PL237453B1 - Sposób preparatywnego rozdzielania substancji z wykorzystaniem procesów elektroforezy i chromatografii prowadzonych ortogonalnie i jednocześnie - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób rozdzielania substancji wchodzących w skład wieloskładnikowej mieszaniny z wykorzystaniem procesów elektroforezy i chromatografii prowadzonych ortogonalnie i jednocześnie.

W dotychczasowym stanie techniki znane jest urządzenie do ortogonalnej elektrochromatografii planarnej ciśnieniowej i wynikający z jego zasady działania sposób rozdzielania substancji do celów preparatywnych, opisane w pozycji literatury T.H. Dzido, E. Łopaciuk, P. Płocharz, A. Chomicki, M. Zembrzycka, H Frank Equipment and preliminary results for orthogonal pressurized planar electrochromatography, J. Chromatogr. A 1334 (2014) 149-155, i zgłoszeniu patentowym T. H. Dzido, E. Łopaciuk, P. Plocharz, A. Chomicki, A. Torbicz, Komora do jednoczesnego prowadzenia procesów ortogonalnych elektrochromatografii planarnej ciśnieniowej i chromatografii cieczowej, Nr zgłoszenia P. 403242, data zgłoszenia 20.03.2013. Zgodnie z tymi opisami rozdzielanie substancji odbywa się w warstwie adsorbentu, przez którą płynie roztwór fazy ruchomej w jednym kierunku i prostopadle do tego kierunku jest przykładane pole elektryczne, a mieszanina/roztwór substancji rozdzielanych jest w sposób ciągły dostarczana do określonego miejsca układu rozdzielczego. W takim układzie substancje rozdzielane tworzą pasma odchylone pod różnymi kątami w stosunku do kierunku przepływu fazy ruchomej, jeżeli ich cząsteczki ulegają dysocjacji elektrolitycznej. Pasma te mogą być ciągle zbierane na wyjściu układu rozdzielczego do pojemników kolektora frakcji, co stanowi największą zaletę tego urządzenia i sposobu realizacji rozdzielania wieloskładnikowych mieszanin substancji. Tej zalety nie posiadają układy chromatografii kolumnowej, do których mieszanina rozdzielanych substancji jest impulsowo wprowadzana, a rozdzielone składniki tej mieszaniny są kolejno wymywane z układu rozdzielczego i zbierane do pojemników kolektora frakcji. Zazwyczaj następną porcję mieszaniny substancji rozdzielanych wprowadza/dozuje się do kolumny chromatograficznej po wyeluowaniu ostatniego składnika z poprzedniego wprowadzania/dozowania.

Rozdzielanie substancji techniką ortogonalnej elektrochromatografii planarnej ciśnieniowej charakteryzuje się istotną niedogodnością, gdy pasma dwóch substancji są odchylone pod tym samym kątem w stosunku do kierunku przepływu fazy ruchomej. Dotyczy to związków wykazujących jednakową ruchliwość elektroforetyczną, np. enancjomery. W takich warunkach te dwie substancje nie są rozdzielane względem siebie (są zbierane po wyjściu z układu rozdzielczego do jednego pojemnika), ale mogą być jedynie rozdzielane od innych składników, wykazujących różny kąt odchylenia od kierunku przepływu fazy ruchomej.

Znane jest też urządzenie i sposób dwuwymiarowego ciągłego rozdzielania mieszanin substancji z wymuszonym przepływem fazy ruchomej poprzez rotujące złoże fazy stacjonarnej (adsorbentu) w formie pierścieniowej i polem elektrycznym przyłożonym prostopadle do tego przepływu. Podczas procesu rozdzielania pasma substancji odchylają się pod różnymi kątami w złożu adsorbentu i roztwory tych składników można zbierać u wyjścia układu separacyjnego. Urządzenie i sposób zostały przedstawione w opisie patentowym: Ch. D. Scott, Method and apparatus for continuous annular electrochromatography, United States Patent, 1987, Patent Number 4,683,042. Przedstawiony w opisie patentowym sposób nie rozwiązuje zagadnienia rozdzielania dwóch substancji tworzących wspólne pasmo, tzn. pasm substancji migrujących przez układ rozdzielczy i odchylonych pod tym samym kątem.

