制備液相色譜在制藥工業中的應用

制備液相色譜在制藥工業中的應用

高效液相色譜法（HPLC）作為一種分析方法已被廣泛用于各個領域，成為常規分析技術之一，有的已被列入藥典，成為環境污染物檢測技術及化工產品質量檢驗中的標準方法。另一方面，HPLC在分離純化技術中的應用尤其是大規模。工業化的HPLC只是近十幾年來才得到了較大的發展。與傳統的分離純化方法相比，它的高效、快速及自動化的操作引起了人們尤其是制藥業的廣泛關注。HPLC正成為藥物分離純化技術在新世紀中的發展主流。 

　　藥物與人類的健康，生活質量的提高關系極大，許多藥品由于受到純度的影響，藥效不能充分發揮，甚至產生毒副作用；有時服用前需作各種試驗，帶來很多麻煩。外消旋體藥物是最典型的例子之一。它由左旋與右旋兩種光學異構體組成，不同的異構體藥理與療效完全不同。以往由于分離與純化能力的限制，市場上常以混合物即外消旋體出售。即使有少量的分離后的藥物出售，價格也極為昂貴，目前美國FDA（食品和藥品管理局）和西方許多國家的有關部門都已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或右旋體才能作為產品上市。所以藥物產品對分離與純化技術提出了更高的要求。

　　色譜是目前分離與純化領域中處理多組分復雜體系的最有效的方法，在各種色譜技術中，HPLC又是分離與純化藥物的最佳選擇。人類在實踐中對分離純化技術的更高要求促使色譜在基礎理論上由線性色譜發展為非線性色譜，而且在實驗方法上也出現了間歇式（batch）到連續式（continuous）的分離模式。間歇式是HPLC中主要的分離方式，也是色譜分析中的唯一形式。它在分離純化中的主要展開方式有超載洗脫，前沿展開與置換展開。其特征是樣品進入色譜系統后，必須完全流出色譜柱后才能進行下一次的分離與純化，所以投料是間歇式的。而連續分離模式完全是近年來隨著大規模的分離純化的迫切需求發展起來的。在它的運行過程中樣品連續不斷加入色譜系統，而分離后的成分連續不斷地產出，可以達到完全自動連續分離的目的，大大提高了產率，縮短了生產周期。間歇式操作以常規制備色譜為主，典型的有美國Varian公司的RamPak系統及法國Novasep.公司的Hi1）ersep系統等，而連續式操作目前主要有連續圓簡式制備色譜（continuous annular chromatography,CAC），及模擬流動床（simulated lnoving bed，SMB）色譜。前者仍以中、低壓系統為主，如瑞士Prior分離技術公司生產的 PCAC型儀器，美國AST公司的CSEP和ISEP系統；而后者是高壓系統，如法國的NovaSep．公司生產的hcoSep系列的模擬流動床裝置，特別適合分離外消旋體藥物。

　　增加樣品的負載量是工業HPLC考慮的重要因素之一了為此，色譜柱的直徑由幾毫米發展到幾甚至幾十厘米，目前最大的制備柱已超過1米。為了提高產率，通常柱長仍保持在25厘米左右，所以“餅式” 色譜柱是當今工業HPLC的主流。隨著柱徑的增大，分析用的空管柱己達不到很高的柱效，柱結構也隨之發生了變化。目前，直徑大于5cm的色譜柱通常有徑向壓縮、軸向壓縮及環狀壓縮三種結構，尤其是軸向壓縮（dynamic axial compression，DAC）柱使用最為普遍。主要生產商有NovaSep，DanPrOcess和Merck等公司。

　　填料的顆粒及大小也由經典的無定型大顆粒（40～60μm或更大）發展到目前的球形高效細顆粒（10～20μm填料，和分析用的填料十分相似。無定型填料雖便宜但柱效不高，而且在大流量流動相的沖刷下極易破碎，生成細未，不但使柱壓降升高，而且易堵塞濾片，甚至流人產物發生污染。此外，粒徑減小有利于柱效的提高。以往認為“制備色譜不需要高效柱”的觀點是完全錯誤的。新一代大規模 HPLC正在采用與分析柱相似的填料，而且柱效十分接近，有時由于大直徑減弱了柱內的“管壁效應”，甚至可以得到高于分析柱的柱效。大規模HPLC中的填料要求機械強度高，有效比表面大，化學穩定性高，孔徑的分布和粒度分布均要窄。適合于此類要求的填料有Kromasi1，Zorbax等，而且對每批產量有一定的要求。瑞典的Eka-Chemicals公司的生產Kromasil每批可高達120kg，完全能把分析柱上的非線性色譜優化條件放大為工業生產，得到同樣的結果。

　　除了對各種光學及空間異構體的分離外，無論在天然藥物，還是生物技術生產的各種生物藥品的分離純化上，HPLC正在發揮著其他技術無法比擬的潛力。作者去年訪問歐洲時有幸參觀了年產量從幾百 kg到幾十噸規模不同的HPLC工業化分離純化藥物的“綠色”生產線。從原料的投入到雜質與純品的分離、收集、流動相及其他溶劑的回收全部自動化，而且幾乎達到了零排放的標準。 

　　HPLC盡管有極大的分離能力，但是它也不是萬能的。對于目標產物濃度很低、干涉物很多的、特別復雜的體系，如生物技術產品的分離與純化，通常仍需與其他常規分離技術配合進行原料的前期處理或初步分離，而把 HPLC技術用作成品的最終純化步驟。此外，HPLC還是一種高投入的分離技術，至今為止，主要使用在分離與純化高附加值且純度要求高的產品，因而在生物技術和制藥業中發展尤為迅速。遺憾的是，大規模HPLC在我國的使用至今尚未真正開始，仍有侍于進一步開發和研究。

　　在新世紀中HPLC技術由于具有其他方法無法比擬的特點及強大的分離能力必將成為分離與純化領域中的主要方法之一。我國是中草藥的發源地，具有豐富的藥材和其他天然資源，大規模工業化HPLC 的研究、開發、應用對我國中草藥和稀有天然資源的開發與綜合利用，尤其是制藥業將會發揮出更大的作用，為人類的健康與長壽作出更大的貢獻，也是我國科技工作者的神圣職責和歷史使命。