盤一盤柱層析在工藝放大的注意事項

工藝成功放大且穩(wěn)定一直是工藝工程師們致力的方向,。要學會擺脫實驗室的思維定勢,，根據(jù)車間實際情況、實際設(shè)備,、實際工藝,，從宏觀控制出發(fā)，多多注意細節(jié),，多多完善工藝,。

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柱層析分離技術(shù)，在小分子藥物的實驗室研發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用,。對于工藝開發(fā)人員來說,，如何在放大中精確還原研發(fā)里的工藝，是一門精密的科學,，也是一項具有挑戰(zhàn)的藝術(shù),。下面我們以硅膠填裝柱為例，詳細梳理柱層析在工藝放大中的注意要點,。

1.  工藝放大參數(shù)選擇

柱層析的研發(fā)數(shù)據(jù)通常包括：樣品量,、硅膠型號以及量、柱子高度,、流動相成分和比例,、流速以及產(chǎn)品分離時段。

我們先用色譜分離基本方程來還原研發(fā)工藝

這個公式說明分辨率與塔板數(shù),、選擇性,、滯留因子之間的關(guān)系。

在放大的過程中,，由于研發(fā)工藝已經(jīng)確定,，硅膠型號、流動相成分和比例這幾個關(guān)鍵因素都是已知,，所以分離的選擇性和滯留因子也是確定的,。但在車間生產(chǎn)的時候，還需要保證硅膠的壓實程度,，要根據(jù)實驗室裝填硅膠柱的密度等同放大,，還要保證填裝硅膠的浸潤程度,，通過流動性出口氣泡情況或者通過反向填料確認一致性。換言之,，工程師更加注重模擬實驗室填裝柱的理論塔板數(shù),。

一般情況下，工程師會盡量保證柱子高度一致,，通過擴大柱子的直徑來滿足放大的要求,，也就是等板高度?？墒乔闆r往往不會和想象一致,，實際上，車間的柱子的直徑經(jīng)常無法滿足放大的系數(shù),。這時候,，單純地增加或者減少硅膠的量，以期滿足高度的要求,，則會在實際生產(chǎn)過程中對于柱層析線速度參數(shù)的選擇上出現(xiàn)偏差,，或者與實驗室的情況不一致。

對此,，老工程師的經(jīng)驗是時間,。由于硅膠，產(chǎn)品以及流動相（洗脫劑）均已經(jīng)確定,，所以影響實驗室和車間柱層析放大過程中的質(zhì)傳的關(guān)鍵點就在于時間,。因此，可以引入一個接觸時間的概念：即在車間放大的柱層析,，流動相和吸附在硅膠上的產(chǎn)品之間的接觸時間需要和實驗室中的保持一致,。我們可以通過一個簡單的公式計算：




通過公式,，我們得到了車間柱層析中的流動相的流量流速,，等于說線速度也確定了。根據(jù)線速度再設(shè)計的柱子的參數(shù),。

1.  吸附的熱效應(yīng)

網(wǎng)絡(luò)上能找到很多關(guān)于柱層析的注意事項,，但是基本都是關(guān)于實驗室的操作。在車間生產(chǎn)時會遇到一些不一樣的問題,，有的還很嚴重問題,，甚至實驗大牛都可能忽略，例如吸附的熱效應(yīng),。

從柱層析的原理來說,，不管運用的是溶解度差異，還是分子間作用力,，基本都是吸附-解吸附的過程,。所以,，這里先重點說說硅膠柱層析分離工藝。

用于填裝柱子并分離有機物（非氣體）的硅膠,，主要利用硅膠的羥基,，用硅醇基團作為吸附中心，利用氫鍵或者分子間誘導(dǎo)力進行吸附,，然后在洗脫劑的作用下進行解吸附,。不同物質(zhì)吸附和解吸附的快慢不一樣，分離的目的也就達到了,。

但是在吸附的過程中,，樣品跟硅膠的羥基在結(jié)合時會放熱，尤其是濕法上樣階段,，大量樣品短時間內(nèi)吸附,，放熱量很大。如果用低沸點的洗脫劑,，比如二氯甲烷,，熱效應(yīng)會很明顯。氣化的二氯甲烷會造成硅膠柱的壓力變化,，造成明顯的空洞或者斷層,，大大影響分離。實驗室里是這樣,，在車間放大生產(chǎn)時,，熱效應(yīng)加劇，可能直接造成分離失敗,。所以,，在放大生產(chǎn)中要想辦法避免或緩解放熱帶來的影響。

