一、 色谱原理 为了清楚地说明模拟移动床色谱的原理，我们先简化一下系统中的设备连接，假设系统中的色谱柱首尾相连成为一个圆形的闭合柱，在内部计量泵的作用下，流动相沿顺时针方向流动，另一方面，由于系统中阀门有规律地旋转以及适当的间隔，使得系统中两个进口和两个出口每隔一定时间同时也向着顺时针方向移动，移动的结果类似于色谱柱中的固定床向逆时针方向移动。当系统开始工作时，样品溶液也同时开始进行连续地输入，在刚开始的那一个点，混合样品液还未有得到丝毫的分离，示意图如图-5。 
图－5模拟移动床刚进样时的分离状态
当系统工作一段时间后，样品在流动相的冲洗下不断的向前移动，样品组分也开始慢慢地得到部分的分离，进样口和出样口通过系统中阀门的关闭也同时向前移动但移动的速度和每次间隔的时间应该始终保证进样点在双组分还没有得到分离而仍然重合的区间范围，如图-6所示。
图－6 模拟移动床进样 图－7模拟移动床进样一段
后的初步分离状态 时间后达到的稳定状态
只要优化好阀门每次转换开闭的间隔时间，调节好进出口同时向前移动的速度大小，优化好两个进口和两个出口单位时间内进入和抽出的溶液的量，当系统持续工作一定的时间后，柱中的混合物就会达到相当程度的分离，并且能保持柱中的浓度分离曲线始终为一个不变的分布状态。这时就能连续不断地进样，同时在系统的两个出口连续不断的得到被分离的两个组分的产品。其分离示意见图－7。因此，模拟移动床在工作时的关键问题是如何优化和调节各种操作参数，恰当地同时移动系统的两个进口和出口，始终保持柱中的组分分布情况为一不变的浓度分布状态，这样就可以连续地进样，连续地得到产品。关于模拟移动床分离过程中双组分的浓度分布曲线，还可以清楚地表示为图－8。
图－8 模拟移动床色谱的操作原理和内部的样品浓度分布情况
在图-8中可以看到色谱柱中的四个区域，*区域是流动相入口与抽提物出口之间的范围，在这个区间，流动相对吸附剂进行脱吸附而使分离材料得到再生；第二个区域使抽提液出口与样品液入口之间，第三个区域是样品液与剩余液出口之间，这两个区间主要完成混合物的分离，容易被吸附的组分在柱中移动速度较慢，慢慢地积累于第二区带，而吸附能力弱的另一组分在色谱柱中有较快的移动速度，因此慢慢地集中在第三区域，这两个区域对混合物的分离起着非常重要的作用；第四区域是剩余液出口与流动相入口之间，其作用是使流动相得到再生。在整个过程中，始终保持在第二和第三区域的交叉处进样，始终可以在*区域和第二区域得到我们所需要的产品。从图－8可见，被分开的组分可以及时地将它抽出收集，而没有得到分开的混合物始终在柱中循环。柱中每一个部分的分离材料和流动相都在同时发挥着自己的作用，在分离过程中基本上没有浪费的部分和环节这也是该方法高产率、低消耗的根本原因。模拟移动技术当年是从石油化工开始应用，而今在制药、离子交换、脱色、化合物的分离和净化等方面利用，由于利用面广，其命名也多样化，但其原理基本不变。 二、模拟移动工艺分离技术优势 1.可连续生产，产品纯度、收率穏定
2.*运行经济高效，可减少费用50%
3.吸附剂可节省50%
4.再生等药剂可减少30%以上
5.产品纯度可提高1-10%
6.可全自动运行，省时、省工
7.装置占地面积可降低40% 三、模拟移动床应用领域 1 石油化工领域的应用
该技术在20世纪70年代到80年代主要用于石油产品的分离,其本身就是在研究分离石油产品的过程中发展起来的。1969年美国UOP公司将模拟移动床色谱技术用于分离对二甲苯和间二甲苯,该分离过程被其称为Parex过程。同时UOP公司还将该技术应用于其他工业级的石油产品的分离过程中。如:对甲*和间甲*的分离;从C8芳香族化合物中分离乙苯;从煤油C4烯烃混合物中分离丁烯-1;从蒎烯混合物中分离β-蒎烯等[17,18]。Toray工业公司建造了年产p-二甲苯10万吨的模拟移动床装置。他们将该分离过程称为Aromax过程。
2 制糖工业中的应用
