Brevet FR3079932A1 — publié le 20191011

PROCEDE ET SYSTEME DE PILOTAGE D'UNE CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE PREPARATIVE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé et un système de pilotage d'une chromatographie liquide préparative, de la basse à la haute pression. ETAT DE LA TECHNIQUE La chromatographie liquide préparative est un procédé d'isolement, de purification ou d'enrichissement d'un mélange de composés qui, pour être optimal, nécessite la sélection d'un certain nombre de paramètres en ce qui concerne l'outil de séparation utilisé (diamètre intérieur, longueur, phase stationnaire, granulométrie...) et les conditions opératoires (phase mobile, type d'élution, débit, température, mode d'injection, quantité injectée...). Le choix de ces paramètres relève souvent d'un compromis de productivité entre le taux de pureté souhaité, la quantité de produit pur souhaitée, le coût et la durée du procédé de purification. Pour effectuer ce choix, il est connu d'utiliser des résultats de séparation obtenus, pour un échantillon de même nature, avec un système chromatographique analytique, et de les transposer à la chromatographie liquide préparative. Le terme anglo-saxon « scale- up » définit ainsi un coefficient multiplicateur entre la quantité d'échantillon traitée en chromatographie liquide analytique et la quantité d'échantillon traité en chromatographie liquide préparative. Cependant, le système de chromatographie liquide analytique est bien différent de celui de la chromatographie liquide préparative en termes de phase stationnaire et de conditions opératoires, de sorte que cette transposition est relativement complexe. Des outils de calcul ont donc été conçus pour faciliter cette transposition. Ainsi, le document US 7,686,959 décrit un procédé mis en oeuvre par ordinateur utilisant des données de chromatographie sur couche mince (CCM ou TLC, acronyme du terme anglo-saxon « Thin Layer Chromatography ») pour calculer des conditions opératoires de chromatographie préparative. Plus précisément, ce document enseigne le calcul, à partir d'une chromatographie sur couche mince, du rapport frontal Rfi , Rf2 pour deux composés de l'échantillon à purifier, le calcul de volumes de colonne CV1, CV2 pour chacun desdits composés à partir de leur rapport frontal respectif (chaque volume de colonne étant égal à l'inverse du rapport frontal respectif), et le calcul d'un facteur ACV de la colonne défini comme étant la différence entre les volumes CV2 et CVi. Or, ce facteur ACV est propre à chaque colonne, ce qui nécessite un grand nombre de calculs pour déterminer la colonne optimale. Par ailleurs, ce procédé nécessite un grand nombre 2 d'interventions de l'utilisateur (entrées de données), ce qui suppose que l'utilisateur ait de solides connaissances en chromatographie. Or, dans la mesure où un opérateur chargé d'effectuer une purification en chromatographie liquide préparative n'est pas nécessairement un spécialiste de la 5 chromatographie, il serait utile d'offrir un procédé et un système de pilotage qui soit plus automatisé et qui ne nécessite qu'un minimum d'interventions de l'opérateur. EXPOSE DE L'INVENTION Un but de l'invention est donc de concevoir un procédé de pilotage d'une 10 chromatographie liquide préparative qui puisse être mis en oeuvre par un utilisateur novice en chromatographie, en minimisant la quantité de données à entrer manuellement pour déterminer l'outil de séparation et les conditions de purification optimales et suffisantes en fonction du résultat attendu. A cet effet, l'invention propose un procédé de pilotage d'une chromatographie 15 liquide préparative, comprenant les étapes suivantes, au moins une partie desdites étapes étant mises en oeuvre par un ordinateur comprenant un processeur et un écran d'affichage couplé audit processeur : (a) la réception de données de chromatographie liquide analytique obtenues pour un produit à purifier, 20 (b) l'accès à une table d'outils de séparation disponibles pour mettre en oeuvre ladite chromatographie, (c) à partir desdites données de chromatographie liquide analytique et de la table des outils de séparation disponibles, la sélection d'un outil de séparation optimal dans ladite table et le calcul de conditions opératoires de chromatographie liquide préparative 25 sur ledit outil de séparation sélectionné. Par « outil de séparation » on entend une colonne, une cartouche ou tout autre dispositif de chromatographie comprenant une phase stationnaire. Le procédé comprend en outre une étape de réception de la quantité de produit à purifier. 30 De manière avantageuse, le procédé comprend également une étape de validation du calcul par un utilisateur, et après ladite validation, une étape de lancement de la chromatographie liquide préparative sur l'outil de séparation sélectionné. Selon une forme d'exécution, le procédé comprend l'enclenchement par un utilisateur d'une accélération de la chromatographie liquide préparative. 