Способ хроматографического разделениямногокомпонентных смесей

 

«. 79,7547

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П Ц

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (6!) Дополнительньй к патенту (22) Заявлено 22. 07. 71 (2!) 1686010/23-04 (Я)м. кл з (32) . 23. 07. 70

13. 03. 71 (33) ФРr (23) Приоритет—

В 01 0 15/01

Государстаенный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (3!)Р 2036525.7

Р 2112176.6

Опубликовано 150181. Бюллетень Й9 2

М) ) АК 547. 455. 07 (088.8) Дата опубликования описания 15,01В1 (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Берингер Маннхайм ГМБХ" (ФРГ) (7!) Заявитель (54) СПОСОБ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ

МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ CMECEA

2 первый участок, промывают элюентом, 1не разделенные в конце первого учас. тка разделительной колонки .Фракции подают во второй участок, тогда как

5 разделенные фракции удаляют в конце первого участка колонки, одновременно с этим во второй участок подают элюентную жидкость в количестве, эквивалентном отобранной фракции, !

О после разделения фракции во втором участке оба участка колонки снова соединяют до тех пор, пока не появится заново разделяемая фракция следукааего цикла. !

5 Предпочтительным вариантом осуществления способа является: разделение глюкозо-фруктозной патоки, загрязненной дисахаридами и полисахаридами, на катионообменных

2О смолах в форме щелочных или щелочноэемельных металлических солей с ис"

:пользованием воды в качестве элюента, разделение гидролизатов крахмала на катионообменных смолах в форме

25 щелочных или щелочноземельных металлических солей с использованием воды в качестве элюента, участки колонки обычно имеют соотношение 1: (2-3).

Предложенный способ может исполь30.эоваться во всех крупнотехнических!

Изобретение относится к усовершенствованному способу технического разделения многокомпонентных смесей с помощью непрерывной циклической ,колоночной хроматографии.

Известен способ разделения многокомпонентной смеси, содержащей,например, фруктозу, глюкозу и сахаро" зу, с помощью циклической хроматографии на колонке с помощью адсорбентов и злюентов, известных для данных смесей. Данная колонка представляет собой систему из 6 последовательно соединенных стеклянных трубок каждая 2 м длиной (1) .

Недостатком этого способа является низкая селективность разделения высококачественного компонента крахмальной патоки — фруктозы, что обусловлено длительным периодом цикла и большей скоростью перемещения загрязнений в сравнении со скоростью главной компоненты. . Цель изобретения — повышение разделительной способности указанного выше способа.

Поставленная цель достигается способом, который заключается в том, что разделительную колонку делят на два участка, смесь веществ вводят а

Иностранцы

Карл Лауер, Хейнц-Гюнтер Вудка и Георг Штек (ФРГ) 797547 разделительных процессах, где время прохождения загрязнений отличается от времени прохождения выделяемых главных компонентов.

Описание способа проиллюстрировано фиг 1 и 2.

Иэ резервуара S раствор многокомпонентной смеси перекачивают насосом 1 по трубопроводу 2 в первый участок колонны. Спустя определенное время, насос 1 отключают и одновременно из резервуара с элюирующей средой W насосом 4 по трубопроводу

5 в первый участок 3 колонны перекачивают элюирующую жидкость, причем производительность обоих насосов 1 и 4 одинакова. По окончании фазы элюирования насос 4 отключают, а насос 1 вновь включают. Насосы 1 и

4 управляются часовым механизмом б с эмпирически определенными и жестко установленными интервалами времени.

Покидающая участок 3 колонны жидкость протекает через анализатор 7, который в зависимости от концентраций отдельных фракций включает через регулирующий прибор 12 клапан 8. Когда фракция, содержащая одни загрязненияя, достигает анализатора 7, то клапан 8 включается таким образом, что жидкость, покидающая участок 3 колонны направляется в резервуар D

Одновременно включают насос 9, перекачивающий жидкость из резервуар W. в участок 10 колонны, причем произ- водительность этого насоса совершенно одинакова с производительностью насосов 1 и 4. Начиная с определенной концентрации жидкости, текущей через анализатор 7, т.е. после удаления загрязнения и достижения определенного уровня концентрации первой главной фракции, клапан 8 переключают таким образом, что анализатор 7 оказывается непосредственно соединенным с подводящим трубопроводом (см.фиг.2). Насос в этом положении выключен, так что между резервуаром

0 и резервуаром W никакой связи нет.