果糖在人体中的代谢不需经过胰岛素的作用,因此常将其用于糖尿病患者。果糖来源于蔗糖的水解产物,该水解产物是果糖和葡萄糖的混合物。由于果糖和葡萄糖是同分异构物,因此常规方法难以将之分离。模拟移动床色谱分离果糖和葡萄糖是当前*的方法。葡萄糖和果糖的分离，可能是目前制糖工业分离中规模zui大的。由于这是一个典型的二组分分离，因此利用SMB的优势是很明显的。利用SMB分离葡果糖已经有很成熟的工业化实例。该分离通常是选择一种ca型的阳离子交换树脂作为固定相，利用热水作为洗脱剂。由于果糖和Ca离子形成一个复合体而被阻流在柱中，而葡萄糖和其它寡糖则被洗脱剂带走。进料为转化糖浆，其中含有42%的果糖。利用MB分离后，在提取液中果糖浓度为90一94%，回收率在90%以上;提余液中葡萄糖的浓度也大于80%。利用SMB技术进行糖的分离，节约了树脂用量，节省了洗脱剂的消耗，提高了生产自动化程度，使得整个过程的费用降低。而且过程中的排污很少，实现了清洁生产，有利于环保工作。SMB还广泛用于其它糖类的生产中，如在其它单糖的分离中，如木糖和阿拉伯糖以及木糖和葡萄糖的分离。此外从二糖中分离单糖或是不同二糖之间的分离也是人们感兴趣的研究应用之一。彭奇均等对木糖和*的分离进行了一系列的研究。KyuBocm等对葡萄糖、麦芽糖和麦芽三糖的分离进行了探索Marinaa等利用离子排斥色谱对葡萄糖（主要作为血浆代用品）分离进行了研究。如今在糖醇工业中已经实现工业化色谱分离工艺的，大部分采用了SMB分离技术。
3 手性化合物的分离
随着生物技术和医药技术的快速发展,越来越多的手性化合物需要分离。由于模拟移动床色谱分离两组分体系的高效率,因此在手性化合物的分离方面有着大量的应用。针对不同的手性化合物,模拟移动床色谱分离的规模有着很大的差别。如Pedeferri采用模拟移动床色谱分离了g级的Troger碱, Nagamatsu则分离得到了kg级的DOLE（一种用于生产降*药物的中间体）。Peper等利用超临界模拟移动床色谱分离了*（ibuprofen）异构体。还有一些学者采用模拟移动床色谱分离了Tramadol、Guaifenesin、EMD53986等。
4 中药有效成分分离
中药植物资源丰富、品种浩瀚繁多、成分复杂、药效各异,要研制得成分明确、药理药效清楚、疗效稳定、有效成分含量可控的中成药,首先必须利用现代科学技术,改变传统制药工艺和监测手段,要实现这一目的,分离技术是关键。中药现代化是重要战略任务。其具体目标已体现在8个部委联合制定的纲要中（2002-2010）。在该纲要中至少有五项与精细分离有关。尤其是100种新药,200种对照品。但从目前情况看,精细分离技术在中药的纯化分离领域中的应用数量少,潜力大。以银杏为例,在我国从事浸膏原料（含24%黄酮,6%内酯）的生产厂约有100家,浸膏平均价约220元/kg。但能分离到总黄酮与总内酯的只有10多家,做得的总内酯含量90%以上,价格为11万元/kg。要实现规模化精细分离,如分离内酯中的内酯B单体（价格为160万元/kg）zui多只有几家。中药和天然药物作为药物的重要来源,已经受到*研究人员的重视,为了开发和研究中药和天然药物中的有效成分,新技术和新方法将不断出现,这对中药和天然药物中有效成分的分离提纯可以起到积极的推动作用。模拟移动床色谱技术与我国的中药有效成分的分离相结合,为药物生产提供模拟移动床设备,为药物生产提供高纯度的中药有效部位及单一成分的中间体（如银杏内酯B等）,这可能是提高中药有效成分分离水平的切实和有效的方法之一。
5 其他应用
模拟移动床色谱不仅可用于石化产品、糖醇、手性化合物的分离,还可广泛地应用于其他物质的分离。Wang等进行了模拟移动床色谱分离氨基酸的研究。Mazzotti等研究了超临界模拟移动床色谱分离技术。Gottschlich等研究了单克隆抗体的模拟移动床色谱分离。Houwing等采用梯度模拟移动床离子交换色谱分离了蛋白质。Juza等采用气相模拟移动床色谱分离了一种挥发性的麻醉剂*（enflurane）。国内学者李勃等在高分子树脂柱和模拟移动床色谱系统上分离得到了高纯度的*。模拟移动床色谱还可应用于同位素的分离,如H和D,D和T,16O和17O等。模拟移动床技术还可以与化学反应过程相结合,构成模拟移动床反应色谱装置。在该装置中,模拟移动床的固定相是一种催化剂,物料经固定相催化,生成两种新的物质;同时,该固定相对这两种新物质的吸附作用力是不同的,从而起到分离作用。Kawase等采用该技术,分离得到蔗糖与乳糖的反应产物乳蔗糖和葡萄糖。
综上所述,将模拟移动床技术与其他的色谱技术相结合,就成为各种不同功能的模拟移动床色谱。 |
