（聊城万合工业制造有限公司秦学)

摘要：结合我公司新研制的产品——型工业化高压制备液相色谱分离纯化装备，概述大型工业化制备液相色谱分离纯化装备的基本构成，并探讨了一些影响线性放大到工业化生产的基本因素。希望能够为今后药企选择和使用该设备提供指导建议和方法，以满足制药行业对产品率、低成本、高纯度的规模化分离纯化要求，进而提升我国药企的竞争力。

关键词：；工业化制备液相色谱；色谱分离装备；规模化分离纯化

制备色谱是分离科学中zui有效的制备性分离技术，是很多研究领域和现代化的合成医药、生物制药、植物提取中*的分离手段。但受到传统制药工艺的影响，到目前为止，工业化高压制备液相色谱纯化装备还处于等待被认知和接受的阶段，应用这种工艺技术的医药生产厂商还很少。特别是在生物、化工生产过程中，为迎接产品成本质量标准方面的商业竞争及环境保护压力的挑战，必须进行色谱生产过程放大和操作*化方面的探索。人们更深刻地认识到研究制备色谱放大过程中并将其用于实践研究，可节省开发时间、选定溶剂及固定相，使工艺更加稳定耐用，zui终降低成本并加速其市场化进程。

本文将结合我公司大型工业化制备液相色谱装置，重点介绍下设备使用过程中的一些主要技术要点，以便为设备下一步的推广应用提供参考。

一 型工业化制备液相色谱分离装备简介

大型工业化制备液相色谱分离装备【正面图】

大型工业化制备液相色谱分离装备【俯瞰图】

装备由直径为800mm的动态轴向加压色谱柱、大流量高压输液泵、进样泵、在线检测器及数据处理软件、自动馏分收集器、防爆控制系统及辅助装置等组成。

色谱柱的功能是将混合物中各组分分离。对色谱柱的一般要求是柱效高、选择性好、分离速度快。

输液泵的功能是将洗脱剂在高压下连续不断地送入柱系统，使含有目标物的液态混合物在色谱柱中完成分离过程。

进样泵的作用是将待分离样品引入色谱柱。

在线检测器、高压输液泵、色谱柱是组成HPLC的三大关键部件。经过色谱柱分离后的各组分与流动相一起进入检测器，按照样品的物理或化学特性将信息转换为易测量的电信号，并记录下来，得到样品组分分离的色谱图。由谱峰的位置、形状和大小判断分离的优劣，并进行定性、定量分析。随着计算机科技的发展，远程控制也成为工业化制备液相色谱系统的一大特点。操作人员可以在终控室通过PC机完成对设备的控制和监测。

馏分收集系统是使通过动态轴向压缩柱洗脱的柱后溶剂通过工艺程序控制，有序的分流到不同的储存罐。每一个馏分收集管路设置一处取样口，便于随时提取样品进行分析观测。

设备控制系统包括正向防爆电气控制柜、两通和三通电控气动球阀、泵后流量计、压力变送器、气路和液路管以及控制元件组成。正向防爆电气控制柜内设置驱动溶剂泵和进样泵的驱动板、马达变频器、系统核心控制单元（MCU）以及液晶显示单元。

辅助装置包括匀浆装柱机和翻转及升降装置：匀浆装柱机的功能一是采用机械方式搅拌应用于动态轴向柱的填料，使之与装柱液均匀混合；二是将已经搅拌均匀的填料注入柱管内。翻转及升降装置用于设备的初期组装、定期检修、更换柱内填料。

二 大型工业化制备液相色谱分离装备应用要点

1 填充装柱

（1）选择合适的填料

填料粒径的选择是制备色谱分离中的关键问题。填料粒径主要从柱效和压力两方面影响着制备色谱的应用。压力影响着运行成本，柱效影响着分离效果,但两者又互相制约。提高柱效zui有效的方式是用相当小的颗粒以减少提纯时间、溶剂消耗、产品稀释度及提纯成本。与传统的制备色谱填料(粒径至少100μm) 相比，典型的制备用的填料为10～20μm ，柱床长度也较短，一般250～450mm。另外保证填料的窄的粒径分布也很重要，以避免太微小的颗粒产生柱后压以及太大的颗粒导致低柱效。一般来讲在制备色谱中使用小颗粒填料，可以获得高柱效，尤其是对于难分离物系，可以获得很高的分离度。在满足分离要求的前提下，使用较大颗粒填料，可以获得较大的生产能力,而且填料的价格相对便宜，因而更能有效降低生产成本。制备液相色谱zui常用的固定相填料是球形硅胶（正相）和C18（反相）。

（2）确定合适的装柱压力及柱床长度

传统的装填法分为干法和匀浆法，干法填装较笨拙，柱性能不好，且在填充过程中填料微粒在柱壁区域易分散。匀浆法填装柱内填装密度分布不均匀，靠近柱壁处的填充密度较高，且柱性能的再现性差。按照传统方法填装大直径的色谱柱，床层不稳定，会降低分离性能。

