酮洛芬對映體在Chiralpak AD上具有連續溫度相關參數的競爭吸附平衡模型

田一鳴，王健，陳文煒，羅云

酮洛芬對映體在Chiralpak AD上具有連續溫度相關參數的競爭吸附平衡模型

田一鳴，王健，陳文煒，羅云

（溫州大學 化學與材料工程學院，浙江 溫州 325035）

結晶原理和色譜原理是拆分手性藥物用到的兩大主要原理，而高效液相色譜法和模擬移動床（SMB）色譜分離技術是利用色譜原理拆分手性藥物的兩大重要手段。本研究用高效液相色譜法測定了酮洛芬對映體在Chiralpak AD柱中，以正己烷和乙醇（體積比80∶20）為流動相，多溫度下的流出曲線。并以此為基礎用擬合度最好的八參數bi-Langmuir模型，運用逆向法來考察該藥物對映體在不同溫度下，溫度對競爭吸附等溫線參數的影響，并對3溫度下的酮洛芬過載曲線同時擬合，確定出bi-Langmuir中受溫度影響的模型參數。

bi-Langmuir模型；酮洛芬對映體；模型參數

模擬移動床（Simulated Moving Bed，SMB)是一種具有連續操作性的色譜技術，有效降低溶劑消耗、提高產品純度[1-3]、有效實現色譜分離的自動化[3]等都是該技術的優點，但同時，SMB的工藝在化工生產時也需要解決一系列復雜性問題。計算機模擬優化是解決這一系列問題的途徑之一，其中色譜模型和吸附平衡模型是SMB技術在實現工業化生產上不斷優化的重要基礎，用逆向法（inverse method，IM）來獲得吸附平衡模型，并以此建立SMB模型是近些年發展起來的。由于該法在實驗過程中可以通過對消旋體的分析研究就得出所需結論，大大地節約了在藥品上的成本消耗，結合其他優點，使近年來逆向法的相關理論成果不斷跟進完善，運用也越發廣泛。

酮洛芬（Ketoprofen），又名α-甲基-3-苯甲酰基苯乙酸，存在S-Ketoprofen和R-Ketoprofen兩種異構體，和大多數手性藥物一樣，酮洛芬的兩種異構體存在不同的藥性，S-Ketoprofen主消炎鎮痛，R-Ketoprofen則只具有有限的防治效果[11]。從而，有了后續拆分酮洛芬的工作的意義。早些年，朱磊等人[7]在研究中已發現，對用Chiralpak AD拆分酮洛芬的流出曲線擬合時，八參數的bi-Langmuir模型相較于Langmuir、linear+Langmuir等模型的擬合度更好。因此本研究在此研究基礎上，運用bi-Langmuir模型，并同時考慮溫度的影響，進行八參數的bi-Langmuir模型多溫度下的同時擬合工作，并得出受溫度影響的8個模型參數。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

酮洛芬消旋體（S,R）-KET，>98%，TCI；正己烷、無水乙醇和三氟乙酸，HPLC級，J&K； 1,3,5-三叔丁基苯，TTBB，>98%，Sigma-Aldrich；高效液相色譜儀，Agilent 1260，Agilent公司；手動進樣器，7725型，Rheodyne公司；Chiralpak AD手性制備柱，1 cm×10 cm×20 μm，大賽璐手性技術公司；Sartorius BSA224SCW電子天平；Julabo F34-ED超級恒溫水浴；德國Brand電子移液槍；SB-4200D超聲波清洗機。

1.2 色譜條件

Chiralpak AD手性制備柱，正己烷∶乙醇∶TFA=80∶20∶0.01（體積比）為流動相，在實驗過程中，對色譜柱和流動相都用Julabo循環水浴進行嚴格控溫，控制在實驗條件所需溫度正負0.5 ℃以內波動。