Znany jest sposób ciągłego rozdzielania mieszanin substancji, w którym wykorzystywany jest proces symulowania ruchu złoża/adsorbentu, D.B. Broughton, G. G. Gerhold, Continuous sorption process employing fixed bed of sorbent and moving inlets and outlets, US Patent 2,985,589 (1961) oraz D.M. Ruthven, C.B. Ching, Counter-current and simulated counter-current adsorption separation processes, Chem. Eng. Sei. 44 (1989) 1011-1038. Jednakże sposób ten wykorzystuje tylko proces chromatografii cieczowej, tzn. podział substancji pomiędzy dwie fazy, i pozwala na rozdzielanie nieskomplikowanych mieszanin substancji, zazwyczaj dwie w mieszaninie rozdzielanej.

Wynalazek rozwiązuje zagadnienie rozdzielania substancji zwłaszcza z wieloskładnikowej mieszaniny, w której dwa istotne składniki tworzą wspólne pasmo w wyniku wykazywania przez te dwa składniki jednakowej ruchliwości elektroforetycznej podczas prowadzenia procesu ortogonalnej elektrochromatografii planarnej ciśnieniowej, prowadzonej w warunkach pola elektrycznego przyłożonego prostopadle w stosunku do kierunku przepływu fazy ruchomej przez warstwę adsorbentu (fazy stacjonarnej), gdzie po przeprowadzeniu procesu rozdziału dwa istotne składniki zbierane są na wyjściu w postaci oddzielnych roztworów.

PL 237 453 B1

Zgodnie z wynalazkiem sposób preparatywnego rozdzielania dwóch istotnych substancji wchodzących w skład wieloskładnikowej mieszaniny, której wspomniane dwa istotne składniki tworzą pasmo odchylone pod tym samym kątem w stosunku do kierunku przepływu fazy ruchomej w procesie ortogonalnej elektrochromatografii planarnej ciśnieniowej w układzie nieprzeładowanym, zaś kierunek przepływu fazy ruchomej przez warstwę adsorbentu jest prostopadły do przyłożonego pola elektrycznego, polega na tym, że wieloskładnikową mieszaninę rozdzielanych substancji wprowadza się do układu rozdzielczego w sposób okresowo przerywany, przy czym czas okresowego dostarczania roztworu/mieszaniny rozdzielanej do układu rozdzielczego i czas przerwy dostarczania mieszaniny rozdzielanej do układu rozdzielczego są co najmniej równe różnicy czasu retencji wspomnianych dwóch istotnych substancji, wykazujących jednakowy kąt odchylenia ich pasm od kierunku przepływu fazy ruchomej, w układzie chromatograficznym dwuwymiarowego układu rozdzielczego, tzn. różnicy czasu potrzebnego na wyeluowanie tych substancji z układu chromatograficznego, gdy pracuje on jako układ analityczny dla tych istotnych substancji. Następnie pojawiające się na wyjściu układu rozdzielczego dwa istotne składniki tworzące pasma odchylone pod tym samym kątem w stosunku do kierunku przepływu fazy ruchomej zbiera się naprzemiennie w postaci odrębnych roztworów do oddzielnych pojemników, przy czym roztwór strefy przejściowej, powstały na połączeniu pasm dwóch istotnych składników, tworzących roztwór tych dwóch istotnych składników, zbiera się do odrębnego pojemnika, po czym wprowadza się ponownie do układu rozdzielczego i poddaje rozdzielaniu wyżej opisanym sposobem, lub poddaje rozdzielaniu innymi metodami, zaś pozostałe substancje, tworzące pasma odchylone od kierunku przepływu hydrodynamicznego fazy ruchomej pod różnymi kątami w stosunku do pasma składników istotnych, pojawiające się na innych wyjściach układu rozdzielczego, zbiera się oddzielnie.

