专利摘要:

公开号:WO1985004594A1
申请号:PCT/CH1985/000054
申请日:1985-04-03
公开日:1985-10-24
发明作者:Szabolcs Nyiredy;Clemens Erdelmeier;Otto Sticher
申请人:Szabolcs Nyiredy;Clemens Erdelmeier;Otto Sticher;
IPC主号:G01N30-00
专利说明:
[0001] VERFAHREN UND EINRICHTUNG FÜR DIE TRENNUNG VON KOMPONENTEN
[0002] AUS GEMISCHEN MIT SEQUENZZENTRIFUGALE SCHICHTCHROMATOGRAPHISCHER
[0003] TECHNIK
[0004] Hintergrund der Erfindung
[0005] Die Verwendung der präparativen zentrifugalen Schicht¬ chromatographie zur Trennung von Komponenten eines Gemisches ist bekannt (Z. Deyl, J. Rosmus und . Pavlicek, Chromatogr. Rev. (1964) 19; E. Heftmann, J.M. Krochta, D.F. Farkas und S. Schwimmer, J. Chromatogr. S_[ (1972) 365). Diese Methode ist geeignet zur Trennung von Naturstoffen (K. Hostettmann, M. Hostettmann-Kaldas und 0. Sticher, J. Chro¬ matogr. 202 (1980) 154; I.R. Hunter, E. Heftmann, J. Liq. Chromatogr. 6_ (1983) 281) und technischen oder synthetischen Substanzen (S. Sekiya, K. Tsuji und M. Yamanaka, Yukagaku 28 (1979) 497; S. Chen und J. Wang, Huaxue Tongbao 10_ (1982) 591; F. Derguini, V. Balogh-Nair und K. Nakanishi, Tet¬ rahedron Lett. (1979) 4899).
[0006] Schwierige Trennungen wie z.B. von Mischungen mit mehreren Isomeren oder von komplexen Naturstoffgemischen, sind bisher in der Literatur noch nicht beschrieben worden. Gewisse Trennprobleme sind nur in mehreren Trennschritten lösbar (C.A.J. Erdelmeier, Ph. D.. Thesis, ETH Zürich, Nr. 7294 (1983)).
[0007] Seit 1979 ist ein Gerät bekannt (U.S. Patent Nr.4, 139, 458) , das eine für die Trennungen ausreichende Zentrifugalkraft, sowie eine kontinuierliche Sammlung von getrennten Komponen¬ ten, und die Herstellung von Platten mit überall konstanter Schichtdicke ermöglicht. Das Gerät erlaubt darüber hinaus präparative Trennungen im grösseren Massstab (mehrere 100 mg) .
[0008] Der Nachteil der bisherigen präparativen zentrifugalen Schichtchromatographie-Methoden und -Geräte liegt darin, dass die Kapazität und die Trennleistung selbst hergestellten Dünnschichtplatten vergleichbar und somit im allgemeinen nicht genügend ist. Die horizontale Schichtchromatographie ermöglicht im Gegen¬ satz zur vertikalen Schichtchromatographie eine praktisch lineare Geschwindigkeit des Eluenten, erlaubt aber keine präparative Arbeitsweise ohne Auskratzen von Substanzzonen.
[0009] In den letzten Jahren wurde eine neue- Dünnschichtchromato- • graphie-Technik, die Sequenz-Dünnschichtchromatographie als analytische Methode beschrieben (P. Buncak, GIT, Supple¬ ment Chromatographie (1982) 3; U. Klemm, GIT, Supplement Chromatographie (1982) 9). Diese Technik beruht ebenfalls auf einer horizontalen Entwicklung, d.h. sie arbeitet mit praktisch linearer Geschwindigkeit des Eluenten.