1.3 非線性條件下紫外檢測器響應信號-濃度校正實驗

1.4 酮洛芬對映體過載流出曲線測定實驗

實驗溫度同樣在15、25、35 ℃3個溫度下進行，將兩通換成Chiralpak AD手性制備柱，用流動相沖平系統與色譜柱后，在15 ℃下水浴保溫2 h。用Sartorius稱重法配制20 g·L-1的（S,R）-KET溶液50 mL水浴保溫待用。為305 nm，為1 mL·min-1，采取泵進樣的方式，設定好A泵進料-B泵洗脫的梯度方法，將B泵用于沖洗柱子的流動相換成20 g·L-1的（S,R）-KET溶液，開始數據采集。本研究在每個溫度下設定兩個不同的進樣量，且每組實驗進行兩次平行實驗，以確保數據的準確和穩定。在同一溫度下的4組數據采集完畢，得出4組流出曲線圖后，改變水浴溫度，進行下一個溫度的流出曲線測定。

2 結果與討論

2.1 柱參數實驗測定結果

本實驗中所有柱參數的測定都通過線性范圍內脈沖實驗測的。關于脈沖實驗方法，可參照來夢龍等人[9]提出的方法。

線性脈沖實驗計算結果列于表1。由表1中最后兩列比較可得，在流動相是正己烷比例為80%時，色譜柱的柱效遠大于正己烷比例為90%時的柱效，為后續流動相對酮洛芬對映體的連續競爭吸附平衡模型的影響研究提供了基礎數據，因此本研究是十分有必要的。

表1 線性脈沖實驗計算結果

NL1/1 000為本次實驗所得理論柱效，NL2/1 000為蔣曉霄[15]所得理論柱效。

本研究在用八參數bi-Langmuir模型擬合酮洛芬對映體的過載曲線時，考慮了溫度的影響，因此需要得到S-KET和R-KET在AD柱上的吸附焓值。該值可以通過Van’Hoff方程，公式（1）得到。

式中：—亨利參數；

Δ—吸附焓；

在和諧寺觀教堂的創建中，祝國寺既是先進模范，也是經驗豐富、富有責任感的帶頭者。祝國寺不僅內部和諧，也把和諧傳播到東川的其他佛寺，切實維護了東川佛教界的和諧局面。

—理想氣體常數，值為8.314；

—測量溫度。

R-KET作為弱吸附組分，其亨利常數與溫度的關系式為：

因此，可得S-KET和R-KET在AD柱上的吸附焓值ΔSA、ΔSB分別為-24.24 kJ/mol、-15.19 kJ·mol-1。

2.2 紫外響應信號與濃度校正結果

由圖2三個紫外響應信號的濃度校準圖可得，溫度由低到高得到的二階校正方程分別為：

可得，高濃度的酮洛芬對映體的響應信號與濃度為非線性關系，且不同溫度下的校正方程不同。因此，分別測定不同溫度下的校準曲線是必須的工作。

2.3 過載流出曲線測定結果

實驗過程中所得的流出曲線是t-mAU的關系圖，而本研究中擬合八參數的bi-Langmuir模型時用到的是-關系，即濃度與時間關系圖，因此需要用到校正曲線方程式（4）、（5）、（6）進行mAU-c的關系轉化，轉化后所得各溫度下的過載流出曲線圖如圖3所示。

圖2 UV響應信號在302 nm波長下的校正曲線

圖3 288~308 K下酮洛芬對映體過載流出曲線測定結果

在過載曲線測定的過程中，采用泵進樣和梯度洗脫的方式，這樣的方式決定了進樣時間極短，很難準確得到實際進料量，因此用積分法，對每組實驗數據所得流出曲線圖進行物料衡算，衡算公式（7）：

式中：—進料量，mg；

—流量，mL·min-1（此處為2.0 mL·min-1）；

（）—數據點對應的質量濃度，mg·mL-1；

d—數據采集間隔，min。

所得結果對應標志在過載流出曲線圖圖3中。2.4 Bi-Langmuir模型參數擬合結果

根據bi-Langmuir吸附等溫線模型的五參數基礎模型，公式（8）：

以及Langmuir模型假設[16]，5個參數ns、ns、s、s,A、s,B中的s、ns為常數，在考慮溫度的影響時，參數受溫度影響的關系式可表示為公式（9）、（10）：

