kolumnowa elucyjna chromatografia cieczowa w skali … · 2016-10-05 · kolumnowa elucyjna...
TRANSCRIPT
KOLUMNOWA ELUCYJNA CHROMATOGRAFIA CIECZOWA w skali PREPRATYWNEJ PROCESOWEJZasady ogoacutelne zasady doboru optymalnych warunkoacutew rozdzielaniabdquotechnikardquo i bdquotechnologiardquo ndash operacje okresowe bdquopoacuteł-ciagłerdquo ciągłe
prof dr hab inż Marian Kamiński (prof zw PG)prof dr hab inż Marian Kamiński (prof zw PG)
Politechnika Gdańska Wydział Chemiczny Katedra
Inżynierii Chemicznej i ProcesowejTR - TCh II II ndash prezentacja wykładowa ndash r ak 2013-14
Preparative and Process Scale High Performance Liquid Chromatography ndash often the best and the most effective
separation technique for obtaining of pure metabolites or group of metabolites and other comopunds
--- Some times the P-SFC is more effective ---
The main problems on optimization of separation conditions and maximization of productivitybull The column selectivity should be the highest as possiblebull The column selectivity should be the highest as possiblebull The particle diameter should be low but very low dp value causes high pressure drop in column - the optimum dp is required
bull The high bed stability and the bdquopistonrdquo flow profile in preparative column ensures the sufficient column efficiency and long time bed stability
bull The optimal dp Lc u w Ci Vi and fraction collection points should be used
At
Q
Q
Q
c
i
i
r 2 mh
kg
Wydajność kolumny Rh = Qr tc [kg godz ]
Produktywność kolumny
Pt
Pt - wydajność wyrażona jako masa substancji otrzymana w ciągu jednostki czasu ijednostki powierzchni przekroju kolumnyQi - masa substancji bdquoirdquo wprowadzona do kolumny
Definicje pojęcia wielkości ndash wydajność produktywność kolumny
i
r
Q
Q
Qi - masa substancji bdquoirdquo wprowadzona do kolumnyQr - masa substancji bdquoirdquo o czystości (p) otrzymana z kolumnytc - czas trwania procesu rozdzielania (w warunkach repetycyjnego dozowania ndash czas
jednego etapu rozdzielania)A - powierzchnia przekroju poprzecznego wypełnienia kolumny A = Πdc
24
Wyrażenie nazwane jest stopniem odzysku
Masa dozowanej substancji (mi) określona jest iloczynemobjętości (Vi) i stężenia izolowanej substancji (Ci)
mi = Vi Ci
Chromatogram rozdzielania składnikoacutew mieszaniny A+B+C w warunkach elucyjnych
Najprostszy sposoacuteb obserwacji przeładowania kolumny (sorbentu)
Przeładowanie kolumny
- Brak
- Objętościowe
- Masowe (stężeniowe)
- Stężeniowo ndashobjętościowe
Izotermy sorpcji ndash objętość (Vi) i stężenie (Ci) wsadu ndash przeładowanie kolumny
GPCSECGPCSEC
M (A)
P
Doboacuter dp Lc uw Ci Vi p-ty kolekcji czas cyklu rozdzielania żądana czystość produktu (oacutew)
Produkcja
M
Zasady powiększania skali rozdzielania w Zasady powiększania skali rozdzielania w kolumnowej elucyjnej chromatografii kolumnowej elucyjnej chromatografii (nie tylko cieczowej ale także P-GC P-SFC)
Ilustracja dwuetapowego postępowania podczas powiększania skali procesu rozdzielania w celu otrzymywania substancji metodami chromatografii w skali preparatywnej lub procesowej M-skala modelowa rozdzielania P ndash skala preparatywna procesowa rozdzielania
GPCSECGPCSEC
RP HICRP HIC
NP NPNP NP--w HILICw HILIC
IEC IPCIEC IPC
Przygotowane bdquowsadurdquo fragmentacja suszenie rozdrabnianie homogenizacja roztwarzanie ekstrakcja ługowanie filtracja dekantacja wirowanie NF UF MF LE CC-LE CCC FFF CC-LE i inne techniki hellip
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Preparative and Process Scale High Performance Liquid Chromatography ndash often the best and the most effective
separation technique for obtaining of pure metabolites or group of metabolites and other comopunds
--- Some times the P-SFC is more effective ---
The main problems on optimization of separation conditions and maximization of productivitybull The column selectivity should be the highest as possiblebull The column selectivity should be the highest as possiblebull The particle diameter should be low but very low dp value causes high pressure drop in column - the optimum dp is required
bull The high bed stability and the bdquopistonrdquo flow profile in preparative column ensures the sufficient column efficiency and long time bed stability
bull The optimal dp Lc u w Ci Vi and fraction collection points should be used
