jù)溶質(zhì)成分的特定性質(zhì)(帶電荷數(shù)、密度大小、疏水性等來大規(guī)模分離和濃縮兩性溶質(zhì)并很容易放大5。2工業(yè)制備色譜的應(yīng)用211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

9、上下運動來裝柱、維持柱壓和卸柱,活塞周邊配備了特圖1動態(tài)軸向壓縮柱色譜殊設(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,如圖1。其應(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必備手段。S AK UMA 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(jìn)行分離,收率大于90%,各種單體皂甙中的雜質(zhì)含量小于1%627。ME D I N A 8在250mm ×22mm i 1d 1的DAC 柱上對一種多苯環(huán)藥物進(jìn)行制備規(guī)模的純化,

10、純度高于9915%,回收率為92%。212模擬移動床色譜及其應(yīng)用21211模擬移動床色譜模擬移動床色譜(si m ulated moving bedchr omat ography,簡稱S MB 作為連續(xù)色譜技術(shù)中的最適于工業(yè)化大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的一類。S MB 的操作單元是色譜層析,色譜對不同組分進(jìn)行分離,主要是利用各種組分在色譜柱中的遷移速率不同來完成的。S MB 具有分離效率高、連續(xù)操作、填料和洗脫劑消耗少、以及可實現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制自動化等諸多優(yōu)點,在工業(yè)制備色譜中被人們廣泛關(guān)注。S MB 是提純化合物的一個強(qiáng)大且極具吸引力的分離手段。由于S MB 技術(shù)減少了為達(dá)到特定分離所需的固定相及流動相的

11、體積,成本的節(jié)約使色譜分離更加經(jīng)濟(jì)可行,但應(yīng)用于制藥及精細(xì)化學(xué)品的制備分離卻一直發(fā)展緩慢,這主要是由于缺少工藝模擬的模型、有效數(shù)值方法和計算機(jī)。直到20世紀(jì)80年代在有關(guān)S MB 理論框架的形成和模擬程序的出現(xiàn)加上PHP LC 在硬件方面的最新進(jìn)展,才使S MB 重新煥發(fā)出勃勃生機(jī)。S MB 根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點?？煞譃?帶、4帶和5帶系統(tǒng)。最常見的是4帶S MB ,其原理如圖2所示,它實現(xiàn)了溶劑的循環(huán)和組分的回流,分離效率高。 圖2四帶S MB 工作原理21212在中藥分離制備中的應(yīng)用S MB 在中藥分離純化中的應(yīng)用很廣泛,日本的NAG AMATS U 、等從1989年開始研究S M2BC技術(shù)在手

12、性藥物中的應(yīng)用,于1991年成功地分離了R和S苯乙醇。1996年新加坡的CH I N G等利用模擬移動床色譜技術(shù)對外消旋手性驅(qū)蟲藥物吡酮進(jìn)行了分離。1997年比利時的CAVOY等用自行設(shè)計的一套12柱模擬移動床色譜四帶系統(tǒng),對鎮(zhèn)痛藥曲馬朵進(jìn)行了分離,得到了純度很高的兩種異構(gòu)體。1998年,R I CHE A等用UOP公司生產(chǎn)的制備型模擬移動床色譜四帶系統(tǒng)對鎮(zhèn)咳藥創(chuàng)甘油醚進(jìn)行了分離,已經(jīng)研制成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的g 級、kg級和100kg級模擬移動床設(shè)備各一套,應(yīng)用這些設(shè)備已開發(fā)出十幾種中藥有效部位及單體成分的分離純化與制備工藝技術(shù),成分包括:抗菌素類、黃酮類、生物堿類、皂苷類、內(nèi)酯類等。前列腺素

13、甲酯(S(97%、替考拉寧(97%、紫杉醇(95%、銀杏黃酮(94%、銀杏內(nèi)酯(95%、槲皮素(99%、異鼠李素(70%、銀杏內(nèi)酯B(90%等中藥的有效成分都已找到了合適的制備工藝路線9211,比利時藥品公司UCB Phar2ma已經(jīng)利用10t級的S MB來分離旋光異構(gòu)體。李勃等則在高分子樹脂柱和S MB系統(tǒng)上分離得到了高純度的紫杉醇。P A I S12報道了以交聯(lián)在硅膠上的3,52二硝基鄰苯甲酰苯基甘氨酸為固定相以庚烷異丙醇混合溶劑為流動相在模擬移動床中分離聯(lián)萘酚對映體。21213超臨界流體色譜超臨界流體色譜(supercritical fluid chr omat ography,簡稱SF

14、C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(jì)80年代早期開發(fā)成功了空心毛細(xì)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)用最廣泛的流動相還是超臨界CO2。這是因為CO2臨界溫度(31108接近室溫,臨界壓力(7138MPa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(jìn)行操作。另外,CO2無毒,不燃,無化學(xué)腐蝕性,因此,以它作為SFC的首選流動相,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,

15、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,使用最多的是甲醇。在填充柱式SFC中使用最廣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(tuán)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(tuán),像OH、CN、NH2C6H5、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13建立了國內(nèi)第一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(qiáng)

16、極性化合物及生物堿等難洗脫的溶質(zhì)。MA等14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(rèn)為制備型SFC在中藥大規(guī)模分離方面有很好的前途。VERA15分離制備了熱敏性藥物,克服了在制備型HP LC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。3結(jié)語綜上所述,中藥分離純化的研究正朝著綜合先進(jìn)的方向發(fā)展,工業(yè)制備色譜以其高效的分離優(yōu)勢在中藥分離純化研究中發(fā)揮著越來越重要的作用,在中藥活性成分的分離純化工業(yè)中引起人們的廣泛關(guān)注。工業(yè)制備色譜已經(jīng)成為中藥化學(xué)成分分離純化的重要手段,為臨床用藥、中藥飲片的劑型改革、中藥的現(xiàn)代化

17、生產(chǎn)及質(zhì)量控制、進(jìn)一步提高中藥藥用價值以及對我國的天然藥物進(jìn)入國際市場起到極大的促進(jìn)作用。參考文獻(xiàn):1D I N GE NE N J.A p ractical app r oach t o chiral separati ons by liquidJ.Journal of Chr omat ography,1998,26:18232.2李瑞萍,黃駿雄1高效制備液相色譜柱技術(shù)的研究進(jìn)展J.化學(xué)進(jìn)展,2004,16(2:2732283.3彭奇均,徐玲,孫培冬,等1制備色譜分離技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展J.離子交換與吸附,2001(70:88296.4BART H J1Chem ie ingenieur te

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