模擬移動床色譜(SMBC)

模擬移動床色譜（SMBC）前言SMBC原理SMBC的應(yīng)用SMBC的發(fā)展前景SMBC評價指標(biāo)前言模擬移動床(SMB)色譜分離技術(shù)是20世紀60年代發(fā)展起來的一種現(xiàn)代化分離技術(shù),具有分離能力強,設(shè)備體積小,投資成本低,便于實現(xiàn)自動控制并特別有利于分離熱敏性及難以分離的物系等優(yōu)點,在制備色譜技術(shù)中最適用于進行連續(xù)性大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

SMB技術(shù)的興起是化工技術(shù)中的一次革新,其應(yīng)用范圍也不斷擴大,遍及石油、精細化工、生物發(fā)酵、醫(yī)藥、食品等很多生產(chǎn)領(lǐng)域,尤其在同系化合物、手性異構(gòu)體藥物、糖類、有機酸和氨基酸等混合物的分離中顯示出其獨特性能。推動模擬移動床色譜研究的力量，源自于手性藥物市場的需求。但是，隨著生命科學(xué)的發(fā)展，人們越來越認識到，外消旋體藥物中對應(yīng)異構(gòu)體的錯誤使用是一種嚴重的藥物污染，其毒副作用有時可能比具有醫(yī)藥活性的對映體的療效要大得多?！胺磻?yīng)?！北瘎【褪且粋€典型的案例?！胺磻?yīng)?！钡腞-構(gòu)型是一種有效的鎮(zhèn)靜劑，而其S-構(gòu)型卻是一種強致畸劑，孕婦服用后產(chǎn)生了1萬多起畸胎悲劇，被稱為“20世紀最大的藥物災(zāi)難”。這些具有不同藥理作用的外消旋體藥物就像兩種藥物，只有將其分為兩種單一的對映體，才能對癥下藥。在手性藥物研發(fā)中，為滿足用純對映體進行生物活性測試、毒性研究和臨床試驗的需要，一般而言需要1Kg左右的單一對映體藥物。與手性藥物的化學(xué)拆分法、酶法拆分、不對稱合成等方法相比，模擬移動床色譜具有周期短、成本低、風(fēng)險小、分離效率高、固定相利用率高、流動相循環(huán)使用、自動化連續(xù)操作等優(yōu)勢，已被國際上公認為制備規(guī)模拆分手性藥物的最有效手段。模擬移動床色譜原理圖1SMB工作原理圖1-a1-b

對于傳統(tǒng)的單柱色譜,假設(shè)是一個兩組分分離體系,當(dāng)脈沖進樣后用適當(dāng)?shù)娜軇┫疵摃r就產(chǎn)生如圖1-a的效果:一個物質(zhì)移動慢,另一個物質(zhì)移動快,當(dāng)色譜柱足夠長時兩者將最終分開。這與龜兔賽跑的情形相似,兩者的距離會越落越遠。如果假設(shè)龜兔賽跑的跑道是會逆向移動的,并且移動速度介于龜與兔之間,這樣就好像是龜在往后走,兔在往前走。最終龜與兔分別從跑道的兩頭下來,如圖1-b所示。圖2移動床色譜示意圖移動床分成4個區(qū)域,原料(A+B,A為弱吸附組分,B為強吸附組分)從ц、ш區(qū)之間連續(xù)進入,流動相由下往上移動,固定相以介于A和B之間的速度向下移動,最終從兩個出口可以分別得到純的提取液(Extract)B和提余液(Raffinate)A。圖2中Q1~Q4分別為區(qū)Ι~的流動相流量;Qr,Qf,Qe,Ql

分別為提余液流量、進樣流量、提取液流量、洗脫液流量;

Q為固定相流量。分離過程中,由于固定相是以一定速度往下移動的,因此待分離組分將不會像在單柱色譜中那樣隨流動相往同一方向移動。只要適當(dāng)控制固定相的移動速度,弱吸附組分A將往上移動,而強吸附組分B將往下移動。當(dāng)系統(tǒng)運行一段時間后,系統(tǒng)中組分的濃度分布將是穩(wěn)定的。模擬移動床的技術(shù)指標(biāo)a.與設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)的指標(biāo)1.色譜柱數(shù)量SMB的色譜柱數(shù)量是指分離單元的總數(shù)量。理論上柱數(shù)越多,分離越精細,主產(chǎn)品純度越高。但柱數(shù)越多,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜,反而易造成其它性能指標(biāo)的下降。2.柱長、柱徑、柱壓降SMB的柱數(shù)確定后,增大柱徑是增大進料量的有效途徑。但柱徑增大會造成流速的徑向滯后,以及出現(xiàn)流速分布不均勻,從而造成譜帶展寬,直接結(jié)果是主產(chǎn)品含量降低。為克服柱徑增大引起的柱效下降的問題,一般需要增加柱長。當(dāng)填充均勻時,理論上柱效與柱長成正比。因柱壓降也與柱長成正比,所以柱長增加也帶來柱壓降增大。因此,實際的柱效并不完全與柱長成正比。柱壓降與柱結(jié)構(gòu)、泵動力和分離劑粒徑有關(guān)。相同的柱結(jié)構(gòu),分離劑粒徑越小,柱壓降越大。一般柱壓降為0.02MPa/m。分離劑粒徑小,對分離效果有利。b.與分離效果有關(guān)的指標(biāo)1.分離強度單位時間內(nèi)一定體積的分離劑能處理的原料的干物重,稱為分離強度。不同的分離劑,對相同物質(zhì)的分離,其分離強度是不同的。同樣地,相同的分離劑,對不同物質(zhì)的分離,其分離強度也不同的。分離強度并不是越高越好,實際應(yīng)用中尚需考慮其他如濃度、運行成本等綜合指標(biāo)。

2.分離純度和分離濃度由于不同物質(zhì)的性能不同,或原料進料時的含量不同,所以不同物質(zhì)的分離純度有所區(qū)別。分離液保持比較高的濃度,可降低后處理的能耗。在進料進解吸劑比例相同的情況下,進料濃度越高,出料濃度就會越高,相應(yīng)濃縮或蒸餾需要的能耗就越低。3.料劑比料劑比是評價SMB的重要指標(biāo)之一,也是影響分離能力的關(guān)鍵。模擬移動床運行時,每一升原料液,需要加入的解吸劑的量越小,表示模擬移動床分離效果越好。模擬移動床色譜應(yīng)用1.模擬移動床色譜技術(shù)在石油化工領(lǐng)域中的應(yīng)用1969年美國UOP公司將模擬移動床色譜技術(shù)用于分離對二甲苯和間二甲苯