At
Q
Q
Q
c
i
i
r 2 mh
kg
Wydajność kolumny Rh = Qr tc [kg godz ]
Produktywność kolumny
Pt
Pt - wydajność wyrażona jako masa substancji otrzymana w ciągu jednostki czasu ijednostki powierzchni przekroju kolumnyQi - masa substancji bdquoirdquo wprowadzona do kolumny
Definicje pojęcia wielkości ndash wydajność produktywność kolumny
i
r
Q
Q
Qi - masa substancji bdquoirdquo wprowadzona do kolumnyQr - masa substancji bdquoirdquo o czystości (p) otrzymana z kolumnytc - czas trwania procesu rozdzielania (w warunkach repetycyjnego dozowania ndash czas
jednego etapu rozdzielania)A - powierzchnia przekroju poprzecznego wypełnienia kolumny A = Πdc
24
Wyrażenie nazwane jest stopniem odzysku
Masa dozowanej substancji (mi) określona jest iloczynemobjętości (Vi) i stężenia izolowanej substancji (Ci)
mi = Vi Ci
Chromatogram rozdzielania składnikoacutew mieszaniny A+B+C w warunkach elucyjnych
Najprostszy sposoacuteb obserwacji przeładowania kolumny (sorbentu)
Przeładowanie kolumny
- Brak
- Objętościowe
- Masowe (stężeniowe)
- Stężeniowo ndashobjętościowe
Izotermy sorpcji ndash objętość (Vi) i stężenie (Ci) wsadu ndash przeładowanie kolumny
GPCSECGPCSEC
M (A)
P
Doboacuter dp Lc uw Ci Vi p-ty kolekcji czas cyklu rozdzielania żądana czystość produktu (oacutew)
Produkcja
M
Zasady powiększania skali rozdzielania w Zasady powiększania skali rozdzielania w kolumnowej elucyjnej chromatografii kolumnowej elucyjnej chromatografii (nie tylko cieczowej ale także P-GC P-SFC)
Ilustracja dwuetapowego postępowania podczas powiększania skali procesu rozdzielania w celu otrzymywania substancji metodami chromatografii w skali preparatywnej lub procesowej M-skala modelowa rozdzielania P ndash skala preparatywna procesowa rozdzielania
GPCSECGPCSEC
RP HICRP HIC
NP NPNP NP--w HILICw HILIC
IEC IPCIEC IPC
Przygotowane bdquowsadurdquo fragmentacja suszenie rozdrabnianie homogenizacja roztwarzanie ekstrakcja ługowanie filtracja dekantacja wirowanie NF UF MF LE CC-LE CCC FFF CC-LE i inne techniki hellip
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
At
Q
Q
Q
c
i
i
r 2 mh
kg
Wydajność kolumny Rh = Qr tc [kg godz ]
Produktywność kolumny
Pt
Pt - wydajność wyrażona jako masa substancji otrzymana w ciągu jednostki czasu ijednostki powierzchni przekroju kolumnyQi - masa substancji bdquoirdquo wprowadzona do kolumny
Definicje pojęcia wielkości ndash wydajność produktywność kolumny
i
r
Q
Q
Qi - masa substancji bdquoirdquo wprowadzona do kolumnyQr - masa substancji bdquoirdquo o czystości (p) otrzymana z kolumnytc - czas trwania procesu rozdzielania (w warunkach repetycyjnego dozowania ndash czas
jednego etapu rozdzielania)A - powierzchnia przekroju poprzecznego wypełnienia kolumny A = Πdc
24
Wyrażenie nazwane jest stopniem odzysku
Masa dozowanej substancji (mi) określona jest iloczynemobjętości (Vi) i stężenia izolowanej substancji (Ci)
mi = Vi Ci
Chromatogram rozdzielania składnikoacutew mieszaniny A+B+C w warunkach elucyjnych
Najprostszy sposoacuteb obserwacji przeładowania kolumny (sorbentu)
Przeładowanie kolumny
- Brak
- Objętościowe
- Masowe (stężeniowe)
- Stężeniowo ndashobjętościowe
Izotermy sorpcji ndash objętość (Vi) i stężenie (Ci) wsadu ndash przeładowanie kolumny
GPCSECGPCSEC
M (A)
P
Doboacuter dp Lc uw Ci Vi p-ty kolekcji czas cyklu rozdzielania żądana czystość produktu (oacutew)
Produkcja
M
Zasady powiększania skali rozdzielania w Zasady powiększania skali rozdzielania w kolumnowej elucyjnej chromatografii kolumnowej elucyjnej chromatografii (nie tylko cieczowej ale także P-GC P-SFC)
Ilustracja dwuetapowego postępowania podczas powiększania skali procesu rozdzielania w celu otrzymywania substancji metodami chromatografii w skali preparatywnej lub procesowej M-skala modelowa rozdzielania P ndash skala preparatywna procesowa rozdzielania
GPCSECGPCSEC
RP HICRP HIC
NP NPNP NP--w HILICw HILIC
IEC IPCIEC IPC
Przygotowane bdquowsadurdquo fragmentacja suszenie rozdrabnianie homogenizacja roztwarzanie ekstrakcja ługowanie filtracja dekantacja wirowanie NF UF MF LE CC-LE CCC FFF CC-LE i inne techniki hellip
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Chromatogram rozdzielania składnikoacutew mieszaniny A+B+C w warunkach elucyjnych
Najprostszy sposoacuteb obserwacji przeładowania kolumny (sorbentu)
Przeładowanie kolumny
- Brak
- Objętościowe