35 Selon un mode de réalisation, les données de chromatographie analytique reçues à l'étape (a) sont des données de chromatographie sur couche mince (CCM). De manière avantageuse, l'étape (c) prend en compte la différence entre les forces éluantes des solvants utilisés dans la chromatographie liquide préparative et la variation 3 non linéaire de la force éluante d'un mélange de solvants en fonction de la composition dudit mélange. Selon une forme d'exécution, le procédé comprend l'acquisition d'une image d'une plaque de chromatographie sur couche mince et la détection automatique, à partir de 5 ladite image, des composés séparés. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de calcul de séparation par chromatographie sur couche mince à isoéluence pour d'autres conditions analytiques. Selon un mode de réalisation, les données de chromatographie analytique reçues à 10 l'étape (a) sont des données de chromatographie liquide analytique obtenues sur un outil de séparation de référence. Selon un mode de réalisation, la table des outils de séparation disponibles comprend un outil de séparation identique à l'outil de séparation de référence, et l'étape (c) comprend la sélection dudit outil et le calcul des conditions opératoires de 15 chromatographie liquide préparative pour ledit outil de séparation. De manière alternative, la table des outils de séparation disponibles n'inclut pas d'outil de séparation identique à l'outil de séparation de référence, et l'étape (c) comprend la sélection d'un outil de séparation présentant une phase stationnaire différente de celle de l'outil de référence par comparaison de similarités entre la phase stationnaire de l'outil 20 de référence avec la phase stationnaire des outils de séparation disponibles, ou la sélection d'un outil de séparation comprenant la même phase stationnaire que l'outil de référence et le calcul des conditions opératoires de chromatographie liquide préparative en mode multi-injection (« multi-run » selon la terminologie anglo-saxonne) en minimisant le nombre d'injections. 25 Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la mise en oeuvre d'un test (« screening » selon la terminologie anglo-saxonne) de séparation sur une pluralité d'outils de séparation et la sélection de l'outil de séparation présentant le meilleur potentiel de séparation parmi lesdits outils. Selon un mode de réalisation, la table des outils de séparation disponibles 30 comprend un outil de séparation identique à l'outil présentant le meilleur potentiel de séparation, et l'étape (c) comprend la sélection dudit outil et le calcul des conditions opératoires de chromatographie liquide préparative pour ledit outil de séparation. De manière alternative, la table des outils de séparation disponibles n'inclut pas d'outil de séparation identique à l'outil présentant le meilleur potentiel de séparation, et 35 l'étape (c) comprend la sélection d'un outil de séparation comprenant la même phase stationnaire que l'outil présentant le meilleur potentiel de séparation et le calcul des conditions opératoires de chromatographie liquide préparative en mode multi-injection en minimisant le nombre d'injections. 4 Selon une forme d'exécution de l'invention, le procédé comprend un enchaînement d'au moins deux séries d'étapes (a) à (c), avec deux types de données de chromatographie liquide analytique différents. De manière particulièrement avantageuse, ledit enchaînement est effectué de 5 manière automatique lorsqu'une première série d'étapes (a) à (c) n'a pas permis d'identifier une solution de chromatographie liquide préparative. Un autre objet de l'invention est un système pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être décrit. Ledit système comprend : 10 un ordinateur comprenant un processeur, une interface utilisateur et un écran d'affichage, le processeur étant configuré pour mettre en oeuvre les étapes du procédé tel que décrit ci-dessus, un système de chromatographie liquide préparative piloté par ledit ordinateur, comprenant un réservoir de phase mobile, une pompe, un injecteur, un outil de 15 séparation, un détecteur, un enregistreur de données et un collecteur de fractions. De préférence, le procédé de pilotage décrit ci-dessus sera mis en oeuvre au moyen d'un dispositif de traitement comprenant des moyens pour la mise en oeuvre des étapes du procédé de pilotage, tel qu'un ordinateur de type PC comportant une mémoire et une unité de traitement sur laquelle est exécuté un programme d'ordinateur. 20 Ce programme d'ordinateur comprend notamment un ou plusieurs algorithmes permettant d'exécuter les étapes du procédé décrit précédemment. DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description 25 détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un logigramme présentant le fonctionnement du système selon l'invention ; la figure 2 est un schéma d'une séparation obtenue sur une plaque de chromatographie en couche mince. 