一種基于模擬移動(dòng)床的連續(xù)梯度洗脫系統(tǒng)及其處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于化學(xué)化工分離領(lǐng)域,設(shè)及一種連續(xù)梯度洗脫系統(tǒng)及其處理方法,尤其 設(shè)及一種基于模擬移動(dòng)床的連續(xù)梯度洗脫系統(tǒng)及其處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 制備色譜分離過(guò)程設(shè)及兩類洗脫操作方式:等度洗脫和梯度洗脫。等度洗脫是指 在洗脫分離過(guò)程中,洗脫液的組成比例和流速維持恒定不變,根據(jù)洗脫液對(duì)色譜柱固定相 上吸附的不同待分離組分的洗脫速率不同,從而將不同目標(biāo)組分洗脫分離的操作方式。等 度洗脫具有操作工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),是目前應(yīng)用最廣泛的色譜分離方法。但是,當(dāng)待分離組分 的化學(xué)性質(zhì)差異較小時(shí),等度洗脫分離存在分離周期長(zhǎng)、譜帶遷移距離長(zhǎng)W及處理量小等 局限性。梯度洗脫是指在洗脫分離過(guò)程中,按預(yù)先設(shè)定的一定程序不斷改變洗脫液的濃度 配比和流速,改變洗脫流動(dòng)相的極性,使得流出液中的每個(gè)目標(biāo)組分都有各自合適的容量 因子k,從而使樣品中的所有目標(biāo)組分可在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)最佳分離的操作方式。梯度洗脫 可W強(qiáng)化洗脫液對(duì)不同目標(biāo)組分的分離效果,從而實(shí)現(xiàn)難分離組分的強(qiáng)化分離,具有分離 能力高,分離周期短等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 模擬移動(dòng)床(SMB)色譜分離裝置是一種實(shí)現(xiàn)連續(xù)色譜分離的常用設(shè)備,廣泛應(yīng)用 于難分離組分的色譜分離,如手性物質(zhì)的色譜分離。常見的SMB裝置分為兩類:閥口切變型 和旋轉(zhuǎn)木馬型,大多配合等度洗脫的操作方式使用。US 20030141252A1公開了一種閥口切 變型模擬移動(dòng)床分離裝置,用于分離兩種醋酸纖維素的同分異構(gòu)體。該發(fā)明采用甲醇作為 洗脫液進(jìn)行等度洗脫,耗時(shí)30小時(shí),才得到1.69g純度為95%的目標(biāo)產(chǎn)物。整個(gè)分離工藝耗 時(shí)長(zhǎng)、處理量小。US 4621103提出了一種閥口切變型模擬移動(dòng)床分離10B/11B同位素的方 法。該發(fā)明采用6根串聯(lián)的色譜柱進(jìn)行模擬移動(dòng)床等度洗脫。洗脫液為濃度O.lmol/L的硫酸 水溶液,洗脫流量為26mL/min,經(jīng)過(guò)3.2小時(shí),在譜帶遷移距離為6m處得到最高純度僅為 28.5%的IOB同位素富集液。為了獲得純度達(dá)到85% W上的IOB同位素富集液,需要進(jìn)一步 提高洗脫流出液中 IOB的豐度。Yoichi Sakuma等(Boron Isotope Separation by Ion Exchange Chromatography Using Weakly Basic Anion Exchange Resin . BulI.畑em. Soc . Japan,53,1860-1863(1980))將模擬移動(dòng)床的洗脫流速降低至 12mL/h,并經(jīng)過(guò)數(shù)百小時(shí)長(zhǎng)達(dá)256m的譜帶遷移距離才將洗脫流出液中IOB的豐度提高到 90%。傳統(tǒng)的模擬移動(dòng)床結(jié)合等度洗脫的方法并不適用于物化性質(zhì)極其相近的難分離組分 的快速、大規(guī)模色譜制備分離,分離周期長(zhǎng),處理量小,嚴(yán)重限制了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。
[0004] 相比而言,梯度洗脫與模擬移動(dòng)床聯(lián)用的操作方式鮮見報(bào)道。Stefanie Abel等 (Solvent gradient operation of simulated moving beds I . Langmuir isotherms . Journal of Chromatography A ,944(2002)23-39;Solvent gradient operation of simulated moving beds 2. Langmuir isotherms.Journa I of Chromatography A, 1026(2004)47-55.)提出一種在模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)不同位置累入不同 濃度的洗脫液進(jìn)行淋洗的方法。該方法可顯著提高手性難分離組分的分離度。但是,該方式 實(shí)際上是對(duì)模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)不同位置的色譜柱,用不同濃度的洗脫液進(jìn)行等度洗脫,對(duì) 洗脫區(qū)的每根色譜柱而言,并不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的梯度洗脫。Joukje化wing和Dorota Antos 等(Optimization of azeotropic protein separations in gradient and isocratic ion-exch曰nge simul曰ted moving bed chrom曰togr曰phy,Journ曰I of Chromatogr曰phy A, 944(2002)189-201;Effeet of salt gradients on the separation of dilute mixtures of proteins by ion-exchange in simulated moving beds Journal of Chromatography A,952(2002)85-98;Two-step solvent gradients in simulated moving bed chromatography Numerical study for linear equilibria Journal of C虹omatography A,944(2002)77-91.)采用模擬移動(dòng)床與梯度洗脫聯(lián)用的操作方式分離兩 種具有共沸點(diǎn)的蛋白質(zhì),洗脫液為高濃度的氯化鋼溶液混入低濃度的氯化鋼溶液,獲得濃 度隨時(shí)間逐漸增加的梯度洗脫液。但是,該發(fā)明進(jìn)行梯度洗脫時(shí),是將模擬移動(dòng)床的整個(gè)洗 脫區(qū)中的所有色譜柱看作一個(gè)整體,對(duì)整個(gè)洗脫區(qū)進(jìn)行梯度淋洗,即對(duì)洗脫區(qū)中的所有色 譜柱僅供給一個(gè)濃度隨時(shí)間變化的梯度洗脫液進(jìn)行梯度洗脫,不能分別對(duì)洗脫區(qū)的每根色 譜柱進(jìn)行連續(xù)地、周期性重復(fù)地供給濃度隨時(shí)間變化的梯度洗脫液,分離周期仍然較長(zhǎng)、單 級(jí)分離因子小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存的問(wèn)題,本發(fā)明提供了一種基于模擬移動(dòng)床的連續(xù)梯度洗脫系 統(tǒng)及其處理方法,所述系統(tǒng)由模擬移動(dòng)床(SMB)和與模擬移動(dòng)床相連通的配圖裝置組成,該 配套裝置能夠?qū)MB洗脫區(qū)的每一根色譜柱連續(xù)、周期性地重復(fù)供給梯度洗脫液。采用本發(fā) 明所述的系統(tǒng)對(duì)SMB洗脫區(qū)多個(gè)串聯(lián)的色譜柱進(jìn)行洗脫過(guò)程中,SMB的轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一格,配 套裝置可W對(duì)與SMB洗脫區(qū)入口相連的每一根色譜柱連續(xù)供給濃度隨時(shí)間逐漸增加的梯度 洗脫液,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)洗脫區(qū)每根色譜柱的梯度洗脫;并且,每一根色譜柱的梯度洗脫過(guò)程均 與前一根色譜柱的梯度洗脫過(guò)程完全重復(fù),每一根色譜柱的梯度洗脫液濃度隨時(shí)間增加的 方式均與前一根色譜柱的梯度洗脫液濃度隨時(shí)間增加的方式完全重復(fù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)SMB洗 脫區(qū)的每根色譜柱的周期性重復(fù)供給梯度洗脫液。