- Masowe (stężeniowe)
- Stężeniowo ndashobjętościowe
Izotermy sorpcji ndash objętość (Vi) i stężenie (Ci) wsadu ndash przeładowanie kolumny
GPCSECGPCSEC
M (A)
P
Doboacuter dp Lc uw Ci Vi p-ty kolekcji czas cyklu rozdzielania żądana czystość produktu (oacutew)
Produkcja
M
Zasady powiększania skali rozdzielania w Zasady powiększania skali rozdzielania w kolumnowej elucyjnej chromatografii kolumnowej elucyjnej chromatografii (nie tylko cieczowej ale także P-GC P-SFC)
Ilustracja dwuetapowego postępowania podczas powiększania skali procesu rozdzielania w celu otrzymywania substancji metodami chromatografii w skali preparatywnej lub procesowej M-skala modelowa rozdzielania P ndash skala preparatywna procesowa rozdzielania
GPCSECGPCSEC
RP HICRP HIC
NP NPNP NP--w HILICw HILIC
IEC IPCIEC IPC
Przygotowane bdquowsadurdquo fragmentacja suszenie rozdrabnianie homogenizacja roztwarzanie ekstrakcja ługowanie filtracja dekantacja wirowanie NF UF MF LE CC-LE CCC FFF CC-LE i inne techniki hellip
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Najprostszy sposoacuteb obserwacji przeładowania kolumny (sorbentu)
Przeładowanie kolumny
- Brak
- Objętościowe
- Masowe (stężeniowe)
- Stężeniowo ndashobjętościowe
Izotermy sorpcji ndash objętość (Vi) i stężenie (Ci) wsadu ndash przeładowanie kolumny
GPCSECGPCSEC
M (A)
P
Doboacuter dp Lc uw Ci Vi p-ty kolekcji czas cyklu rozdzielania żądana czystość produktu (oacutew)
Produkcja
M
Zasady powiększania skali rozdzielania w Zasady powiększania skali rozdzielania w kolumnowej elucyjnej chromatografii kolumnowej elucyjnej chromatografii (nie tylko cieczowej ale także P-GC P-SFC)
Ilustracja dwuetapowego postępowania podczas powiększania skali procesu rozdzielania w celu otrzymywania substancji metodami chromatografii w skali preparatywnej lub procesowej M-skala modelowa rozdzielania P ndash skala preparatywna procesowa rozdzielania
GPCSECGPCSEC
RP HICRP HIC
NP NPNP NP--w HILICw HILIC
IEC IPCIEC IPC
Przygotowane bdquowsadurdquo fragmentacja suszenie rozdrabnianie homogenizacja roztwarzanie ekstrakcja ługowanie filtracja dekantacja wirowanie NF UF MF LE CC-LE CCC FFF CC-LE i inne techniki hellip
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Przeładowanie kolumny
- Brak
- Objętościowe
- Masowe (stężeniowe)
- Stężeniowo ndashobjętościowe
Izotermy sorpcji ndash objętość (Vi) i stężenie (Ci) wsadu ndash przeładowanie kolumny
GPCSECGPCSEC
M (A)
P
Doboacuter dp Lc uw Ci Vi p-ty kolekcji czas cyklu rozdzielania żądana czystość produktu (oacutew)
Produkcja
M
Zasady powiększania skali rozdzielania w Zasady powiększania skali rozdzielania w kolumnowej elucyjnej chromatografii kolumnowej elucyjnej chromatografii (nie tylko cieczowej ale także P-GC P-SFC)
Ilustracja dwuetapowego postępowania podczas powiększania skali procesu rozdzielania w celu otrzymywania substancji metodami chromatografii w skali preparatywnej lub procesowej M-skala modelowa rozdzielania P ndash skala preparatywna procesowa rozdzielania
GPCSECGPCSEC
RP HICRP HIC
NP NPNP NP--w HILICw HILIC
IEC IPCIEC IPC
Przygotowane bdquowsadurdquo fragmentacja suszenie rozdrabnianie homogenizacja roztwarzanie ekstrakcja ługowanie filtracja dekantacja wirowanie NF UF MF LE CC-LE CCC FFF CC-LE i inne techniki hellip
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Izotermy sorpcji ndash objętość (Vi) i stężenie (Ci) wsadu ndash przeładowanie kolumny
GPCSECGPCSEC
M (A)
P
Doboacuter dp Lc uw Ci Vi p-ty kolekcji czas cyklu rozdzielania żądana czystość produktu (oacutew)
Produkcja
M
Zasady powiększania skali rozdzielania w Zasady powiększania skali rozdzielania w kolumnowej elucyjnej chromatografii kolumnowej elucyjnej chromatografii (nie tylko cieczowej ale także P-GC P-SFC)
Ilustracja dwuetapowego postępowania podczas powiększania skali procesu rozdzielania w celu otrzymywania substancji metodami chromatografii w skali preparatywnej lub procesowej M-skala modelowa rozdzielania P ndash skala preparatywna procesowa rozdzielania
GPCSECGPCSEC
RP HICRP HIC
NP NPNP NP--w HILICw HILIC
IEC IPCIEC IPC
Przygotowane bdquowsadurdquo fragmentacja suszenie rozdrabnianie homogenizacja roztwarzanie ekstrakcja ługowanie filtracja dekantacja wirowanie NF UF MF LE CC-LE CCC FFF CC-LE i inne techniki hellip
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