30 DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION L'invention permet, à partir d'une analyse chromatographique analytique, notamment sur couche mince ou sur colonne HPLC (chromatographie en phase liquide à haute performance, acronyme du terme anglo-saxon « high pressure liquid 35 chromatography » ou « high performance liquid chromatography »), en phase normale, phase inverse ou autre, de proposer le meilleur compromis de purification possible par chromatographie liquide préparative. 5 Ladite chromatographie liquide préparative peut être mise en oeuvre de la basse pression à la haute pression, et inclut en particulier les appellations flash chromatographie, MPLC (acronyme du terme anglo-saxon « medium pressure liquid chromatography »), et HPLC. La pression de mise en oeuvre n'est limitée que par le 5 système de chromatographie utilisé, et notamment la pression que peut supporter l'outil de séparation. Par « basse pression » on entend généralement une pression de l'ordre de quelques bar à plusieurs dizaines de bar ; par « haute pression », on entend généralement une pression de quelques dizaines de bar à plusieurs centaines de bar, voire davantage. 10 A cet effet, l'invention propose un procédé mis en oeuvre par ordinateur qui guide l'utilisateur de la fourniture des données analytiques jusqu'à la définition de l'ensemble des conditions qui permettent de mettre en oeuvre la chromatographie liquide préparative. L'ensemble des étapes peut être mis en oeuvre de manière automatique, sans que l'utilisateur ne soit sollicité pour entrer des données ou effectuer des choix. 15 Ce procédé est donc particulièrement intéressant pour un utilisateur novice en chromatographie. Cependant, même lorsque l'utilisateur a un certain niveau d'expertise en chromatographie, le procédé reste avantageux dans la mesure où il permet de réduire la durée nécessaire à la détermination des conditions opératoires ; par ailleurs, le procédé 20 peut comprendre des étapes mises en oeuvre directement par l'utilisateur, qui permettent à celui-ci d'interagir avec les algorithmes utilisés (mode expert). Le procédé inclut un accès à une table d'outils de séparation disponibles chez l'utilisateur. Cette table peut se présenter sous la forme d'une base de données listant tous les outils en stock chez l'utilisateur, et comprenant des champs correspondant aux 25 caractéristiques principales desdits outils : type d'outil (par exemple : colonne, cartouche), matériau constitutif de l'outil (plastique, inox...), dimensions (diamètre intérieur, largeur, ...), nature de la phase stationnaire, granulométrie de la phase stationnaire, marque ou fournisseur de la phase stationnaire, etc. Dans la suite du texte, on emploiera le terme de « colonne » dans un souci de concision, mais sans limitation aucune quant au type d'outil 30 de séparation employé. Le procédé peut avantageusement être implémenté dans les systèmes de chromatographie commercialisés par la Demanderesse sous la marque puriFlashTM, mais pourrait également l'être dans d'autres systèmes. Ces systèmes comprennent d'une manière générale un réservoir de phase mobile, une pompe, un injecteur, un outil de 35 séparation, un détecteur, un enregistreur de données et un collecteur de fractions. De tels systèmes sont bien connus de l'homme du métier et ne seront donc pas décrits en détail dans le présent texte. 6 L'unité de commande comprend un processeur configuré pour mettre en oeuvre un certain nombre d'algorithmes décrits ci-dessous, ou pour communiquer avec un ordinateur distant mettant en oeuvre lesdits algorithmes. Eventuellement, dans le cas d'un échantillon solide, le système peut également comprendre un support d'injection solide 5 (généralement appelé « dry load » selon la terminologie anglo-saxonne) ; ce support est agencé sur le circuit de phase mobile en amont de la colonne. Le logigramme de la figure 1 illustre l'architecture générale du procédé. Les différentes modalités sont décrites ci-après successivement. Il est intéressant de noter que toutes les modalités s'enchaînent, de sorte qu'elles 10 peuvent être éventuellement toutes être mises en oeuvre, en partant de données analytiques CCM qui sont les données les plus classiquement disponibles chez l'utilisateur, en allant vers d'autres types de données analytiques lorsque les données analytiques CCM ne sont pas disponibles ou ne sont pas satisfaisantes. Ainsi, lorsqu'un type de données analytiques ne permet pas de proposer à l'utilisateur une solution de 15 chromatographie liquide préparative, celui-ci est automatiquement guidé vers un autre type de données analytiques susceptible de permettre d'aboutir à la proposition d'une solution de chromatographie liquide séparative. Par conséquent, même s'il est novice en chromatographie, l'utilisateur est entièrement guidé depuis la fourniture des données analytiques jusqu'à l'obtention d'une solution de chromatographie liquide préparative. 