[0006] 為達(dá)此目的,本發(fā)明采用W下技術(shù)方案:
[0007] 第一方面,本發(fā)明提供了一種基于模擬移動(dòng)床的連續(xù)梯度洗脫系統(tǒng),所述系統(tǒng)包 括模擬移動(dòng)床W及與模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)的單根色譜柱相連的配套裝置。
[0008] 作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案,所述配套裝置包括第一洗脫液儲(chǔ)罐、第二洗脫液儲(chǔ) 罐、純水儲(chǔ)罐、第一洗脫液緩沖罐和第二洗脫液緩沖罐,第一洗脫液儲(chǔ)罐的出液口分別與第 一洗脫液緩沖罐和第二洗脫液緩沖罐的進(jìn)液口通過(guò)管路連接,純水儲(chǔ)罐的出液口分別與第 一洗脫液緩沖罐和第二洗脫液緩沖罐的進(jìn)液口通過(guò)管路連接,第二洗脫液儲(chǔ)罐的出液口分 別與第一洗脫液緩沖罐和第二洗脫液緩沖罐的進(jìn)液口通過(guò)管路連接,第一洗脫液緩沖罐和 第二洗脫液緩沖罐的出液口均與模擬移動(dòng)床的洗脫區(qū)中單根色譜柱的進(jìn)液口相連,第二洗 脫液儲(chǔ)罐的進(jìn)料液管路還與第一洗脫液緩沖罐和第二洗脫液緩沖罐的進(jìn)液口相連。優(yōu)選 地,所述第一洗脫液儲(chǔ)罐、第二洗脫液儲(chǔ)罐、純水儲(chǔ)罐、第一洗脫液緩沖罐和第二洗脫液緩 沖罐的進(jìn)液口管路和出液口管路上均設(shè)置有閥口。優(yōu)選地,所述配套裝置中的閥口為單向 電磁閥。優(yōu)選地,所述第一洗脫液儲(chǔ)罐、第二洗脫液儲(chǔ)罐、純水儲(chǔ)罐、第一洗脫液緩沖罐和第 二洗脫液緩沖罐的出液管路上均設(shè)有累。優(yōu)選地,所述配套裝置中的累為蠕動(dòng)累。
[0009] 作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案,所述第一洗脫液儲(chǔ)罐的出液口與第一洗脫液緩沖罐 的進(jìn)液口之間的管路上設(shè)有第一閥口,第一洗脫液儲(chǔ)罐的出液口與第二洗脫液緩沖罐的進(jìn) 液口之間的管路上設(shè)有第二閥口,純水儲(chǔ)罐的出液口與第一洗脫液緩沖罐的進(jìn)液口之間的 管路上設(shè)有第=閥口,純水儲(chǔ)罐的出液口與第二洗脫液緩沖罐的進(jìn)液口之間的管路上設(shè)有 第四閥口,第二洗脫液儲(chǔ)罐的出液口與第一洗脫液緩沖罐的進(jìn)液口之間的管路上設(shè)有第十 一閥口,第二洗脫液儲(chǔ)罐的出液口與第二洗脫液緩沖罐的進(jìn)液口之間的管路上設(shè)有第十二 閥口,第一洗脫液儲(chǔ)罐的進(jìn)液口管路上設(shè)有第屯閥口,純水儲(chǔ)罐的進(jìn)液口管路上設(shè)有第十 =閥口,第二洗脫液儲(chǔ)罐的進(jìn)液口管路上設(shè)有第十閥口,第二洗脫液儲(chǔ)罐的進(jìn)料液管路與 第一洗脫液緩沖罐進(jìn)液口相連的管路上設(shè)有第五閥口,第二洗脫液儲(chǔ)罐的進(jìn)料液管路與第 二洗脫液緩沖罐進(jìn)液口相連的管路上設(shè)有第六閥口,第一洗脫液緩沖罐的出液口管路上設(shè) 有第八閥口,第二洗脫液緩沖罐的出液口管路上設(shè)有第九閥口。優(yōu)選地,第一洗脫液儲(chǔ)罐的 出液口管路上設(shè)有第一累,第二洗脫液儲(chǔ)罐的出液口管路上設(shè)有第二累,純水儲(chǔ)罐的出液 口管路上設(shè)有第=累,第一洗脫液緩沖罐的出液口管路上設(shè)有第四累,第二洗脫液緩沖罐 的出液管路上設(shè)有第五累。
