酮洛芬对映体在Chiralpak AD上具有连续温度相关参数的竞争吸附平衡模型

田一鸣，王健，陈文炜，罗云

酮洛芬对映体在Chiralpak AD上具有连续温度相关参数的竞争吸附平衡模型

田一鸣，王健，陈文炜，罗云

（温州大学 化学与材料工程学院，浙江 温州 325035）

结晶原理和色谱原理是拆分手性药物用到的两大主要原理，而高效液相色谱法和模拟移动床（SMB）色谱分离技术是利用色谱原理拆分手性药物的两大重要手段。本研究用高效液相色谱法测定了酮洛芬对映体在Chiralpak AD柱中，以正己烷和乙醇（体积比80∶20）为流动相，多温度下的流出曲线。并以此为基础用拟合度最好的八参数bi-Langmuir模型，运用逆向法来考察该药物对映体在不同温度下，温度对竞争吸附等温线参数的影响，并对3温度下的酮洛芬过载曲线同时拟合，确定出bi-Langmuir中受温度影响的模型参数。

bi-Langmuir模型；酮洛芬对映体；模型参数

模拟移动床（Simulated Moving Bed，SMB)是一种具有连续操作性的色谱技术，有效降低溶剂消耗、提高产品纯度[1-3]、有效实现色谱分离的自动化[3]等都是该技术的优点，但同时，SMB的工艺在化工生产时也需要解决一系列复杂性问题。计算机模拟优化是解决这一系列问题的途径之一，其中色谱模型和吸附平衡模型是SMB技术在实现工业化生产上不断优化的重要基础，用逆向法（inverse method，IM）来获得吸附平衡模型，并以此建立SMB模型是近些年发展起来的。由于该法在实验过程中可以通过对消旋体的分析研究就得出所需结论，大大地节约了在药品上的成本消耗，结合其他优点，使近年来逆向法的相关理论成果不断跟进完善，运用也越发广泛。

酮洛芬（Ketoprofen），又名α-甲基-3-苯甲酰基苯乙酸，存在S-Ketoprofen和R-Ketoprofen两种异构体，和大多数手性药物一样，酮洛芬的两种异构体存在不同的药性，S-Ketoprofen主消炎镇痛，R-Ketoprofen则只具有有限的防治效果[11]。从而，有了后续拆分酮洛芬的工作的意义。早些年，朱磊等人[7]在研究中已发现，对用Chiralpak AD拆分酮洛芬的流出曲线拟合时，八参数的bi-Langmuir模型相较于Langmuir、linear+Langmuir等模型的拟合度更好。因此本研究在此研究基础上，运用bi-Langmuir模型，并同时考虑温度的影响，进行八参数的bi-Langmuir模型多温度下的同时拟合工作，并得出受温度影响的8个模型参数。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

酮洛芬消旋体（S,R）-KET，>98%，TCI；正己烷、无水乙醇和三氟乙酸，HPLC级，J&K； 1,3,5-三叔丁基苯，TTBB，>98%，Sigma-Aldrich；高效液相色谱仪，Agilent 1260，Agilent公司；手动进样器，7725型，Rheodyne公司；Chiralpak AD手性制备柱，1 cm×10 cm×20 μm，大赛璐手性技术公司；Sartorius BSA224SCW电子天平；Julabo F34-ED超级恒温水浴；德国Brand电子移液枪；SB-4200D超声波清洗机。

1.2 色谱条件

Chiralpak AD手性制备柱，正己烷∶乙醇∶TFA=80∶20∶0.01（体积比）为流动相，在实验过程中，对色谱柱和流动相都用Julabo循环水浴进行严格控温，控制在实验条件所需温度正负0.5 ℃以内波动。