GPCSECGPCSEC
M (A)
P
Doboacuter dp Lc uw Ci Vi p-ty kolekcji czas cyklu rozdzielania żądana czystość produktu (oacutew)
Produkcja
M
Zasady powiększania skali rozdzielania w Zasady powiększania skali rozdzielania w kolumnowej elucyjnej chromatografii kolumnowej elucyjnej chromatografii (nie tylko cieczowej ale także P-GC P-SFC)
Ilustracja dwuetapowego postępowania podczas powiększania skali procesu rozdzielania w celu otrzymywania substancji metodami chromatografii w skali preparatywnej lub procesowej M-skala modelowa rozdzielania P ndash skala preparatywna procesowa rozdzielania
GPCSECGPCSEC
RP HICRP HIC
NP NPNP NP--w HILICw HILIC
IEC IPCIEC IPC
Przygotowane bdquowsadurdquo fragmentacja suszenie rozdrabnianie homogenizacja roztwarzanie ekstrakcja ługowanie filtracja dekantacja wirowanie NF UF MF LE CC-LE CCC FFF CC-LE i inne techniki hellip
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
NPNP--ww
NPNP-- BB
NPNP--CCRPRP--BB
Poroacutewnanie roacuteżnych warunkoacutew rozdzielania w układach RP i NP bez przeładowania i z przeładowaniem kolumny (powierzchni sorbentu)
RPRP--CCczas
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Przykład badań w skali modelowej z zastosowaniem kolumny HPLC oraz bdquoprzenoszeniardquo skali rozdzielania
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
The examples of chromatograms obtained during research on optimization of process scale HPLC separation and obtaining of cardiac glycosides using NP-HPLC and bdquomodel scalerdquo columnsImportant separation parameters should be chosen using bdquomodel scalerdquo column and after them recalculated for and after them recalculated for preparative or process scale columnThe important parameters to should be optimized dp Lc u (w) Ci Vi bdquosamplerdquo (feed) solvent fraction collection points
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Problem nieliniowości odpowiedzi detektora w warunkach przeładowania kolumny i sposoby rozwiązaniabdquoobejściardquo problemu ndash b kroacutetka droga optyczna kuwety detektora UV-VIS wyboacuter długości fali o niskiej absorpcji w zakresie widma zbieranych substancji (programowanie długości fali detekcji wyboacuter detektora o bardzo szerokim zakresie dynamiki odpowiedzi i programowanie czułości odpowiedzi hellip
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Wyboacuter optymalnych p-toacutew kolekcji frakcji w elucyjnej kolumnowej PLC
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Najważniejsze znaczenie ma
-- optymalna konstrukcja kolumny i poprawny sposoacuteb jej wypełnieniajej wypełnienia
-- poprawny profil przepływu eluentu w przekroju poprzecznym wypełnienia kolumny
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Zniekształcenia pikoacutew spowodowane nadmierną roacuteżnicą lepkości i napięcia powierzchniowego między eluentem i roztworem wsadu
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
The uniformity of flow profile in the large scale column and bed structure stability is very much important in
preparative or process chromatography
Wet packed columns
Dry packed columns
dpgt25 umdplt25 um
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Results using two collored particle fractionsof with different particle diameter
-the segregation of different particle in dry packed PLC columns is possible
- the peak tailing in wet packed (bdquoslurry or DAC) preparative or
Flow profiles in the column and peak shapes ndash comparison
A -- dry packed
B -- wet packed DAC) preparative or process scale columns is very often the main problem found if a very high purity of separation product needed
B -- wet packed
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
If peak tailing occure the bdquoinfinite diameterrdquo column mode for very pure substances obtaining is needed
-- if purity can be lower than 995 normal column operation is sufficient
The Infinite diameter column mode gives better purity but loweres column sufficient
-- if purity should be higher than 999 infinite diameter column mode is needed
loweres column productivity
S - tzn także stopień obniżenia produktywności kolumny
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
The simple construction of preparative HPLC column for-a ndash normal column operation- b ndashinfinite diameter column
