模拟移动床色谱的分离原理.doc

12.2模拟移动床色谱的分离原理 12.2.1真实移动床色谱的分离原理 为了更好的理解模拟移动床的工作原理，首先介绍一下与之相关的真实移动床（tru moving bed, TMB）的分离原理。 对于传统的单柱色谱，假设是一个两组份分离体系，当脉冲进样后用适当的溶剂洗脱时就产生如图12.1.a的情况：一个物质移动慢，另一个物质移动快，当色谱柱足够长时，两者将最终分开。这与龟兔赛跑的情形相似，两者的距离会越落越远。这正是经典色谱分离纯化物质的原理。 真实移动床则给我们提供了另外一种分离方法。如果龟兔赛跑的跑道是会逆向移动的。在跑道的作用下，龟兔会向相反的方向运动。现在讨论下述情况： 当跑道不动时，设龟的速度为V1,兔的速度为V2，则 V1V2 (12.1) 当跑道逆向运动时，且运动速度V0介于龟兔运动速度V1和V2之间，即： V1V0V2 (12.2) 当跑道移动和自身运动的共同作用下，龟的移动速度V1和兔的移动速度V2分别为： V1=V1-V00 (12.3) V2=V2-V00 (12.4) ??? 由此可见，龟将会向跑道的移动方向移动，而兔则向跑道移动相反的方向移动。这样就好像是龟在往后走，兔在往前走，最终兔与龟分别从跑道的两头下来，如图12.1b所示： 图12.1真实移动床色谱原理图[12]a. 单柱分离过程 b、龟和兔在移动带上 ? 这样通过移动床模式就可以把龟兔完全分开。可以看出，在这一分离过程中，进样可以采取连续进样方式。从而改变了经典色谱法间断进样的这一不利制备分离的工艺要求。 上面的原理可应用于移动床色谱中，即将龟兔自身的移动看成流动相的推动作用。跑道的反向作用可通过固定相的整体逆向于流动相方向来实现。这种制备分离装置便称为真实移动床，其原理如图10.2所示： 图12.2真实移动床示意图 在图12.2中所示的真实移动床色谱中，固定相自上向下移动，淋洗液自下向上移动，同时连续地进行再循环。固定相由Ⅰ区循环到Ⅳ区，而淋洗液则由Ⅳ区再循环到Ⅰ区。含有组份A和B的样品由柱中间的样品入口注入，新鲜的淋洗液由Ⅰ区引入。在选择的流速下，在固定相上保留弱的组份A向上移动，由提余液（Raffinate）出口流出，而保留强的组份B 则向下移动，由提取液（Extract）出口流出，使组份A和B得到分离。 依据功能的不同，把移动床通常划分为四个不同的区[13]： Ⅰ区：在淋洗液入口与提取液出口之间，为固定相再生区。在Ⅰ区之前，两种被分离的组分（A）和（B）必须被全部脱附，以便使固定相净化。 Ⅱ区：在提取液出口和进料口之间；Ⅲ区：在进样口和提余液之间。这两个区为分离区，组分以相反的方向运动，弱保留组分（A）必须脱附随液相移动，强保留组分（B）必须被吸附，随固相移动。在 Ⅱ区，弱保留的产物(A)必须全部洗脱，而在Ⅲ区，强保留的(B)产物必须完全吸附。 Ⅳ区：在提余液和淋洗液之间，为淋洗液再生区。在Ⅳ区两种组分必须被吸附，以便使再生的淋洗液再循环到Ⅰ区。 所有的入口流速通过物料平衡与出口流量相关联，设QⅠ—QⅣ分别为Ⅰ-Ⅳ区的流量。QFeed，QExt ，QRaff，QEL 分别为进料流量、提取液流量、提余液流量和淋洗液流量。则： QⅡ＝QⅠ－QExt QⅢ＝QⅡ＋QFeed (12.5) QⅣ＝QⅢ—QRaff QⅠ＝QⅣ＋QEl 此外，入口/出口流量由下式关联： QExt＋QRaff ＝QFeed＋ QEL （12.6） 由于固体吸附剂循环很困难，所以真实移动床操作非常复杂，同时固定相的移动会引起柱填料的磨损，使色谱柱柱效很低。 为克服真实移动床的上述缺欠，人们通过切换装置来模拟固定相的逆向移动，通常将这种切换装置称为模拟移动床。 12.2.2模拟移动床的原理 ??? 模拟移动床的固定相实际上并没有移动，而是通过阀切换技术改变。这一操作过程可以通过图11.3清楚的反应出来。t0时刻流动相样品（A+B）的入口点和提取液B、提余液（A）的出口点的位置如左图所示，经过t时间后，各进样点和出样点这一的位置如右图所示。经过位置切换，造成的结果相当于固定相以L/t的速度与流动相相对运动，从而实现了逆流操作。但在过程中，固定相并未移动。 ???????????????????????图12.3模拟移动床操作原理图 同样，在模拟移动床制备装置中，人们通常将它分为四个区，