1.3 非线性条件下紫外检测器响应信号-浓度校正实验

1.4 酮洛芬对映体过载流出曲线测定实验

实验温度同样在15、25、35 ℃3个温度下进行，将两通换成Chiralpak AD手性制备柱，用流动相冲平系统与色谱柱后，在15 ℃下水浴保温2 h。用Sartorius称重法配制20 g·L-1的（S,R）-KET溶液50 mL水浴保温待用。为305 nm，为1 mL·min-1，采取泵进样的方式，设定好A泵进料-B泵洗脱的梯度方法，将B泵用于冲洗柱子的流动相换成20 g·L-1的（S,R）-KET溶液，开始数据采集。本研究在每个温度下设定两个不同的进样量，且每组实验进行两次平行实验，以确保数据的准确和稳定。在同一温度下的4组数据采集完毕，得出4组流出曲线图后，改变水浴温度，进行下一个温度的流出曲线测定。

2 结果与讨论

2.1 柱参数实验测定结果

本实验中所有柱参数的测定都通过线性范围内脉冲实验测的。关于脉冲实验方法，可参照来梦龙等人[9]提出的方法。

线性脉冲实验计算结果列于表1。由表1中最后两列比较可得，在流动相是正己烷比例为80%时，色谱柱的柱效远大于正己烷比例为90%时的柱效，为后续流动相对酮洛芬对映体的连续竞争吸附平衡模型的影响研究提供了基础数据，因此本研究是十分有必要的。

表1 线性脉冲实验计算结果

NL1/1 000为本次实验所得理论柱效，NL2/1 000为蒋晓霄[15]所得理论柱效。

本研究在用八参数bi-Langmuir模型拟合酮洛芬对映体的过载曲线时，考虑了温度的影响，因此需要得到S-KET和R-KET在AD柱上的吸附焓值。该值可以通过Van’Hoff方程，公式（1）得到。

式中：—亨利参数；

Δ—吸附焓；

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—理想气体常数，值为8.314；

—测量温度。

R-KET作为弱吸附组分，其亨利常数与温度的关系式为：

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

2.2 紫外响应信号与浓度校正结果

由图2三个紫外响应信号的浓度校准图可得，温度由低到高得到的二阶校正方程分别为：

可得，高浓度的酮洛芬对映体的响应信号与浓度为非线性关系，且不同温度下的校正方程不同。因此，分别测定不同温度下的校准曲线是必须的工作。

2.3 过载流出曲线测定结果

实验过程中所得的流出曲线是t-mAU的关系图，而本研究中拟合八参数的bi-Langmuir模型时用到的是-关系，即浓度与时间关系图，因此需要用到校正曲线方程式（4）、（5）、（6）进行mAU-c的关系转化，转化后所得各温度下的过载流出曲线图如图3所示。

图2 UV响应信号在302 nm波长下的校正曲线

图3 288~308 K下酮洛芬对映体过载流出曲线测定结果

在过载曲线测定的过程中，采用泵进样和梯度洗脱的方式，这样的方式决定了进样时间极短，很难准确得到实际进料量，因此用积分法，对每组实验数据所得流出曲线图进行物料衡算，衡算公式（7）：

式中：—进料量，mg；

—流量，mL·min-1（此处为2.0 mL·min-1）；

（）—数据点对应的质量浓度，mg·mL-1；

d—数据采集间隔，min。

所得结果对应标志在过载流出曲线图图3中。2.4 Bi-Langmuir模型参数拟合结果

根据bi-Langmuir吸附等温线模型的五参数基础模型，公式（8）：

以及Langmuir模型假设[16]，5个参数ns、ns、s、s,A、s,B中的s、ns为常数，在考虑温度的影响时，参数受温度影响的关系式可表示为公式（9）、（10）：

因此，考虑温度影响后的8个参数分别是：ns、s、ns(298 K)、s,A(298 K)、s,B(298 K)、ΔSA、ΔSB以及Δns。前5个参数可通过各温度下的曲线拟合估算初值，Δns的初值则由ΔSA、ΔSB的算术平均值代替。

