СПОСОБ КОНТРОЛЯ, ОЦЕНКИ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО ХРОМАТОГРАФИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ
METHOD FOR CONTROL, ASSESSMENT AND REGULATION OF CYCLIC CHROMATOGRAPHIC PURIFICATION PROCESS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способам контроля, оценки и регулирования циклических хроматографических процессов очистки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Хроматографические процессы используют для выделения продуктов из сложных смесей.
В случае «трудных» хроматографических разделений целевому продукту сопутствуют побочные соединения (примеси) с очень близкими адсорбционными свойствами. На хроматограммах, полученных посредством традиционной одноадсорберной хроматографии, это приводит к перекрытию частей пиков продукта и пиков различных побочных соединений в передней части и в задней части пика продукта, что требует выделения посредством вырезания центральной части пика. Такое выделение называют также задачей тройного разделения, поскольку на хроматограмме соединения, подлежащие разделению, могут группироваться в три класса - рано элюируемые (слабо адсорбирующиеся) примеси/побочные соединения, центрально элюируемый «продукт» и поздно элюируемые (сильно адсорбирующиеся) примеси/побочные соединения. Соответственно, перекрывающиеся фракции в передней и задней частях пика продукта содержат как целевой продукт, так и примеси/побочные соединения, и обычно эти фракции приходится отбрасывать, поскольку степень их чистоты не соответствует установленным спецификациям. Это означает, что в такой задаче тройного разделения высокочистую фракцию продукта можно получить только за счет снижения выхода. Добавление фракций, содержащих побочные соединения, повышает выход за счет включения добавочного количества целевого соединения, но снижает степень чистоты за счет включения побочных соединений/примесей. Такая ситуация также известна под названием компромисса между выходом и степенью чистоты.
Для выделения продукта, содержащегося в загрязненных побочными соединениями фракциях, были предложены различные хроматографические процессы с использованием способов рециркуляции, целью которых было облегчение проблемы компромисса между выходом и степенью чистоты. Способы с использованием одного адсорбера и сбора загрязненных побочными соединениями фракций в отдельные резервуары для последующей очистки были предложены для тех случаев, когда повторная обработка совместима с нормативными требованиями.
В некоторых способах загрязненные побочными соединениями фракции рециркулируют непосредственно в тот же адсорбер без стадии промежуточного хранения.
Хроматографические процессы с использованием более чем одного хроматографического адсорбера позволяют объединить применение внутренней рециркуляции загрязненных побочными веществами фракций и применение принципов противоточной хроматографии, то есть относительного перемещения в противоположных направлениях стационарной фазы (адсорбентного материала) и мобильной фазы (текучих сред). Посредством внутренней рециркуляции загрязненных побочными веществами фракций целевое соединение, содержащееся в этих фракциях, можно вначале переместить непосредственно из одного адсорбера в другой без стадии хранения во внешнем резервуаре и затем выделить с использованием принципов противоточной хроматографии и извлечь.
Эффективная комбинация внутренней рециркуляции и принципов противоточной хроматографии позволяет получить целевое соединение одновременно с высоким выходом и высокой степенью чистоты в мультиабсорберных процессах. Эти процессы также известны под названием процессов с псевдодвижущимся слоем (SMB; от англ.: simulated moved bed). Ранее использование SMB-процессов было ограничено бинарными разделениями, то есть разделениями двух целевых соединений или разделением целевого соединения и одной группы либо рано элюируемых, либо поздно элюируемых примесей/побочных соединений. Тройное разделение продукта, пик которого перекрывается с пиками побочных соединений в передней и задней частях пика продукта, можно обеспечить только посредством объединения двух SMB-процессов, при этом потенциально необходима стадия концентрирования между двумя SMB-системами. Сложность таких систем препятствовала их практическому применению и привела к разработке альтернативных способов тройных разделений с использованием принципов противоточной хроматографии. Кроме того, в SMB-процессах невозможно использовать линейные градиенты растворителей, которые важны для разделения соединений со сходными адсорбционными свойствами.
В связи с этим очень эффективный процесс для тройных разделений с возможностью использования линейного градиента растворителя известен как «мультиколоночное противоточное градиентное хроматографическое разделение» (MCSGP; от англ.: multicolumn countercurrent solvent gradient purification) и находит широкое применение в промышленности (см. публикацию ЕР-А-1 877 769). Такой процесс описывали с использованием от 2 до 8 адсорберов.
Предлагали и другие хроматографические мультиадсорберные техники с использованием нескольких адсорберов и внутренней рециркуляции, такие как процесс «градиентной хроматографии со стабильной рециркуляцией» (GSSR; от англ.: gradient with steady state recycle). Большинство описанных ранее применений мультиадсорберных противоточных хроматографических процессов относились к двухадсорберному MCSGP-процессу, который обладает преимуществом низкой сложности оборудования и высокой эксплуатационной гибкости в отношении используемых объемных скоростей потоков, времени переключения и работы в режиме линейного градиента растворителя.
В публикации US-A-2017241992 предложен способ регулирования и/или контроля и/или оптимизации хроматографического процесса, в котором используют по меньшей мере 2 колонки, работающие попеременно, причем рабочий процесс может быть осуществлен так, что по меньшей мере 2 колонки работают в соединенном и рассоединенном состояниях, причем колонки меняют положения после выполнения такой последовательности соединенных и рассоединенных состояний, и ниже по течению относительно по меньшей мере одной или относительно каждой колонки расположен детектор, способный обнаруживать целевой продукт и/или примеси, когда они проходят мимо детектора.
Публикация WO 2014/166799 относится к способу хроматографической очистки для выделения фракции целевого продукта из смеси с использованием 2 хроматографических колонок (адсорберов); она относится к способам осуществления такого процесса, и в этом контексте она также относится к регулированию и/или контролю и/или оптимизации процессов. Способ включает следующие стадии, которые по меньшей мере один раз осуществляют во время цикла: первая стадия (В1) автономной работы, во время которой в течение определенного периода времени адсорберы рассоединены, и первый адсорбер загружают исходной смесью через впускное отверстие с использованием первой объемной скорости потока, а через его выпускное отверстие осуществляют слив отходов; при этом из второго адсорбера через его выпускное отверстие получают целевой продукт, после чего второй адсорбер регенерируют; первая стадия (IC1) работы адсорберов в соединенном состоянии, во время которой выпускное отверстие первого адсорбера соединено с впускным отверстием второго адсорбера в течение определенного промежутка времени, при этом первый адсорбер загружают через впускное отверстие исходной смесью в объеме, превышающем его динамическую пропускную способность, с использованием второй объемной скорости потока, которая является такой же или превышает первую объемную скорость потока, и через выпускное отверстие второго адсорбера осуществляют слив отходов; вторая стадия (В2) автономной работы, аналогичная первой стадии (В1) работы в автономном режиме, но с переменой адсорберов местами; вторая стадия (IC2) работы адсорберов в соединенном состоянии, аналогичная первой стадии (IC1) работы адсорберов в соединенном состоянии адсорберов, но с переменой адсорберов местами.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна из задач настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить усовершенствованный способ контроля, оценки и регулирования циклического хроматографического процесса очистки.
В предложенном способе контролируют хроматографический профиль элюции, то есть сигнал, пропорциональный концентрации, и пока элюция еще продолжается, выполняют действие, оказывающее немедленный эффект. Кроме того, способ не требует ни хроматографической модели, описывающей разделение, ни алгоритма регулирования, в котором выполняемое действие основано на конечной разнице между фактическим значением и заданной величиной (уставкой). В противоположность этому, в способе используют пороговые значения и начинают регулирующие воздействия при достижении или превышении пороговых значений. Для определения заданных величин (уставок) в способе необходимы определенные сведения о хроматографическом разделении, которые можно получить посредством оценки модельной градиентной хроматограммы. В некоторых случаях уставки можно определить автоматически, например - относительно максимума пика. Поэтому положение хроматограммы относительно времени/объема элюции (ось х) не имеет значения для определения уставок, которые основаны только на высоте хроматограммы (ось у).