因此，考慮溫度影響后的8個參數分別是：ns、s、ns(298 K)、s,A(298 K)、s,B(298 K)、ΔSA、ΔSB以及Δns。前5個參數可通過各溫度下的曲線擬合估算初值，Δns的初值則由ΔSA、ΔSB的算術平均值代替。

取圖3中每個溫度下的一條過載曲線，采用LMA算法[13,14]對酮洛芬對映體在15、25、35 ℃3個溫度下在AD柱上的過載流出曲線同時擬合，得到擬合結果良好的圖4。Bi-Langmuir模型中受溫度影響的8個參數列于表2，參考溫度為25 ℃。

圖4 同時擬合3個溫度下的過載曲線

表2 線性脈沖實驗計算結果

298 K為參考溫度。

3 結 論

本研究在朱磊等[7]得出的對用Chiralpak AD拆分酮洛芬的流出曲線擬合時，五參數的Bi-Langmuir模型相較于Langmuir、linear+Langmuir等模型的擬合度最好的結論基礎上，加上考慮溫度對模型參數的影響，進行探究實驗。通過在線性范圍內柱參數的測定，為逆向法的運用做好數據準備工作。用TD模型描述酮洛芬的S和R組分在AD柱中的物料平衡。運用Levenberg-Marquardt（LMA）算法對酮洛芬對映體在15、25、35 ℃3個溫度下在AD柱上的過載流出曲線同時擬合，并運用Van’Hoff方程和參數b受溫度影響的兩個關系式引入 3個參數，獲得對溫度變化能連續起來的八參數bi-Langmuir模型。本研究對后續探究流動相對模型參數的影響，以及在考慮溫度的基礎上加上溶解度對模型參數的影響的探究提供了有效的基礎數據，具有重要意義。

[1] NEUZIL R W, priegnitz J W. USP, 4024331, 1997.

[2] 李洪飛，李良玉，張麗萍，等. 模擬移動床色譜技術應用的研究進展[J]. 農產品加工(學刊)，2011（5）：62-65.

[3] 趙毓璋，景振華. 吸附分離對二甲苯技術進展[J]. 煉油技術與工程，2003（5）：1-4.

[4] NEUVILLE B C, THOMAS H, MORBIDELLI M. Simulation of porosity decrease with protein adsorption using the distributed pore model[J]., 2013 (1314): 77-85

[5] 孫玉高，來夢龍，周慧君，等. 模擬移動床色譜拆分酮洛芬對映體的模擬研究[J].廣州化工，2013，41（9）：55-57.

[6] ?SBERG D, LE?KO M, ENMARK M, et al. Fast estimation of adsorption isotherm parameters in gradient elution preparative liquid chromatographyⅡ:the competitive case[J]., 2013 (1314): 70-76

[7] 朱磊，徐進，孫玉高，等. 逆向法測定酮洛芬對映體在Chiralpak AD柱上的吸附等溫線[J].化工學報，2012，63（8）：2469-2476.

[8] 朱磊，劉玉明，孫玉高，等. 手性固定相色譜柱空隙率的測定研究[J]. 遼寧化工，2012，41（1）：100-103.

[9] 來夢龍. 酮洛芬對映體在Chiralpak AD柱上吸附等溫線的測定[D].溫州：溫州大學，2014.

[10] RIBEIRO A E, GRACA N S, PAIS L S, et al. Optimization of the mobile phase composition for preparative chiral separation of flurbiprofen enantiomers[J]., 2009(68): 9-23.

[11] 許麗娟，趙玉紅，劉瑞恩，等. (S)-酮基布洛芬拆分用脂肪酶基因的克隆及表達[J]. 生物工程學報，2010，26（1）：108-113.

[12] XU J, ZHU L, XU G Q et al. Determination of competitive adsorption isotherm of enantiomers on preparative chromatographic columns using inverse method[J]., 2013 (1273): 49-56.

[13] 何郁波，林曉艷. 非線性不等式系統帶折線步的信賴域方法及其收斂性[J]. 應用數學和力學，2013，34（11）：1216-1224.

[14]楊柳，陳艷萍.求解非線性方程組的一種新的全局收斂的Levenberg-Marquardt算法[J]. 計算數學，2008（4）：388-389.

