Теоретические основы работы хроматографической колонки
Хроматографическая колонка представляет собой замкнутый цилиндрический модуль, внутри которого размещена неподвижная фаза (сорбент), через которую под давлением проходит подвижная фаза (элюент или газ-носитель). Разделение компонентов смеси происходит за счёт различий в коэффициентах распределения веществ между подвижной и неподвижной фазами. Оно может быть основано на адсорбции, распределении (разделении) масс, ионном обмене и т. д. или на различиях в физико-химических свойствах молекул, таких как размер, масса, объём и т. д.
Рис.1. Принцип работы хроматографических колонок
Рис.2. Характеристики молекул, используемые в хроматографии
Пустые препаративные пилотные и промышленные колонки предназначены для самостоятельной загрузки сорбента под конкретную технологическую задачу. В отличие от предзаполненных аналитических колонок, пустые колонны обеспечивают максимальную гибкость, масштабируемость и экономическую эффективность при переходе от R&D к пилотному и промышленному производству.
Роль хроматографии в биопроцессах
|
|
Захват |
Очистка |
Финишная очистка |
|
Цель |
· Концентрация продукта · Стабилизация продукта · Удаление 90–95 % примесей |
· Удаление примесей (продукт HCP, вариации продукта) |
· Удаление остаточных загрязняющих веществ чрезвычайно важно · Удаление вирусов |
|
Атрибуты |
· Высокая селективность · Высокая производительность · Выход > 90 % |
· Высокая селективность · Подходит к предыдущему этапу · Выход 90–95 % |
· Подходит к предыдущему этапу (при необходимости с учетом солеустойчивости), · Высокая степень выхода продукта(95–99 %) |
Табл. 1 Роль хроматографии в биопроцессах
В downstream очистке биотехнологических продуктов (моноклональные антитела, рекомбинантные белки, вакцины, ферменты) до 60–70% себестоимости процесса очистки формируется именно на стадиях хроматографии.
Использование пустых колонок позволяет:
- адаптировать тип и объём сорбента под конкретный продукт;
- оптимизировать гидродинамику потока;
- масштабировать процесс без изменения механизма разделения;
- снижать затраты на расходные материалы.
Техники упаковки колонки
Существует несколько различный технологий наполнения хроматографических колонок сорбентом.
Рис.3. Различные техники упаковки хроматографических колонок
Типы упаковки колонок
Исторически сложилось так, что набивка колонок осуществлялась вручную. Основными проблемами при ручной набивке колонн (особенно крупного масштаба) является человеческий фактор: разный процент успешной набивки и нестабильность слоя. Кроме того, было обнаружено, что современные сорбенты с высокой текучестью менее совместимы с конструктивными особенностями традиционных ручных колонок.
Этапы ручной упаковки:
1. Подготовка суспензии
2. Измерение концентрации суспензии
3. Наполнение колонки суспензией
5. Герметизация колонны поршнем
6. Удаление воздуха
7. Настройка упаковочного потока
8. Компрессия поршнем после стабилизации слоя
Рис.4. Хроматографическая колонна с ручным наполнением
После анализа проблем, связанных с существующим оборудованием и методами набивки, была разработана совершенно новая концепция колонок, основанная на методе осевого сжатия и заранее запрограммированных и проверенных методах набивки.
Такие колонки являются автоматизированными и работают под управлением набивочной станции, которая содержит множество проверенных методов набивки. Она также позволяет сэкономить время установку и переустановку колонок. Проверенные методы также упрощают масштабирование процесса. Использование системы осевого сжатия и распределения жидкости обеспечивает точный и воспроизводимый контроль процесса установки. Кроме того, осевое сжатие позволяет успешно упаковывать большее количество типов сорбентов, особенно современных хроматографических сорбентов, и добиваться воспроизводимых результатов.
Этапы автоматической упаковки:
1. Подготовка суспензии
2. Измерение концентрации суспензии
3. Определение целевой высоты слоя, исходя из коэффициента сжатия и концентрации сорбента
4. Запуск автоупаковки
Рис. 5 Автоматизировання хроматографическая колонка с упаковочной станцией
Заключение
Хроматографические колонки являются фундаментом современных пилотных и промышленных процессов очистки. Они обеспечивают гибкость, масштабируемость и контроль, необходимые для биотехнологического и фармацевтического производства в условиях GMP и жёстких требований к воспроизводимости.
Компания Biomirix, специализирующаяся на комплексном оснащении биотехнологических производств, предлагая все ключевые компоненты downstream-решений — от пилотных установок до промышленного масштаба.
Источники:https://patents.google.com/patent/RU2161522C2/ru