Предложенный способ регулирования процесса решает проблему флуктуаций параметров окружающей среды и эксплуатационных параметров и различий в эффективности функционирования адсорберов, которые могут привести к субоптимальной эффективности противоточных процессов. При использовании предложенного способа процесс устойчиво осуществляется на уровне уставки.
Предложенный способ включает элементы а) по существу непрерывного контроля, b) оценки хроматограммы, предпочтительно - на выходе адсорбера, выполняющего задачи элюции, и с) запуска регулирующего воздействия на основе оцененной информации.
Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу контроля, оценки и регулирования циклического хроматографического процесса очистки, включающего по меньшей мере два адсорбера (предпочтительно - не более двух адсорберов, не более 3 адсорберов или не более 4 адсорберов), через которые пропускают жидкость с исходной смесью (Загрузка), содержащей целевые компоненты продукта (или соединения) (Р) и примеси (W, S).
В характерном случае адсорберы работают попеременно, при этом в по меньшей мере двух адсорберах осуществляется последовательность фаз работы в соединенном и рассоединенном состояниях, и после осуществления такой последовательности фаз работы в соединенном и рассоединенном состояниях адсорберы меняют местами. В случае двух адсорберов, например - двух колонок, эта последовательность является строго определенной. В этом контексте следует отметить, что любой из этих двух адсорберов также может представлять собой группу из двух, трех, четырех или даже большего количества адсорберов (колонок), которые последовательно соединены друг с другом, и это состояние последовательного соединения сохраняется во время процесса без рассоединения.
В случае, когда имеется больше двух адсорберов, последовательности фаз работы в соединенном и рассоединенном состояниях являются такими, что всегда после фазы 11 работы адсорберов в соединенном состоянии, во время которой два адсорбера (или две группы адсорберов) соединены, следует фаза В1 автономной работы адсорберов, во время которой работают те же два адсорбера, и продукт Р элюируется из адсорбера (или группы адсорберов), который ранее был расположен выше по течению. Поэтому, как показано на Фиг. 3-8 и описано ниже, регулирование осуществимо и в процессах, в которых используют 3 или более колонок, так как при этом требуется лишь наличие фаз работы адсорберов в соединенном состоянии и в автономном режиме, а сигнал, пропорциональный концентрации, как более подробно описано ниже, при этом предпочтительно измеряют на выходе из по меньшей мере одного из этих одинаковых адсорберов, предпочтительно - на выходе из адсорбера, расположенного выше по течению, или на выходах из двух адсорберов, или на выходах из всех адсорберов. Сигнал, пропорциональный концентрации, также предпочтительно можно измерить по меньшей мере в одном из следующих положений: на выходе из адсорбера, находящегося в фазе (В1) автономной элюции целевого продукта, на выходе адсорбера, расположенного выше по течению во время фаз (I1, I2) работы в соединенном состоянии, и предпочтительно - только в этих положениях. Параллельно с каждой такой последовательностью I1, В1, которая включает два адсорбера или две группы адсорберов, дополнительные адсорберы или группы адсорберов могут независимо выполнять другие задачи, например - задачи очистки, уравновешивания или осуществления реакции.
Параллельно каждой фазе I1, В1, а также параллельно фазам I2, В2, которые включают два дополнительных адсорбера или две группы адсорберов, дополнительные адсорберы или группы адсорберов могут независимо выполнять другие задачи, например - задачи очистки, уравновешивания или осуществления реакции. Пример такого процесса с использованием трех адсорберов приведен на Фиг. 10а. Соответственно, в процессе с использованием 3 адсорберов или 3 групп адсорберов положения адсорберов во время процессов изменяются только после фазы В2. Аналогично, можно осуществлять процесс с использованием 4 адсорберов или 4 групп адсорберов, как показано на Фиг. 10b.
Процессы, раскрытые в публикации ЕР 1877769 В1, также не противоречат настоящему изобретению и могут быть осуществлены с использованием идеи настоящего изобретения, состоящей в необходимости наличия фазы работы адсорберов в соединенном состоянии и последующей фазы автономной работы адсорберов, то есть настоящее изобретение в этом случае также применимо (например, к процессам, представленным на Фиг. 20, Фиг. 22 или Фиг. 23 в публикации ЕР 1877769 В1). В публикации ЕР 1877769 В1 фазы работы адсорберов в соединенном состоянии, соответствующие «I1» и «I2», обозначены как «CCL», а фазы «В1» и «В2» автономной работы адсорберов обозначены как «BL». Что касается примесей (W, S), то возможно присутствие только одной примеси (W или S), то есть возможно (бинарное) распределение с примесями (W), адсорбирующимися слабее, чем продукт, или возможно присутствие только примесей (S), адсорбирующихся сильнее, чем продукт. Также возможна ситуация, когда присутствуют примеси (W), адсорбирующиеся слабее, чем продукт, и примеси (S), адсорбирующиеся сильнее, чем продукт.
Процесс очистки включает по меньшей мере две различные фазы (I, В):
- по меньшей мере одну фазу (I) работы адсорберов в соединенном состоянии, во время которой два адсорбера соединены друг с другом так, что выпускное отверстие адсорбера, расположенного выше по течению, находится в жидкостном (гидравлическом) соединении с впускным отверстием адсорбера, расположенного ниже по течению, и
- по меньшей мере одну фазу (В) автономной работы, во время которой по меньшей мере один адсорбер не находится в жидкостном соединении с другими адсорберами, и во время которой целевые компоненты продукта (Р) выделяют в очищенной форме, предпочтительно - из отсоединенного адсорбера.
Согласно настоящему изобретению способ включает по меньшей мере следующие стадии:
a. контроль хроматограммы, включающий измерение в жидкости по меньшей мере одного текущего значения сигнала, пропорционального концентрации;
b. оценку хроматограммы, включающую сравнение по меньшей мере одного из текущих сигналов, пропорциональных концентрации, измеренных на стадии а., с пороговым значением сигнала;
c. регулирование процесса хроматографической очистки посредством адаптации завершения текущей фазы на основании сравнения, выполненного на стадии b., и начала следующей фазы;
причем последовательность стадий а.-с. выполняют в указанном порядке друг за другом по меньшей мере два раза в одном процессе разделения.
Таким образом, процесс осуществляют циклически посредством повторения последовательности стадий а.-с. с требуемой или необходимой частотой.
В характерном случае процесс осуществляют циклически посредством повторения последовательности стадий а.-с. в течение определенного промежутка времени, например - в течение промежутка времени, лежащего в диапазоне от 10 минут до 200 часов, или (часто) - в диапазоне от 12 часов до 52 часов, или от 24 часов до 48 часов. Альтернативно, процесс осуществляют циклически посредством повторения последовательности стадий а.-с. в зависимости от подаваемого объема, то есть последовательность стадий а.-с. повторяют до тех пор, пока не будет обработан весь объем исходной смеси.
Например, в случае способа, основанного на непрерывной ферментации, последовательность стадий а.-с. можно осуществлять циклически до завершения процесса ферментации, который может протекать в течение нескольких недель или месяцев, например - от 1 недели до 20 недель или от 4 недель до 8 недель, или, если процесс осуществляется непрерывно, последовательность стадий а.-с. повторяют до тех пор, пока не потребуется замена или очистка адсорберов.
Согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения в случае сигнала, пропорционального концентрации, учитывают по меньшей мере его абсолютную величину, его интеграл, его наклон и знак наклона, причем предпочтительно учитывают комбинацию этих параметров, наиболее предпочтительно - комбинацию абсолютной величины и знака наклона.