對策如下：

第一,、降低洗脫液的溫度

一般車間會使用反應(yīng)釜或者移動罐進行洗脫液的配制,，在這種情況下，可以通過夾套控溫,，將洗脫液的溫度控制在一個較低的合理范圍,。

第二、避免壓力的變化

熱效應(yīng)導(dǎo)致的壓力變化可能引起硅膠柱的空洞或者斷層,，但這種損害有時并不是那么明顯,。所以在確定壓力和線速度的前提下，應(yīng)該避免過多的操作柱子,，也不要頻繁改變洗脫液的壓力,，防止影響柱子本身的壓力。需要注意的是,，停柱子的時候——例如配制柱子完成時,，停止收樣時或者配制洗脫液時——柱子壓力往往會出現(xiàn)很大的波動,，這時要按照緩沖壓力的順序來操作設(shè)備。車間柱層析的常見設(shè)備如下圖,，在圖上標注了相應(yīng)區(qū)域的閥門(A,、B和C)。

停止柱層析時應(yīng)該：

1．先關(guān)閉A區(qū)域的閥門,，這樣層析柱下層空間的壓力會上升,，最終流速歸零的時候，則層析柱上下方會保持恒定一致的壓力,；

2,、 然后在關(guān)閉閥門B以及C, 這樣層析柱就處于一個密封狀態(tài)。

3,、 接下去就是重點了：重新開啟柱層析,。

所以，常規(guī)操作順序是：打開C和B,，然后再打開A,。

這種方式在實驗室肯定沒問題，因為實驗室操作相對較快,，幾乎可以同時在B處加壓且打開A處的閥門,。車間可能操作相對具有延后性，且此時需要提醒的是,，B區(qū)域相對于A區(qū)域來說,，密封性會更差（具有壓力表，排空閥之類的多處接口）,，且洗脫劑從C到B是需要一定的時間,，而先打開B處的閥門，有可能會導(dǎo)致B處的壓力驟降進而A處的壓力或者層析柱內(nèi)部的壓力會反向沖擊B處,，而導(dǎo)致內(nèi)部形成斷層以及空洞,。所以，在車間內(nèi)重新啟動層析柱時需要另外的流程：

1,、 先打開C處閥門,，然后打開A處閥門,，此時A處以及層析柱內(nèi)部的壓力會從下而上逐步降低,，形成洗脫劑的流速。

2,、 等待B處壓力表逐漸衰減成常壓后,，打開B處排氣閥門；

3,、 打開B處閥門進入洗脫劑的補充,；

4,、 關(guān)閉B處排氣閥門進行壓力的補充并通過控制A閥門控制到合理的流速。

當然上述的流程也可以在停柱子前完成,，主要目的還是使壓力緩慢從出口泄出,，避免從B段進行壓力的驟然衰減。

第三,、控制洗脫劑的水含量

還記得硅膠的吸附原理么,？其實就是利用氫鍵或者分子間誘導(dǎo)力進行吸附，并在洗脫劑的作用下進行解吸附,。如果洗脫劑中有水分的存在,，就會破壞氫鍵作用。所以,，在放大過程中,，我們一般會選擇和實驗室相同品質(zhì)的洗脫劑，這樣能對洗脫劑含水量有一定控制,，以免對分離產(chǎn)生影響,。但由于生產(chǎn)中，成本是重要的考量標準,，所以車間使用柱層析進行放大時,，在一定程度上會使用洗脫劑的回收工藝。

很多人常常只關(guān)注組成和比例,，忽視其中的水分,。這里需要提醒大家，硅膠是具有一定水分的,，隨著洗脫劑的回收,，其中的水分會不斷增加，尤其是多次回收后,。因此,，工程師在考慮洗脫劑回收的時候需要把水分的因素考慮其中，確保工藝的穩(wěn)定,，避免出現(xiàn)柱層析的異常,。

第四、防止非預(yù)制色譜柱的空洞或塌陷

這個問題,，一直是工藝工程師們想努力克服的重點,。其實不管使用干法還是濕法填柱，色譜柱均有一定概率出現(xiàn)空洞或塌陷,，比如硅膠的性狀,，柱子內(nèi)部的光滑程度，平整度和壓力等等因素，都會影響色譜柱,。

總結(jié)

工藝成功放大且穩(wěn)定一直是工藝工程師們致力的方向,。要學會擺脫實驗室的思維定勢，根據(jù)車間實際情況,、實際設(shè)備,、實際工藝，從宏觀控制出發(fā),，多多注意細節(jié),，多多完善工藝。

—— 工藝研究員 高鈺,，沈曄晨