ستون کروماتوگرافی صنعتی

درiغیر صنعتیcهشدار شناسیcارهابزاری است که برای تجزیه و تحلیل شیمیایی استفاده می شود که ترکیبات را در یک مخلوط از هم جدا می کند و میزان هر ترکیب را اندازه گیری می کند. این ماده به طور گسترده در پتروشیمی ، دارویی ، صنایع غذایی ، حفاظت از محیط زیست و سایر زمینه ها برای جداسازی ، تصفیه و تشخیص استفاده می شود. این کار بر اساس تعادل توزیع بین مراحل ثابت و متحرک مواد مختلف کار می کند. یک ستون معمولاً از یک فاز ثابت و یک فاز متحرک تشکیل شده است. در تجزیه و تحلیل کروماتوگرافی ، نمونه از طریق یک ستون عبور می کند ، که در آن ویژگی های فاز ثابت و فاز متحرک به ترکیبات مختلف اجازه می دهد تا از ستون با نرخ های مختلف عبور کنند ، بنابراین به جدایی می رسند. این ترکیبات سپس توسط یک ردیاب قابل تشخیص و کمی تجزیه و تحلیل هستند.

اثر جداسازی ستون به مرحله ثابت انتخاب شده و همچنین شرایط آماده سازی و عملکرد ستون بستگی دارد. مواد بسته بندی متداول برای ستون های توزیع شامل ستون اکتان کربن (ODS/C18) ، ستون اکتان کربن (MOS/C8) ، کربن هگزیل/C6 ، ستون کواترنر کربن ECT (Butyl/C4) ، ستون تبادل کربن/C1 ، ستون تبادل آنیون (SAX) ، ستون تبادل کاتیون (SCX) ، ستون فنیل (فنیل) ، CYNO/NH2) MINO MONO MONO)

ستون های کروماتوگرافی صنعتی طیف گسترده ای از برنامه ها را در تعدادی از زمینه ها از جمله:

بیو دارویی:ستون کروماتوگرافی وسیله اصلی جداسازی و تصفیه بیو دارویی است که برای تولید محصولات بیولوژیکی با خلوص بالا و فعالیت بالا استفاده می شود.
ایمنی مواد غذایی:برای اطمینان از ایمنی مواد غذایی برای تشخیص مواد مضر مانند مواد افزودنی و باقیمانده در مواد غذایی استفاده می شود.
نظارت بر محیط زیست:جدایی و تجزیه و تحلیل آلاینده ها در محیط و ارزیابی کیفیت محیط زیست.
پتروشیمی:مورد استفاده برای تشخیص خلوص محصولات نفتی ، تجزیه و تحلیل ناخالصی و غیره

در بسیاری از زمینه ها مانند تجزیه و تحلیل صنعتی ، نظارت بر محیط زیست ، تحقیقات و توسعه دارو ، ستون کروماتوگرافی یک ابزار اصلی جداسازی است و عملکرد آن به طور مستقیم بر صحت و قابلیت اطمینان نتایج تحلیلی تأثیر می گذارد. عملکرد ستون تا حد زیادی به نوع و ویژگی های پرکننده های آن بستگی دارد. در این مقاله به منظور ارائه مرجع مفیدی برای محققان در زمینه های مرتبط ، در مورد انواع پرکننده ها ، اصول انتخاب و نکات مورد توجه در کاربرد عملی ستون های کروماتوگرافی صنعتی بحث خواهیم کرد.

نوع بسته بندی ستون

انتخاب پرکننده های ستون گسترده است و با توجه به مواد اساسی مختلف می توان آن را به پرکننده های معدنی ، پرکننده های آلی و پرکننده های بیولوژیکی تقسیم کرد. هر پرکننده خصوصیات فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد و دامنه کاربرد خود را دارد.

پرکننده معدنی

پرکننده های معدنی به دلیل پایداری مکانیکی بالا ، پایداری دمای بالا و ثبات اسید پایه شناخته شده اند و برای شرایط جداسازی بیشتر مناسب هستند. پرکننده های غیر آلی متداول شامل ژل سیلیس ، آلومینا ، کربن گرافیت و زیرکونیا هستند.