Korzystnie jest, jeżeli zgodnie z proponowanym wynalazkiem czas okresowego dostarczania mieszaniny rozdzielanej jest skrócony co najmniej o czas odpowiadający podwójnej szerokości piku analitycznego jednej z dwóch istotnych substancji, korzystnie tej o większej retencji, a czas okresowej przerwy dostarczania roztworu/mieszaniny substancji rozdzielanych jest wydłużony o czas odpowiadający podwójnej szerokości piku analitycznego jednej z dwóch istotnych substancji rozdzielanych, korzystnie tej o większej retencji.

Korzystnie jest jeżeli zgodnie z proponowanym wynalazkiem skrócenie czasu okresowego dostarczania mieszaniny/roztworu substancji rozdzielanych i wydłużenie czasu okresowej przerwy dostarczania roztworu/mieszaniny substancji rozdzielanych są ustalane doświadczalnie.

Opisany sposób rozdzielania substancji pozwala na ciągłe i naprzemienne odbieranie z układu rozdzielczego każdego z dwóch istotnych składników wykazujących jednakowy kąt odchylenia ich pasm od kierunku przepływu hydrodynamicznego fazy ruchomej, nawet wtedy, gdy w mieszaninie substancji rozdzielanych znajdują się trzecie/inne składniki, przy czym warunki prowadzenia procesu rozdzielania mieszaniny substancji są tak dobrane, że pasma innych/trzecich składników tej mieszaniny wykazują różny kąt odchylenia od kierunku przepływu fazy ruchomej w stosunku do kąta odchylenia pasm składników istotnych. Wtedy wypływać one będą z układu rozdzielczego innymi kanałami/rurkami wyjściowymi niż substancje istotne.

Ponadto sposób pozwala na całkowite rozdzielenie mieszaniny poprzez odpowiednie dobranie składu fazy ruchomej i/lub fazy stacjonarnej oraz czasu okresowego dostarczania i czasu okresowej przerwy dostarczania mieszaniny substancji rozdzielanych. Ze względu na wzrost wydajności procesu rozdzielania, roztwór składników istotnych, powstały na granicy ich pasm, tworzący strefę przejściową pomiędzy pasmami dwóch składników istotnych u wyjścia układu rozdzielczego, może być zbierany do odrębnego pojemnika i zawrócony do rozdzielania wyżej opisanym sposobem.

Sposób rozdzielania według wynalazku dotyczy szczególnie tych substancji, które wykazują jednakową ruchliwość elektroforetyczną i dzięki temu ich pasma odchylają się od kierunku przepływu hydrodynamicznego fazy ruchomej pod jednakowym kątem. Substancjami spełniającymi tę cechę są enancjomery i diastereoizomery. Przy czym w przypadku tych pierwszych układ rozdzielczy posiada chiralną fazę stacjonarną lub faza ruchoma powinna zawierać chiralny dodatek.

Sposób według wynalazku jest schematycznie przedstawiony na rysunku, na którym przez warstwę (1) adsorbentu przepływa roztwór fazy ruchomej w kierunku oznaczonym strzałkami (2). Prostopadle do przepływu fazy ruchomej jest przyłożone pole elektryczne generowane przez zasilacz wysokonapięciowy połączony z elektrodami (3). Roztwór mieszaniny substancji rozdzielanych jest dostarczany do warstwy adsorbentu w miejscu oznaczonym strzałką (4) w sposób okresowo przerywany jak w wynalazku. Na rysunku substancje hipotetycznej mieszaniny rozdzielanej tworzą cztery pasma (5-8), które są odchylone od kierunku przepływu fazy ruchomej pod różnymi kątami. Pasma te, a właściwie

