盤一盤柱層析在工藝放大的注意事項

　　工藝成功放大且穩定一直是工藝工程師們(men) 致力的方向。要學會(hui) 擺脫實驗室的思維定勢，根據車間實際情況、實際設備、實際工藝，從(cong) 宏觀控製出發，多多注意細節，多多完善工藝。

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　　柱層析分離技術，在小分子藥物的實驗室研發和大規模生產(chan) 中被廣泛應用。對於(yu) 工藝開發人員來說，如何在放大中精確還原研發裏的工藝，是一門精密的科學，也是一項具有挑戰的藝術。下麵我們(men) 以矽膠填裝柱為(wei) 例，詳細梳理柱層析在工藝放大中的注意要點。

　　1.工藝放大參數選擇

　　柱層析的研發數據通常包括：樣品量、矽膠型號以及量、柱子高度、流動相成分和比例、流速以及產(chan) 品分離時段。

　　我們(men) 先用色譜分離基本方程來還原研發工藝

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　　這個(ge) 公式說明分辨率與(yu) 塔板數、選擇性、滯留因子之間的關(guan) 係。

　　在放大的過程中，由於(yu) 研發工藝已經確定，矽膠型號、流動相成分和比例這幾個(ge) 關(guan) 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(chan) 的時候，還需要保證矽膠的壓實程度，要根據實驗室裝填矽膠柱的密度等同放大，還要保證填裝矽膠的浸潤程度，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。

　　一般情況下，工程師會(hui) 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。可是情況往往不會(hui) 和想象一致，實際上，車間的柱子的直徑經常無法滿足放大的係數。這時候，單純地增加或者減少矽膠的量，以期滿足高度的要求，則會(hui) 在實際生產(chan) 過程中對於(yu) 柱層析線速度參數的選擇上出現偏差，或者與(yu) 實驗室的情況不一致。

　　對此，老工程師的經驗是時間。由於(yu) 矽膠，產(chan) 品以及流動相（洗脫劑）均已經確定，所以影響實驗室和車間柱層析放大過程中的質傳(chuan) 的關(guan) 鍵點就在於(yu) 時間。因此，可以引入一個(ge) 接觸時間的概念：即在車間放大的柱層析，流動相和吸附在矽膠上的產(chan) 品之間的接觸時間需要和實驗室中的保持一致。我們(men) 可以通過一個(ge) 簡單的公式計算：

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　　通過公式，我們(men) 得到了車間柱層析中的流動相的流量流速，等於(yu) 說線速度也確定了。根據線速度再設計的柱子的參數。

　　1.吸附的熱效應

　　網絡上能找到很多關(guan) 於(yu) 柱層析的注意事項，但是基本都是關(guan) 於(yu) 實驗室的操作。在車間生產(chan) 時會(hui) 遇到一些不一樣的問題，有的還很嚴(yan) 重問題，甚至實驗大牛都可能忽略，例如吸附的熱效應。

　　從(cong) 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，這裏先重點說說矽膠柱層析分離工藝。

　　用於(yu) 填裝柱子並分離有機物（非氣體(ti) ）的矽膠，主要利用矽膠的羥基，用矽醇基團作為(wei) 吸附中心，利用氫鍵或者分子間誘導力進行吸附，然後在洗脫劑的作用下進行解吸附。不同物質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，樣品跟矽膠的羥基在結合時會(hui) 放熱，尤其是濕法上樣階段，大量樣品短時間內(nei) 吸附，放熱量很大。如果用低沸點的洗脫劑，比如二氯甲烷，熱效應會(hui) 很明顯。氣化的二氯甲烷會(hui) 造成矽膠柱的壓力變化，造成明顯的空洞或者斷層，大大影響分離。實驗室裏是這樣，在車間放大生產(chan) 時，熱效應加劇，可能直接造成分離失敗。所以，在放大生產(chan) 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(hui) 使用反應釜或者移動罐進行洗脫液的配製，在這種情況下，可以通過夾套控溫，將洗脫液的溫度控製在一個(ge) 較低的合理範圍。

　　第二、避免壓力的變化

　　熱效應導致的壓力變化可能引起矽膠柱的空洞或者斷層，但這種損害有時並不是那麽(me) 明顯。所以在確定壓力和線速度的前提下，應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——例如配製柱子完成時，停止收樣時或者配製洗脫液時——柱子壓力往往會(hui) 出現很大的波動，這時要按照緩衝(chong) 壓力的順序來操作設備。車間柱層析的常見設備如下圖，在圖上標注了相應區域的閥門(A、B和C)。

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　　停止柱層析時應該：

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

　　2、然後在關(guan) 閉閥門B以及C,這樣層析柱就處於(yu) 一個(ge) 密封狀態。

　　3、接下去就是重點了：重新開啟柱層析。

　　所以，常規操作順序是：打開C和B，然後再打開A。

　　這種方式在實驗室肯定沒問題，因為(wei) 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後性，且此時需要提醒的是，B區域相對於(yu) A區域來說，密封性會(hui) 更差（具有壓力表，排空閥之類的多處接口），且洗脫劑從(cong) C到B是需要一定的時間，而先打開B處的閥門，有可能會(hui) 導致B處的壓力驟降進而A處的壓力或者層析柱內(nei) 部的壓力會(hui) 反向衝(chong) 擊B處，而導致內(nei) 部形成斷層以及空洞。所以，在車間內(nei) 重新啟動層析柱時需要另外的流程：

　　1、先打開C處閥門，然後打開A處閥門，此時A處以及層析柱內(nei) 部的壓力會(hui) 從(cong) 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後，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(guan) 閉B處排氣閥門進行壓力的補充並通過控製A閥門控製到合理的流速。

　　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(cong) 出口泄出，避免從(cong) B段進行壓力的驟然衰減。

　　第三、控製洗脫劑的水含量

　　還記得矽膠的吸附原理麽(me) ？其實就是利用氫鍵或者分子間誘導力進行吸附，並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(hui) 破壞氫鍵作用。所以，在放大過程中，我們(men) 一般會(hui) 選擇和實驗室相同品質的洗脫劑，這樣能對洗脫劑含水量有一定控製，以免對分離產(chan) 生影響。但由於(yu) 生產(chan) 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(hui) 使用洗脫劑的回收工藝。

　　很多人常常隻關(guan) 注組成和比例，忽視其中的水分。這裏需要提醒大家，矽膠是具有一定水分的，隨著洗脫劑的回收，其中的水分會(hui) 不斷增加，尤其是多次回收後。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，確保工藝的穩定，避免出現柱層析的異常。

　　第四、防止非預製色譜柱的空洞或塌陷

　　這個(ge) 問題，一直是工藝工程師們(men) 想努力克服的重點。其實不管使用幹法還是濕法填柱，色譜柱均有一定概率出現空洞或塌陷，比如矽膠的性狀，柱子內(nei) 部的光滑程度，平整度和壓力等等因素，都會(hui) 影響色譜柱。

　　總結

　　工藝成功放大且穩定一直是工藝工程師們(men) 致力的方向。要學會(hui) 擺脫實驗室的思維定勢，根據車間實際情況、實際設備、實際工藝，從(cong) 宏觀控製出發，多多注意細節，多多完善工藝。