operation
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Problem bdquoogonowaniardquo pikoacutew w przypadku kolumn P-HPLC wypełnionych na mokro
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Mass overloading of the column is the most effective operation manner on maximization of preparative HPLC
Normal operation of the PLC column Infinite diameter -
PLC column
RP-P-HPLCdc=32 mm idLc=250 mmdp=10 um
preparative HPLC column productivity
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
-The number of theoretical plate of preparative column should be graeter than bdquocriticalrdquo (base line separation without column overloading) but not to high
-The surface of the sorbent should be high in PLC
For this study the column efficiency should be For this study the column efficiency should be measured without overloading
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej prędkości optymalnej prędkości
Hupe Lauer hellip
optymalnej prędkości optymalnej prędkości przepływu eluentuprzepływu eluentu
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
The optimal low rate in a preparative LC column is much higher than optimal value for minimum HETP and as higher as lower is particle diameter of the packing
The normal phase partition chromatography with dynamic genaration of hydrophylic stationary phase is the most effective separation system of column preparative or separation system of column preparative or process scale chromatography of glycosides or alkaloides ndash more effective than RP-HPLC or NP-HPLC or HILIC
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Wyniki badań Wyniki badań poszukiwania poszukiwania optymalnej długości optymalnej długości kolumnykolumny
ndashndash maksymalizacja Ptmaksymalizacja Pt
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
Hupe Lauer hellip
M Kamiński B Śledzińska M Kamiński B Śledzińska
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
The maximal column productivity can be grater productivity can be grater than 20 kg of separated mixture m2 hour
by pressure drop approximately 20 bar
NP-w
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Schemat ideowy i funkcjonalny układu zautomatyzowanego ndash sterowanegokomputerem ndash gradientowego chromatografu preparatywnego z zaworami dwustanowymi (Z1
Z24) z możliwością recyrkulacji części eluentu oraz z podwoacutejnym systemem automatycznie kontrolowanego dozowania roztworusubstancji rozdzielanych (dozownik pętlicowy z samoczynnym repetycyjnym napełnianiem pętli z regulowaną objętością cieczy lubdozowanie dużych objętości poprzez zawory Z2 i Z3) oraz z systemem samoczynnego wykrywania ewentualnych przeciekoacuteweluentu Znaczenie symboli (ktoacutere nie zostały wyjaśnione na rysunku lub powyżej) P ndash pompa ssąco-tłocząca o małej objętości skokowej Z ndashzawory (A ndash D programowanie składu eluenta 1 ndash 10 sterowania przebiegiem procesu separacji 11 ndash 24 kolekcji frakcji) MSP ndash modułsterowania pompą MSWE ndash moduł sterowania bdquoniskociśnieniowymrdquo systemem gradientowym MSZ ndash moduł sterowania zaworami MK ndash modułkomunikacji z użytkownikiem i wzajemnej koordynacji programoacutew obsługi awarii oraz kontroli warunkoacutew pracy kolumn (moduł o nadrzędnychpriorytetach może umożliwiać wykorzystywanie komputera do innych zadań w przypadku bezawaryjnej pracy aparatu a w przyszłościewentualne wyeliminowanie konieczności stosowania komputera) ndash obecnie część funkcji tego modułu powierzono nadrzędnemu komputerowi
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Etapy procesu technologicznego produkcji czystych substancji z zastosowaniem chromatografii kolumnowej (cieczowej)
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Schema of process scale HPLC apparatus bdquoSCrdquo ndash separating column - 800x150 mm id bdquoPCrdquo ndash bdquosample pre-purifficaingrdquo column ndash 1000 x 200 mm id P1 ndash eluent pump P2 ndash bdquosamplerdquo (feed) pump V ndash 4-way valve PD ndash pulse damper D- UV or RI ndashdetektor situated on the by-passe Vrsquo 1- Vrsquo6 ndash fraction collection valves R ndash recorder or collection valves R ndash recorder or data system ST ndash control system
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
A B C