ژل سیلیس یکی از رایج ترین پرکننده های معدنی است و سطح آن دارای گروه های عملکردی قطبی مانند گروه هیدروکسیل سیلیکون (SIOH) است که برای کروماتوگرافی فاز طبیعی و کروماتوگرافی فاز معکوس مناسب است. در کروماتوگرافی فاز طبیعی ، ژل سیلیس به عنوان فاز ثابت استفاده می شود و اجزای قطبی ابتدا از ستون شسته می شوند. در کروماتوگرافی فاز معکوس ، پیوند سطح ژل سیلیس دارای قطبیت نسبتاً ضعیفی از گروههای عملکردی مانند C18 ، C8 و غیره است. قطبیت بزرگتر این گروه ابتدا از بین می رود. پرکننده های سیلیکون از ثبات شیمیایی و حرارتی خوبی برخوردار هستند و برای طیف گسترده ای از شرایط pH و دما مناسب هستند.

آلومینا همچنین نوعی پرکننده معدنی است و ذرات آن سفت و سخت هستند و می توانند در یک بستر ستون کروماتوگرافی پایدار ساخته شوند. آلومینا پرکننده برای فاز تلفن همراه با pH تا 12 مناسب است ، اما دامنه کاربرد آن به دلیل عملکرد قوی با ترکیبات قلیایی محدود است.

کربن گرافیکی نوع جدیدی از پرکننده معدنی است که سطح آن اساس احتباس بدون هیچ گونه اصلاح سطح دیگری است. پرکننده های کربن گرافیت شده از ظرفیت احتباس قوی تری نسبت به ژل سیلیس پیوند شده با آلکیل یا پرکننده های پلیمری متخلخل برخوردار هستند و برای جدا کردن ایزومرهای هندسی خاص مناسب هستند. علاوه بر این ، کربن گرافیت در فاز تلفن همراه HPLC حل نمی شود و می تواند در هر pH و دما استفاده شود.

پرکننده زیرکونیا یکی از پرکننده های معدنی جدید است که در سالهای اخیر مورد مطالعه قرار گرفته است. این یک ستون میکروسفر زیرکونیا متخلخل تجاری فقط با پوشش پلیمری است. پرکننده زیرکونیا برای محدوده pH 1 ~ 14 مناسب است ، درجه حرارت تا 100 درجه ، چشم انداز کاربرد گسترده ای دارد.

 

پرکننده های ارگانیک

پرکننده های ارگانیک عمدتاً شامل پرکننده های پلیمری مانند پلی استایرن-دیویینیل بنزن ، پلی متیل پروپیون و غیره هستند. از چنین پرکننده هایی می توان در محدوده pH 1 تا 14 استفاده کرد و از آبگریز قوی تر برخوردار است. پرکننده های پلیمری با منافذ بزرگ برای جداسازی ماکرومولکول های بیولوژیکی مانند پروتئین ها بسیار مؤثر هستند. علاوه بر این ، پرکننده های آلی از ثبات شیمیایی و حرارتی خوبی برخوردار هستند و برای طیف گسترده ای از شرایط جداسازی مناسب هستند.

 

پرکننده های بیولوژیکی

پرکننده های بیولوژیکی عمدتاً برای تجزیه و تحلیل ماکرومولکولهای بیولوژیکی مانند پروتئین یا اسیدهای نوکلئیک مناسب هستند. پرکننده های بیولوژیکی رایج شامل مشتقات پلی ساکارید ستون فاز ثابت ، ستون سیکلودکسترین و ستون کایرال پروتئین است. این پرکننده ها با استفاده از نیروهای تعامل بین مولکولهای زیستی ، جداسازی کارآمد را فعال می کنند.

