四維原料藥純化提取儀的基本構(gòu)成和控制策略

趙武新 王立剛

（1.聊城萬合工業(yè)制造有限公司，山東 聊城 252022；2.北京廣利核系統(tǒng)工程有限公司，北京 100094）

0 引言

四維原料藥純化提取儀將高效液相分析色譜技術(shù)（HPLC）應(yīng)用于原料藥的制備和純化，是在常規(guī)的動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）、連續(xù)制備色譜（CPC）、模擬移動(dòng)床（SMB）、連續(xù)進(jìn)樣色譜系統(tǒng)（MCS）和干法進(jìn)樣的基礎(chǔ)上，進(jìn)行集成和優(yōu)化設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的適用于工廠化生產(chǎn)應(yīng)用的多功能純化提取系統(tǒng)。同時(shí)，該設(shè)備能夠在連續(xù)制備、連續(xù)進(jìn)樣制備、模擬移動(dòng)床和干法進(jìn)樣4種基本功能之間自由切換。

相對于單一的工作模式，四維原料藥純化提取儀更符合工業(yè)化和半工業(yè)化生產(chǎn)的要求。其工作效率更高，更節(jié)省試劑，更適合多種藥品原料的交替生產(chǎn)制備與最終的純化。

高效液相色譜法（HPLC）作為一種化學(xué)分析方法已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，成為常規(guī)分析技術(shù)之一，有的已被列入藥典。HPLC在分離純化技術(shù)中的應(yīng)用是近十幾年來才得到較大的發(fā)展。與傳統(tǒng)的分離純化方法相比，它的快速、高效以及自動(dòng)化的操作引起了制藥業(yè)的關(guān)注。為此，HPLC正成為藥物分離純化技術(shù)中的發(fā)展主流。

藥物關(guān)系到人類的健康，藥品在使用前需要進(jìn)行各種試驗(yàn)。許多藥品由于受到純度的影響，藥效不能充分發(fā)揮，甚至產(chǎn)生毒副作用。外消旋體藥物是典型的例子之一。它由左旋和右旋2種光學(xué)異構(gòu)體組成，不同的異構(gòu)體藥理與療效完全不同。以往由于分離純化能力的限制，市場上常以混合物即外消旋體出售。美國FDA和西方許多國家都已經(jīng)作出了禁止外消旋體藥物在市場上銷售的決定，必須把它分離成單一的左旋體或右旋體才能作為產(chǎn)品上市。所以，藥物產(chǎn)品對分離純化提出了更高的要求。

目前，液相色譜是分離純化領(lǐng)域中處理多組分復(fù)雜體系的最有效方法。HPLC方法又是分離純化藥物的最佳選擇。

化學(xué)分析中應(yīng)用的高效液相色譜法是間歇式進(jìn)樣，其特征是樣品進(jìn)入色譜系統(tǒng)后，必須完全流出色譜柱才能進(jìn)行下一次的分離。通常分析色譜要求使用的樣品盡量少，而制備色譜則要求分離純化的樣品盡量多。所以，色譜儀器制造行業(yè)開始研究連續(xù)進(jìn)樣的HPLC系統(tǒng)，以適應(yīng)提高產(chǎn)率、縮短生產(chǎn)周期的工業(yè)化要求。

近幾年，美國Varian公司和法國Novasep公司生產(chǎn)的常規(guī)的間歇進(jìn)樣常規(guī)制備色譜進(jìn)入中國市場，隨后便出現(xiàn)了Novasep公司的hcoSep系列的模擬移動(dòng)床裝置，該裝置能連續(xù)進(jìn)樣，適合分離外消旋體藥物。

隨著西方國家的制造業(yè)東移，我國的藥品制造行業(yè)也迅速發(fā)展。同時(shí)，我國是中草藥發(fā)源地，具有豐富的藥材和其他天然資源，大規(guī)模的工業(yè)化HPLC的研究開發(fā)對我國中草藥和稀有天然資源的開發(fā)利用，尤其是制藥業(yè)將會(huì)發(fā)揮出更大作用。

四維原料藥純化提取儀就是為了滿足大規(guī)模、多樣化的分離純化的迫切要求而進(jìn)行的創(chuàng)新型開發(fā)成果。

1 四維原料藥純化提取儀的基本構(gòu)成

從分析型HPLC到制備型HPLC，從線性色譜到非線性色譜，從實(shí)驗(yàn)室到中試，再到小規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，對制備儀器的要求是：操作靈活，可以在多種分離方法和制備模式之間自由選擇與轉(zhuǎn)化，純度高，速度快，成本低廉。

四維原料藥純化提取儀的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是內(nèi)儲(chǔ)能式恒壓制備柱。

常規(guī)的動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）是采用液壓油缸加壓的方式，自動(dòng)補(bǔ)給型氣動(dòng)油泵為油缸加壓以保證油缸的壓力恒定。通常1支色譜柱配備1套氣動(dòng)液壓系統(tǒng)，同時(shí)要求具備1套設(shè)定壓力的不間斷的氣源系統(tǒng)。

內(nèi)儲(chǔ)能式恒壓制備柱可以多支色譜柱共用1套裝柱系統(tǒng)，裝柱時(shí)的壓強(qiáng)在經(jīng)過柱內(nèi)平衡以后被保持在色譜柱內(nèi)部，能夠?qū)崿F(xiàn)色譜柱與裝柱系統(tǒng)的分離和自由移動(dòng)，并且可以根據(jù)工藝要求，在同樣規(guī)格的多支色譜柱內(nèi)裝填不同壓力、不同性質(zhì)的填料，其中包括裝填樣品與硅膠的混合柱，以實(shí)現(xiàn)干法進(jìn)樣。

