适合HPLC馏分的一项先进的冻干技术（一）

简介

干燥高效液相色谱（HPLC）纯化馏分（主要成分为水和乙腈）是众多实验室中一项常见且重要的实验任务。实验的要求是将样品干燥成粉末状，以便准确称量样品、进行二次取样或再次溶解。因此，冷冻干燥是实验的首选技术，但是常规的大型冷冻干燥系统可能难以处理有机溶剂，因为有机溶剂很容易在样品中暴沸，并因此损坏真空泵，造成样品损失。Actelion Pharmaceuticals采用Genevac公司¹ 开发的快速冻干法（LyoSpeed™），使用Genevac HT-12离心蒸发仪来完成这项工作。LyoSpeed方法通过离心机来控制样品的沸腾情况，使有机溶剂浓缩，并避免样品损失，然后从冷凝器中抽出有机溶剂，使剩余的水份冻干。这种方法对于亲水性样品而言非常有效，但如果样品不能溶于水，已经去除有机溶剂的样品将会溃散，甚至会形成油脂状。这些样品则需要更进一步的处理才能形成所需的干粉状态。

限制因素

标准化合物库的平均操作成功率（完全冻干vs油性化合物）约为50％。根据化合物的不同属性，最低和最高操作成功率可分别达到30％和90％。取得较高操作成功率的简单方法，就是让样品冻干并使乙腈仍然保留在样品中。遗憾的是，现有的设备还无法实现这样的操作效果。

在硬件上也存在一定的限制因素，尤其是HT-12蒸发仪中溶剂冷凝器（VC3000）表现出的温度特性。VC3000可以达到的最低温度为-50°C，这就限制了蒸发系统可以达到的真空度。为了取得良好的冻干效果，真空度应尽可能低，最理想的状态是能够达到0.1mbar以下。例如，0.5mbar压力条件下纯净水的沸点为-32℃，但乙腈在同等真空条件下的沸点可降至-61°C，因此会在煮沸时喷出冷阱和堵塞真空泵，导致蒸发系统中的压力上升。压力上升会提高溶剂的沸点，致使冻干效果不理想，甚至会导致冻干过程彻底失败。使用LyoSpeed方法的目的不在于使样品彻底冻干（如生产疫苗），而是要制出非油状干燥粉末。正如真正的冻干过程一样，只有实现更好的真空度，才能获得更好的实验结果。

开发出高级溶剂冷凝器

问题的解决办法很明确，即实验室需要更能制冷的冷凝器，以便在低真空度条件下使样品浓缩并保留住乙腈成分。 研究人员与Genevac公司的工程设计团队合作，通过连接至HT-12蒸发器的VirTis Benchtop K -85°C冷冻干燥机 (BTK)，对 VC3000 冷凝器进行了一系列的基准测试。工作团队根据相应的实验结果，开发出了命名为VC6000（图1）的HT-12新型冷凝器。 VC6000的设计根据BTK的构造演变而来，具有更强的冷凝功效、可缩短除霜时间，且具有Genevac系统耐溶剂性。

图 1 – 连接VC6000冷凝器的Genevac HT-12蒸发系统

材料与方法

进行测试的Genevac HT-12蒸发系统与VC3000，BTK或VC6000冷凝器相连。10ml样品成分为水和乙腈混合物（体积比为50:50），制备样品的容器为直径16mm高度100mm的玻璃瓶，管壁厚度为1.2mm。坚实的PVDF塑料样品架放置于HT-12蒸发器的翼侧，并装有24支玻璃试管。每支玻璃试管中的溶剂成分为： 非化合物，或20mg Diovan或市售的20mg其他化学物质，以及亲脂性材料邻苯二甲-β-丙氨酸（AI028492）。Diovan和AI028482都是较难从HPLC馏分中冻干的样品，因此这样的组合形成了“最难处理”的样品。在两种负载情况下测试每一款冷凝器。一种情况采用4架样品（96支试管），另一种情况采用12架样品（满载288支试管）。

所有样品和每一款冷凝器都采用相同的方法：

1.    利用Dri-Pure®真空坡道控制样品沸腾/暴沸情况，操作时长为 1小时

2.    无热全真空处理，操作时长为3小时

3.    在40°C温度条件下对样品架进行全真空热处理，操作时长为4小时

4.    全真空无热处理，操作时长为18小时

第4阶段的处理时间很长，采用这种方法进行测试，实际的干燥时间可由记录的数据图表获取。