Встроенный в анализатор 12 логический элемент сохраняет такое включение неизменным до тех пор, пока концентрация вытекаЮщей из анализатора 7 жидкости возрастет от нуля до некоторой небольшой величины.

Это происходит тогда, когда после промежуточного пропуска чистого элюирующего средства в анализатор 7 вновь попадут загрязнения очередного цикла.

Предложенный способ обеспечивает попадание в более длинный участок 10 колонны только главных фракций, подлежащих дальнейшему разделению.

Дальнейшее разделение производится следующим образом. .Анализатор 13 включает через регулирующий прибор 14 клапан 15 таким образом, что первая фракция накапли-, 5

1$

60 б5 вается в резервуаре G, а вторая фракция - в резервуаре F . Промежу-, точные фракции, содержащие обе компоненты, направляются в резервуар

G/F.

Разделительная установка имеет три регулирующих узла, обрамленных на фиг.1 и 2 ItITpHxGBblMH линиями. Узел

1, в состав которого входит часовой механизм 6 и насосы 1 и 4, работает совершенно независимо и при пуске разделительной системы устанавливается эмпирически таким образом, чтобы попадающие в узел И фракции следовали безразрывно с как можно меньшим перекрытием.

Узел ll, состоящий из анализатора

7 с регулирующим прибором 12, клапаном 8 и насосом 9, предназначен для удаления фракции, содержащих загрязнения. Анализатор состоит из простого измерителя концентрации, например проточного рефрактометра, результаты которого сообщаются в виде пропорционального измеренному параметру напряжения регулирующему прибору 12.

Последний имеет так .называемый логический элемент, представляющий собой, например, следящее реле, благодаря которому клапан 8 и насос 9 включаются при определенной концентрации только в том случае, если в момент включения концентрация жидкости, протекающей через анализатор, находится в стадии повышения. Регулирующий прибор отключает водяной насос

9 и во время забора содержащих загрязнения фракций. узел ш, предназначенный для отделения фруктозы и глюкозы, состоит из анализатора 13 с управляющим прибором 14 и клапана 15. Узел предназначен для направления главных фракций в соответствующие резервуары G, G/F u F. Анализатор 13 состоит из одного измерительного прибора для угла вращения и одного — для индекса преломления. Измерительные приборы оборудованы проточными кюветами и результаты своих измерений сообщают прибору 14 в виде пропорциональных параметру напряжений. Управляющий прибор 14 содержит вычислительное устройство, рассчитывающее частичные концентрации глюкозы и фруктозы. При отклонении от допустимых предельных концентраций включается клапан 15. Для контролирования процесса разделения к вычислительному устройству регулирующего прибора 14 можно подключить многоцветный самописец, записывающий концентрации глюкозы и фруктозы в виде непрерывной диаграммы элюирования.

На фиг.2 узел II включен таким образом, что участок 3 колонны непосредственно соединен клапаном 8 и подводящим трубопроводом 11 с участком колонны 10.

797547

II p и м е р 1. Получение чистой фруктозы из эпимеризованной крахмальной патоки.

Размеры колонны: участок 3 колонны: диаметр 10 см, длина 4,5 м, участок 10 колонны:диаметр 10 см, длина 9,0 м.

При скорости перемещения б л/ч

2 л 5Ъ-ного по весу эпимеризован-. ного раствора крахмальной патоки подаются в участок 3 колонны. Спустя 20 мин насос 1 отключают и насосом 4 подают в течение 2,6 .ч воду в количестве б л/ч из резервуара W в участок 3 колонны. Насосы 1 и 4 обеспечивают попеременно в том же ритме загрузки участка 3 колонны. Спустя примерно 90 мин анализатор 12 замеряет первые изменения индекса преломления. Клапан 8 включается таким образом, чтобы элюат стекал в резервуар 0 . Теперь в участок 10 колонны насос 9 подает воду. Спустя еще

90 мин колонна будет очищена от загрязнений. При концентрации около

190 г глюкозы/л клапан 8 переключается и участок 3 колонны оказывается сосдиненным с участком 10 колонны. Элюат обычным образом дальше разделяется в участке 10 колонны и направляется в резервуары G, G/F u

F. Для фруктозы угол вращения составляет примерно 92О, что соответству-ет требованиям чистоты Германской фармакологии (DAB 7).

Пример 2. Получение чистой декстрозы из гицролизатов крахмала.

Размеры колонны: 1-ый участок колонны: диаметр 1,2 м, длина 5,0 м, 2-ой участок колонны: диаметр

1,2 м, длина 10,0 м.