Сигнал, пропорциональный концентрации, измеряемый на стадии а., предпочтительно можно измерить на выходе из по меньшей мере одного адсорбера, предпочтительно - на выходах из двух адсорберов или на выходах из всех адсорберов. Сигнал, пропорциональный концентрации, также предпочтительно можно измерить в по меньшей мере в одном или только в одном из следующих положений: на выходе из адсорбера, находящегося в фазе (В1) автономной элюции целевого продукта, на выходе из адсорбера, расположенного выше по течению во время фаз (I1, I2) работы адсорберов в соединенном состоянии. То есть сигнал, пропорциональный концентрации, предпочтительно измеряют только на выходе из того адсорбера из двух активных адсорберов, который находится выше по течению, а в случае фазы автономной работы - на выходе из абсорбера, элюирующего продукт.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения процесс очистки включает по меньшей мере четыре различные фазы (I1, В1, I2, В2) в следующем порядке:
- по меньшей мере одну первую фазу (I1) работы адсорберов в соединенном состоянии, во время которой два адсорбера соединены друг с другом так, что выпускное отверстие адсорбера, расположенного выше по течению, находится в жидкостном соединении с впускным отверстием адсорбера, расположенного ниже по течению, растворитель поступает через впускное отверстие в адсорбер, расположенный выше по течению, и желаемые целевые компоненты (Р) и слабо адсорбирующиеся примеси (W) перемещаются из адсорбера, расположенного выше по течению, в адсорбер, расположенный ниже по течению, предпочтительно - до тех пор, пока из выпускного отверстия адсорбера, расположенного выше по течению, не будут выходить по существу лишь целевые компоненты продукта (Р), причем предпочтительно между адсорбером, расположенным выше по течению, и адсорбером, расположенным ниже по течению, осуществляют промежуточное разбавление;
- по меньшей мере одну первую фазу (В1) автономной работы, во время которой адсорберы не находятся в жидкостном соединении, и во время которой растворитель через впускное отверстие поступает в адсорбер, располагавшийся выше по течению во время первой фазы (I1) работы адсорберов в соединенном состоянии, и через выпускное отверстие этого адсорбера, элюирующего продукт, собирают целевые компоненты продукта (Р), тогда как жидкость, содержащая исходную смесь (Загрузка), через впускное отверстие поступает в адсорбер, располагавшийся ниже по течению во время первой фазы (I1) работы адсорберов в соединенном состоянии, и через выпускное отверстие этого адсорбера в характерном случае собирают слабо адсорбирующиеся примеси;
- по меньшей мере одну вторую фазу (I2) работы адсорберов в соединенном состоянии, во время которой два адсорбера соединены друг с другом так, что выпускное отверстие адсорбера, находившегося выше по течению во время первой фазы (I1) работы в соединенном состоянии, подсоединяют к впускному отверстию адсорбера, находившегося ниже по течению во время первой фазы (I1) работы в соединенном состоянии, растворитель поступает через впускное отверстие в адсорбер, расположенный выше по течению, и желаемые целевые соединения (Р) и сильно адсорбирующиеся примеси (S) перемещаются из адсорбера, расположенного выше по течению, в адсорбер, расположенный ниже по течению, причем предпочтительно между адсорбером, расположенным выше по течению, и адсорбером, расположенным ниже по течению, осуществляют промежуточное разбавление;
- по меньшей мере одну вторую фазу (В2) автономной работы, во время которой адсорберы не находятся в жидкостном соединении, и во время которой растворитель через впускное отверстие поступает в адсорбер, располагавшийся выше по течению во время второй фазы (I2) работы адсорберов в соединенном состоянии, и через выпускное отверстие этого адсорбера, ранее находившегося выше по течению, собирают сильно адсорбирующиеся примеси (S), тогда как растворитель поступает через впускное отверстие в адсорбер, располагавшийся ниже по течению во время второй фазы (I2) работы адсорберов в соединенном состоянии, и через выпускное отверстие этого адсорбера, ранее находившегося ниже по течению, собирают слабо адсорбирующиеся примеси,
причем функции фаз (I1, В1, I2, В2) выполняются синхронно или, предпочтительно, последовательно, и они осуществляются циклически по меньшей мере дважды, причем при осуществлении цикла после или в момент переключения адсорбер, ранее находившийся выше по течению во время второй фазы (В2) автономной работы, перемещают так, чтобы он стал адсорбером, расположенным ниже по течению, во время следующей первой фазы (I1) работы адсорберов в соединенном состоянии, а адсорбер, ранее находившийся ниже по течению во время второй фазы (В2) автономной работы, перемещают так, чтобы он стал адсорбером, расположенным выше по течению, во время последующей первой фазы (I1) работы адсорберов в соединенном состоянии. Это процесс является по существу таким, как процесс, изображенный на Фиг. 1 и подробно описанный ниже. В контексте этого способа очистки стадия а. предпочтительно включает измерение по меньшей мере одного текущего значения сигнала, пропорционального концентрации, в жидкости на выходе адсорбера, расположенного выше по течению во время первой фазы (I1) работы адсорберов в соединенном состоянии, причем предпочтительно измеряют по меньшей мере один параметр, выбранный из его абсолютной величины и знака его наклона, предпочтительно измеряют комбинацию этих двух параметров.
Можно измерить абсолютную величину и, предпочтительно, также знак наклона сигнала и в случае превышения порогового значения абсолютной величины можно начать следующую первую фазу (В1) автономной работы, либо в форме первой фазы автономной работы с фиксированной продолжительностью, либо в форме первой фазы автономной работы, имеющей продолжительность, изменяемую в зависимости от дальнейшего контроля, оценки и регулирования.
После превышения порогового значения абсолютной величины можно обеспечить фиксированную задержку до начала следующей первой фазы (В1) автономной работы, либо в форме первой фазы автономной работы с фиксированной продолжительностью, либо в форме первой фазы автономной работы адсорберов в автономном режиме, имеющей продолжительность, изменяемую в зависимости от дальнейшего контроля, оценки и регулирования.
После превышения первого порогового значения абсолютной величины можно обеспечить минимальную фиксированную задержку и после превышения второго порогового значения абсолютной величины, предпочтительно - с проверкой дополнительного условия, состоящего в том, что наклон сигнала является положительным, начинают следующую первую фазу (В1) автономной работы, либо в форме первой фазы автономной работы с фиксированной продолжительностью, либо в форме первой фазы автономной, имеющей продолжительность, изменяемую в зависимости от дальнейшего контроля, оценки и регулирования.
Если речь идет о первой фазе В1 автономной, имеющей продолжительность, изменяемую в зависимости от дальнейшего контроля, оценки и регулирования, то это относится, например, к регулированию длительности стадии элюции продукта, которое подробно описано ниже.
Эти различные способы определения момента времени, когда следует начать стадию элюции продукта, также могут быть объединены.
Стадия а. может включать измерение по меньшей мере одного текущего значения сигнала, пропорционального концентрации, в жидкости на выходе из адсорбера, элюирующего продукт, во время первой фазы (В1) автономной работы, причем предпочтительно измеряют по меньшей мере один параметр, выбранный из абсолютной величины сигнала и знака его наклона, предпочтительно измеряют комбинацию этих двух параметров. В контексте такого измерения после снижения абсолютной величины сигнала ниже порогового значения, предпочтительно - при (непрерывном) контроле дополнительного условия, состоящего в том, что наклон сигнала отрицателен, можно начать следующую вторую фазу (I2) работы адсорберов в соединенном состоянии, либо в форме второй фазы работы адсорберов в соединенном состоянии с фиксированной продолжительностью, либо в форме второй фазы работы адсорберов в соединенном состоянии, имеющей продолжительность, изменяемую в зависимости от дальнейшего контроля, оценки и регулирования.
Стадия а. может также включать измерение по меньшей мере одного текущего значения сигнала, пропорционального концентрации, в жидкости на выходе из адсорбера, находящегося выше по течению во время второй фазы (I2) работы адсорберов в соединенном состоянии, причем предпочтительно измеряют по меньшей мере один параметр, выбранный из абсолютной величины сигнала и знака его наклона, и предпочтительно измеряют комбинацию этих двух параметров, причем после снижения абсолютной величины сигнала ниже порогового значения, предпочтительно - при контроле дополнительного условия, состоящего в том, что наклон сигнала отрицателен, можно начать следующую вторую фазу (В2) автономной работы, либо в форме второй фазы автономной работы с фиксированной продолжительностью, либо в форме второй фазы работы адсорберов в автономном режиме, имеющей продолжительность, изменяемую в зависимости от дальнейшего контроля, оценки и регулирования.