PL 237 453 B1 roztwory substancji rozdzielonych, wypływają z układu rozdzielczego (faza ruchoma-adsorbent) rurkami/kanałami (9) wyjściowymi do pojemników (10-14) na roztwory substancji rozdzielonych. Przy czym pasmo (6) jest utworzone przez dwa istotne składniki i jest przedstawione w formie ciągłej linii, ponieważ składniki te wykazują tę samą ruchliwość elektroforetyczną i ich pasma odchylają się w polu elektrycznym od kierunku przepływu hydrodynamicznego fazy ruchomej pod tym samym kątem. Pasma (5,7,8), w przeciwieństwie do pasma (6), charakteryzują się przerywaną ciągłością, ponieważ dotyczą pojedynczych substancji. Roztwór dwóch istotnych składników rozdzielanych w paśmie (6), wykazujących jednakową ruchliwość elektroosmotyczną, wypływa jedną rurką wyjściową (kanałem wyjściowym) spośród czterech rurek/kanałów (9) poprzez zawór trójdrożny (15) do pojemników (11-13). Przy czym do pojemników (11) i (13) są naprzemiennie kierowane rozdzielone od siebie dwa istotne składniki, ich roztwory, za pomocą zaworu trójdrożnego, który jest przełączany zgodnie z okresowym ich wypływaniem z układu rozdzielczego odpowiednio do okresowego przerywania dostarczania roztworu substancji rozdzielanych do układu rozdzielczego. Następnie roztwór płynący kanałem wyjściowym poprzez zawór trójdrożny (15), stanowiący strefę roztworu przejściowego pomiędzy pasmami dwóch składników istotnych, zawierający te składniki łącznie, jest zbierany do pojemnika (12). Zebrany roztwór dwóch składników istotnych w pojemniku (12) może być zawrócony do układu rozdzielczego lub poddany rozdzielaniu inną metodą.

Claims (2)

1. Sposób preparatywnego rozdzielania wieloskładnikowej mieszaniny z wydzielaniem dwóch składników wykazujących taką samą ruchliwość elektroforetyczną zwanych dalej składnikami istotnymi polegający na okresowym dostarczaniu tej mieszaniny do warstwy adsorbnetu, przez którą przepływa hydrodynamicznie roztwór eluentu, przy przyłożeniu pola elektrycznego prostopadle do kierunku przepływu tego eluentu, gdzie składniki rozdzielane tworzą pasma odchylone pod różnymi kątami w stosunku do kierunku przepływu fazy ruchomej, a następnie zbieraniu substancji rozdzielonych do odrębnych pojemników, znamienny tym, że czas okresowego dostarczania mieszaniny rozdzielanej do układu rozdzielczego i czas okresowej przerwy dostarczania mieszaniny rozdzielanej do układu rozdzielczego są co najmniej równe różnicy czasu retencji wspomnianych dwóch istotnych substancji, wykazujących jednakowy kąt odchylenia ich pasm od kierunku przepływu fazy ruchomej w stosowanym układzie chromatograficznym dwuwymiarowego układu rozdzielczego, a następnie pojawiające się na wyjściu układu rozdzielczego dwa istotne składniki tworzące pasma odchylone pod tym samym kątem w stosunku do kierunku przepływu fazy ruchomej zbiera się naprzemiennie w postaci odrębnych roztworów do oddzielnych pojemników, przy czym roztwór strefy przejściowej powstały na połączeniu pasm dwóch istotnych składników, zawierający istotne składniki, zbiera się do odrębnego pojemnika, po czym wprowadza się ponownie do układu rozdzielczego i poddaje rozdzielaniu wyżej opisanym sposobem, lub poddaje rozdzielaniu inną znaną metodą, zaś pozostałe składniki mieszaniny, tworzące pasma odchylone od kierunku przepływu hydrodynamicznego fazy ruchomej pod różnymi kątami w stosunku do pasma składników istotnych, pojawiające się na innych wyjściach układu rozdzielczego, zbiera sic oddzielnie.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas okresowego dostarczania mieszaniny rozdzielanej skraca się o czas odpowiadający podwójnej szerokości piku analitycznego jednej z dwóch istotnych substancji, korzystnie tej o większej retencji, a czas okresowej przerwy dostarczania roztworu/mieszaniny substancji rozdzielanych wydłuża się o czas odpowiadający podwójnej szerokości piku analitycznego jednej z dwóch istotnych substancji rozdzielanych, korzystnie tej o większej retencji.