Chromatografia odśrodkowa - ekologiczna metoda chromatografii preparatywnej
Chemicy szukają „zielonych” metod, które mogą zmniejszyć negatywny wpływ ich pracy na środowisko, w szczególności ze strony używanych materiałów niebezpiecznych. Główne działania zostały ukierunkowane na chromatografię cieczową, w której laboratoria komercyjne wykorzystują duże ilości toksycznych rozpuszczalników.
Chromatografia obejmuje kilka etapów, które zawierają niebezpieczne chemikalia, ale etap, który naukowcy uważają za najgorszy dla środowiska, to rozdział chromatograficzny. Na przykład pojedynczy wysokosprawny analityczny chromatograf cieczowy działający z natężeniem przepływu 1 ml/min może zużywać do 500 litrów rozpuszczalnika rocznie do separacji. Chromatografia preparatywna zwykle działa z szybkością 100 ml/min i jest skalowana do wielkości przeciętnego komercyjnego laboratorium preparatywnej chromatografii co może przełożyć się na dziesiątki tysięcy litrów toksycznych chemikaliów.
Toksyczność rozpuszczalników chromatograficznych
Pomimo interesujących wyników i przyspieszenia tempa odkryć, na początku 2021 r. przemysł eko rozpuszczalników nadal wykazywał ograniczenia.
Zastąpienie acetonitrylu acetonem i metanolu etanolem w chromatografii wprowadza nowe wyzwania, które mogą potencjalnie obniżyć jakość danych. Etanol, choć przyjazny dla środowiska, jest zbyt lepki do chromatografii po zmieszaniu z wodą, a aceton jest trudny do pompowania, ponieważ jest wysoce lotny. Dodatkowo aceton jest silnym absorberem UV przy długościach fali do 340 nm, co uniemożliwia stosowanie detektora UV jako elementu systemu.
„Jedno rozwiązanie chromatograficzne, odśrodkowa chromatografia z podziałem (CPC), wykorzystuje znane materiały, ale znacznie mniejsze objętości rozpuszczalnika niż tradycyjne metody chromatograficzne. Wydobywa również produkty wydajniej i skuteczniej, oszczędzając pieniądze w dłuższej perspektywie.”
Ponadto bardziej przyjazny dla środowiska rozpuszczalnik nie gwarantuje, że jego zastosowanie sprawi, że proces chromatografii będzie ogólnie bardziej ekologiczny.
W rzeczywistości zastąpienie standardowego rozpuszczalnika „zielonym” może w rzeczywistości zwiększyć ogólny negatywny wpływ protokołu chromatograficznego na środowisko. Na przykład zmiana rozpuszczalnika może potencjalnie obniżyć wydajność produktu końcowego, zmuszając chemika do wykonania dodatkowych elucji lub użycia dodatkowych kolumn, aby osiągnąć ten sam wynik.
Zamiast eksperymentować z nowymi chemikaliami, które mogą potencjalnie mieć negatywny wpływ na wydajność techniczną lub szkodzić środowisku, chemicy mają możliwość bezpośredniego i znacznego zmniejszenia zużycia rozpuszczalników przy użyciu innych metod oczyszczania.
Metoda CPC
Odśrodkowa chromatografia z podziałem (CPC) to forma chromatografii ciecz-ciecz, która działa na podobnych zasadach jak tradycyjna chromatografia ciało stałe/ciecz, ale ekstrahuje czystszy produkt przy użyciu mniejszej ilości rozpuszczalnika. Oba systemy wykorzystują fazę stacjonarną, ale zamiast żelu krzemionkowego CPC wykorzystuje ciecz utrzymywaną w miejscu przez siłę odśrodkową, wytwarzaną przez obrót. W CPC faza stacjonarna jest utrzymywana w szeregu komórek na obracającym się dysku, a gdy dysk się obraca, faza ruchoma przechodzi z jednej komórki do drugiej. Różne związki eluują się do fazy stacjonarnej w różnych komórkach zgodnie ze współczynnikiem podziału między dwiema fazami.
W kilku badaniach wykazano zalety CPC nad tradycyjną chromatografią zarówno pod względem zużycia rozpuszczalnika, jak i oszczędności kosztów. W jednym z badań naukowcy wyekstrahowali ksantanolidy – środki przeciwgrzybicze z rośliny zwanej Xanthium macrocarpum – przy użyciu CPC i klasycznej chromatografii na żelu krzemionkowym. Porównali ich wydajność i zużycie toksycznych rozpuszczalników - na CPC wyekstrahowano jeden rodzaj ksantanolidu o prawie 15-krotnie większej czystości (5,8% dla żelu krzemionkowego w porównaniu do 84,4% dla CPC). Ponadto, na gram wyekstrahowanego ksantanolidu, przy CPC zużyło mniej niż połowę objętości rozpuszczalnika dla klasycznej chromatografii (1,1 l dla żelu krzemionkowego w porównaniu z 0,5 l z CPC).