В циклическом хроматографическом процессе можно использовать по меньшей мере два адсорбера, и каждый цикл может включать по меньшей мере две фазы работы адсорберов в соединенном состоянии, во время которых два адсорбера находятся в жидкостном соединении для внутренней рециркуляции различных частично очищенных фракций (W/P, P/S), содержащих побочные соединения. Во время стадии а. предпочтительно измеряют по меньшей мере один параметр, выбранный из абсолютной величины сигнала и его наклона, на выходе соответствующего адсорбера, расположенного выше по течению.
В качестве критерия для регулирующего воздействия также можно использовать изменение знака наклона.
Элюционный градиент процесса может иметь постоянный наклон по отношению к объему жидкой мобильной фазы, используемой в процессе во время обеих фаз работы адсорберов в соединенном состоянии и первой фазы автономной работы (фазы I1, В1, I2), или возможна работа в изократическом режиме (наклон, равный нулю).
Пороговое значение для прекращения выполнения одной фазы процесса и начала новой фазы процесса предпочтительно может быть определено по сигналу, пропорциональному концентрации, зарегистрированному во время этого же или предыдущего цикла хроматографического процесса.
Кроме того, регулирующее воздействие может быть начато на основании недостижения определенного порогового значения в пределах предварительно заданного объема элюции, или времени, или градиента концентрации.
Сигнал, пропорциональный концентрации, в характерном случае основан на измерении видимого света, УФ-излучения, инфракрасного излучения, флуоресценции, рамановского рассеяния, ионной силы, электропроводности или показателя преломления.
Предпочтительный способ контроля хроматограммы включает контроль сигнала, пропорционального концентрации, на выходе из по меньшей мере одного адсорбера, предпочтительно - на обоих выходах в случае использования двух адсорберов, и предпочтительно - на выходах из всех адсорберов в случае использования более чем двух адсорберов.
Контроль сигнала, пропорционального концентрации, можно осуществить посредством регистрации УФ-сигнала, который может быть абсолютной величиной сигнала, его интегралом, его наклоном или знаком его наклона.
Предпочтительным способом оценки хроматограммы является сравнение текущего значения по меньшей мере одного из указанных параметров с заданным значением и осуществление регулирующего воздействия на основании этого сравнения.
Предпочтительным регулирующим воздействием является прекращение текущей осуществляемой фазы, например - фазы IC1 внутренней рециркуляции продукта, и начало следующей фазы, например - фазы В1 сбора продукта.
Было обнаружено, что способ регулирования может компенсировать изменения параметров процесса, таких как состав и температура мобильной фазы, температура адсорбера, разница в высоте уплотненного слоя в случае адсорберов, имеющих формат колонки, уплотняющее давление в случае адсорберов, имеющих формат колонки, загрязнение и снижение пропускной способности, приводящих к сдвигам хроматограммы.
Контролирующая часть способа может включать регистрацию значений сигнала, пропорционального концентрации, и/или наклона этого сигнала на выходе адсорбера, расположенного выше по течению, во время фаз I1, В1 и I2 и во время элюции соединения «W» в зоне 4 во время фазы В2.
При мониторинге наклона сигнала, пропорционального концентрации, способ можно применить для начала регулирующего воздействия на переднем фронте пика (наклон сигнала, пропорционального концентрации, больше нуля) или на хвосте пика (наклон сигнала, пропорционального концентрации, меньше нуля). Оценочная часть способа обеспечивает непрерывную проверку, достиг ли сигнал, пропорциональный концентрации, заданного порогового значения, и запускает регулирующее воздействие, если пороговое значение достигнуто.
Пороговое значение может быть предварительно заданным (например, на основании сведений о модельной хроматограмме), или его определяют автоматически с использованием метода регулирования на основании информации, полученной во время одного или нескольких ранее проведенных циклов. Например, порог можно выразить как процент от высоты пика основного соединения или рано элюируемого содинения «W».
В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ контроля, оценки и регулирования мультиадсорберного противоточного градиентного процесса очистки включает следующие элементы:
a. контроль сигнала, пропорционального концентрации, который является абсолютной величиной сигнала, его интегралом, его наклоном или знаком наклона или их комбинацией, и
b. оценку хроматограммы, включающую непрерывное сравнение текущего значения по меньшей мере одного из указанных выше параметров с заданным значением, и
c. регулирование процесса, включающее прекращение текущей выполняемой фазы мультиадсорберного противоточного градиентного процесса очистки на основании совпадения текущего значения сигнала с заданным значением и начало новой фазы,
причем стадии а.-с. выполняют по меньшей мере один раз во время осуществления процесса очистки.
Термин «сигнал, пропорциональный концентрации» в контексте настоящего изобретения может относиться к пропорциональности сигнала концентрации продукта или примесей во время хроматографического анализа, но альтернативно он может относиться к пропорциональности сигнала концентрации модификатора, включающей, но не ограниченной этим, по меньшей мере одну концентрацию, выбранную из концентрации соли или концентрации органического модификатора.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в мультиадсорберном противоточном градиентном процессе очистки используют два адсорбера. Однако можно использовать более 2 адсорберов, например - 3, 4, 5 или даже 6 адсорберов.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения в способе осуществляется контроль хроматограммы во время фаз внутренней рециркуляции и элюции продукта и запускается регулирующее воздействие на основании достижения порогового значения.
Предпочтительно в процессе используют ровно два адсорбера.
В предпочтительном варианте осуществления способ включает:
(a) контроль наклона и/или значения сигнала, пропорционального концентрации, на выходе из адсорбера, расположенного выше по течению, во время внутренней рециркуляции слабо адсорбирующихся примесей (фаза I1);
(b) непрерывное сравнение значения сигнала, пропорционального концентрации, с заданным пороговым значением в период, когда наклон сигнала, пропорционального концентрации, является положительным, и после достижения порогового значения
(c) прекращение выполнения фазы I1 и начало выполнения фазы В1, причем фаза В1 имеет фиксированную или переменную продолжительность, зависящую от другого порогового значения.
В другом предпочтительном варианте осуществления способ включает:
(a) контроль наклона и/или значения сигнала, пропорционального концентрации, на выходе из адсорбера, расположенного выше по течению, во время внутренней рециркуляции слабо адсорбирующихся примесей (фаза I1);
(b) непрерывное сравнение значения сигнала, пропорционального концентрации, с заданным пороговым значением в период, когда наклон сигнала, пропорционального концентрации, является положительным, и после достижения порогового значения
(c) продолжение выполнения фазы I1 в течение определенного периода времени (времени задержки) до прекращения выполнения фазы I1 и начала выполнения фазы В1, причем фаза В1 имеет фиксированную продолжительность, а задержка имеет предварительно заданную или переменную продолжительность, зависящую от другого порогового значения.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения способ модифицирован таким образом, что фазу В1 начинают выполнять на основании порогового значения, которое может быть таким же, как пороговое значение, использованное для запуска периода задержки во время фазы I1, или может отличаться от него, а период задержки может иметь минимальную величину. Причиной задания минимальной продолжительности задержки является необходимость избежать преждевременного начала выполнения фазы В1 за счет примесей, элюируемых до основного продукта, и достичь второго порогового значения. Период задержки может быть задан по времени или объему.
В следующем предпочтительном варианте осуществления способ дополнительно включает:
(a) контроль наклона и/или значения сигнала, пропорционального концентрации, на выходе из адсорбера, элюирующего продукт (фаза В1), и
(b) непрерывное сравнение значения сигнала, пропорционального концентрации, с заданным пороговым значением в период, когда наклон сигнала, пропорционального концентрации, является отрицательным, и после достижения порогового значения
(c) прекращение выполнения фазы В1 и начало выполнения фазы I2, причем загрузка пробы модулирована таким образом, что загрузка пробы производится в начале фазы В1 и прекращается по истечении короткого периода времени, тогда как элюция из второго адсорбера продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение, и фаза I2 имеет предварительно заданную или переменную продолжительность, которая зависит от другого порогового значения.
В другом предпочтительно варианте осуществления настоящего изобретения конечная точка фазы I2 определяется пороговым значением, причем при достижении этого порогового значения прекращается выполнение фазы I2 и начинается выполнение фазы В2.
В других предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения любые из указанных выше способов, относящихся к началу фазы В1, объединяют со способами, относящимися к завершению фазы В1.
