Különleges eljárások

Ezeknek az eljárásoknak a kidolgozásával minden esetben azt célozták meg, hogy a velük egyenértékű hagyományos szimulált mozgóágyas technikával elérhető teljesítmény-jellemzőket tovább tudják javítani. Általánosan érvényes rájuk, hogy − eljárástól függően eltérő − de nagyobb szabadsági fokkal rendelkeznek a hagyományos SMB eljáráshoz képest, ezért bonyolultabbak, de több lehetőséget rejtenek magukban a hatékonyabb elválasztás megvalósítására.

5.1 A Varicol eljárás

A Varicol folyamat a szimulált mozgóágyas eljárásnak egy speciális megvalósítása [81, 82].

A hagyományos SMB eljárás esetén a fázisok szimulált ellenáramú mozgatását a betáplálási és elvételi pontok helyének bizonyos ∆t időközönkénti, a folyadék áramlási irányával megegyezően történő, oszloponkénti arrébb léptetésével oldják meg. A betáplálási és elvételi helyek egymással szinkronban lépnek tovább, így a zónánkénti oszlopszám mindig azonos marad. Az SMB eljárás konfigurációja megadható a zónánkénti oszlopszámmal.

Ezzel szemben a Varicol eljárásnál a betáplálási és elvételi pontok nem egymással összhangban lépnek arrébb egy ∆t időintervallumon belül. Ebben az esetben a zónánkénti oszlopszám nem marad állandó a ∆t idő alatt.

Amíg az SMB megfeleltethető az ekvivalens TMB-nek, addig a Varicol megfeleltethető az ekvivalens Varizone-nak. A Varizone folyamat elve, hogy a klasszikus TMB folyamatot úgy módosítjuk, hogy az egyes zónák hossza időben változik.

A Varizone gyakorlati megvalósítása a Varicol folyamat. Mivel egy időintervallum alatt a zónánkénti oszlopszám változik, ezért a Varicol folyamat a léptetési időre átlagolt zónánkénti oszlopszámmal jellemezhető, amely általában tört szám. Ebből következik, hogy míg a hagyományos négy zónás, négy oszlopos SMB esetén csak egyféle konfiguráció (1-1-1-1) lehetséges, addig a négyoszlopos Varicol esetén elvileg végtelen számú konfiguráció elképzelhető. Ez teszi a Varicol folyamatot nagyon sokoldalúvá és hatékonnyá a hagyományos SMB-vel szemben, különösen csak kevés számú oszlop alkalmazása esetén.

Több tanulmányban [81, 82] olvashatunk az irodalomban arról, hogy a szerzők a Varicol folyamat nagyobb szabadsági fokát kihasználva az egyenértékű (azonos töltetmennyiséget alkalmazó) hagyományos SMB művelethez képest kedvezőbb fajlagos paraméterekkel (nagyobb termelékenység, kisebb fajlagos oldószerfogyasztás) rendelkező Varicol eljárásokat valósítottak meg.

5.2 Gradiens SMB eljárás

Az elúciós kromatográfiában régóta ismert és alkalmazott a gradiens mód, amikor az elválasztás időtartama alatt változtatják az oldószer összetételét egy előre meghatározott program szerint. A változtatás olyan módon történik, hogy az oldószerelegy elúciós erőssége növekedjen, ilyen módon az elválasztandó elegyben lévő nagyon eltérő polaritású molekulák reális időn belül elválaszthatók.

A gradiens mód alkalmazása a szimulált mozgóágyas technikában is felvetődött.

Létrehozható nyomás, hőmérséklet, pH és oldószer gradiens. Az első kettő a szuperkritikus és gázfázisú alkalmazásoknál terjedt el, az utóbbi kettő alkalmazható a folyadékfázisú rendszereknél, de az oldószer gradiens (Solvent Gradient-SMB, SG-SMB) alkalmazása gyakoribb. Itt azonban az oldószer összetétel változtatás nem időben, hanem térben, az oszlopok hossza mentén történik. Az SMB egység egyes szegmenseiben olyan módon hangolják az oldószer összetételét, hogy az I-es és II-es zónában a jobban kötődő komponens

adszorpciójának erőssége és ezzel együtt retenciója csökkenjen, a III-as és IV-es zónában pedig a kevésbé kötődő komponens adszorpciójának erőssége és ezzel együtt retenciója növekedjen. Így olyan elválasztásoknál, ahol izokratikus módban kicsi a szelektivitás (α∼1,1-1,2) a termelékenység növelhető az elválasztás szelektivitásának javítása révén.