[15] 蔣曉霄. 溫度梯度模擬移動床拆分酮洛芬對映體的過程研究[D].溫州：溫州大學，2017.

[16] GAVAZZINI A, FELINGER A, GUIOCHON G. Comparison between adsorption isotherm determination techniques and overloaded band profiles on four batches of monolithic columns[J]., 2003, 1012 (2)：139-149.

負責人：田志堅 聯絡人：田志堅

電話：84379151 傳真：84379151 Email：tianz@dicp.ac.cn

學科領域：能源化工 項目階段：工業生產

項目簡介及應用領域

潤滑油產業是與國計民生密切相關技術密集型支柱產業之一，我國為世界第二大潤滑油消費國，雖然我國也是潤滑油生產大國，但由于大部分生產企業仍沿用傳統工藝，技術落后，只能滿足中低檔油的市場需求，高檔潤滑油發展受到制約。

潤滑油基礎油加氫異構脫蠟是高檔潤滑油基礎油生產的最新技術。自1999年起，大連化物所瞄準國際煉油技術前沿，開展潤滑油基礎油加氫異構脫蠟技術及催化劑的開發研制。項目先后投入科研經三千多萬元，歷經小試開發、中試放大和工業試驗，通過一系列創新集成及技術突破，解決了若干工程和技術難題，研制成功三種新型分子篩，并實現 5 m3反應釜規模工業生產，分別針對石蠟基和環烷基原料油開發出不同系列、具有自主知識產權的異構脫蠟專用催化劑及配套工藝技術，滿足多種原料生產各種黏度級別高檔潤滑油基礎油的需求。2008和2012年，項目開發的兩代催化劑分別在中國石油大慶煉化20萬t/a高壓加氫裝置上實現兩次工業應用。催化劑具有活性高、原料適用范圍廣、產品質量好、基礎油收率高、副產品附加值高，特別是重質基礎油收率高等優點，其催化性能大幅超過國際同類催化劑。工業運行數據顯示國際同類先進技術相比，處理200SN 原料油時，Ⅱ類中質基礎油收率高8個百分點；處理650SN原料，Ⅲ類重質基礎油收率高20個百分點，應用效能顯著。除了產出預期的中、重制高檔 潤滑油基礎油產品外，還開發出了高標號食品級白油等一系列新產品，填補國內空白。項目獲得授權專利12 項，其中核心專利“一種臨氫異構化催化劑及其制備方法”(ZL200510079739.7)榮獲 2011年第十三屆中國專利優秀獎。成果入選2009年中國石油集團十大科技進展，2012年中國產學研創新成果獎。截止2013年底，該技術的成功應用已累計實現產值超50億元，利潤逾19億元，稅收逾6億元，為企業創造了巨大的經濟效益。目前，該技術正在國內外市場進行進一步推廣。

投資與收益：該技術市場容量大，回報率高。合作方式：技術許可。投資規模：1 億。

Competitive Adsorption Equilibrium Model With Continuous Temperature Dependent Parameters for Ketoprofen Enantiomers on Chiralpak AD Column

,,,

（College of Chemistry and Materials Engineering, Wenzhou University, Wenzhou Zhejiang 325035,China）

Competitive adsorption equilibrium of ketoprofen enantiomers on Chiralpak-AD column with n-hexane and ethanol (80∶20) as the mobile phase was acquired using inverse method. Conventional transport-disperse (TD) model was used to describe materials balances in the chromatography column. TD model parameters were estimated based on linear pulse responses measured at different flowrates. Overloaded band profiles were then measured at three different temperatures. Parameters of temperature dependent bi-Langmuir model were obtained by fitting the experimentally measured band profiles. Three additional parameters for adsorption heat were used to give binary equilibrium correlation with continues temperature dependence. The determined parameters were further verified by comparing model predictions with band profiles that were independently measured and not used in the data fitting process.

bi-Langmuir model; Ketoprofen enantomers; model parameter

TQ018；TQ028.8

A

1004-0935（2020）07-0768-05

2020-3-16

田一鳴（1993-），女，碩士，浙江嘉興人，2020年畢業于溫州大學應用化學專業，現從事工業分析技術與應用工作。