Заполнение колонны: DDWE KC50WX4

++ в Са -форме.(полистиролсульфонатная смола, сетчатая структура молекул в которой создана дивенилбензолом).

50%-ный по весу обессоленный гидролизат крахмала подают в колонну со скоростью 1200 л/ч. Спустя 60 мин подачу прекращают и другим насосом

4 в течение 3 ч подают воду со скоростью, также равной 1200 л/ч. Колонна много сот раз без перерыва загружается с таким 4-часовым циклом времени. Спустя 80-90 мин после подачи гидролизата крахмала анализатор обнаруживает в конце первого.участка колонны образование быстро перемещающихся загрязнений (олигосахаридов). Элюат отводится в течение

30-40.мин в соответствующий резервуар и замещается таким же количеством воды. После того, как в анализатор попадет первая декстроза, участок 3 колонны соединяют с участком

10 колонны и в соответствии с показаниями второго анализатора в конце второго участка колонны элюат раэде- ляют на фракцию олигосахаридов и фракцию декстрозы.

После выпаривания элюата получают в расчете на введенное количество гидролиэата крахмала примерно

90% декстрозы 98-99Ъ-ной чистоты, 8-10Ъ олигосахаридов, отбираемых в крнце первого участка колонны и 1-3% олигосахаридов, отбираемых в конце второго участка колонны. Цикличес(g кая загрузка гидролизатом крахмала позволяет разделить за день 7200 л гидролизата крахмала, т.е.получать около 3500-4000 кг декстрозы за день.

Пример 3. Получение альбумина, лактозы и лактата кальция из сыворотки.

Размер колонны:

1-й участок колонны: диаметр

10 см, длина 1 м, 20 2-ой участок колонны: диаметр

10 см, длина 3 м.

Заполнение колонны: "Лефатит

TSW-чО" в кальциевой форме (полистирольная смола с сульфокислот 5 ными группами).

Кислую сыворотку концентрируют в вакууме при 40 С до б-ти кратного содержания твердого вещества. Полученный концентрат порциями по 1 л подают при температуре 20 С в верхнюю часть разделительной колонны и при 20 С производят элюирование дистиллированной водой.

После каждых 10 л элюирующего средства в колонну вновь вводят 1 л концентрата. На выходе обоих участков колонны непрерывно определяют содержание твердого вещества с помощью проточного рефрактометра.

После введения 2,5-3 л элюирующего средства на выходе первой колонны наблюдают появление быстро перемещающихся фракций, содержащих белок и лактозу. После прибавления приблизительно 6 л эти фракции полностью переходят во вторую часть колонны, после чего вторую часть колонны непосредственно соединяют с трубопроводом, подающим элюирующее средство, а жидкость, выходящую затем из первой части колонны, отводят для получения лактата кальция. Основное количество лактата кальция получают во время добавления 8-11-ого л элЮирующего средства в первую часть колонны. Между 12-ым и;13-ым л элюирующей жидкости появляется следующая фракция белка и лактозы, так что обе колонны вновь соединяют друг с другом и соответствующим образом производят дальнейшую работу.

59 На конце второго участка колонны после добавления 10 л элюирующей жидкости получают белковую фракцию.

После добавления 13,5-19 л получают фракцию, содержащую лактозу. ПромефЯ жуточные фракции до появления сле- "

797547 дующей белковой фракции после 20 л где содержались остатки лактата кальция, отбрасывают.

Белковые фракции собирают и осторожно упаривают в вакууме при

40 С., Продукт получают в форме бесцветных чешуек. . Фракции, содержащие лактозу и лактат кальция, упаривают, причем после перекристаллиэации из воды получают кристаллические продукты.

В результате из каждого литра сывороточного концентрата получают

50 r белка, 280 r лактозы и 80 г лактата кальция. .Пример 4. Способ непрерывного получения чистых стероидов из 15 смеси, полученной путем восстановления тестостерона.

Наполнитель для колонны:

"Sephadex (.Н20". Элюент: метиленхлорид/метанол= 96/4. 20

Размеры колонны: участок колонны 3: диаметр 3 см, длина 50 см, участок колонки 10, диаметр 3 см, длина 100 см.

