Главная страница Статьи о СФЭ

Статьи о СФЭ

Исследование растворимости с использованием фазоиндикатора (фазового монитора)
Дженнифер Л. Лефлер*, Манси Багдео** и Мэнон С. Вилленейв

Очистка точечной пробы: Аналитические науки, «GlaxoSmithKline», Парк исследовательского треугольника, Нью-Йорк

* Первоначальный автор и исследователь
** Практикант из Виргинского политехнического института, Блэксбург, Виргиния

Введение

Сверхкритические флюиды (СКФ) являются привлекательными растворителями благодаря присущим им внутренним свойствам:
  • Изменчивая плотность
  • Вязкость ниже, чем у жидкости
  • Высокий коэффициент диффузии и «настраиваемая» сольвация.
  • «Настраиваемая» сольвация
Интерес к Сверхкритическим флюидным технологиям в течение последних нескольких десятилетий существенно повысился за счет интересных свойств. Информация касательно растворимости была использована для создания технико-экономического обоснования, главным образом, в сфере СФЭ (сверхкритической флюидной экстракции). Однако растворимость также является серьезным препятствием в области препаративной хроматографии.

Большинство расширенных методов хроматографии зависят от коэффициента растворимости анализируемого вещества. Хроматография жидкой фазы дает возможность настольного исследования растворимости.

Проблема

Сверхкритическая флюидная хроматография (СФХ) задействует весьма привлекательные свойства СФ. Для достижения псевдо-СФ фазы применяется повышенное давление и температура. На подготовительном уровне СФХ ученым трудно вычислить растворимость анализируемого вещества.

Одно «эмпирическое правило», установленное производителями СФХ гласит:

«любое растворимое вещество, растворенное в метаноле или менее полярном органическом растворителе, элюирует в СФХ»

Данное правило, безусловно, справедливо для аналитической СФХ, однако некоторые классы соединений обладают ограниченной растворимостью в углекислом газе и модифицирующем веществе. Время от времени, данную действительность не легко обнаружить на аналитическом уровне.
За последние несколько десятилетий была тщательно изучена растворимость имеющихся в продаже твердых и жидких веществ в сверхкритическом CO2. Однако, ученые фармацевтической отрасли, изучающие препаративное разделение, обычно не могут позволить себе работать с имеющимися в продаже веществами на постоянной основе.

Предлагаемое решение

Использование настольного индикатора фазы, модифицированной версии модели Сверхкритической флюидной технологии (рис. 1), совместно с хроматографом СФХ существенно упростит процесс проведения реакции и последующего анализа полученных данных.

Общая схема экспериментальной установки, индикатор фазы
Рисунок 1: Общая схема экспериментальной установки, индикатор фазы. Образец помещался в сосуд под высоким давлением в различных концентрациях в объеме органического модифицирующего вещества. Изменения индикатора фазы производились посредством собственного производства, контроль давления осуществлялся с помощью углеводородного насоса Бергера. Внутренний объем видоизмененного сосуда равен 7 мл.

Предлагаемые эксперименты

Используя имеющиеся в продаже «фармацевтические» соединения (рис. 2), мы хотим измерить растворимость при различных температурах, давлении, модифицирующих веществах (т.е. IPA, MeOH, EtOH) и модифицирующих концентрациях. Подобные данные смогут помочь аналитику определить параметры метода, оптимальные для растворимости анализируемого вещества. Результаты, оптимальные для растворимости, будут сравнены с решением оптимизированных хроматографических параметров для определения наиболее эффективного метода использования препаративной хроматографии.

Графа, использованная для данного эксперимента, является незначительной в связи с тем, что целью исследования является определение оптимальной растворимости подвижной фазы для повышения допустимой нагрузки на подготовительном уровне.

Имеющиеся в продаже фармацевтические препараты различных структурных классов и с различной растворимостью
Рисунок 2: Имеющиеся в продаже фармацевтические препараты различных структурных классов и с различной растворимостью, задействованные в данном эксперименте


Результаты

Первый этап эксперимента заключался в определении растворимости анализируемого образца в трех различных органических фазах (Таблица 1).

Образец MeOH IPA EtOH
Напроксен 60,8 мг/мл 37,4 мг/мл 46,7 мг/мл
Варфарин 23,5 мг/мл 12,8 мг/мл 16,3 мг/мл
Смесь в соотношении 1:1 33,3 мг/мл 14,3 мг/мл 20,0 мг/мл

Таблица 1: растворимость выбранных образцов в трех различных органических фазах при атмосферной температуре (30ºС) и давлении (стендовый метод).

Раствор, продемонстрировавший лучшую растворимость для каждого анализируемого образца, использовался в качестве сильного растворителя или модификатора в методе с использованием кремниевой колонки Бергера, 4,6x 250 мм, 60 A, 6 мк (Рисунок 3).

Используя оптимальный растворитель (указан в Таблице 1), лаборант определил растворимость компонентов при различной крепости растворителя и различных давлениях при помощи фазоиндикатора (Рисунок 4)

Рисунок 4: график растворимости анализируемого образца (смесь в пропорции 1:1). Оптимизированная точка растворимости используется для проведения сравнительной хроматографии.

Растворимость именно этого образца (на фазоиндикаторе) соотносится с растворимостью в представленном объеме органического растворителя. Оптимизированные условия конечной растворимости будут использоваться по аналитической шкале, чтобы определить разрешение компонентов (Рисунок 5).

Рисунок 5: Аналитическая хроматограмма в оптимизированных условиях, при 30ºС, для растворимости.
Подача 16,9 мкг.


Оба метода использовались в системе Бергера Mini-Gram, кремниевая колонка 10x 250 мм, 60 A, 6 мк, с замкнутым автоматическим прибором для отбора проб Alcott 200 мкл и детектором Varian Pro-Star (A=250 нм) (Таблица 2, Рисунок 6) для сравнения.
Хроматограмма оптимизирована для: Общее очищение Введение Кол-во введений (очистка) Продолжительность Объем органич. растворителя Чистота/ извлечение Пик 1 Чистота/ извлечение Пик 2
разрешения 275 мг 55 мг/200 мкл в диметилсуль-фоне* 5
(2)
119 59,5 мл 96,8%/86,3% 100%/69,2%
растворимости 275 мг 40 мг/200 мкл в диметилсуль-фоне* 8
(0)
25 35,6 мл 98,9%/96,9% 99,7%/95,1%
Таблица 2: результаты попыток усиленной очистки *образец погрузили в чистый диметилсульфон для увеличения объема загрузки

хроматограмма условий

Следует отметить нечетую форму пика на хроматограмме на Рисунке 6A. Также количество, введенное по методу оптимизации для разрешения, ограничивалось растворимостью анализируемого образца в диметилсульфоне и размером контура для введения. Положительным аспектом метода оптимизации для растворимости (хроматограмма на Рисунке 6В) являлась воспроизводимость хроматографии, которая позволяет сократить время введения и уменьшить расход растворителя.

Выводы

Таким образом, продемонстрировано, что при подготовке к проведению хроматографии большое значение имеет исследование растворимости при помощи фазоиндикатора в целях оптимизации эффективности очищения. Дальнейшие исследования должны затронуть влияние температуры на процесс оптимизации.

Выражение благодарности

Доктор Кеннет Джеймс, Supercritical Fluid Technologies;
Кит Хоппнер и Дэрил Барнетт, мастерская GSK;
Berger Instruments.
Переведено специалистами ООО “Биолент”