Так, возможны также комбинации этих способов с началом периода задержки во время фазы I1 на основании первого порогового значения, началом фазы сбора продукта В1 на основании второго порогового значения, причем наклон УФ-сигнала в этот период является положительным, и завершением фазы В1 (и началом фазы I2) на основании третьего порогового значения.
В других предпочтительных вариантах осуществления любых из указанных выше способов используют дополнительную информацию о наклоне хроматограммы для начала регулирующих воздействий. В предпочтительном варианте осуществления способа в вышеуказанных способах вместо использования объема задержки с фиксированной продолжительностью можно использовать изменение знака наклона в качестве критерия для прекращения задержки и продолжения оценки сигнала до достижения второго порогового значения.
Все способы могут включать продолжение прогона и распространение градиента элюирующего растворителя на фазы I1, В1, 12, предпочтительно - с наклоном градиента, используемым во время элюции компонентов «W» (фаза 4 в установке с двумя адсорберами), который относится к наклону относительно объема мобильной фазы, используемого в процессе. Это означает, что элюирующий градиент в мультиадсорберном процессе имеет постоянный наклон по отношению к объему мобильной фазы, используемому в процессе во время фаз I1, В1, I2.
В описанных способах пороговые значения также могут быть определены на основании информации, полученной во время этого же прогона или цикла, то есть они могут быть неизвестными в начале прогона или цикла. В этом случае первый цикл может быть выполнен частично или полностью, прежде чем в способе будут определены пороговые значения на основании оценки зарегистрированных сигналов, значимых для оставшейся части цикла (в случае, если цикл был частично выполнен к моменту оценки) или для оставшейся части прогона хроматографического процесса. Соответственно, пороговое значение для прекращения выполнения фазы процесса и начала выполнения новой фазы процесса определяют по сигналу, пропорциональному концентрации, зарегистрированному во время этого же или предыдущего прогона хроматографического процесса.
Предложенный способ также включает начало выполнения регулирующего воздействия на основании недостижения определенного порогового значения в пределах заданного объема элюции. Это возможно, например, в том случае, если хроматограмма не элюируется из-за того, что один из насосов, используемых в хроматографическом процессе, работает неправильно. Предпочтительным действием является остановка насосов, используемых для подачи мобильной фазы. Эталонные значения могут быть получены из модельной хроматограммы.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения сигнал, пропорциональный концентрации, основан на измерении видимого света, УФ-излучения, инфракрасного излучения, флуоресценции, рамановского рассеяния, ионной силы, электропроводности или показателя преломления.
В приведенном выше описании способа длительности указаны в единицах времени или объема. Время t и объем V можно преобразовывать друг в друга с использованием объемной скорости потока Q, используемой в соответствующей фазе, согласно выражению V=Q*t. Наклон сигнала, пропорционального концентрации, также можно выразить через объем или время.
Другие варианты осуществления настоящего изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения. Термин «растворители» в контексте настоящего изобретения также включает буферные растворы и другие типы мобильных фаз. Термин «адсорбер» в контексте настоящего изобретения включает хроматографические колонки с уплотненным слоем адсорбента или другие устройства, содержащие стационарную хроматографическую фазу, в том числе мембраны, волокнистые адсорбенты и монолитные адсорбенты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Далее предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описаны со ссылкой на прилагаемые графические материалы, которые предназначены лишь для иллюстрации представленных предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения и не ограничивают его. Что касается графических материалов, то:
Фиг. 1 схематически изображает процесс мультиколоночного противоточного градиентного хроматографического разделения (MCSGP-процесс, от англ Multicolumn Countercurrent Solvent Gradient Purification); более конкретно, она является иллюстрацией первой половины цикла («переключения») двухадсорберного процесса противоточного градиентного хроматографического разделения; прерывистые вертикальные линии разделяют различные задачи MCSGP-процесса в соответствии с зонами схематической хроматограммы, полученной в автономном режиме и показанной в нижней части фигуры; фазы I1, В1, I2, В2 выполняются последовательно;
Фиг. 2 демонстрирует: а) хроматограмму, в которой зона 6 занимает правильное положение: и b) хроматограмму, в которой зона 6 неудачно сдвинута и включает сильно адсорбирующиеся примеси; более конкретно - схематические хроматограммы одной элюции продукта из MCSGP прогона приведены с жестким положением окна элюции продукта без использования способа регулирования; а) демонстрирует прогон в оптимальных рабочих условиях, в ходе которого был собран пик продукта, а большая часть примесей исключена из пула продукта; b) демонстрирует прогон, в котором хроматограмма сдвинута в сторону более ранних времен элюции, что привело к получению продукта с более низкой концентрацией и чистотой;
Фиг. 3 схематически изображает способ (А) регулирования на основе MCGSP хроматограммы, демонстрирующей элюцию одного продукта из одного из двух адсорберов и фазы I1, В1, I2 и В2;
Фиг. 4 схематически изображает способ (В) регулирования на основе MCGSP хроматограммы, демонстрирующей элюцию одного продукта из одного из двух адсорберов и фазы I1, В1, I2 и В2;
Фиг. 5 схематически изображает способ (С) регулирования на основе MCGSP хроматограммы, демонстрирующей элюцию одного продукта из одного из двух адсорберов и фазы I1, В1, I2 и В2;
Фиг. 6 схематически изображает способ (D) регулирования на основе MCGSP хроматограммы, демонстрирующей элюцию одного продукта из одного из двух адсорберов и фазы I1, В1, I2 и В2;
Фиг. 7 схематически изображает способ (Е) регулирования на основе MCGSP хроматограммы, демонстрирующей элюцию одного продукта из одного из двух адсорберов и фазы I1, В1, I2 и В2;
Фиг. 8 схематически изображает способ (F) регулирования на основе MCGSP хроматограммы, демонстрирующей элюцию одного продукта из одного из двух адсорберов и фазы I1, В1, I2 и В2;
Фиг. 9 демонстрирует: а) хроматограммы 10 циклов MCSGP прогона с использованием двух различных адсорберов; b) совмещенные хроматограммы вышеуказанных 10 циклов, демонстрирующие пороговое значение при 100 миллиединицах оптической плотности (mAU; от англ.: milliabsorbance unit) и фазы I1, В1, I2 и В2;
Фиг. 10 схематически изображает процесс с использованием 3 адсорберов (а) и процесс с использованием 4 адсорберов (b). Адсорберы, используемые в способе регулирования, выделены серым цветом, тогда как адсорберы, выполняющие другие задачи, такие как очистка, уравновешивание или осуществление стадии реакции, не выделены.
СВЕДЕНИЯ. ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Принципиальная схема MCSGP-процесса с использованием двух адсорберов (например, процесс, включающий две хроматографические колонки или два мембранных адсорбера) показана на Фиг. 1. Схематическая хроматограмма в нижней части Фиг. 1 представляет собой хроматограмму, полученную в автономном режиме, которая разделена на различные участки (вертикальными прерывистыми линиями) согласно задачам, которые выполняются во время автономного хроматографического прогона (уравновешивание в зоне 1, загрузка материала в зоне 2, промывка в зоне 3, элюция в зонах 4-7, очистка и повторное уравновешивание в зоне 8). Фаза элюции подразделена на дополнительные зоны в соответствии с порядком элюции слабо адсорбирующихся примесей (W), продукта (Р) и сильно адсорбирующихся примесей (S) на хроматограмме (элюция W в зоне 4, элюция перекрывающейся части W/P в зоне 5, элюция чистого Р в зоне 6, элюция перекрывающейся части P/S в зоне 7). В двухадсорберном MCSGP-процессе эти частные задачи зон 4-7 выполняются так же, как в случае хроматографии с периодическим введением проб (прерывистой хроматографии), с решающим отличием, состоящим в том, что элюаты W/P и P/S направляют на второй адсорбер для выделения Р (зоны 5 и 7). Соответственно, технологические задачи одноадсорберного периодического процесса и MCSGP-процесса являются аналогичными, и можно определить рабочие параметры для MCSGP-процесса из рабочих параметров периодического процесса и соответствующей хроматограммы.
