从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离系统及其方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103961902 A (43)申请公布日 2014.08.06 CN 103961902 A (21)申请号 201410212118.0 (22)申请日 2014.05.20 201410118985.8 2014.03.27 CN B01D 15/18(2006.01) B01D 15/42(2006.01) (71)申请人 浙江大学宁波理工学院 地址 315100 浙江省宁波市鄞州区钱湖南路 1 号 (72)发明人 危凤 (74)专利代理机构 宁波市鄞州甬致专利代理事 务所 ( 普通合伙 ) 33228 代理人 代忠炯 (54) 发明名称 从原料液中分离与浓缩。

2、目标组分的模拟移动 床色谱分离系统及其方法 (57) 摘要 本发明公开一种从原料液中分离与浓缩目标 组分的模拟移动床色谱分离系统， 其特征在于 ： 该模拟移动床色谱分离系统由II区和III区两个 区组成， 所述 II 区和 III 区的每一个区都由 1 根 以上色谱柱串联构成 ； 其中， II 区位于洗脱液入 口与进料口之间， III 区位于进料口和萃余液出 口之间 ； II 区色谱柱内部流动相的洗脱能力强于 III 区色谱柱内部流动相的洗脱能力 ； 目标组分 在 II 区和 III 区的色谱柱内部积累而不流出， 非 目标组分则从 III 区萃余液出口流出。本发明具 有结构简单、 溶剂种类少，。

3、 后处理方便， 成本降低 的优点。 (66)本国优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103961902 A CN 103961902 A 1/2 页 2 1. 一种从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离系统， 其特征在于 ： 该 模拟移动床色谱分离系统由 II 区和 III 区两个区组成， 所述 II 区和 III 区的每一个区都 由 1 根以上色谱柱串联构成 ； 其中， II 区位于洗脱液入口与进料口之间， I。

4、II 区位于进料口 和萃余液出口之间 ； II 区色谱柱内部流动相的洗脱能力强于 III 区色谱柱内部流动相的洗 脱能力 ； 目标组分在 II 区和 III 区的色谱柱内部积累而不流出， 非目标组分则从 III 区萃 余液出口流出。 2. 根据权利要求 1 所述的从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离系 统， 其特征在于 ： 所述的 II 区洗脱液入口处设置加热装置并在 III 区进料口处设置冷却装 置。 3. 根据权利要求 1 所述的从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离系 统， 其特征在于 ： 所述流入 II 区的液体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量高于流入 III。

5、 区的液体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量。 4. 根据权利要求 1 所述的从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离系 统， 其特征在于 ： 所述的 II 区洗脱液入口处设置加热装置并在 III 区进料口处设置冷却装 置和流入 II 区的液体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量高于流入 III 区的液体中 具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量。 5. 一种利用模拟移动床色谱分离系统分离和浓缩目标组分的方法， 其特征在于 ： 具体 步骤包括 ： (1) 先配制洗脱液 1 和洗脱液 2， 洗脱液 2 的洗脱能力强于洗脱液 1 的洗脱能力 ； 将待 分离的原料溶于洗脱液1中配制成原料液 ；。

6、 将原料液从进料口、 洗脱液2从洗脱液入口分别 流入由 II 区和 III 区两个区组成的模拟移动床系统， II 区色谱柱内部流动相的洗脱能力 强于 III 区色谱柱内部流动相的洗脱能力 ； (2) 每隔一定时间， 进料口、 洗脱液入口和萃余液出口的位置同时沿色谱柱内液相流动 的方向切换至到对应的下一根色谱柱的进 / 出口 ； II 区色谱柱内部流动相的洗脱能力强于 III 区色谱柱内部流动相的洗脱能力 ； 分离过程中， 非目标组分从萃余液出口流出， 而目标 组分则积累在II区和III区内部而不流出系统 ； 据此， 目标组分与非目标组分得以分离、 并 同时在 II 区和 III 区色谱柱内部逐。

7、步积累而得到浓缩。 6. 根据权利要求 5 所述的利用模拟移动床色谱分离系统分离和浓缩目标组分的方法， 其特征在于 ： 该方法还包括最后目标组分的回收步骤， 根据对目标产物纯度的要求， 具体采 用如下两种方法来实现 ： (1) 在目标组分在 II 区和 III 区内部逐步积累的过程中， II 区和 III 区内部的色谱柱 亦会逐渐饱和 ； 一旦达到饱和， 即停止从进料口进原料液， 否则目标组分将与非目标组分一 同流出萃余液出口 ； 此时， 停止模拟移动床操作， 洗脱II区和III区内部色谱柱以回收目标 组分 ； 或 (2) 待色谱柱饱和后， 用洗脱液 1 代替原料液， 即将溶解原料所用的液体从。