1套四維原料藥純化提取儀的基本構(gòu)成為：4至6支內(nèi)儲(chǔ)能式恒壓制備柱、4臺(tái)高壓恒流輸液泵、2套帶有光纖傳導(dǎo)流通池的UV檢測器（特殊情況使用RI檢測器）、4種不同模式的轉(zhuǎn)換與控制閥系統(tǒng)、餾分（或組分）收集系統(tǒng)、儀器支撐與屏幕操作系統(tǒng)和色譜工作站系統(tǒng)。

2 設(shè)備控制與模式切換

四維原料藥純化提取儀的主要特點(diǎn)就是同時(shí)具備了常規(guī)的動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）、連續(xù)制備色譜（CPC）、模擬移動(dòng)床（SMB）、連續(xù)進(jìn)樣色譜系統(tǒng)（MCS）和干法進(jìn)樣多種工藝功能，并且可以在連續(xù)制備、連續(xù)進(jìn)樣制備、模擬移動(dòng)床和干法進(jìn)樣4種基本功能之間自由切換。

圖1為基本控制結(jié)構(gòu)圖。轉(zhuǎn)換閥14、閥16、閥18、閥20切斷柱后管路與UV檢測器連接，將柱后液體分為提取液和提余液，分別注入A組分和B組分，即實(shí)現(xiàn)了4區(qū)模擬移動(dòng)床的工作模式，如圖2所示。

從圖2可以看出，同樣的在基本控制結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)換閥9、閥14、閥10、閥16、閥11、閥18、閥12、閥20建立柱后管路與UV檢測器連接，同時(shí)切斷各柱柱后與下一支色譜柱柱前的連接，將經(jīng)過檢測的柱后液體分為不同的餾分，分別導(dǎo)入餾分1至餾分n接口，閥1、閥2、閥3、閥4適時(shí)轉(zhuǎn)換，則進(jìn)入連續(xù)進(jìn)樣的工作模式，如圖3所示。

從圖3可以看出，通過改變一組電控閥的工作位置，可以很容易地從一種工作模式切換到另外一種工作模式。因此，進(jìn)入連續(xù)制備色譜模式，如圖4所示，只需要使閥9、閥10、閥11、閥12動(dòng)作，切斷柱后溶液和A組分、B組分之間的管路。使閥14、閥18動(dòng)作，切斷其與檢測器的連接，讓恒壓柱A的柱后液直接進(jìn)入恒壓柱B，讓恒壓柱C的柱后液直接進(jìn)入恒壓柱D。經(jīng)過A、B 2支恒壓柱的液體進(jìn)入U(xiǎn)V1檢測器的外接流通池以后，再進(jìn)入餾分收集系統(tǒng)。而經(jīng)過C、D 2支恒壓柱的液體流經(jīng)UV2檢測器的外接流通池以后，進(jìn)入餾分收集系統(tǒng)。

與連續(xù)色譜工作模式相似，干法進(jìn)樣工作模式如圖5所示，同樣是恒壓柱A的柱后液直接進(jìn)入恒壓柱B，恒壓柱C的柱后液直接進(jìn)入恒壓柱D。經(jīng)過A、B 2支恒壓柱的液體進(jìn)入U(xiǎn)V1檢測器的外接流通池以后，進(jìn)入餾分收集系統(tǒng)。而經(jīng)過C、D 2支恒壓柱的液體流經(jīng)UV2檢測器的外接流通池以后，進(jìn)入餾分收集系統(tǒng)。

最大的不同是，干法進(jìn)樣工作模式不需要連接樣品管路（液態(tài)樣品管路），直接通過閥1和閥3進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因?yàn)椋瑯悠芬呀?jīng)同填料一起被裝入到樣品柱中，樣品柱中與填料顆粒均勻地混合在一起的樣品被流動(dòng)相帶入其后邊的恒壓柱中進(jìn)行分離純化，然后進(jìn)入流通池。

3 控制的實(shí)現(xiàn)

四維原料藥純化提取儀有4種操作模式切換，而且在做新藥物提純時(shí)需要不斷地摸索進(jìn)樣的多少、流動(dòng)相的流速大小、梯度的比例、餾分收集的判斷等方法。在此系統(tǒng)中，采用可靠性較高的S7-200控制器作為主機(jī)，人機(jī)操作接口采用觸摸屏，可以提高系統(tǒng)的操作靈活性、設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

四維原料藥純化提取儀控制系統(tǒng)采用Modbus RTU通信協(xié)議，如圖6所示。

S7-200作為主機(jī)，1塊觸摸屏、4臺(tái)變頻器、2臺(tái)UV檢測器作為從機(jī)進(jìn)行通信，閥的控制及閥的開關(guān)位置檢測用DI/DO模塊來實(shí)現(xiàn)，主機(jī)與從機(jī)之間采用RS485串行連接。

4 結(jié)語

四維原料藥純化提取儀是一項(xiàng)針對藥物純化方面的具有技術(shù)革新意義的設(shè)備，其設(shè)備操作簡單，產(chǎn)品生產(chǎn)效率高，對于合成或植物提取原料藥物的研究人員和希望將實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)換為工廠生產(chǎn)的藥學(xué)科技人員來說，無疑是一件得心應(yīng)手的設(shè)備。四維原料藥純化提取儀的應(yīng)用將拓寬原料藥純化的渠道，提高目標(biāo)產(chǎn)品的純度和產(chǎn)率。（興業(yè)杯參賽論文）