[0010] 作為本發(fā)明優(yōu)選的技術(shù)方案,所述第一洗脫液儲(chǔ)罐和第二洗脫液儲(chǔ)罐中洗脫液的 濃度均保持恒定。優(yōu)選地,所述第一洗脫液儲(chǔ)罐中洗脫液的濃度大于第二洗脫液儲(chǔ)罐中洗 脫液的濃度。即第一洗脫液儲(chǔ)罐中相對(duì)高濃度的洗脫液對(duì)組分的洗脫效果強(qiáng),第二洗脫液 儲(chǔ)罐中相對(duì)低濃度的洗脫液對(duì)組分的洗脫效果弱,兩種不同濃度的洗脫液在第一洗脫液緩 沖罐或第二洗脫液緩沖罐中W任意體積比例混合,形成梯度洗脫液。優(yōu)選地,所述第二洗脫 液儲(chǔ)罐中洗脫液的濃度始終與第一洗脫液緩沖罐中洗脫液的初始濃度和第二洗脫液緩沖 罐中洗脫液的初始濃度相同,W便在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)第一洗脫液緩沖罐或第二洗脫液緩沖罐 補(bǔ)充初始濃度的緩沖液。優(yōu)選地,所述第一洗脫液緩沖罐中洗脫液的初始體積與第二洗脫 液緩沖罐中洗脫液的初始體積相同。
[0011] 第二方面,本發(fā)明提供了一種上述連續(xù)梯度洗脫系統(tǒng)的連續(xù)梯度洗脫方法,所述 連續(xù)梯度洗脫系統(tǒng)對(duì)模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)的色譜柱進(jìn)行洗脫過(guò)程中,隨著模擬移動(dòng)床轉(zhuǎn)盤的 旋轉(zhuǎn),配套裝置向模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)中與配套裝置相連的單根色譜柱供給梯度洗脫液。其 中,所述梯度洗脫液中溶劑了洗脫劑,洗脫劑在洗脫液中的濃度隨時(shí)間逐漸增加。
[0012] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案,所述模擬移動(dòng)床轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一格,配套裝置中第一洗脫 液緩沖罐或第二洗脫液緩沖罐向模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)中與配套裝置相連的單根色譜柱供給 濃度隨時(shí)間逐漸增加的梯度洗脫液,完成一次梯度洗脫過(guò)程。即模擬移動(dòng)床轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一 格,第一洗脫液緩沖罐或第二洗脫液緩沖罐可W向與模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)入口對(duì)準(zhǔn)的那一根 色譜柱連續(xù)提供梯度洗脫液,通過(guò)運(yùn)一過(guò)程,實(shí)現(xiàn)對(duì)洗脫區(qū)每根色譜柱的梯度洗脫。優(yōu)選 地,所述模擬移動(dòng)床轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一格,模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)中與配套裝置相連的單根色譜柱 的洗脫過(guò)程與前一根色譜柱的梯度洗脫過(guò)程相同。優(yōu)選地,所述模擬移動(dòng)床轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一 格,模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)中與配套裝置相連的單根色譜柱中梯度洗脫液的濃度隨時(shí)間逐漸增 加的方式與前一根色譜柱中梯度洗脫液的濃度隨時(shí)間逐漸增加的方式相同,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)洗 脫區(qū)的每根色譜柱的周期性重復(fù)梯度洗脫。