Со скоростью 300 мл/ч с помощью насоса 1 в участок колонны 3 подают

30 мл раствора стероидов (полученных путем восстановления 5 г тестостерона) в злюенте.. Через б мин насос 1 выключается, а насос 4 в тече-. ние 9 ч подает элюент из емкости Ч

Затем насосы 1 и 4 попеременно в постоянном ритме подают указанные вещества в участок колонки 3. Через

3 ч на анализаторе 7 отмечаются пер- ЗЗ вые изменения на основании содержания тестостерона в растворе и вентиль 8 становится в такое положение, чтобы элюат стекал в емкость 0

Сейчас же в участок колонны 10 с ® помощью насоса 9 подают элюат.Через последующие 3 ч необработанный тестостерон удаляют из колонны 3 и не полностью разделенные продукты восстановления определяют с помощью анализатора 7 (4-10 ч). Вентиль 8 переключается и колонна 3 соединяется с колонкой 10 до тех пор, пока с помощью анализатора 7 не будет снова обнаружен тестостерон (12-<15-ый ча-. сы), после чего вентиль 8 становит- ® ся снова в исходное положение. Затем элюат снова обычным порядком делится на участке колонны 10, цосле че:го получают чистый 3d. 17 -андростандиол (12-15-ый часы) 35,179 андро- Я стандиол (15-18-ый часы) и 3,175-андростендиол (18-21-ый часы) . При ритме задания в 9 ч все мероприятия и фракции повторяются через указанное время.

d0

Без отделения тестостерона, который протекает через колонку в 3-4 раза быстрее, чем андростандиол, ритм задания должен быть удлинен, по меньшей мере, до 27 ч во избежание 4f г сливания двух следующих друг за другом циклов.

Пример 5. Хроматографическое получение пуриновых оснований иэ смеси сырых (неочищенных) оснований нуклеозидов.. Наполнитель для:колонки. катионнообменная смола "Oowe@50" в кислой форме.

Элюент.: метанол/2м водный раствор соляной кислоты=1/9.

Размеры колонны: участок. колонны

3, диаметр 9 см, длина 1 м, участок колонки 10,диаметр 9 см, длина 3 м.

В участок колонны 3 со скоростью б л/ч с помощью насоса 1 подают

300 мл 2%-ного раствора урацила, цитоэина> гуанина и аденина. Через 3 мин насос 1 выключают и с помощью насоса

4 в течение последующих 4 ч в колонну

3 подают элюат из емкости И . Затем насосы 1 и 4 подают попеременно указанные вещества в колонку 3. Примерно через 1,2 ч на анализаторе отмечаются первые изменения, а вентиль

8 включается так, чтобы элюат стекал в емкость 0 . В это время насос 9 подает элюат в участок колонны 10. В течение последующих 2,8 ч основания пиримидина оказываются полностью вымытыми иэ участка колонны и вентиль

8 переключается так, чтобы участки колонны 3 и 10 были бы снова соединены вместе. Элюат отделяется обычным способом в участке колонны 10 и получают последовательно чистый гуанин и аденин.

Формула изобретения

1. Способ хроматографического разделения многокомпонентных смесей путем циклической хроматографии, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью повышения разделительной способности способа, разделительную колонку делят на два участка, смесь веществ вводят в первый участок, промывают элюентом, не разделенные в конце первого участка разделительной колонки фракции подают во второй участок, тогда как разделенные фракции удаляют в, конце первого участка колонки, одновременно с этим во второй участок подают злюентную жидкость s количестве, эквиэалентном отобранной фракцйи, после разделения фракций во втором участке оба участка колонки снова соединяют до тех пор, пока не появится заново разделяемая фракция следующего цикла.

2, Способ по п.1, о т л и ч а ю—

g и и с я тем, что разделяют глюкоэо-фруктоэную патоку, загрязненную дисахаридами и полисахаридами, на„ катйонообменных смолах в форме ще-. лочных или щелочноземельных метал797547

Риг3

Составитель В.Криворучко

Редактор С.Лыжова Техред M.Kîøòóðà Корректор М.Демчик

Заказ 9524/80а Тираж 715 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 лических солей с использованием воды в качестве элюента.

3. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что разделяют гидролизаты крахмала на жатионообменных, смолах в форме их щелочных или щелочноземельных металлических солей, используя воду в качестве элюента.

4. Способ по пп.1-3, о т л ич а ю шийся тем, что участки колонки имеют соотношение 1: (2-3).

Приоритет поп ун к там

23 ° 07 ° 70 по пп.1,2 и 4;

13.03.71 по п.3.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ Ф 15б7325, кл. С 23 к 11/00, вылож.16.04.70 (прототип).