DE2157594A1

DE2157594A1 - Verfahren zur chromatographischen Trennung von Substanzgemischen und Säulenvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2157594A1
Application number: DE19712157594
Authority: DE
Inventors: Leif Valter Dipl.-Ing. Järfälla; Wallin Per Lennart Uppsala; Tibbling Türe Petter Magnus Dipl.-Ing. Bjärred; Ek (Schweden)
Original assignee: Pharmacia Fine Chemicals AB
Current assignee: Cytiva Sweden AB
Priority date: 1970-11-20
Filing date: 1971-11-20
Publication date: 1972-05-31
Also published as: SE359228B; US3780866A

Description

RECHTSANWÄLTE

DR. JüR. Dl-"!- -'ZHEhA. WALTER BEIt

AtFRED HO :r;'C-;*i£?R

DR. JUR. Dir S..-C; IcAV. H.-J. WOLFF

DR. JUR. HAIo CHR. BEIL

FRANKFURT AM MAIN-HÖCHST 18,

ADELONST8ASSE5Ö

Unsere Nr. 17 510

PHARMACIA PINE CHEMICALS AB Uppsala / Schweden

Verfahren zur chromatographischen Trennung von Substanzgemischen und Säulenvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur chromatographischen Trennung von Substanzgemischen unter Verwendung einer Trennmittelschicht, wobei die Schicht mit einer Lösung des zu trennenden Gemischs beschickt und das Elutionsmittel zur Schicht geleitet wird, um zu erreichen, daß Flüssigkeit durch die Schicht zur Gewinnung von mindestens zwei Fraktionen des SubstanzgemischET fließt und wobei die Schicht in mindestens zwei getrennten Teilen getrennt bleibt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die bewegliche Flüssigkeit, die die Schicht durchdrungen hat, zu einem schmalen Strom zwischen den beiden Teilen der Schicht sammelt, um alle Teile der Flüssigkeit, die die Auslaßseite eines Schichtteils verlassen, miteinander zu vermischen, und dann die Flüssigkeit des schmalen Stroms über die Einlaß—

209823/Q755

2187594

— ρ <_

seite des angrenzenden Schichtteils, gesehen in Bewegungsrichtung der Flüssigkeit, verteilt.

Vorzugsweise werden die Schichtteile in verschiedenen Ebenen übereinander angeordnet. Dabei können die Schichtteile insbesondere vertikal übereinander angeordnet sein.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Säulenvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die aus mindestens zwei voneinander getrennten Schichtteilen eines vorzugsweise als körniges Gut vorliegenden Trennmittels besteht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich jeder Schichtteil in einer Säuleneinheit befindet, die aus einem Deckelelement, einem Bodenelement und einem Zwischenteil besteht, wobei die Säuleneinheiten unter Bildung der Säulenvorrichtung miteinander verbunden sind, das Deckel- und das Bodenelement jeweils runde Platten sind, die in verschiedenen Abständen zur Mitte der Platte Löcher oder öffnungen aufweisen, Flüssigkeitstransportleitungen mit den Löchern oder öffnungen und mit einem an der Platte angebrachten rohrförmigen Teil verbunden sind, der rohrförmige Teil als Sammelvorrichtung dient, wenn die Platte als Bodenelement verwandt wird, und als Verteilungsvorrichtung, wenn die Platte als Dekelelement verwandt wird, und wobei der rohrförmige Teil mit dem äquivalenten Teil an der angrenzenden Säuleneinheit verbunden ist.

Erfindungsgemäß sollten die Einlaßöffnungen oder -löcher des Deckelelements der Säuleneinheit vorzugsweise so angeordnet sein, daß eine möglichst einheitliche Verteilung der Flüssigkeit erreicht wird, die von einer Säuleneinheit

209823/0755

zur nächsten Säuleneinheit, gesehen in Bewegungsrichtung der Flüssigkeit, bewegt wird. Wenn der Durchmesser des kreisförmigen Deckelelements 0 ist, sollten die öffnungen auf zwei angenommenen Kreisen mit dem Durchmesser 0^ und $₂ angeordnet sein, wobei der Quotient aus 0^0 zwischen 0,40 und 0,60 und der Quotient aus $₂^ zwischen 0,55 und 0,75 beträgt. Das von dem Deckelelement Gesagte gilt auch für das Bodenelement.

Die Zahl der Einlaß- bzw. Austrittsöffnungen auf jedem Kreis kann zwischen 3 und 10, vorzugsweise 3 und 6, betragen.

Die Erfindung soll nun anhand einer Ausführungsform ausführlicher beschrieben werden, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, bei denen Figur 1 eine Säuleneinheit einer Gelfiltrationssäule zeigt, wobei die Säuleneinheit aus zwei erfindungsgemäßen Komponenten und einem röhrenförmigen Teil besteht. Die drei Elemente sind als Darstellung in.auseinandergezogener Anordnung gezeigt.