Полный цикл двухадсорберного MCSGP-процесса включает два «переключения» с четырьмя задачами (I1, В1, I2, В2) в каждом, как показано на Фиг. 1. В каждом переключении задачи идентичны; разница состоит только в положении адсорберов: в первом переключении адсорбер 1 расположен ниже по течению относительно адсорбера 2, тогда как во втором переключении (не показано на Фиг. 1) адсорбер 2 расположен ниже по течению относительно адсорбера 1.
Четыре фазы включают выполнение следующих задач:
Фаза I1: первая фаза работы адсорберов в соединенном состоянии. Из адсорбера, расположенного выше по течению, элюируется перекрывающаяся часть W/P (зона 5 на Фиг. 1) и осуществляется ее внутренняя рециркуляция в режиме работы адсорберов в соединенном состоянии в адсорбер, расположенный ниже по течению (зона 1). Между адсорберами поток жидкости обычно разбавляется в ходе процесса буферным раствором или растворителем для реадсорбции Р (и перекрывающейся части W) в адсорбере, расположенном ниже по течению. В конце фазы I1 чистый продукт готов для элюции на выходе из адсорбера, расположенного выше по течению (зона 5).
На Фиг. 28 из публикации ЕР-А-1877769 эта фаза обозначена как стадия «1».
Фаза В1: Первая фаза автономной работы адсорберов. Чистый продукт Р элюируется и собирается из адсорбера в зоне 5 (адсорбер 2 на Фиг. 1), при этом перекрывающаяся часть P/S и S удерживаются в адсорбере. Одновременно свежая порция исходной смеси инжектируется в адсорбер в зоне 2.
На Фиг. 28 из публикации ЕР-А-1877769 эта фаза обозначена как стадия «2».
Фаза I2: Вторая фаза работы адсорберов в соединенном состоянии.
Перекрывающаяся часть P/S элюируется из адсорбера, расположенного выше по течению (зона 7), и посредством внутренней рециркуляции направляется в адсорбер, расположенный ниже по течению (зона 3). Между адсорберами поток обычно разбавляется в ходе процесса буферным раствором или растворителем для реадсорбции Р в адсорбере, расположенном ниже по течению. В конце стадии весь оставшийся продукт Р элюирован из адсорбера, расположенного выше по течению, и в адсорбере, расположенном выше по течению, остается только S.
На Фиг. 28 из публикации ЕР-А-1877769 эта фаза обозначена как стадия «3».
Фаза В2: Вторая фаза работы адсорберов в автономном состоянии. Адсорбер в зоне 8 (адсорбер 2 на Фиг. 1) очищают для удаления S и повторно уравновешивают. Одновременно W элюируют из другого адсорбера в зоне 4.
На Фиг. 28 из публикации ЕР-А-1877769 эта фаза обозначена как стадия «4».
После выполнения этих задач адсорберы меняют положения, и во время следующей фазы 11 (не показана на Фиг. 1) адсорбер 2 находится в положении ниже по течению (зона 1), а адсорбер 1 находится в положении выше по течению (зона 5). В начале этой фазы 11 адсорбер 2 очищают и повторно уравновешивают, и он готов для принятия фракции W/P из адсорбера 1. После повторного завершения фаз В1, I2 и В2 адсорберы возвращаются в свои исходные положения, и один цикл полностью выполнен. Теперь адсорбер 1 является чистым и готовым для приема W/P из адсорбера 2 во время следующей фазы 11 (как показано на Фиг. 1).
Как и в других противоточных хроматографических процессах, на практике во время MCSGP-процесса перемещение адсорберов имитируется за счет подсоединения и отсоединения входных и выходных отверстий адсорберов посредством переключения клапанов, а не за счет физического перемещения адсорберов.
Технологическая схема таких мультиадсорберных противоточных процессов основана на разделении «модельной хроматограммы», такой как хроматограмма, показанная на Фиг. 1 и демонстрирующая элюцию продукта и примесных соединений, по существу на несколько различных зон. Ключевыми для технологической схемы процесса являются первая зона, в которой присутствуют только слабо адсорбирующиеся примеси W (зона 4 на Фиг. 1), вторая зона, в которой слабо адсорбирующиеся примеси W перекрываются с целевым соединением Р (зона 5 на Фиг. 1), третья зона, в которой присутствует чистый продукт Р (зона 6 на Фиг. 1), четвертая зона, в которой перекрываются продукт Р и сильно адсорбирующиеся примеси S (зона 7 на Фиг. 1), и пятая зона, в которой присутствуют только сильно адсорбирующиеся примеси S (зона 8 на Фиг. 1).
В качестве части схемы процесса необходимо установить границы между различными зонами, приводящие к определению рабочих параметров процесса (градиентных концентраций, объемных скоростей, задаваемых насосами) из одноадсорберной хроматограммы, полученной в автономном режиме. Проведение границ выполняют на основании объема элюции, который связан со временем и может быть преобразован во время через объемную скорость потока. Положение границ имеет критическое значение для эффективности процесса, то есть чистоты продукта и производительности. Например, неправильное размещение границы зоны элюции продукта (зона 6 на Фиг. 1) может привести к включению слабо адсорбирующихся примесей в пул продукта и к невозможности соблюсти спецификации по чистоте.
Однако даже при правильном исходном планировании внешние факторы могут оказать вредное воздействие на степень чистоты продукта и эффективность описанного мультиадсорберного противоточного процесса на следующей стадии. Свежеприготовленные мобильные фазы могут иметь слегка различающийся состав; могут варьироваться температуры окружающей среды, влияющие на процесс хроматографической адсорбции. Емкость стационарной фазы может изменяться с течением времени.
В большинстве случаев эти факторы приводят к сдвигу хроматографического профиля, хотя разрешение продукта и примесей остается сходным. Однако в сдвинутой хроматограмме могут быть другие положения пиков по сравнению с исходной модельной хроматограммой, использованной для планирования мультиадсорберного противоточного процесса. Это означает, что размещение границ между различными зонами, основанное на исходной модельной хроматограмме, является неточным, и степень чистоты продукта может снижаться в результате сдвига пиков.
Пример показан на Фиг. 2: Хотя окно сбора продукта размещено оптимально (Фиг. 2а), в случае более ранней элюции хроматограммы всего примерно на 1 минуту, интервал элюции продукта зоны 6 (которая имеет фиксированное положение, основанное на оригинальной хроматограмме) не соответствует максимуму пика продукта и включает значительную часть сильно адсорбирующихся примесей (Фиг. 2b). В результате концентрация продукта в собранной фракции и, что более важно, степень чистоты снижаются, так что продукт больше не соответствует спецификациям по степени чистоты. Сдвиг на 1 минуту может быть вызван изменением температуры на несколько градусов Цельсия.
Отметим, что обычно с помощью детектора можно зарегистрировать только кумулятивный сигнал, пропорциональный концентрации, например - кумулятивный УФ-сигнал (толстая черная линия, УФ). Для визуализации включения примесей в пул продукта, кумулятивный сигнал, пропорциональный концентрации, численно развернули, чтобы показать пики продукта и примесей.
Для того чтобы учесть изменение условий окружающей среды, необходимо зарегистрировать новую модельную хроматограмму при каждом новом изменении условий, что можно обеспечить только с приложением экстремальных усилий, и что практически является бессмысленным.
Одним из способов повышения надежности схемы процесса является сужение фракции продукта (зона 6), приводящее к расширению зон внутренней рециркуляции (зоны 5 и 7), но это оказывает отрицательное влияние на производительность процесса и может быть выполнено только в том случае, если сдвиг хроматограммы значительно меньше, чем ширина окна элюции. Более предпочтительным способом учета вариаций рабочих параметров является использование регулирования в режиме реального времени.
Одна из возможностей состоит в использовании оценки положения максимума пика или первого момента пика для определения регулирующих воздействий во время следующей элюции продукта или следующего цикла. Другой возможностью является использование оценки элюата продукта посредством ВЭЖХ в режиме реального времени для определения выхода и степени чистоты.