动态轴向压缩（ Axial ，简称 DAC）技术是*的装填制备色谱柱（柱内径大于 50 mm）的*技术，其原理是采用活塞装柱（匀浆填充），并在操作过程中保持柱床压缩状态以确保其稳定性[4]。DAC 法填装的色谱柱柱床均匀、性能稳定、密度高、柱效高，柱性能的再现性好。采用 DAC 工艺装填的色谱柱正在逐步主宰整个制备型色谱柱市场。

色谱柱的性能依赖于填装压力的强度和压缩时间的长短。动态轴向压缩床的行为是非常复杂的。在色谱柱的压缩过程中，虽然施加给活塞的压力是相等的，但在床层内部，压力的传递并不能像液体中压力的传递那样均匀，接触活塞的微粒受到直接的压力，而床层的另一端受到的仅仅是过滤板和法兰的挤压，活塞端床层受到的压力比固定端的压力要大，由于柱壁与微粒之间存在摩擦力，因此即使是在沿色谱柱轴向的同一截面上，压力的分布也是不同的，即在轴向和径向都存在着压力梯度。一般来讲，对于10μm的规则填料一般推荐装柱压力为7MPa。

在相同条件下（相同粒径的填料和装柱压力），随着色谱柱的增长，柱内轴向压力分布范围越大。柱越长，活塞与另一端的压力差越大，形成的柱床越不稳定，不均匀，装填密度会越小，从而导致色谱柱产生轴向的压力梯度和密度梯度，因此一般装柱长度不超过450mm。

此外，由于制备色谱柱填料颗粒较小且柱床压力较高，通过柱内的流动相受到流动阻力较大，因此分离时需用高压输液泵向色谱柱提供流量稳定、重现性好的流动相。选择大流量高压输液泵时要具有以下性能：输出压力高，密封性能好；流量范围宽，流量稳定，输出的流动相基本无脉冲；耐腐蚀，同时具有自清洗装置；泵腔体死体积小，有利于更换洗脱液。

2 摸索工艺参数以实现线性放大

考虑直接进行放大生产可能存在的问题和投入资金较大的问题，一般需要先做中试（使用柱径一般在50-150mm的制备柱）进行工艺摸索，然后再直接放大到大型工业化规格。具体过程随产品种类及色谱方法的不同而不同，需区别对待，但有一些一般原则可供参考：

（1）确定*工艺参数。每种色谱均有以下相关因素：固定相（包括种类及颗粒大小）、流动相（洗脱液）、柱尺寸（柱径和长度）、流速、洗脱方式（等度或梯度）等。在保证一定分离度的情况下，流速越大越好。流速的确定，受三个因素制约：一是分离度；二是填料本身性能(如分离蛋白用的许多填料本身较软，无法承受太高流速)；三是硬件设备, 即泵的工作能力。

（2）综合考虑限制因素。进行放大生产前需要获得一些参数，如年产量要求、纯度要求、原料价格、设备的操作指标等。例如泵的流速、压力,这些可能是限制因素。也可能泵的流速允许很高，但在此流速下，检测和收集组分都成了问题。原料如果很贵，则分离度应大，以保证得率。可能的情况下，上样量越大越好，增大上样量按两种方式进行,单纯增加上样的浓度(体积很小)叫浓度超载；保持适当浓度，只增加上样体积叫体积超载。浓度超载在制备中意义更大，但样品浓度上限需实验确定。一般实际操作中都采用一定浓度下的体积超载，超载量受分离度的制约。

（3）明确重点考虑因素。产率的增加有两个因素一是提高上样量；二是在保证一定分离度即产品达一定纯度的基础上，增加流速。但不同色谱有不同的重点优化参数，其值的变化对产率有较大影响，优化应重点针对这些参数进行。

3 集成控制与远程操作

通过动态轴向压缩柱洗脱的柱后溶液，经过检测器分析检测后分流到不同的储液罐实现收集。用户可以按样品分离后组分流出的先后次序，或按时间、或按色谱峰的起止信号，根据控制软件预先设定好的程序，自动完成收集工作。由于流量较大，一般检测器的流通池无法完成瞬间大流量的柱后液检测，必须换用高流通量的流通池，以保证大流量的柱后溶液能够迅速被检测分离，保证回收的馏分纯度。

三 结论

工业制备色谱技术由于具有其他方法*的特点及强大的分离能力，必将成为分离与纯化领域中的主要方法之一。采用质优价廉的填料、设计合理的色谱柱, 及正确选择流程和工艺参数是色谱分离纯化过程达到低投入、高产出的关键因素。相应的理论研究可深化对制备色谱的认识, 指导实际应用。