8、原料液入口 注入两区模拟移动床色谱分离系统， 而不是将原料液注入系统， 其余操作条件不变 ； 此时， 残留在 II 区和 III 区内部的非目标组分将继续流出系统， 从而使积累在 II 区和 III 区的 目标组分得以纯化 ； 当残留的非目标组分全部流出系统后， 再停止模拟移动床操作， 并洗脱 权 利 要 求 书 CN 103961902 A 2 2/2 页 3 II 区和 III 区内部色谱柱即回收得到高纯度的目标组分。 权 利 要 求 书 CN 103961902 A 3 1/5 页 4 从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离系 统及其方法 技术领域 0001 本发明涉及一种用模。

9、拟移动床色谱从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动 床色谱分离系统及其方法。 背景技术 0002 色谱分离方法是常用的一种从混合物中分离目标组分的方法， 在诸如药物分离、 天然产物分离纯化等许多领域有着广泛应用。一般地， 单纯的色谱分离工艺得到的只是产 品溶液， 故还需辅以回收操作， 如蒸发或结晶等， 才能从中得到纯的目标组分。 显然， 产品溶 液浓度越高， 则越有利于回收操作。 0003 然而， 由于存在传质阻力和轴向弥散等非理想因素， 在大多数的色谱分离过程中， 目标组分总是被稀释， 其在产品溶液中的浓度要低于其在原料液中的浓度。回收操作负担 因此而被加重， 使得其在总分离成本中占有很大的。

10、比重。在某些分离工艺中， 如天然产物 分离纯化， 因目标组分的含量很低， 回收操作可能决定整个分离过程的成本。以从红豆杉 树叶中提取和分离紫杉醇为例， 由于紫杉醇含量很低， 仅为万分之三左右， 经溶剂浸提后也 只能将含量提高到千分之三左右， 此时如采用色谱分离， 将浸膏配制成原料液， 假设浓度为 50mg/mL， 则原料液中紫杉醇浓度仅约 0.15mg/mL。因产品在获得分离纯化的同时往往伴随 着产品溶液的稀释， 色谱分离获得的产品溶液中紫杉醇浓度将远小于 0.15mg/mL， 从如此稀 的溶液中回收紫杉醇成本很大， 故先采取多个前处理操作， 将紫杉醇富集到一定程度后再 用色谱分离精制， 这种。

11、方法并未从根本上解决问题， 只是将回收操作的负担部分转移前处 理操作中。 发明内容 0004 本发明针对现有技术的不足， 提供一种结构简单、 溶剂种类少， 后处理方便， 成本 降低的从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离系统。 0005 为了解决上述技术问题， 本发明提供的技术解决方案是这样实现的 ： 一种从原料 液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离系统， 该模拟移动床色谱分离系统由 II 区和 III 区两个区组成， 所述 II 区和 III 区的每一个区都由 1 根以上色谱柱 ( 包括一根 ) 串联构成 ； 其中， II 区位于洗脱液入口与进料口之间， III 区位于进料口。

12、和萃余液出口之 间 ； II 区色谱柱内部流动相的洗脱能力强于 III 区色谱柱内部流动相的洗脱能力 ； 目标组 分在 II 区和 III 区的色谱柱内部积累而不流出， 非目标则从 III 区萃余液出口流出。 0006 作为优选， 为了使得II区色谱柱内部流动相的洗脱能力强于III区色谱柱内部流 动相的洗脱能力， 可以在II区洗脱液入口处设置加热装置并在III区进料口处设置冷却装 置， 以保证使流入 II 区的液体的温度高于流入 III 区的液体的温度， 从而实现 II 区色谱柱 内部流动相的洗脱能力强于 III 区色谱柱内部流动相的洗脱能力。 0007 作为优选， 为了使得II区色谱柱内部流。

13、动相的洗脱能力强于III区色谱柱内部流 说 明 书 CN 103961902 A 4 2/5 页 5 动相的洗脱能力， 也可以采用流入 II 区的液体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量 高于流入 III 区的液体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量的方法。 0008 也可以同时采用在 II 区洗脱液入口处设置加热装置并在 III 区进料口处设置冷 却装置和流入 II 区的液体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量高于流入 III 区的液 体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量这两种方法， 实现 II 区色谱柱内部流动相的 洗脱能力强于 III 区色谱柱内部流动相的洗脱能力。 0009 本发明还。