取图3中每个温度下的一条过载曲线，采用LMA算法[13,14]对酮洛芬对映体在15、25、35 ℃3个温度下在AD柱上的过载流出曲线同时拟合，得到拟合结果良好的图4。Bi-Langmuir模型中受温度影响的8个参数列于表2，参考温度为25 ℃。

图4 同时拟合3个温度下的过载曲线

表2 线性脉冲实验计算结果

298 K为参考温度。

3 结 论

本研究在朱磊等[7]得出的对用Chiralpak AD拆分酮洛芬的流出曲线拟合时，五参数的Bi-Langmuir模型相较于Langmuir、linear+Langmuir等模型的拟合度最好的结论基础上，加上考虑温度对模型参数的影响，进行探究实验。通过在线性范围内柱参数的测定，为逆向法的运用做好数据准备工作。用TD模型描述酮洛芬的S和R组分在AD柱中的物料平衡。运用Levenberg-Marquardt（LMA）算法对酮洛芬对映体在15、25、35 ℃3个温度下在AD柱上的过载流出曲线同时拟合，并运用Van’Hoff方程和参数b受温度影响的两个关系式引入 3个参数，获得对温度变化能连续起来的八参数bi-Langmuir模型。本研究对后续探究流动相对模型参数的影响，以及在考虑温度的基础上加上溶解度对模型参数的影响的探究提供了有效的基础数据，具有重要意义。

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负责人：田志坚 联络人：田志坚

电话：84379151 传真：84379151 Email：tianz@dicp.ac.cn

学科领域：能源化工 项目阶段：工业生产

项目简介及应用领域

润滑油产业是与国计民生密切相关技术密集型支柱产业之一，我国为世界第二大润滑油消费国，虽然我国也是润滑油生产大国，但由于大部分生产企业仍沿用传统工艺，技术落后，只能满足中低档油的市场需求，高档润滑油发展受到制约。

润滑油基础油加氢异构脱蜡是高档润滑油基础油生产的最新技术。自1999年起，大连化物所瞄准国际炼油技术前沿，开展润滑油基础油加氢异构脱蜡技术及催化剂的开发研制。项目先后投入科研经三千多万元，历经小试开发、中试放大和工业试验，通过一系列创新集成及技术突破，解决了若干工程和技术难题，研制成功三种新型分子筛，并实现 5 m3反应釜规模工业生产，分别针对石蜡基和环烷基原料油开发出不同系列、具有自主知识产权的异构脱蜡专用催化剂及配套工艺技术，满足多种原料生产各种黏度级别高档润滑油基础油的需求。2008和2012年，项目开发的两代催化剂分别在中国石油大庆炼化20万t/a高压加氢装置上实现两次工业应用。催化剂具有活性高、原料适用范围广、产品质量好、基础油收率高、副产品附加值高，特别是重质基础油收率高等优点，其催化性能大幅超过国际同类催化剂。工业运行数据显示国际同类先进技术相比，处理200SN 原料油时，Ⅱ类中质基础油收率高8个百分点；处理650SN原料，Ⅲ类重质基础油收率高20个百分点，应用效能显著。除了产出预期的中、重制高档 润滑油基础油产品外，还开发出了高标号食品级白油等一系列新产品，填补国内空白。项目获得授权专利12 项，其中核心专利“一种临氢异构化催化剂及其制备方法”(ZL200510079739.7)荣获 2011年第十三届中国专利优秀奖。成果入选2009年中国石油集团十大科技进展，2012年中国产学研创新成果奖。截止2013年底，该技术的成功应用已累计实现产值超50亿元，利润逾19亿元，税收逾6亿元，为企业创造了巨大的经济效益。目前，该技术正在国内外市场进行进一步推广。

投资与收益：该技术市场容量大，回报率高。合作方式：技术许可。投资规模：1 亿。

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

田一鸣（1993-），女，硕士，浙江嘉兴人，2020年毕业于温州大学应用化学专业，现从事工业分析技术与应用工作。