20 Naturellement, en fonction de la nature de l'échantillon (polaire ou non) et de la nature des données analytiques disponibles, seules certaines de ces étapes pourront être mises en oeuvre, l'utilisateur étant libre de lancer la mise en oeuvre du procédé à partir de n'importe laquelle desdites modalités. Une première série (P) de situations concerne un échantillon polaire. 25 Selon une première possibilité (case 1), l'utilisateur dispose de données analytiques sur une plaque CCM, pour l'échantillon considéré. Le traitement des données analytiques CCM a fait l'objet d'un développement original par les inventeurs. Au préalable, on rappelle la définition des grandeurs utilisées : 30 - le facteur de rétention Rf est une grandeur relative qui caractérise l'élution d'un composé sur une plaque de chromatographie couche mince (CCM). C'est le rapport entre la distance de migration d'un soluté sur la distance de migration de la phase mobile. Ainsi, un soluté totalement élue a un facteur de rétention égal à 1. Un soluté qui n'est pas entrainé par la phase mobile a un facteur de rétention égal à O. 35 - k est une grandeur thermodynamique caractérisant la rétention d'un soluté dans une colonne, qui est égale à (tr-t0)/t0 ou (Vr-VO)NO, 7 où tr est le temps de rétention du soluté, tO le temps que met la phase mobile à parcourir la colonne, Vr le volume de phase mobile nécessaire pour faire sortir le soluté de la colonne, VO le volume de vide de la colonne. Pour un même système chromatographique, il existe une relation fondamentale 5 reliant les facteurs de rétention Rf et k: K = (1-RO/Rf - 4k est une grandeur relative indépendante de la géométrie de la colonne, qui est caractéristique d'un soluté donné, élue sur une phase stationnaire donné par une phase mobile donnée à une température donnée. 10 - en chromatographie liquide préparative, c'est le volume de phase mobile nécessaire pour recueillir le soluté qui est la grandeur réellement utile. Ce volume Vs, parfois appelé CV, s'exprime en unité de volume mort de la colonne pour tenir compte des différentes géométries de colonne : Vs = CV = Vr/VO = 1 + k 15 La figure 2 illustre de manière schématique une plaque CCM avec deux taches correspondant chacune à un composé a, b, dont l'un est le composé d'intérêt et l'autre son plus proche voisin. ds est la distance entre la ligne de dépôt (désignée par la lettre D) de l'échantillon et le front de solvant (désigné par la lettre F). d, est la distance entre la ligne de dépôt de l'échantillon et le centre de la tache correspondant au composé a, et db 20 est la distance entre la ligne de dépôt de l'échantillon et le centre de la tache correspondant au composé b. Rf, = da/ds Rfb = db/ds Vs, = CV, = 1/Rfa = 1+k, 25 Vsb = CVb = 1/Rfb = 1+kb d'où : ACV = CVb - CVa k = Kt, x (1/Rf -1) avec Kt, = constante = 1 Ak = Kt, x [(1/Rfb - 1) - (1/Rfa - 1)] d'où : ACV = Ak 30 L'invention peut être mise en oeuvre avec une plaque CCM dont le facteur de rétention Rf du composé d'intérêt est compris entre 0,08 et 0,9 avec une différence 4k de rétention entre le composé d'intérêt et son plus proche voisin (ou de ses deux plus proches voisins) supérieure ou égale à 0,20 et pour 4Rf k 0,02. Elle peut prendre en compte de 2 à 10 composés. 35 L'originalité du traitement est qu'il tient compte de l'amplitude 4E° (c'est-à-dire la différence entre les forces éluantes de deux solvants pris séparément) et de la variation non linéaire de la force éluante d'un mélange de solvants purs en fonction de la composition du mélange, E° étant la force éluante d'un solvant. 8 Les calculs définissent cinq amplitudes de travail représentatives de l'ensemble des amplitudes couvrant les forces éluantes des solvants renseignés dans le logiciel. De plus, les inventeurs ont défini, en fonction de la position absolue et relative des composés sur la plaque de CCM, quatre zones de rétention du composé d'intérêt. 5 Par exemple, pour le couple cyclohexane / acétate d'éthyle, pour lequel AE° = 0,38, les zones suivantes ont été définies : (0,01 REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage d'une chromatographie liquide préparative, comprenant les étapes suivantes, au moins une partie desdites étapes étant mises en oeuvre par un ordinateur comprenant un processeur et un écran d'affichage couplé audit processeur : (a) la réception de données de chromatographie liquide analytique obtenues pour un produit à purifier, (b) l'accès à une table d'outils de séparation disponibles pour mettre en oeuvre ladite chromatographie, (c) à partir desdites données de chromatographie liquide analytique et de la table des outils de séparation disponibles, la sélection d'un outil de séparation optimal dans ladite table et le calcul de conditions opératoires de chromatographie liquide préparative sur ledit outil de séparation sélectionné. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre une étape de réception de la quantité de produit à purifier. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une étape de validation du calcul par un utilisateur, et après ladite validation, une étape de lancement de la chromatographie liquide préparative sur l'outil de séparation sélectionné. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant l'enclenchement par un utilisateur d'une accélération de la chromatographie liquide préparative. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel les données de chromatographie analytique reçues à l'étape (a) sont des données de chromatographie sur couche mince (CCM). 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape (c) prend en compte la différence (4E°) entre les forces éluantes des solvants utilisés dans la chromatographie liquide préparative et la variation non linéaire de la force éluante d'un mélange de solvants en fonction de la composition dudit mélange. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, comprenant l'acquisition d'une image d'une plaque de chromatographie sur couche mince et la détection automatique, à partir de ladite image, des composés séparés. 17 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, comprenant une étape de calcul de séparation par chromatographie sur couche mince à isoéluence pour d'autres conditions analytiques. 5 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les données de chromatographie analytique reçues à l'étape (a) sont des données de chromatographie liquide analytique obtenues sur un outil de séparation de référence. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la table des outils de séparation 10 disponibles comprend un outil de séparation identique à l'outil de séparation de référence, et l'étape (c) comprend la sélection dudit outil et le calcul des conditions opératoires de chromatographie liquide préparative pour ledit outil de séparation. 11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la table des outils de séparation 15 disponibles n'inclut pas d'outil de séparation identique à l'outil de séparation de référence, et l'étape (c) comprend la sélection d'un outil de séparation présentant une phase stationnaire différente de celle de l'outil de référence par comparaison de similarités entre la phase stationnaire de l'outil de référence avec la phase stationnaire des outils de séparation disponibles, ou la sélection d'un outil de séparation comprenant la même 20 phase stationnaire que l'outil de référence et le calcul des conditions opératoires de chromatographie liquide préparative en mode multi-injection en minimisant le nombre d'injections. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant la mise en oeuvre 25 d'un test de séparation sur une pluralité d'outils de séparation et la sélection de l'outil de séparation présentant le meilleur potentiel de séparation parmi lesdits outils. 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la table des outils de séparation disponibles comprend un outil de séparation identique à l'outil présentant le 30 meilleur potentiel de séparation, et l'étape (c) comprend la sélection dudit outil et le calcul des conditions opératoires de chromatographie liquide préparative pour ledit outil de séparation. 14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la table des outils de 35 séparation disponibles n'inclut pas d'outil de séparation identique à l'outil présentant le meilleur potentiel de séparation, et l'étape (c) comprend la sélection d'un outil de séparation comprenant la même phase stationnaire que l'outil présentant le meilleur 18 potentiel de séparation et le calcul des conditions opératoires de chromatographie liquide préparative en mode multi-injection en minimisant le nombre d'injections. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, comprenant un enchaînement 5 d'au moins deux séries d'étapes (a) à (c), avec deux types de données de chromatographie liquide analytique différents. 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel ledit enchaînement est effectué de manière automatique lorsqu'une première série d'étapes (a) à (c) n'a pas 10 permis d'identifier une solution de chromatographie liquide préparative. 17. Système de chromatographie liquide préparative, comprenant : - un ordinateur comprenant un processeur, une interface utilisateur et un écran d'affichage, le processeur étant configuré pour mettre en oeuvre les étapes du procédé 15 selon l'une des revendications 1 à 16, - un système de chromatographie liquide préparative piloté par ledit ordinateur, comprenant un réservoir de phase mobile, une pompe, un injecteur, un outil de séparation, un détecteur, un enregistreur de données et un collecteur de fractions. 20 18. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code programme enregistré sur un support utilisable dans un ordinateur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 16. 25