انتخاب بسته بندی ستون مناسب ، کلید اطمینان از اثر جداسازی کروماتوگرافی است. هنگام انتخاب پرکننده ، عوامل زیر باید در نظر گرفته شود:

 حالت جداسازی

با توجه به خواص آنالیت ها ، حالت جداسازی کروماتوگرافی مناسب انتخاب شده است. حالت های جداسازی کروماتوگرافی متداول شامل کروماتوگرافی فاز معکوس (RPC) ، کروماتوگرافی فاز طبیعی (HILIC) ، کروماتوگرافی تبادل یونی (IEC) ، کروماتوگرافی میل (میل) و کروماتوگرافی نفوذ ژل (GPC) است. حالت های مختلف جداسازی نیازهای متفاوتی برای پرکننده ها دارند ، مانند کروماتوگرافی فاز معکوس معمولاً پرکننده های غیر قطبی را بر اساس ژل سیلیس یا پلیمر انتخاب می کند ، در حالی که کروماتوگرافی فاز طبیعی پرکننده های قطبی را انتخاب می کند.

 فاز ثابت و فاز متحرک

انتخاب فاز ثابت به قطبیت ، اندازه مولکولی و ساختار آنالیت بستگی دارد. برای مواد قطبی ، پرکننده های قطبی می توانند انتخاب شوند ، مانند ژل سیلیس و پرکننده ستون آبگریز. برای مواد غیر قطبی ، می توان پرکننده های غیر قطبی مانند پرکننده های ستون آبگریز را انتخاب کرد. در عین حال ، قطبیت فاز موبایل نیز برای اطمینان از اثر جداسازی خوب باید با فاز ثابت مطابقت داشته باشد. به عنوان مثال ، در کروماتوگرافی فاز عادی ، قطبیت فاز متحرک باید پایین تر از مرحله ثابت باشد. در کروماتوگرافی فاز معکوس ، قطبیت فاز متحرک قوی تر است.

 اندازه ذرات و دیافراگم

اندازه ذرات پرکننده مستقیماً بر کارایی ستون و ظرفیت بارگذاری نمونه تأثیر می گذارد. پرکننده های ریز دانه می توانند راندمان ستون بالاتری را فراهم کنند ، اما ممکن است منجر به افزایش فشار کمر شود. بسته بندی درشت دانه برای بارگذاری نمونه مفید است ، اما راندمان ستون کم است. بنابراین ، انتخاب پرکننده ها باید با توجه به نیازهای جدایی واقعی متعادل شوند. علاوه بر این ، اندازه منافذ پرکننده نیز بر زمان احتباس و انتخاب آنالیت تأثیر می گذارد. پرکننده های بزرگ منافذ برای جداسازی ترکیبات بزرگ مولکولی مفید هستند ، در حالی که پرکننده های اندازه منافذ کوچک برای بهبود حفظ ترکیبات مولکولی کوچک مفید هستند.

 ثبات شیمیایی

پرکننده انتخاب شده باید در شرایط تحلیلی از نظر شیمیایی پایدار باشد و با نمونه یا فاز متحرک واکنش نشان ندهد. این مبنای اطمینان از صحت و قابلیت اطمینان اثر جداسازی کروماتوگرافی است. برای جداسازی در دمای بالا ، فشار زیاد یا اسید و اسید قوی و قلیایی ، لازم است یک پرکننده با ثبات شیمیایی بالاتر انتخاب شود.

 برند و هزینه

مارک های مختلف پرکننده های ستون ممکن است در عملکرد متفاوت باشد ، اما همچنین باید عوامل هزینه را در نظر بگیرند. هنگام انتخاب پرکننده ، لازم است شرایط و بودجه آزمایشگاه را به طور جامع در نظر بگیرید و محصولات مقرون به صرفه را انتخاب کنید.

► تصفیه آنتی بادی های مونوکلونال (MABS) در بیو دارویی

پیشینه

A global biotech company aimed to scale up the purification of a therapeutic monoclonal antibody (mAb) from a 50 L pilot batch to a 1,000 L commercial batch. The challenge was to maintain >خلوص 99 ٪ ضمن به حداقل رساندن تشکیل کل و آلودگی پروتئین سلول میزبان (HCP).

روش شناسی

طراحی ستون:

قطر داخلی 300 میلی متر (ID) × 500 میلی متر استیل ضدزنگ بسته بندی شده با رزین میل به پروتئین A (MABSELECT SURE ، Cytiva).

حداکثر فشار عملیاتی: 3 بار.

پارامترهای پردازش:

بافر اتصال: 20 میلی متر فسفات سدیم ، pH 7.4.