W drugim badaniu naukowcy zaobserwowali podobne wyniki, gdy użyli zarówno CPC, jak i tradycyjnych metod do ekstrakcji kaulerpenynu, naturalnego związku o właściwościach przeciwnowotworowych, z Caulerpa taxifolia. W tym badaniu przy CPC zużyto od połowy do dwóch trzecich mniej rozpuszczalnika (około 1 l dla CPC w porównaniu z 2–3 l dla tradycyjnej chromatografii) i wyekstrahowano ponad 20 razy więcej związku (8,3 mg w porównaniu z 0,4 mg z 2,7 g surowca).
Co więcej, ekstrakcja tradycyjnymi metodami trwała 1–2 dni, ale protokół CPC trwał około godziny. Zmniejszając zużycie rozpuszczalnika o połowę, CPC radykalnie zwiększa zrównoważenie metod chromatografii dla środowiska. Ponadto, ponieważ może ekstrahować związki z 15–20 razy większą wydajnością niż inne metody, cały proces przebiega wydajniej i zużywa mniej materiałów na jednostkę surowego ekstraktu.
W oparciu o wyniki z tych przykładów, zastosowanie CPC może hipotetycznie zmniejszyć średnie roczne zużycie rozpuszczalnika na chromatograf o 75% i nadal wychwytywać tę samą masę czystego ekstraktu, a wszystko to bez konieczności zmiany rozpuszczalników i komplikowania zarządzania wpływem metody na środowisko.
Zalety chromatografii CPC
Godną uwagi zaletą CPC jest to, że nie wykorzystuje żelu krzemionkowego, co ma znaczący udział w kosztach prowadzenia procesu chromatograficznego. Żel krzemionkowy, sam w sobie drogi, blokuje się w kolumnach chromatograficznych, co wymaga ich regularnej wymiany, podczas gdy składniki CPC można ponownie wykorzystać po prostym płukaniu. To dodatkowo zwiększa opłacalność procesu chromatograficznego i sprawia, że zrównoważenie środowiskowe jest bardziej ekonomiczną opcją. Ponadto, w przeciwieństwie do krzemionki, nawet 99% rozpuszczalników stosowanych w CPC można poddać recyklingowi.
Na dłuższą metę, integrując CPC z procesami chromatograficznymi, laboratoria zaoszczędzą pieniądze na ilości rozpuszczalników, którą muszą zakupić, na kosztach utylizacji, w zaoszczędzonym czasie oraz na możliwości uniknięcia zakupu krzemionki i dodatkowych kolumn. Ponieważ cały proces jest bardziej wydajny niż tradycyjna chromatografia, laboratoria mogą wytwarzać więcej produktów przy użyciu mniejszej ilości materiałów, zużywając mniej czasu i pieniędzy.
Zielona chromatografia
Zastosowanie CPC spełnia jeden z głównych celów przyjaznej dla środowiska chemii analitycznej: zmniejszenie ilości chemikaliów wykorzystywanych do przeprowadzania eksperymentów chemicznego oczyszczania.
Zapewnia również oszczędności dla laboratoriów, co ma kluczowe znaczenie dla naukowców poszukujących opłacalnej ekonomicznie drogi do zrównoważonej chemii, jak i idealnej elastyczności umożliwiającej przyjęcie w przyszłości bardziej wydajnych generacji ekologicznych rozpuszczalników.
Wnioski i podsumowanie
CPC to skuteczna technika oczyszczania cennych związków naturalnych. Oferuje badaczom i producentom liczne korzyści, pomagając im sprostać wymaganiom szybko rozwijającego się rynku konopi.
Jest to metoda, którą można szybko i tanio wykorzystać do produkcji dużych ilości wysoce czystych związków pochodzących z konopi. Ponadto CPC zużywa znacznie mniej rozpuszczalników, co czyni ją bardziej ekologiczną i przyjazną dla środowiska.
VERITY® Compact CPC System
Moduły do odśrodkowej chromatografii podziałowej CPC
Kompaktowy system Gilson VERITY® CPC łączy platformę do oczyszczania Gilson PLC z systemem odśrodkowej chromatografii podziałowej CPC do efektywnego uzyskiwania wysokiej jakości produktów oczyszczania. Ta zautomatyzowana, ekonomiczna, technika oczyszczania ciecz-ciecz wykorzystuje bezkrzemionkowe kolumny chromatograficzne wielokrotnego użytku, usprawnia pracę i umożliwia szybką izolację określonych cząsteczek z wysoką wydajnością i czystością.
WIĘCEJ O PRODUKCIE
POBIERZ BROSZURĘ PDF
Napisz do nas
Skontaktuj się z nami!
biuro@aga-analytical.com.pl +48 22 649 10 41
W naszej ofercie znajdują się również:
