05.12.2016

Boruta-Zachem – czołowy polski producent barwników, pigmentów i rozjaśniaczy optycznych, w okresie trzech kwartałów 2016 r. osiągnął 17,68 mln zł przychodów ze sprzedaży. To wzrost o ponad 30 proc. w stosunku do analogicznego okresu roku ubiegłego. Zysk z działalności operacyjnej i zysk netto w tym samym okresie wyniosły odpowiednio 112,9 i 23,5 tys. zł. Spółka jednocześnie kontynuowała prace nad rozwojem wydziału ekologicznej chemii gospodarczej i kosmetyków, których produkcja opiera się na bazie wysokiej jakości biosurfaktantów.

Usługi


Odśrodkowa Chromatografia Podziałowa (CPC).

 

Odśrodkowa Chromatografia Podziałowa (CPC, ang. Centrifugal Partiton Chromatography) jest tzw. hydrostatycznym typem chromatografii przeciwprądowej (CCC, ang. Countercurrent Chromatography). Jest to chromatografia pomiędzy dwie niemieszające się ciecze. Oznacza to, że jedna ciecz jest tutaj eluentem, a druga złożem. Obie ciecze pozostają względem siebie w równowadze (są sobą nawzajem wysycone). Substancje rozdzielają się stosownie do swojego współczynnika podziału między tymi cieczami.


Rys. 1. Rozdzielanie zgodnie ze współczynnikiem podziału jako podstawa technik chromatografii przeciwprądowej (CCC)

To, która ciecz jest złożem, a która eluentem, zależy od nas, a wybór powinien być podyktowany wygodą pracy. Wyróżnia się dwa podstawowe tryby: wznoszący (ASC, ang. ascending mode) oraz opadający (DSC, ang. descending mode). O trybie wznoszącym mowa, kiedy eluentem jest ciecz o niższej gęstości w układzie, a o opadającym na odwrót, kiedy eluentem jest ciecz o wyższej gęstości w układzie.


Rys. 2. Dwa podstawowe tryby pracy w chromatografii przeciwprądowej – wznoszący (ASC, ang. ascending mode) oraz opadający (DSC, ang. descending mode).

Praca w chromatografii przeciwprądowej daje też możliwość „zamiany miejscami” fazy stacjonarnej i fazy ruchomej (podczas tego samego przebiegu chromatograficznego), mówimy wtedy o trybie dual-mode (DM). Następuje wówczas zmiana trybu pracy ze wznoszącego na opadający lub na odwrót. Jeżeli ta procedura jest stosowana wiele razy mamy do czynienia z multiple dual-mode (MDM). Tryb ten może być stosowany do np. rozdzielania trudnych mieszanin w celu zwiększenia zdolności rozdzielczej.


Rys 3. Multiple dual-mode (MDM) użyty w celu zwiększenia zdolności rozdzielczej

Przeprowadzanie procesu chromatografii pomiędzy cieczami posiada sporo zalet w porównaniu z tradycyjnymi metodami chromatograficznymi.

  • Nie ma potrzeby zakupu preparatywnej kolumny chromatograficznej, wymagane są jedynie ciecze (ewentualnie dodatki do cieczy, tzw. modyfikatory).
  • Nie ma konieczności wstępnego przetwarzania preparatu (gdyż nie ma ryzyka zniszczenia drogiego złoża), chociaż takie przetworzenie poprawia parametry rozdzielania.
  • Znacznie mniejsze ryzyko zniszczenia (precypitacji lub rozpadu) docelowego związku, a przy odpowiednim układzie cieczy to ryzyko może zostać całkowicie wyeliminowane.
  • Większa pojemność kolumny, dzięki większej ilości fazy stacjonarnej w kolumnie, gdyż pracuje pełna objętość kolumny.
  • Większy odzysk z kolumny chromatograficznej gdyż nie ma tu nieodwracalnej adsorpcji.
  • Porównując z preparatywnym HPLC: można stosować rozpuszczalniki tańsze, na ogół klasa czystości „czysty do analiz” (cz.d.a.) jest wystarczającą.
  • Większe możliwości dostosowania się z fizykochemicznymi właściwościami w celowane związki – ilość kombinacji jest niezliczona.
  • Niższe zużycie eluentów na 1 g substancji czystej, porównując z preparatywnym HPLC.
  • Brak (w przypadku CPC) lub prawie brak (w przypadku innych technik CCC) strat półek teoretycznych podczas zwiększania skali (scale-up).

Powyższe zalety skutkują tym, że CPC jest bardzo często stosowaną metodą dla oczyszczania związków pochodzenia naturalnego. W szczególności tam, gdzie niewiele jest preparatu, jest on dość cenny, a interesujący związek dysponuje niskim sygnałem w matrycy (np. na LC/MS), niektóre zalety CPC (brak przetwarzania preparatu, wysoki odzysk, brak degradacji) sprawia, że metoda jest jedną z bardziej lubianych przez np. farmakognostów.

Odśrodkowa chromatografia podziałowa (CPC, ang. Centrifugal Partiton Chromatography) jest tzw. hydrostatycznym typem chromatografii przeciwprądowej (CCC). Mechanizmem zapewniającym retencję fazy stacjonarnej w kolumnie jest umieszczenie cieczy w silnym polu odśrodkowym, czyli w rotorze wirówki. Powoduje to, że ciecze, które posiadają nawet relatywnie nieduże różnice w gęstościach, przy odpowiednio wysokiej rotacji posiadają dość duże różnice ciężarów w tym polu siłowym.


Rys. 4. Pole odśrodkowe separuje fazy i zatrzymuje fazę stacjonarną nawet przy relatywnie wysokich przepływach eluentu

Faza stacjonarna może zostać odseparowana i zatrzymana w rotorze nawet przy relatywnie wysokich przepływach fazy ruchomej. Oznacza to, że kontrola fazy stacjonarnej zależy od przyspieszenia odśrodkowego.

Rotor jest zbudowany z komórek podziałowych (ang. cells lub channels), w których następuje rozdzielenie fazy stacjonarnej od ruchomej. Fazę ruchomą doprowadza się niewielkimi kanalikami (ang. ducts).


Rys. 5. Struktura rotoru aparatu CPC.

Metalowe dyski są odseparowane od siebie za pomocą teflonowych plastrów, w których w odpowiednich miejscach są niewielkie otworki. Otworki te umożliwiają przepływ cieczy (na początku fazy stacjonarnej, później eluentu) z jednego dysku z komórkami podziałowymi do następnego takiego dysku, i tak przez cały rotor.

Komórki podziałowe i kanaliki tworzą w rotorze wewnętrzną przestrzeń o ściśle określonej objętości dla każdego rotora.

System CPC jest zbudowany z chromatografu cieczowego (pompa, układ nastrzykujący preparat, detektor, rejestrator, kolektor frakcji) oraz wirówki, w której znajduje się rotor.


Rys. 6. Moduł do CPC (jak każdy moduł do CCC) jest podłączony w miejscu kolumny chromatograficznej

Ciśnienie hydrostatyczne generujące się w polu odśrodkowym kumuluje się z każdą komórką podziałową i w efekcie końcowym osiąga wartość kilkudziesięciu barów. Jest to wartość stosunkowo duża w porównaniu z innymi technikami chromatografii przeciwprądowej.

Zaletą zastosowania mocnego pola siłowego jest relatywnie wysoka kontrola fazy stacjonarnej w porównaniu z innymi technikami CCC. Oznacza to, że można stosować trudniejsze systemy rozpuszczalników (np. dwufazowy system wodny, ATPS, ang. aqueous two-phase system) lub też preparaty z trudniejszymi związkami (zarówno związkami docelowymi jak i związkami w matrycy preparatu), np. środkami powierzchniowo czynnymi.

Generalnie stosuje się regułę, że związki docelowe powinny posiadać współczynniki podziału w cieczach oscylujące wokół jedności. Konkretnie, powinny się zawierać w przedziale od 0,5 do 3 (w liczniku faza stacjonarna). Oznacza to, że system powinien być dobrany (np. hydrofobowością) do związków docelowych. Systemy rozpuszczalników można (z grubsza) podzielić na cztery (pięć) różnych grup:

I.                    Systemy bezwodne lub z niewielkim śladem wody (np. heksan – acetonitryl – metanol)

II.                  Systemy wodno-organiczne o średniej lub średniowysokiej hydrofobowości, zazwyczaj usystematyzowane w szeregi (np. szereg ARIZONA, grupa expanded-ARIZONA, skala OKA, etc.)

III.               Systemy wodno-organiczne o niskiej hydrofobowości.

a.       Bez dodatków takich jak sole

b.       Z dodatkami jonowymi w określonym celu (moderowanie takich własności jak pH i/lub siła jonowa, tworzenie par jonowych, kompleksów, etc.)

IV.               Dwufazowe systemy wodne (ATPSs, ang. aqueous two-phase systems).

Określone grupy związków są oczyszczane w określonych typach układów, aczkolwiek niektóre dodatki potrafią sprawić niespodziankę. Przykładem są parowacze jonowe i/lub sole silnie kosmotropowe, które potrafią „przerzucić” związek silnie hydrofilowy z grupy IV. do IIIb.

W grupie I. oczyszczane są związki silnie hydrofobowe (witaminy rozp. w tłuszczach, karotenoidy, niektóre sterole, niektóre inne lipidy (np. alkilorezorcynole)).

W gr. II. oczyszczane są związki o pośredniej lub względnie silnej hydrofobowości – większość steroli, wiele metabolitów, duża część aglikonów polifenolowych, winiferyny, duża część lipidów, niektóre związki amfifilowe (np. saponiny)).

W grupie III. (zarówno IIIa. jak i IIIb.) oczyszczane są związki o wysokiej hydrofilowości, np. alkaloidy (i inne metabolity) ze zdolnością buforowania, duża część glikozylowanych polifenoli, niektóre peptydy. Czasami zdarza się, że można w grupie IIIb. oczyszczać niektóre węglowodany.

Grupa IV jest preferowana do związków ekstremalnie hydrofilowych (węglowodany) oraz związków, które wymagają obecności wody (białka, niektóre peptydy) celem zachowania stabilności (struktury i funkcji).

W firmie Boruta-Zachem Biochemia zajmujemy się kontraktowym oczyszczaniem różnych związków chemicznych. Nasi specjaliści pomogą dobrać metodę oczyszczania (system rozpuszczalników i/lub metodę elucji). Jeśli jesteś zainteresowany jeszcze dziś skontaktuj się z nami w zakładce kontakt.