Wybrane konstrukcje kolumn preparatywnych procesowych do chromatografii
D E F
chromatografii
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Typ Opis SchematKształty impulsustężeniowego
DOZOWANIEDOZOWANIE WSADUWSADU (bdquoproacutebkirdquo)(bdquoproacutebkirdquo)
Vi Skala Uwagi
Zaw
oacuterz
pętl
icow
ymza
sobn
ikie
mpr
oacutebki
Najczęściejsześciodrogowydwupołożeniowyzawoacuter dozujący zzasobnikiem w formiepętli wykonanej zrurki Możliwie roacuteżnekształty pętli
apę
tla
bdquozw
ykła
rdquo 0-5 ml(do 50ml)
Skala analitycznamodelowapreparatywna
v2 = Vi
2B121 Relt2100Im większe natężenieprzepływu cieczywymywającej im mniejszaśrednica rurki zasobnikaoraz im bardziej zbliżonelepkości i napięciapowierzchniowe cieczywymywanej iwymywającej tym bardziejkorzystny profil dozowania
bpę
tla
om
ałym
prom
kr
zyw
izny
jw jw
cpę
tla
typu
bdquo8rdquo jw jw
inny
m
Skala modelowa do Rzadko używany w
Zaw
oacuterdw
up
oło
żeni
owy
zin
nym
zaso
bn
ikie
mn
iżpę
tla
Zasobnik w postacikolumny z warstwąporowatą
01 mldo1000 ml
Skala modelowa do procesowej
praktyce ze względu nakonieczne nadciśnieniepodczas napełnianiapojemnika
Zasobnik w postacibdquopseudo-strzykawkirdquo
05 mldo 500 ml(do 5000ml)
jw
Oferowany przezAmicon Bardzokorzystny profildozowania
Doz
owan
iepo
mpą
6a Dodatkowa pompadozująca
od05 ml
jw
Rozwiązanie kosztownegwarantujące bardzokorzystny profildozowania
6b Dozowanie pompątłoczącą eluent
od10 ml
jwTylko z pompą o bniskiej objętościskokowej
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Example of chromatogram obtained Example of chromatogram obtained during production of cardiac during production of cardiac glucisidesglucisidesusing HPLC process column (800 mm using HPLC process column (800 mm ((LcLc) x 200 mm ) x 200 mm iidd (dc) (dc) (broken lines ndashfraction collection points)
NPNP--w w chromatographicchromatographic systemsystem
---- processprocess LCLC--chromatographychromatography -------- processprocess LCLC--chromatographychromatography ----
Time Warunki NP-w-- szczegoacutelnie korzystna produktywność rozdzielania w warunkach P-LC
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Fig 3 UV ndash 254 nm chromatogram of chloroform extract from Drosera aliciae obtainedin preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1)
Rośliny owadożerne -naftochinony ndash plumbagina ramantaceon
NP- EBF RP
in preparative scale A - NP-PLC conditions B - RP-PLC conditions (see Tab 1) Symbols R-ramentaceone BF-backflush point of the eluent flow direction in the column
Warunki NP-PLC RP-PLC
Column Lichrosorb Si 60 (silica gel 6 nm porediameter) dp=10microm 200 x 168 mm
Lichroprep RP-18 (10 nm) dp=12microm 250 x 168 mm
Eluent n-hexanemethyl t-butyl ether 91 (vv) methanolwater 82 (vv)
Mobile phase flow rate 7mLmin 5mLmin
Sample concentration 100mgml 100mgml
Sample volume 500microl 150microl
Detector UV 254 UV 254
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Recycling chromatography with bdquopeak shavingldquo
Recycling of components until sufficient separation is achieved
Simulation of a long column
Advisable for a low separation factor
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 38
Recycle fraction
factor
Substances with a high separation factor (to the target) are withdrawn in the first cycle
Improved performance by withdrawal of the product fractions (peak shaving)
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Extraction- Solvent extraction Sohxlet
- SFE (Supercritical CO2)
Herbal or animal material
Herbal or animal material
crude extractcrude extract
Pre-PurificationPre-Purification
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
848 1019 1131
1411
1525
1661
1723
1803
1893
1957
1992
2072
2139
2224
2304
2424
2488
2512
2600
2725
2805
2904
2941
2973
3037
3131
3280
3408
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
000
002
004
006
008
Intensity (AU)
2800
12
14
2800
12
14
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 39
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
Pre-Purification- liquidliquid-partitioning solid
phase extraction silica chromatography
purified extractpurified extract
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
Polishing- chromatography in batch-
recycling- or SMB-mode
pure productpure product
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2699
2725
2776
