Радиальная хроматография, зачем она?

     Хроматография довольно консервативная наука, т.к. практически со времен Михаила Семеновича Цвета для хроматографического разделения использовались плоско упакованные сорбенты (тонкослойная хроматография (ТСХ), гель-электрофорез, бумажная хроматография) или сорбенты упакованные в сосуды круглого сечения (колоночная, аксиальная жидкостная и газовая хроматографии). Это обусловлено как историческими, так и практическими аспектами. Так планарную хроматографию (хроматографию в плоском слое) чаще всего используют для аналитических целей, да и для переноса разделенного аналита такая конфигурация хроматографического слоя идеальна. К тому же плоские хроматографические среды достаточно дешевы или вообще изготавливаются самостоятельно с приемлемым уровнем качества. У колоночной аксиальной хроматографии значительно больше применений. Это как аналитическое, так и препаративное (промышленное) применения. К тому же упаковка сорбента в трубку круглого диаметра тоже, зачастую, не представляет собой особенно сложной задачи. К тому же производство как стеклянных, так и металлических трубок освоено повсеместно, что создавало благоприятную основу для развития данного направления хроматографии. Но с развитием биотехнологической промышленности было выявлен ряд требований, которым классическая аксиальная хроматография не соответствовала, или требовалось использование очень дорогого специализированного оборудования. Так в биотехнологии часто возникает потребность в выделении веществ в низкой концентрации из больших объемов жидкостей богатых посторонними примесями, быстро забивающими любые мембраны (например, культуральная жидкость). Чаще всего для этих целей используют хроматографию.

    Так вот, в данном случае для уменьшения временных издержек и увеличения производительности биотехнологического процесса оптимально использовать аксиальные колонки с максимальной площадью поперечного сечения и минимальной толщиной слоя сорбента. К сожалению, в силу своей конструкционной особенности, на аксиальных колонках достаточно трудно достичь идеала, т.к. при большой площади (где-то от 30 см в диаметре) поперечного сечения остро встает вопрос о равномерности потока через адаптер с центральным выходом. Для нивелирования этого эффекта необходимо использовать или специальный адаптер со множеством концентрических выходов (я про них, честно говоря, даже не слышал, так мысли в слух), распределяющих более менее равномерно поток по всей площади сорбента или, или специальные многослойные мембраны, равномерно распределяющие поток, причем данные мембраны должны быть достаточно жесткие, чтобы не «провисать» при их большой площади под мощным потоком. Если же проблему ламинарности потока решить не удавалось, то необходимо было увеличивать слой сорбента, верхний слой которого уже сам отвечал за равномерность массопереноса и сам распределял поток, что увеличивало, естественно, сопротивлению потоку ну и расход сорбента был больше. Таким образом, проблема назрела и где-то в конце 80-х – начале 90-х годов прошлого века замечательная фирма «Sepragen» из Пиндустана предложила оригинальный выход из этого тупика: радиальную хроматографию. (Я конечно преувеличиваю, принцип был предложен еще в 1947 году, но первый не лабораторный продукт для биотехнологии предложила именно «Sepragen»).

   Рисунок 1. Схема радиальной колонки. А - упаковочные входы.

 

Принцип данной разновидности хроматографии представлен на рисунке 1, на котором продемонстрировано, что сорбент упакован в полый цилиндр, наружная сторона которого является «верхним» адаптером и имеет максимальную площадь, а внутренняя сторона – «нижним» адаптером. Благодаря такой замечательной конструкции у радиальных колонок наблюдается сразу несколько неоспоримых преимуществ перед классическими аксиальными колонками:

     равномерность и воспроизводимость качества упаковки достигаемая за счет упаковки до предела (упаковка производится прокачкой суспензии сорбента через специальные упаковочные входы до резкого скачка  давления, т.е. до упора, что придает, также дополнительную жесткость мембранам);

     строго тангенциально направленный поток сквозь слой сорбента с минимизацией пристеночных эффектов (рис.2);

     минимизация линейных размеров мембран при максимальной площади поверхности, что делает не актуальным изготовление дорогостоящих жестких мембран большого диметра;

      дополнительное концентрирование элюируемого материала за счет уменьшения количества сорбента по мере движения элюируемого материала (Рис. 2);

     отличная масштабируемость от миллилитров до сотен литров;

     и т.д.

  

 

 


Рисунок 2. Сверху - схма потока и эффект концентрирования в радиальной хроматографии; снизу - пристеночные эффекты и схема потока в аксиальной хроматографии.

     Благодаря этим и сопутствующим преимуществам радиальная хроматография сейчас стремительно развивается и находит все новые применения. Так, например, не смотря на значительно меньший слой сорбента, а следовательно и меньшее количество тарелок по сравнению с аксиальной хроматографией радиальную хроматографию с успехом используют даже для гель-фильтрации. Нужный эффект в данном случае достигается за счет последовательного соединения колонок. Весь смысл такого, казалось бы надуманного, решения заключается в том, что намного легче достичь воспроизводимого по качеству набивки у нескольких радиальных колонок, чем у одной большой аксиальной, что для производства очень важно.

     На нашем российском рынке я пока встречал колонки только двух зарубежных фирм, но лиха беда начало, так что в скорости предложений будет навалом. Может и наши производители подсуетятся.

О пользователе

Василий's picture
User offline. Last seen 33 weeks 3 days ago. Offline
Администраторы



Настоящее имя Купцов Василий

Пол мужской

Дата рождения 28/01/1979

Мой сайт http://www.chromatogramma.ru/

Joined: 20/05/2009