14、提供一种利用上述两区模拟移动床色谱分离系统分离和浓缩目标组分 的方法， 具体步骤包括 ： 0010 (1) 先配制洗脱液 1 和洗脱液 2， 洗脱液 2 的洗脱能力强于洗脱液 1 的洗脱能力 ； 将待分离的原料溶于洗脱液1中配制成原料液 ； 将原料液从进料口、 洗脱液2从洗脱液入口 分别流入由 II 区和 III 区两个区组成的模拟移动床系统， II 区色谱柱内部流动相的洗脱 能力强于 III 区色谱柱内部流动相的洗脱能力 ； 0011 (2) 每隔一定时间， 进料口、 洗脱液入口和萃余液出口的位置同时沿色谱柱内液相 流动的方向切换至到对应的下一根色谱柱的进 / 出口 ( 顺应需要断开和连接的。

15、色谱柱， 通 过分离系统自动断开和连接， 始终保证由 II 区和 III 区两个区组成， 所述 II 区和 III 区 的每一个区都由 1 根以上色谱柱串联构成 ； 其中， II 区位于洗脱液入口与进料口之间， III 区位于进料口和萃余液出口之间 ) ； II 区色谱柱内部流动相的洗脱能力强于 III 区色谱柱 内部流动相的洗脱能力 ； 分离过程中， 非目标组分从萃余液出口流出， 而目标组分则积累在 II 区和 III 区内部而不流出系统 ； 据此， 目标组分与非目标组分得以分离、 并同时在 II 区 和 III 区色谱柱内部逐步积累而得到浓缩。 0012 本发明的技术原理基于存在于梯度模拟。

16、移动床色谱中的一种溶质积累效应。 在常 规模拟移动床中， 每个区间内部流动相的洗脱能力相同， 故强吸附组分在 II 区和 III 区内 部被固相吸附， 而弱吸附组分则在 II 区和 III 区内部被液相脱附， 强吸附和弱吸附组分据 此逆向移动而得以分离。即是说， 任意一种分离组分， 其在 II 区和 III 区内部要么被固相 吸附， 要么被液相脱附。而如果给模拟移动床施加一种梯度， 如溶剂组成梯度和 / 或温度梯 度， 使 II 区内部流动相的洗脱能力强于 III 区内部流动相的洗脱能力， 则对于某一个特定 溶质 ( 例如目标组分 )， 其存在如下可能 ： 在 II 区内部被液相脱附， 而在 。

17、III 区内部则被固 相吸附。此时， 该溶质将既不会从萃余液出口流出， 亦不会从萃取液出口流出， 而是积累在 II 区和 III 区之间的柱子内部。 0013 本发明即是基于这一认识， 通过如下三种措施来使 II 区内部流动相的洗脱能力 强于 III 区内部流动相的洗脱能力 ： 0014 (1)流入II区的液体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量高于流入III区的 液体中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量 ； 0015 (2) 洗脱液中具有强洗脱能力的溶剂的体积百分含量高于流入原料液中具有强洗 脱能力的溶剂的体积百分含量。 0016 (3)分别在II区入口处设置加热装置和III区入口处设置冷却。

18、装置， 使流入II区 的液体的温度高于流入 III 区的液体的温度。 0017 再设定合适的 II 区和 III 区液相流速以及柱子切换时间， 仅使目标组分在 II 区 和III区积累， 而非目标组分则不积累， 故从唯一的物料出口-萃余液出口流出系统。 如 说 明 书 CN 103961902 A 5 3/5 页 6 此， 目标组分与非目标组分实现分离， 与此同时还逐步积累在II区和III区内部而被浓缩。 0018 本发明的上述方法还包括最后目标组分的回收步骤， 根据对目标产物纯度的要 求， 具体可采用如下两种方法来实现 ： 0019 (1) 因为溶质积累效应本质上还是基于固定相对溶质的吸附，。

19、 故在目标组分在 II 区和 III 区内部逐步积累的过程中， II 区和 III 区内部的色谱柱亦会逐渐饱和。一旦达到 饱和 ( 通过监测萃余液出口收集的液体， 一旦液体中出现目标组分， 即可判定饱和， 即可停 止进料 )， 应停止从进料口进原料液， 否则目标组分将与非目标组分一同流出萃余液出口。 此时， 可停止模拟移动床操作， 洗脱 II 区和 III 区内部色谱柱以回收目标组分。但在 II 区 和 III 区的色谱柱内部除了积累的目标组分外， 还有少量残留的非目标组分， 因而在回收 目标组分过程中的亦会同时得到少量非目标组分 ； 0020 或 0021 (2) 为了回收得到高纯度的目标组。