2925
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
01
02
03
04
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
2069
2421
2456
2501
2579
2720
2747
2875
2901
2952
2981
3029
3288
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Retention Time (min)
00
02
04
06
08
10
12
Intensity (AU)
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
analytical chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 40
stationary phase LiChrospher RP18 5 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase MeOHwater
6040Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
Paclitaxel
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mm
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 41
dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
too short retention time for sufficient resolution
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Chromatographic conditions
stationary phase LiChroprep RP18 15-25 microm
column dimension 200 50 mmmobile phase MeOHwater
7030
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 42
7030Flow rate 1500 mlminDetection UV 210 nm
Maximum fraction purity 76
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Chromatographic conditions
stationary phase LiChrospher Si60 15 microm
column dimension 250 4 mmmobile phase HeptaneDioxane
6535
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 43
6535Flow rate 10 mlminDetection UV 220 nm
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
recycling chromatogram of a pre-purified Taxus extract
Chromatographic conditions
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm
waste recycle w rec w rec w fraction w
Recycling chromatographyExample (Paclitaxel purification)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 44
Stationary phase LiChrospher Si 60 10 microm Column type Selfpacker NW 50Column dimension 220 50 mmMobile phase EtAtn-heptane 6040Flow rate 80 mlminDetection UV 280 nmFeed concentration 220 gl (in Etat)Injection 20 mlCycle time 75 minRun time with eluentconsumption 424 min
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
In ideal conditions transposition from TLC to Flash Chromatography
Transposition example 1Flush Chromatography
Merck Chimie SAS 25112005
Page 45
Chromatography should give such results
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Particle size comparisons
250000
300000
Test silice Si60 40-63 micromTest silice Si60 63-200 micromTest silice Si60 15-40 microm
Merck Chimie SAS 25112005
Page 46
0
50000
100000
150000
200000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Przedmiot opracowania w Przedmiot opracowania w PG w zakresie PG w zakresie aparatury aparatury bdquoprofesjonalnejrdquo bdquoprofesjonalnejrdquo
-- Pompowy gradientowy Pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny
-- Komputerowy system Komputerowy system sterownia rejestracji i sterownia rejestracji i przetwarzania danych do przetwarzania danych do HPLC HPLC
POMPOWY APARAT GRADIENTOWYPOMPOWY APARAT GRADIENTOWY
moduł zasilania kolumny moduł zasilania kolumny HPLC z HPLC z oprogramowaniem oprogramowaniem sterownia programem sterownia programem elucji i przepływu eluentuelucji i przepływu eluentu
-- Projekt układu Projekt układu wielowymiarowego wielowymiarowego modułu przełączania modułu przełączania kolumn i przepływu kolumn i przepływu zwrotnego eluentu w zwrotnego eluentu w kolumniekolumnie
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny HPLC zasilania kolumny HPLC do pracy w warunkach do pracy w warunkach izokratycznychizokratycznych
BezBez--pompowy moduł pompowy moduł zasilania kolumny zasilania kolumny HPLC z HPLC z programowaniem programowaniem składu eluentu składu eluentu -- do do pracy w warunkach pracy w warunkach elucji gradientowejelucji gradientowej
Aparaty Aparaty bezpompowebezpompowe do dydaktyki i nietrudnej analityki do dydaktyki i nietrudnej analityki -- do pracy w do pracy w warunkach izokratycznych warunkach izokratycznych (po prawej) (po prawej) warunkach gradientowych warunkach gradientowych (po (po lewej) lewej)
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Pilotowa stacja rozdzielania techniką chromatografii cieczowej w skali procesowej
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Procesowa instalacja PLC ndashschemat ideowy