Figur 2 zeigt diese Elemente zusammengefügt und

Figur 3 zeigt eine Anzahl von Säuleneinheiten, die in einer Rahmenstruktur zusammengefügt sind, um eine Gelfiltrationssäule zu bilden.

In Figur 1 ist 1 eine Platte, die als Deckelelement zum Aufbau einer Gelfiltrationssäule dient; 2 ist eine Platte, die als .Bodenelement der gleichen Säuleneinheit dient. Zwischen den beiden Platten ist ein röhrenförmiges Teil 3 angeordnet.

2 09823/0755

Figur 2 zeigt die Säuleneinheiten in zusammengefügter Form. Die Säuleneinheit, die in zusammengefügter Form wie eine Trommel aussieht, soll eine aus Gelkörnchen bestehende Gelschicht aufnehmen. Die Gelschicht wird von einem Netz mit relativ grober Maschenverteilung (nicht gezeigt), das an der Seite des Bodenelements in Richtung des Innern des röhrenförmigen Teils anliegt, und einem Netz mit feinerem Maschenwerk (nicht gezeigt) gestützt. Die Gelkörnchen sind in Fig. 1 mit 4 bezeichnet. Die drei Hauptkomponenten der Säuleneinheit tk werden in der beispielhaften Ausführungsform durch Verschlüsse (bolts) 5 zusammengehalten, die in die Einschnitte 6 der beiden Platten 1 und 2 und in das röhrenförmige Teil 3 an den Krempen 7 und 8 am Ende desselben eingesetzt werden.

Jedes Boden- bzw. Deckelelement ist mit. einer Reihe von öffnungen 9 versehen, die in verschiedenen Radien vom Mittelpunkt der Platte angeordnet sind. Mit jeder öffnung ist eine Flüssigkeitstransportleitung 10 verbunden, die so angeordnet ist, daß Flüssigkeit zwischen die öffnung in der Platte und einem Rohrteil 11, der mit mehreren Transportleitungen verbunden ist, getragen wird. Der Rohrteil 11 soll mit seinem äquivalenten Teil in einer direkt darüber oder darunter " angeordneten Platte durch eine zusätzliche Flüssigkeitstransport leitung 12 verbunden sein. Diese Leitung 12 kann mit einem Ventil versehen sein.

Figur 3 zeigt eine aus Säuleneinheiten aufgebaute Gelfiltrationssäule. Zur Stützung jeder Säuleneinheit, von denen die oberste mit 13 beziffert ist, wird eine Rahmenstruktur mit Seitenstücken 14 und15 verwendet, die übereinander angeordnete Stützarme 16 tragen.

209823/0 755

Das Trennverfahren mittels Gelfiltration wird in zwei Stufen, nämlich der Beschickungsstufe und der Elutionsstufe, durchgeführt. In der Beschickungsstufe wird eine Lösung der voneinander zu trennenden Substanzen in die oberste Säuleneinheit eingeleitet. Die Lösung wird durch die Transportleitung 12 geleitet und durch die Transportleitung 10 auf verschiedene Zonen des oberen Teils einerin der Säuleneinheit befindlichen Gelschicht verteilt, wobei die Gelschicht gequollene Gelkörnchen mit einer solchen Porengröße enthält, daß Substanzen mit relativ großen Molekülen nicht in das Innere der Körnchen eindringen können, während Substanzen mit relativ kleinen Molekülen dies tun können. In der anschließenden Elutionsstufe wird der Eluent durch die Transportleitung 12 geleitet,und die Substanzen im Ausstoßgemisch (output mixture) wanderen mit verschiedener Geschwindigkeit, je nach ihrer Molekülgröße, in der Säule nach unten, wobei Substanzen mit größeren Molekülen schneller wandern und sich Substanzen mit kleineren Molekülen langsamer bewegen. In der Elutionsstufe ist es möglich, Fraktionen von verschiedenen, im Ausstoßgemisch vorhandenen Substanzen aus dem unteren Teil der Säule oder jeder geeigneten Säuleneinheit zu entfernen.

Die erfindungsgemäßen Säuleneinheiten besitzen den Vorteil, daß sich dabei Säulen zusammensetzen lassen, die für verschiedene Trennverfahren geeignet sind. Pur ein einfaches Trennverfahren wie beispielsweise die Entsalzung einer Proteinlösung, genügt es, nur wenige Säuleneinheiten zusammenzufügen, während ein komplizierteres Trennverfahren, z.B. die Trennung eines Proteingemischs, eine größere Anzahl von Säuleneinheiten erfordern kann. Trotz der

209823/0755

™" D ""

Tatsache, daß die Flüssigkeit zunächst während der Elutionsstufe in einen gemeinsamen Strom unterhalb jeder Säulaneinheit gesammelt wird und anschließend nach einem kurzen Transportweg wieder über eine relativ größe Fläche in einer Gelschicht verteilt wird, wurde keine Beeinträchtigung des Trennergebnisses beobachtet. Die Substanzen können aus dem unteren Teil der Säule in Fraktionen abgezogen werden, fc die genauso gut getrennt sind, als wenn eine Säule verwendet worden wäre, die kombinierten Gelschichten der Säulenein-

heiten entspricht.

Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet, wenn Substanzen mit übermäßig großen Molekülen, z.B. Viren, aus niedermolekularen Substanzen getrennt werden sollen. Zu diesem Eweck sind Körnchen mit einer hohen Ausschluß-

un
grenze erforderlich. Es ist/möglich, Gelkörnchen her zustelle'

die dem Druck in einer Säule standhalten, ohne daß man besondere, technisch kompliziertere Maßnahmen ergreift. Wenn die Gelkörnchen übermäßig stark zusammengepreßt werden, ist der Fluß der Lösung durch die Säule zu schwach, als ™ daß ein technisches Verfahren mit Erfolg durchgeführt werden könnte. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, daß eine relativ hohe Gelfiltrationsschicht aus Gelkörnchen, die aufgrund der bei der hohen Ausschlußgrenze erforderlichen Elastizität dazu neigen, den Lösungsfluß durch die Schicht zu hindern, in mehrere Schichten von einer so geringen Höhe zu trennen, daß die Elastizität der Körnchen keinen ernsthaften Nachteil für den Lösungsfluß darstellt.

209823/0755

Das Trennergebnis ist jedoch durch das Sammeln der Lösung und deren Verteilung als Folge der Verbindung der Säuleneinheiten nicht gefährdet, wobei es wichtig ist, daß solche Verbindungen so einfach wie möglich gestaltet sind.

209823/0 7 55

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur chromatographisehen Trennung von Substanzgeraischen unter Verwendung einer Trennmittelschicht, wobei die Schicht mit einer Lösung des zu trennenden . Gemischs beschickt und das Elutionsmittel zur Schicht geleitet wird, um zu erreichen, daß Flüssigkeit durch die Schicht zur Gewinnung von mindestens zwei Fraktionen des Substanzgemischs fließt und wobei die Schicht in mindestens awei getrennten Teilen getrennt bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß man die bewegliche Flüssigkeit, die die Schicht durchdrungen hat, zu einem schmalen Strom zwischen den beiden Teilen der Schicht sammelt, um alle Teile der Flüssigkeit, die die Auslaßseite eines Schichtteils verlassen, miteinander zu vermischen, und dann die Flüssigkeit des schmalen Stroms über die Einlaßseite des angrenzenden Schichtteils verteilt.

2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schichtteile auf verschiedenen Ebenen anordnet, wobei die Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft durch die Schicht fließt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schichtteile auf gleicher Ebene anordnet, wobei die Flüssigkeit mittels einer Pumpvorrichtung durch die Teile geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man äs Trennmittel ein Gel verwendet.

209823/0755

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trennmittel einen Ionenaustauscher verwendet.

6. Säulenvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die aus mindestens zwei voneinander getrennten Schichtteilen eines Trennmittels besteht, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder Schichtteil in einer Säuleneinheit befindet, die aus einem Deckelelement, einem Bödenelement und einem Zwischenteil besteht, wobei die Säuleneinheiten unter Bildung der Säulenvorrichtung miteinander verbunden sind, das Deckel- und das Bodenelement jeweils runde Platten sind, die in verschiedenen Abständen zur Mitte der Platte Löcher oder Öffnungen aufweisen, Flüssigkeitstransportleitungen mit den.Löchern oder Öffnungen und mit einem an der Platte angebrachten rohrförmigen Teil verbunden sind, der rohrförmige Teil als Sammelvorrichtung dient, wenn die Platte als Bodenelement verwandt wird, und als Verteilungsvorrichtung, wenn die Platte als Deckelelement verwandt wird, und wobei der rohrförmige Teil mit dem äquivalenten Teil an der angrenzenden SäuTeneinheit verbunden ist.

7. Säulenvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Säuleneinheiten auf verschiedenen Ebenen angeordnet sind.

8. Säulenvorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Säuleneinheiten vertikal übereinander angeordnet sind.

209823/07 55

- ίο -

9. Säulenvorrichtungjnach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Säuleneinheiten im wesentlichen auf einer Ebene angeordnet sind, wobei eine Pumpvorrichtung zwischen den Einheiten zum Transport der Flüssigkeit zwischen denselben angeordnet ist.

Für

PHARMACIA FINE CHEMICALS AB

Dr. H; J. Wolff Rechtsanwalt

209823/0755

if

Le.e r s e i t e