20、分， 对上述回收方法进行改进， 即可待色谱柱饱 和后， 将溶解原料所用液体即洗脱液 1 代替原料液， 即将溶解原料所用液体直接从原料液 入口注入本发明的两区模拟移动床色谱分离系统， 而不是将原料液注入系统， 其余操作条 件不变 ； 此时， 残留在 II 区和 III 区内部的非目标组分将继续流出系统， 从而使被积累在 II 区和 III 区的目标组分得以纯化 ； 当残留的非目标组分全部流出系统后 ( 通过监测萃余 液出口收集的液体， 一旦液体中不含有非目标组分， 即可判定残留的非目标组分已全部流 出系统)， 再停止模拟移动床操作， 并洗脱II区和III区内部色谱柱即可回收得到高纯度的 目标组分。

21、。 0022 本发明的优点和有益效果 ： 本发明提供一种仅仅采用两区模拟移动床色谱从原料 液中同步分离与浓缩目标组分的方法， 能够在提高目标组分纯度的同时还能增加目标组分 在产品溶液中的浓度， 从而减轻从产品溶液中回收目标组分的负担。本发明两区模拟移动 床色谱分离系统， 结构简单， 操作方便， 所需要的物料少、 仅仅需要两种比例的流动相， 且分 离纯化后处理简单， 降低了分离、 纯化成本。 附图说明 0023 图 1 为本发明提供的从原料液中分离与浓缩目标组分的模拟移动床色谱分离方 法示意图。 0024 图 2 为辣椒总碱的液相色谱分析谱图。 0025 图 3 为实施例 1 所获得的高辣椒碱溶。

22、液的液相色谱分析谱图。 0026 图 4 为实施例 3 所获得的辣椒碱溶液的液相色谱分析谱图。 具体实施方式 0027 下面以从辣椒总碱中分别分离与浓缩降辣椒碱和高辣椒碱作为例子， 详细说明本 发明的技术方案。 辣椒总碱原料购自郑州贝拜欧生物技术有限公司。 如图2所示， 在碳十八 烷基键合硅胶柱上， 辣椒总碱中各个单体的出峰顺序依次为降二氢辣椒碱、 辣椒碱、 二氢辣 椒碱和高辣椒碱， 其中辣椒碱和高辣椒碱含量依次为 65和 1。采用本发明提出从原料 液中同步分离与浓缩目标组分的模拟移动色谱分离方法， 从辣椒总碱溶液中分别分离与浓 缩辣椒碱和高辣椒碱。 本发明所述的每隔一定时间即色谱柱进出口切换。

23、时间根据具体的色 说 明 书 CN 103961902 A 6 4/5 页 7 谱柱和分离物质限定， 2-20min 切换一次。 0028 1. 模拟移动床色谱分离系统 0029 模拟移动床色谱系统主要包括用于输送原料液和洗脱液的两台柱塞泵、 8 根装填 有 C18 硅胶的色谱柱 ( 内径 1cm， 长 10cm)。用甲醇和水配制两个组成不同洗脱液， 其中洗 脱液 1 中甲醇体积百分含量 60， 洗脱液 2 中甲醇体积百分含量 80， 故洗脱液 1 的洗脱 能力比洗脱液2的洗脱能力要弱。 将辣椒总碱溶于洗脱液1中配制成原料液， 总浓度10mg/ mL。 0030 2. 成品检验 0031 高效。

24、液相色谱分析产品纯度。高效液相色谱系统组成 ： 德国 KnauerK501 泵， 美国 AgilentTC-C18 柱 (4.6150mm， 5m)， 德国 KnauerK2501 检测器 ； 液相色谱分析条件 ： 流 动相为甲醇 / 水 ( 体积比 70/30)， 流速 0.5mL/min， 检测波长 280nm， 柱温 :30。 0032 实施例 1用模拟移动床色谱系统从辣椒总碱中分离与浓缩高辣椒碱 0033 II 区和 III 区内部分别布置 4 根色谱柱。室温下操作。洗脱液 2 以 3mL/min 的 流速从洗脱液入口流入系统， 原料液以 2mL/min 的流速从进料口流入系统， 则从。