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Chromatografia jako proces ciągły (MB SMB)
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Batch Chromatography salad
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 53
True Moving Bed (TMB) salad
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
extract (A) raffinate (B)feed
SMB-Chromatographybasic principle
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 54
solid
fluid
counter-current flow of solid and liquid
feed is injected in the centre of the process
stronger retained component is carried with the solid stream
less retained component is carried with the fluid stream
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
SMBSimulated Moving Bed
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
SMB-Chromatographyrunning processes (enantioseparation)
Name Levetiracetam Tetralon Escitalopram DOLEKepprareg Zoloftreg Cipralexreg
Indication antiepileptic antidepressant antidepressant CSE-inhibitCN
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 56
SMB-size 100 + 45 60 2 80 30
Prodamount 145 toa 45 toa 160 toa 10 toa
Sales 417 meuro (2004) 789 m$ (2003) 163 meuro (1-92004)
NHH
HCl
Cl
O
N
F
CN
N
F
OH OH
CO2Et
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
CyclosporinesCyclosporines
SP SilicaMP ETAT
New ProcessBatch separation + two SMB-separations
Isolation of Cyclosporine Anew process
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
CyclosporinesAULBC
Cyclosporines DGA
Liquid
RAFFINATE
ELUENT
FEED
EXTRACT
Raffinate
Cyclosporine A
Raffinate
CyclosporineA
RP Sielutionorder
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
SMB-Chromatographyequipment (lab scale)
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 58
NOVASEPFrance
BTS Germany
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
SMB-Chromatographyequipment (production scale)
Industrial SMB-systems5 to 8 columns up to 1m diameter
Chromatography Workshop 0306 (Poland)
copy Merck KGaA DarmstadtGermany Page 59
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Techniki i metody przygotowania Techniki i metody przygotowania wsadu do rozdzielania techniką wsadu do rozdzielania techniką
elucyjnej elucyjnej PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Sonication in ultrasonic bath
Sonification in ultrasonic dezintegrator
PP--HPLCHPLC PP--SFCSFC PP--GCGC
Mixing high shear rotary homogenizer
Microwave Assisted Extraction
Accelerated Solvent Extraction
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
DAC
bdquoDynamicAxiallyCompressedrdquo
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Techniki i technologie wypełniania kolumn P-HPLC P-GC P-SFC
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
Wnioski końcowe
bull Ustalenie optymalnych warunkoacutew rozdzielania w skali procesowej jest trudne i bardzo pracochłonne Istnieją oprogramowania
bull Najważniejsze - dobranie najwyższej selektywności rozdzielania
bull Następnie doboacuter w skali modelowej - Ci Vi dp Lc u (w) punktoacutew kolekcji frakcji Pt nawet do 20 kg m2 godz
bull Kolumna modelowa i procesowa powinny być tej samej długości wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność wypełnione tym samym sorbentem posiadać tę samą sprawność -- co szczegoacutelnie ważne
bull kolumny ndash modelowa i preparatywna powinny mieć taki sam profil przepływu eluentu (tłokowy) ndash identyczne wartości N
bull wtedy przenoszenie skali rozdzielania jest proste a odpowiedni wskaźnik zmiany skali wynosi dcP
2 dcM2
bull otrzymywanie sprawnych i stabilnych wypełnień kolumn preparatywnych nie jest łatwe ale bdquowykonalnerdquo
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę
bull Odmiany techniczne kolumnowej chromatografii elucyjnej -bdquoklasycznardquo bdquoflush chromatographyrdquo bdquorecycling chromatographyrdquo bdquoSMBrdquo
bull Każdy rodzaj układu chromatograficznego może być wykorzystywany do oczyszczania mieszanin otrzymywania czystych substancji grup składnikoacutew jednak układy bdquoNP-wrdquo szczegoacutelnie wydajne
bull Technika SMB - szczegoacutelnie przydatna w rozdzielaniu izomeroacutew optycznych optycznych
bull Opisane tu goacutelne zasady optymalizacji warunkoacutew rozdzielania obowiązują dla każdej odmiany technicznej PLC a większość z nich także dla P-GC i P- SFC
Dziękuję za uwagę