Egy ilyen elválasztás tervezése azonban nagyon bonyolult [83, 84], mert sok olyan paramétert kell vizsgálni, amelyek változnak az oldószer összetétel változásával és egymásra is hatnak. Változik az egyensúlyi izoterma, a retenció, a viszkozitás, amely kritikus lehet a rendszerben létrejövő nyomásesés szempontjából, továbbá az oldhatóság, és ennek kapcsán akár oldhatósági problémák is felléphetnek a rendszerben. Gradiens alkalmazásoknál állhat elő olyan eset, amikor az oszlopokon belüli oldatfázisbeli koncentrációprofil úgy alakul, hogy töményebb oldat jön létre, mint a betáplálás. Ekkor az anyag kiválhat az oszlopokon belül, ami nyomásnövekedést okoz, és az elválasztást az adott paraméterekkel lehetetlenné teszi.

A fentebb említett két tanulmányban [83, 84] a szerzők nem optimálást végeznek, csak egy tervezési folyamatot mutatnak be az egyensúlyi elmélet keretein belül, a Morbidelli-féle háromszög elmélet alkalmazásával. Úgy kell megválasztani a paramétereket, hogy egyidejűleg teljesüljenek a Morbidelli-féle kritériumok a teljes szétválasztásra vonatkozóan, és az oldószer-mérlegek is az egyes szegmensekre és a rendszer egészére vonatkozóan.

Attól függően, hogy milyen körülményeket választunk, a háromszög alakja és helyzete eltérően módosul az izokratikus esethez képest.

A szerzők azt az általános megállapítást teszik, hogy a lehetséges maximális különbséget kell létrehozni a betáplálás és a friss eluens összetétele közt, mert ekkor lesz a teljes szétválasztás (torzult) háromszögének területe a legnagyobb. (Ha a betáplálás célszerűen a gyengébb oldószerből történik.)

Az elválasztás finom beállítása is felvet egy sor problémát, mert ha változtatjuk akár a léptetési időt, akár a friss deszorbens áramát, (vagy a recirkulációs áramot zárt körnél) az oldószer összetétel változik az oszlopok hossza mentén, így a teljes szétválasztás tartománya is változni fog a finombeállítás során. Az egyszerűség kedvéért általánosságban ezért az mondható, hogy akár a léptetési időt, akár a recirkulációs, vagy friss deszorbens áramot növeljük, az a raffinátum kimenet irányába tolja a koncentráció frontokat, míg ha csökkentjük ezeket a paramétereket akkor az extraktum kimenet felé tolódnak el a frontok.

Végezetül megállapítható, hogy a gradiens SMB alkalmazása széleskörű előzetes vizsgálatot igényel, és jóval több adatra van szükség az oldószer összetételének függvényében a tervezéshez, mint az izokratikus mód esetén.

5.3 PowerFeed, Parciális Feed és ModiCon eljárások

Ezek az eljárások azért kerültek egy helyre, mert abban nagy köztük a hasonlóság, hogy bizonyos műveleti paraméterek értékeit változtatják ciklikusan mindegyik esetben egy kapcsolási időn belül. A periódikus változtatások a folyadék áramokat vagy a betáplálási koncentrációt érintik.

A folyadék áramokat változtatják egy kapcsolási időn belül a Parciális Feed [85] és a PowerFeed eljárásnál [86, 87]. A parciális Feed eljárásnál csak a betáplálási áram változik, illetve ennek megfelelően a raffinátum áram. A Powerfeednél több áramot is változtathatnak a szabadsági fokok számának megfelelően.

A betáplálási koncentráció ciklikus változtatását valósítják meg egy taktusidő alatt a ModiCon eljárásnál [64].

Az áramok változtatásának hátránya, hogy mivel nagy a változók száma, ezért nehéz optimálni a folyamatot, és a gyakorlati kivitelezése is nehézkesebb, mintha csak a bemeneti koncentrációt változtatjuk. Előnye viszont, hogy olyan esetekben is alkalmazható, ahol az oldhatósági határ közelében működtetik a készüléket, és így nincs mód további koncentrációnövelésre.