В этих способах регулирования MCSGP используют сложные алгоритмы регулирования, которые могут обеспечить регулирование и оптимизацию процесса на основе переходов от цикла к циклу. Преимуществом способов регулирования является возможность одновременного выполнения регулирования и оптимизации процесса. Их недостаток состоит в отсроченном эффекте регулирующих воздействий, которые становятся эффективными не раньше следующей элюции продукта, поскольку эти способы требуют информации о полной фазе элюции продукта, прежде чем можно будет определить регулирующее воздействие. Другим недостатком является выполнение анализов в режиме оффлайн и сложность алгоритмов регулирования. В характерном случае алгоритмы регулирования включают оценку элюций продукта для определения фактического значения параметра, относящегося к эффективности процесса и/или степени чистоты продукта, и расчет погрешности на основании разности между фактическим значением и заданным значением параметра. Затем выполняют воздействие, основанное на величине погрешности.
Другие способы основаны на описании MCSGP процесса с использованием хроматографической модели и использовании модели для прогнозирования эффективности процесса и выполнения оптимизации (прогностическое регулирование на основе модели). Хотя эти способы являются эффективными, их трудно использовать на практике, поскольку они требуют точного описания процесса и хроматографического разделения на основании многочисленных параметров, относящихся к соединениям, которые необходимо разделить, и к используемым стационарным и мобильным хроматографическим фазам, которые сложно и трудоемко определять, и способы требуют значительного опыта моделирования.
Фиг. 3 демонстрирует хроматограмму, полученную с использованием способа, включающего:
(a) контроль наклона и/или значения сигнала, пропорционального концентрации, на выходе адсорбера, расположенного выше по течению, во время внутренней рециркуляции слабо адсорбирующихся примесей (фаза I1);
(b) непрерывное сравнение значения сигнала, пропорционального концентрации, с заданным пороговым значением в то время, когда наклон сигнала, пропорционального концентрации, является положительным, и при достижении порогового значения
(c) прекращение выполнения фазы I1 и начало выполнения фазы В1, причем фаза В1 имеет фиксированную или переменную продолжительность, зависящую от другого порогового значения.
В этом случае сигнал, пропорциональный концентрации, является УФ-сигналом, УФ-порог равен 0,6 единицы адсорбции (AU; от англ.: adsorption unit), и фиксированная продолжительность фазы В1 равна 1,5 мл.
Фиг. 4 демонстрирует хроматограмму, полученную с использованием способа, включающего:
(a) контроль наклона и/или значения сигнала, пропорционального концентрации, на выходе адсорбера, расположенного выше по течению, во время внутренней рециркуляции слабо адсорбирующихся примесей (фаза I1);
(b) непрерывное сравнение значения сигнала, пропорционального концентрации, с заданным пороговым значением в то время, когда наклон сигнала, пропорционального концентрации, является положительным, и при достижении порогового значения
(c) продолжение выполнения фазы I1 в течение периода времени или объема элюции (задержка) до прекращения выполнения фазы I1 и начала выполнения фазы В1, причем фаза В1 имеет фиксированную продолжительность, а задержка имеет предварительно заданную или переменную продолжительность, зависящую от другого порогового значения.
В этом примере верно следующее: сигнал, пропорциональный концентрации, является УФ-сигналом, пороговое значение равно 0,5 AU, объем задержки равен 1,1 мл, (фиксированная) длительность фазы В1 сбора продукта равна 1,5 мл.
Фиг. 5 демонстрирует хроматограмму, полученную с использованием способа, включающего модификацию предыдущего способа, состоящую в том, что фазу В1 начинают на основании порогового значения, которое может быть таким же, как пороговое значение, используемое для запуска периода задержки во время фазы I1, или оно может отличаться от него, а период задержки может иметь минимальное значение. Причина задания минимальной длительности задержки состоит в необходимости избежать преждевременного начала фазы В1 за счет примесей, элюирующихся до основного продукта, и достижения второго порогового значения. Период задержки можно выразить в единицах времени или объема.
В этом примере верно следующее: сигнал, пропорциональный концентрации, является УФ-сигналом, пороговое значение 1: 0,5 AU, минимальный период задержки: 1,0 мл, пороговое значение 2: 0,6 AU, (фиксированная) длительность сбора продукта: 1,5 мл.
Фиг. 6 демонстрирует хроматограмму, полученную с использованием способа, включающего:
(a) контроль наклона и/или значения сигнала, пропорционального концентрации, на выходе адсорбера, элюирующего продукт (фаза В1); и
(b) непрерывное сравнение значения сигнала, пропорционального концентрации, с заданным пороговым значением в то время, когда наклон сигнала, пропорционального концентрации, является отрицательным, и при достижении порогового значения
(c) прекращение выполнения фазы В1 и начало выполнения фазы I2, причем загрузка пробы модулирована так, что загрузка пробы происходит в начале фазы В1 и прекращается по истечении короткого периода времени, тогда как элюция из другого адсорбера продолжается до достижения порогового значения, а фаза 12 имеет предварительно заданную или переменную продолжительность, зависящую от другого порогового значения.
В этом примере сигнал, пропорциональный концентрации, является УФ-сигналом, пороговое значение равно 0,2 AU, фиксированная длительность интервала загрузки равна 0,5 мл, фиксированная продолжительность фазы I2 равна 1,2 мл.
Фиг. 7 демонстрирует хроматограмму, полученную с использованием способа, в котором конечная точка I2 определена пороговым значением, причем при достижении этого порогового значения (с) прекращается выполнение фазы I2 и начинается выполнение фазы В2. В этом примере сигнал, пропорциональный концентрации, является УФ-сигналом, пороговое значение 1 для начала фазы I2 равно 0,2 AU, фиксированная длительность интервала загрузки равна 0,5 мл, пороговое значение 2 для окончания I2 равно 0,1 AU.
Любой из указанных способов, относящихся к началу фазы В1, можно объединить со способами, относящимися к завершению фазы В1.
Фиг. 8 демонстрирует комбинацию способов, изображенных на Фиг. 5 и Фиг. 6, с началом периода задержки во время фазы I1 на основании первого порогового значения, началом фазы В1 сбора продукта на основании второго порогового значения в период, когда наклон УФ-сигнала является положительным, и завершением фазы В1 (и началом фазы I2) на основании третьего порогового значения.
В других предпочтительных вариантах осуществления любого из вышеуказанных способов используют дополнительную информацию о наклоне хроматограммы для начала выполнения регулирующих воздействий. В предпочтительном варианте осуществления способа в описанных способах, в которых использован объем задержки с фиксированной длительностью, вместо этого можно использовать изменение знака наклона в качестве критерия для прекращения задержки и продолжения оценки сигнала до достижения второго порогового значения.
Все способы включают продолжение прогона и продолжение градиентной элюции во время фаз I1, В1, I2, предпочтительно - с наклоном градиента, использованным во время фазы 4 во время элюции соединения «W», который относится к наклону относительно объема мобильной фазы, используемой в процессе. Это означает, что элюционный градиент мультиадсорберного процесса имеет постоянный наклон относительно объема мобильной фазы, используемого в процессе во время фаз I1, В1, I2, как проиллюстрировано на Фиг. 3-8.
В описанных способах пороговые значения можно также определить на основании информации, полученной во время того же прогона или цикла, соответственно, она может быть неизвестной в момент начала прогона или цикла. В этом случае первый цикл может быть выполнен частично или полностью, прежде чем в способе будут определены пороговые значения на основании оценки зарегистрированных сигналов, значимых для остальной части цикла (в случае, если цикл был частично завершен к моменту оценки) или для остальной части прогона хроматографического процесса. Соответственно, пороговое значение для прекращения выполнения фазы процесса и начала выполнения новой фазы процесса определяют по сигналу, пропорциональному концентрации, зарегистрированному во время того же или предыдущего прогона хроматографического процесса. Например, в способе контролируют УФ-сигнал во время выполнения хроматографического прогона MCSGP. Способ организован так, что выполнение фазы В1 прекращают и начинают выполнение фазы I2, когда сигнал достигает 25% от максимального значения УФ-сигнала, которое должно быть получено во время фазы В1. Во время фазы В1 элюируется пик с максимальным значением пика, равным 0,80 AU (см. Фиг. 6). Как только в способе достигнуто 25% от максимального значения пика, соответствующее 0,20 AU, фазу В1 останавливают и процесс продолжается фазой I2. В следующем цикле во время фазы В1 может быть достигнуто максимальное значение пика, равное всего лишь 0,72 AU (например, из-за вариаций качества адсорбента). В случае способа организованного так, чтобы действие выполнялось при достижении 25% от максимального значения пика, достигнутого во время фазы В1, процесс будет продолжаться до достижения порогового значения, равного 0,18 AU, после чего фаза В1 будет прекращена, и будет начата фаза I2. Этот тип конфигурации способа, связывающий пороговое значение со значением сигнала, пропорционального концентрации, полученным ранее во время прогона, позволяет сбалансировать вариации качества адсорбента, или качества детектора, или калибровки детектора. Способ также включает использование нескольких пиков, обнаруженных на хроматограмме, для запуска регулирующего воздействия.