25、萃余液出 口流出系统的萃余液流量为 5mL/min。每隔 5 分钟， 洗脱液、 原料液与萃余液等三股物料的 进 / 出口位置分别沿流动相方向切换至下一根柱子的进 / 出口。共运行 608 个切换周期， 萃余液中有辣椒碱和二氢辣椒碱等， 但不含高辣椒碱。从第 609 次切换周期开始， 萃余液中 开始出现高辣椒碱。 故停止进料， 将原料液更换成洗脱液1， 其余操作条件不变， 继续模拟移 动床操作。萃余液中的辣椒碱和二氢辣椒碱含量逐渐降低， 到第 626 次切换周期萃余液中 已不含任何溶质。此时， 停止模拟移动床操作， 用甲醇依次洗脱 8 根色谱柱， 发现高辣椒碱 主要分布在 II 区第 2、 3 。

26、和 4 根以及 III 区第 1 根这四根柱子内部， 高辣椒碱产品溶液的色 谱谱图如图 3 所示， 其浓度 20mg/mL， 而原料液中高辣椒浓度仅为 0.1mg/mL， 故高辣椒碱在 得到分离纯化的同时还被浓缩 200 倍。 0034 实施例 2用模拟移动床色谱系统从辣椒总碱中分离与浓缩高辣椒碱 0035 II 区和 III 区内部分别布置 4 根色谱柱。洗脱液 2 于 40温度下以 2.8mL/min 的流速从洗脱液入口流入系统， 原料液则被冷却至 10后以 2.4mL/min 的流速从进料口流 入系统， 则从萃余液出口流出系统的萃余液流量为5mL/min。 每隔5分钟， 洗脱液、 原料液。

27、与 萃余液等三股物料的进 / 出口位置分别沿流动相方向切换至下一根柱子的进 / 出口。共运 行 623 个切换周期， 萃余液中有辣椒碱和二氢辣椒碱等， 但不含高辣椒碱。从第 624 次切换 周期开始， 萃余液中开始出现高辣椒碱。 故停止进料， 将原料液更换成洗脱液1， 其余操作条 件不变， 继续模拟移动床操作。萃余液中的辣椒碱和二氢辣椒碱含量逐渐降低， 到第 645 次 切换周期萃余液中已不含任何溶质。此时， 停止模拟移动床操作， 用甲醇依次洗脱 8 根色谱 柱， 发现高辣椒碱分布在 II 区第 2、 3 和 4 根以及 III 区第 1 根这四根柱子内部， 高辣椒碱 产品溶液浓度达 24.5。

28、mg/mL， 而原料液中高辣椒浓度仅为 0.1mg/mL， 故高辣椒碱在得到分 离纯化的同时还被浓缩 245 倍。 0036 实施例 3用模拟移动床色谱系统从辣椒总碱中分离与浓缩辣椒碱 0037 II 区和 III 区内部分别布置 4 根色谱柱。洗脱液 2 以 3mL/min 的流速从洗脱液 入口流入系统， 原料液以 2mL/min 的流速从进料口流入系统， 则从萃余液出口流出系统的 萃余液流量为 5mL/min。每隔 3 分钟， 洗脱液、 原料液与萃余液等三股物料的进 / 出口位置 说 明 书 CN 103961902 A 7 5/5 页 8 分别沿流动相方向切换至下一根柱子的进 / 出口。。

29、共运行 45 个切换周期， 萃余液中有二氢 辣椒碱和高辣椒碱等， 但不含辣椒碱。从第 46 次切换周期开始， 萃余液中开始出现辣椒碱。 故停止进料， 将原料液更换成洗脱液1， 其余操作条件不变， 继续模拟移动床操作。 萃余液中 的二氢辣椒碱和高辣椒碱含量逐渐降低， 到第 63 次切换周期萃余液中已不含任何溶质。此 时， 停止模拟移动床操作， 用甲醇依次洗脱 8 根色谱柱， 发现辣椒碱积累在 II 区第 4 根以及 III区第1、 2和3根这四根柱子内部， 辣椒碱产品溶液的液相谱图如图4所示， 其浓度50mg/ mL， 而原料液中辣椒浓度 6.5mg/mL， 故辣椒碱在得到分离纯化的同时还被浓缩约 7.7 倍。 0038 以上实施例是对本发明的说明和进一步解释， 而不是对本发明的限制， 在本发明 的精神和权利保护范围内所做的任何修改， 都落入本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103961902 A 8 1/2 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103961902 A 9 2/2 页 10 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103961902 A 10 。