[0013] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案,所述方法包括W下步驟:(1)初始時(shí)刻(即t = 0時(shí)刻),將 第一洗脫液儲(chǔ)罐中的洗脫液送入第一洗脫液緩沖罐中與第一洗脫液緩沖罐中的洗脫液混 合,混合后的洗脫液流入模擬移動(dòng)床的洗脫區(qū)中的一根色譜柱,對(duì)色譜柱進(jìn)行洗脫;(2)當(dāng) 第一洗脫液儲(chǔ)罐中的混合液對(duì)單根色譜柱洗脫完畢后(即t = tQ時(shí)刻),停止將第一洗脫液 儲(chǔ)罐中的洗脫液送入第一洗脫液緩沖罐W及停止第一洗脫液緩沖罐中的洗脫液進(jìn)入模擬 移動(dòng)床;同時(shí),模擬移動(dòng)床的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一格,切換至下一根色譜柱;再將第一洗脫液儲(chǔ)罐中 的洗脫液送入第二洗脫液緩沖罐中與第二洗脫液緩沖罐的洗脫液混合,混合后的洗脫液流 入模擬移動(dòng)床的洗脫區(qū)中的色譜柱,對(duì)單根色譜柱進(jìn)行洗脫;在第二洗脫液緩沖罐中的混 合洗脫液對(duì)色譜柱進(jìn)行洗脫的同時(shí),用純水儲(chǔ)罐向第一洗脫液緩沖罐補(bǔ)充純水至第一洗脫 液緩沖罐中洗脫液恢復(fù)至初始濃度,再用第二洗脫液儲(chǔ)罐向第一洗脫液緩沖罐補(bǔ)充洗脫液 至初始體積;(3)當(dāng)?shù)诙疵撘壕彌_罐中的混合液對(duì)單根色譜柱洗脫完畢后(即t = 2tQ時(shí) 刻),停止將第一洗脫液儲(chǔ)罐中的洗脫液送入第二洗脫液緩沖罐W及停止第二洗脫液緩沖 罐中的洗脫液進(jìn)入模擬移動(dòng)床,同時(shí),模擬移動(dòng)床的轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)一格,切換至下一根色譜柱; 再將第一洗脫液儲(chǔ)罐中的洗脫液送入第一洗脫液緩沖罐中重復(fù)步驟(1)中的操作,即將第 一洗脫液儲(chǔ)罐中的洗脫液送入第一洗脫液緩沖罐中與第一洗脫液緩沖罐中的洗脫液混合, 混合后的洗脫液流入模擬移動(dòng)床的洗脫區(qū)中的一根色譜柱,對(duì)色譜柱進(jìn)行洗脫;在第一洗 脫液儲(chǔ)罐中的混合洗脫液對(duì)色譜柱進(jìn)行洗脫的同時(shí),用純水儲(chǔ)罐向第二洗脫液緩沖罐補(bǔ)充 純水至第二洗脫液緩沖罐中洗脫液恢復(fù)至初始濃度,再第二洗脫液儲(chǔ)罐向第二洗脫液緩沖 罐補(bǔ)充洗脫液至初始體積;(4)當(dāng)?shù)谝幌疵撘簝?chǔ)罐中的混合液對(duì)單根色譜柱洗脫完畢后(即 t = 3tQ時(shí)刻),重復(fù)步驟(2)的操作;(5)當(dāng)?shù)诙疵撘壕彌_罐中的混合液對(duì)單根色譜柱洗脫 完畢后(即t = 4tQ時(shí)刻),重復(fù)步驟(3)的操作;(6)依次類推,重復(fù)上述操作直至模擬移動(dòng)床 洗脫區(qū)的色譜柱完成洗脫。
[0014] 其中,tQ為SMB色譜柱的切變時(shí)間,即SMB轉(zhuǎn)盤每旋轉(zhuǎn)一格,到下一次旋轉(zhuǎn)所需要的 時(shí)間間隔;對(duì)于每根色譜柱而言,tQ等于色譜柱中慢組分在該色譜柱內(nèi)的保留時(shí)間。
[0015] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案,模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)單根色譜柱中梯度洗脫液的濃度隨時(shí) 間增加的方式由第一洗脫液儲(chǔ)罐流入第一洗脫液緩沖罐或第二洗脫液緩沖罐的液體的流 量與第一洗脫液緩沖罐或第二洗脫液緩沖罐流入模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)的液體的流量比值決 定。優(yōu)選地,當(dāng)2倍的第一洗脫液儲(chǔ)罐流入第一洗脫液緩沖罐或第二洗脫液緩沖罐的液體的 流量等于第一洗脫液緩沖罐或第二洗脫液緩沖罐流入模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)的液體的流量時(shí), 模擬移動(dòng)床洗脫區(qū)單根色譜柱中梯度洗脫液的濃度隨時(shí)間呈線性增加。優(yōu)選地,當(dāng)2倍的第 一洗脫液儲(chǔ)罐流入第一洗脫液緩沖罐或第二洗脫液緩沖罐的液體的流量大于第