بافر شستشو: {{0}}. 1 M اسید سیتریک ، pH 3.0.

سرعت جریان: 150 میلی لیتر در دقیقه (سرعت خطی: 100 سانتی متر در ساعت).

اتهام اتوماسیون:

سنسورهای یکپارچه یکپارچه برای pH ، هدایت و تشخیص اشعه ماوراء بنفش (280 نانومتر).

تمیز کردن خودکار در محل (CIP) با 0 5 M NaOH.

نتایج

عملکرد: 85 ٪ (1،020 گرم MAB از 1200 گرم خوراک خام).

خلوص: 99.5 ٪ (تجزیه و تحلیل HPLC).

محتوای کل:<1% (size-exclusion chromatography, SEC).

کاهش HCP: از 50 ، {1}} ppm به<5 ppm (ELISA assay).

غذای اصلی

مقیاس پذیری: نسبت L/D ستون (طول به قطر) از 1.67 عملکرد مداوم را در مقیاس ها تضمین می کند.

چرخه عمر رزین: پروتئین A رزین 100 چرخه با CIP زنده مانده و هزینه های هر دسته را 30 ٪ کاهش می دهد.

اتوماسیون: نظارت بر زمان واقعی ، مداخله دستی را 70 ٪ کاهش داده و قابلیت اطمینان روند را بهبود می بخشد.

در برنامه های عملی ، پس از انتخاب بسته بندی ستون مناسب ، برای اطمینان از اثر جداسازی کروماتوگرافی ، باید به نکات زیر توجه شود:

 مجوز کتابچه راهنمای ستون را بخوانید

قبل از استفاده از یک ستون جدید ، باید دستورالعمل های آن را با دقت بخوانید تا ماهیت پرکننده ، شرایط استفاده و روش های نگهداری را درک کنید. این به اطمینان از استفاده صحیح از ستون کمک می کند و عمر خدمات خود را گسترش می دهد.

 از یک ستون پر شده استفاده کنید

اطمینان حاصل کنید که ستون به خوبی پر شده است ، بدون حباب ، ترک و نقص دیگر. این امر به اطمینان از قوام و صحت اثر جداسازی کروماتوگرافی کمک می کند.

 نوسانات استرس را به حداقل برسانید

در فرآیند جداسازی کروماتوگرافی ، برای جلوگیری از شوک های مکانیکی و حرارتی باید نوسانات فشار به حداقل برسد. این به محافظت از پرکننده های ستون و گسترش عمر خدمات آنها کمک می کند.

 از ستون های محافظ و فیلترهای درون خط استفاده کنید

برای محافظت از پرکننده های ستون در برابر آلودگی و آسیب ، می توان از ستون های محافظ و فیلترهای درون خط استفاده کرد. این به فیلتر کردن ذرات ناخالصی و اجزای به شدت حفظ شده در نمونه و فاز متحرک کمک می کند.

 ستون را به طور مکرر با حلال قوی بشویید

شستشوی منظم ستون با یک حلال قوی می تواند ناخالصی ها و آلاینده های باقی مانده بر روی سطح پرکننده را از بین ببرد و عملکرد جدایی خوب آن را حفظ کند.

 فاز و فاز تلفن همراه را به طور کامل فیلتر کنید

قبل از تزریق نمونه و فاز موبایل به ستون ، برای از بین بردن ذرات ناخالصی باید به طور کامل فیلتر شود. این به جلوگیری از پر کردن گرفتگی و کاهش اثر جداسازی کمک می کند.

 دمای ستون را کنترل کنید

دمای استفاده از ستون تأثیر مهمی در اثر جداسازی آن دارد. در شرایط عادی ، دمای ستون باید کمتر از درجه 4 {2}} باشد. برای ستونهای دارای ماتریس ژل سیلیس ، مقدار pH فاز متحرک باید بین 3 {4}} و 8.0 حفظ شود تا از آسیب پرکننده و کاهش اثر جداسازی جلوگیری شود.

تگ های محبوب: ستون کروماتوگرافی صنعتی ، تولید کنندگان ستون کروماتوگرافی صنعتی چین ، تأمین کنندگان ، کارخانه