Пример 1 [Фиг. 9]:
Систему Contichrom (производства компании ChromaCon AG) эксплуатировали с использованием способа (А) регулирования. Две колонки содержали различные катионообменные стационарные фазы (Fractoprep SO3(M) и Gigacap SO3), набитые в колонки с внутренним диаметром, равным 0,5 см, и высотой слоя, равной 10 см. Две различные смолы использовали для моделирования колонок с различным качеством набивки колонок. Действующее программное обеспечение системы было запрограммировано для непрерывного контроля УФ-сигнала А280 на выходах обеих колонок, и УФ-порог для запуска фазы сбора продукта был установлен равным 0,1 AU (=100 mAU) на основании данных модельной хроматограммы. Длительность фазы элюции продукта была зафиксирована равной 5,5 минутам.
Загружаемым материалом был раствор лизоцима, а использованными буферами были Буфер А: 25 мМ фосфата, рН 6,0; Буфер В: 25 мМ фосфата, рН 6,0, 1М NaCl; промывочный раствор: 1М NaOH. На Фиг. 9 показаны хроматограммы циклического выполнения MCSGP процесса в течение 10 циклов с повторяющимися пиками элюируемого продукта из каждой колонки. Можно видеть, что пики продукта имели очень разную ширину и высоту (широкие пики в случае стационарной фазы Fractoprep, узкие пики в случае стационарной фазы Gigacap) в зависимости от того, из какой колонки они были элюированы. На Фиг. 9 В представлено наложение хроматограмм из 10 циклов, которое подтверждает, что элюции продукта из каждой колонки были высоко воспроизводимыми, если сравнивали элюции продукта из одной и той же колонки. Кроме того, на рисунке показано положение использованного выпускного клапана (V1b, V2b), которое является репрезентативным для фаз процесса. Положение 4 клапана соответствует фазе I1, положение 3 соответствует фазе В1, положение 4 соответствует фазе I2 и положения 1 и 5 соответствуют фазе В2.
Хроматограммы демонстрируют, что, несмотря на очень различные формы пиков, сбор продукта начинается при заданном пороговом значении, равном 0,1 AU, и что сбор продукта производится с фиксированной длительностью, причем в обоих случаях собирается максимум пика, который соответствует наивысшей концентрации продукта и наивысшей степени чистоты.
Фиг. 10 демонстрирует схему процесса, сходного с изображенным на Фиг. 1, причем в части а) показана установка, содержащая 3 адсорбера, а в части b) показана установка, содержащая 4 адсорбера. В части а) с 3 адсорберами верхние четыре строки от I1 до В2 по существу соответствуют процессу, проиллюстрированному на Фиг. 1, в том, что касается задач, выполняемых адсорберами 1 и 2. Адсорбер 3 является пассивным в том, что касается процесса фактического разделения, включающего компоненты W (слабо адсорбирующаяся фракция), Р (фракция продукта) и S (сильно адсорбирующаяся фракция). В колонке 3 в этом первом блоке могут осуществляться стадии очистки, уравновешивания или химической реакции.
После перехода ко второму блоку I1-В2 (переход показан верхней стрелкой слева) адсорбер 1 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 2 в первом блоке, адсорбер 2 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 3 в первом блоке (пассивную функцию), а адсорбер 3 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 1 в первом блоке.
После перехода к третьему блоку I1-В2 (переход показан нижней стрелкой слева) адсорбер 1 принимает на себя функцию адсорбера 3 в первом блоке (пассивную функцию), адсорбер 2 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 1 в первом блоке, а адсорбер 3 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 2 в первом блоке.
Сигналы, пропорциональные концентрации, в этом трехадсорберном процессе, изображенном на Фиг. 10а, можно измерять на выходах из активных колонок, то есть в первом сверху блоке - на выходах из колонок 1 и 2 (что подробно описано в описании Фиг. 1), во втором сверху блоке - аналогично на выходах из колонок 1 и 3, и в нижнем блоке - аналогично на выходах из колонок 2 и 3. Предпочтительно измеряют только сигнал, пропорциональный концентрации, на выходе адсорбера, расположенного выше по течению из двух активных адсорберов в режиме работы адсорберов в соединенном состоянии (I1, I2), а в фазе автономной работы - на выходе адсорбера, элюирующего продукт (В1), например - на выходе адсорбера 2 во время стадий 1-4 (первый блок), на выходе адсорбера 1 во время стадий 5-8 (второй блок) и на выходе адсорбера 3 во время стадий 9-12 (блок 3).
На Фиг. 10b) в процессе с использованием 4 адсорберов верхние четыре строки от I1 до В2 по существу соответствуют процессу, проиллюстрированному на Фиг. 1, в том, что касается задач, выполняемых адсорберами 1 и 2. Адсорберы 3 и 4 являются пассивными в том, что касается процесса фактического разделения, включающего компоненты W (слабо адсорбирующаяся фракция), Р (фракция продукта) и S (сильно адсорбирующаяся фракция). В адсорберах 3 и 4 в этом первом блоке могут осуществляться стадии очистки, уравновешивания или химической реакции.
После перехода ко второму блоку I1-В2 (переход показан верхней стрелкой слева) адсорбер 1 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 2 в первом блоке, адсорбер 2 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 3 в первом блоке (пассивную функцию), адсорбер 3 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 4 в первом блоке (пассивную функцию), и адсорбер 4 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 1 в первом блоке.
После перехода к третьему блоку I1-В2 (переход показан средней стрелкой слева) адсорбер 1 принимает на себя функцию адсорбера 3 в первом блоке (пассивную функцию), адсорбер 2 первого блока принимает на себя функцию адсорбера 4 в первом блоке (пассивную функцию), адсорбер 3 принимает на себя функцию адсорбера 1 в первом блоке, и адсорбер 4 принимает на себя функцию адсорбера 2 в первом блоке.
После перехода к четвертому блоку I1-В2 (переход показан нижней стрелкой слева) адсорбер 1 принимает на себя функцию адсорбера 4 в первом блоке, адсорбер 2 принимает на себя функцию адсорбера 1 в первом, адсорбер 3 принимает на себя функцию адсорбера 2 в первом блоке, и адсорбер 4 принимает на себя функцию адсорбера 3 в первом блоке.
Сигналы, пропорциональные концентрации, в этом четырехадсорберном процессе, изображенном на Фиг. 10b, можно измерять на выходах из активных колонок, то есть в первом сверху блоке - на выходах из адсорберов 1 и 2 (что подробно описано в описании Фиг. 1), во втором сверху блоке - аналогично на выходах из адсорберов 1 и 4, в третьем блоке - на выходах из адсорберов 3 и 4, и в нижнем блоке - аналогично на выходах из адсорберов 2 и 3. Опять-таки, предпочтительно измеряют только сигнал, пропорциональный концентрации, на выходе из адсорбера, расположенного выше по течению из двух активных адсорберов, а в фазе автономной работы - на выходе из адсорбера, элюирующего продукт (В1), например - на выходе из адсорбера 2 во время стадий 1-4 (первый блок), на выходе из адсорбера 1 во время стадий 5-8 (второй блок), на выходе из адсорбера 4 во время стадий 9-12 (блок 3) и на выходе из адсорбера 3 во время стадий 13-16 (блок 4).