[0010] Bei der Sequenz-Dünnschichtchromatographie wird das Fliess¬ mittel auf einer Linie zugeführt und die Zufuhr ist örtlich und zeitlich parallel variierbar. Bei dieser Methode wird das 'Fliessmittel ausschliesslich mit Hilfe der Kapillar¬ aktivität gefördert.. Man kann somit Abschnitte eines Gesamt- chromatogramms in ihrer Trennung verbessern, indem für diese Teilprobleme die optimale Fliessmittel-Zusammensetzung gewählt wird.. Diese Methode ist jedoch für präparative Zwecke nicht ohne Auskratzen und Elution von Substanzzonen verwendbar.
[0011] Einleitung
[0012] Der Grund für dieses Patent liegt darin, dass die Kapazität und Trennleistung der präparativen zentrifugalen Schicht¬ chromatographie noch wesentlich gesteigert werden kann durch Realisierung einer neuen Sequenztechnik, welche die Kombination von Zentrifugal- und Kapillarkraft unter Ver¬ wendung passender Lösungsmittel ausnützt.
[0013] Diese neue on-line präparative Methode integriert die Vor¬ teile der präparativen zentrifugalen Schichtchromatographie, der analytischen Horizontal-, Antizirkular- und der Sequenz¬ dünnschichtchromatographie, so dass die Trennung und Reini¬ gung von Naturstoffen oder synthetischer Produkte wesentlich verbessert wird.
[0014] Die vorliegende Erfindung erweitert die präparativen zentri¬ fugalen schichtchromatographischen Methoden, indem die Lösungsmittelaufgabe, vom Trennprob'lem abhängig, örtlich und zeitlich variabel eingesetzt werden kann. Das Fliess¬ mittel wird punkt- oder ringförmig aufgetragen, in der Schicht jedoch immer ringförmig gefördert.
[0015] Die vorliegende Erfindung beseitigt die Nachteile der Lö¬ sungsmittelzufuhr-Einrichtungen der bisher bekannten zentri¬ fugalen Schichtchromatographie-Techniken. Dadurch sollen schwierige Trennungen auf einer einzigen Schicht möglich sein. Weiteres Ziel der Erfindung ist, mittels einer speziel¬ len Sequenztechnik einen für chromatographisch schwer trenn¬ bare Substanzen möglichst grossen Trennweg zu erreichen. Ferner ist es Gegenstand der Erfindung, nach chromato¬ graphischen Grundtrennungen gebildete äussere Substanz¬ mischzonen mit einem spezifischeren, selektiven Fliessmittel aufzutrennen, so dass Zonen, die innerhalb der Fliessmittel- aufgabe liegen, stationär bleiben. Ein Ziel der Erfindung ist, den Zeitaufwand der Trennung und Elution komplexer Substanzgemische zu verkleinern. Schliesslich ist mit dieser Erfindung beabsichtigt, bereits sauber abgetrennte Komponenten mit einem starken Eluenten schnell und konzentriert zu eluieren.
[0016] Beschreibung der Erfindung
[0017] §-=i!-Ξ-£§i!2B22_-_.-=E_-!-!9H§2.5-=2^ richtungen
[0018] Das Verfahren sieht vor, nach einer ersten chromatographi¬ schen Grundtrennung in verschiedener Art und Weise (s. später) weiterzufahren.
[0019] Für den Betrieb der sequenzzentrifugalen Schichtchromatogra¬ phie sind grundsätzlich vier verschiedene technische Einrich¬ tungen verwendbar. Davon arbeiten die ersten drei Einrichtun¬ gen (I) (20 in Abb. 1) mit rotierendem Rotor, wobei die Lösungsmittelzufuhr entweder innerhalb der Kammer oder ausserhalb, über dem Kammerdeckel befestigt wird. Die vierte, kreisförmige Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung (II) (19 in Abb. 2) wird bei stehendem Rotor auf der Platte plaziert. In Abb. 1-5 bedeutet 8 die chromatographische Kammer, 9 die Glasbedeckung mit Halter und 10 die chromatographische Platte.
[0020] 1. Der Analog-Betriebsort- ähler mit einem Gelenkarm-Mecha¬ nismus (Abb. 3)
[0021] Die Wahl des Betriebsorts wird mit dem Einstellknopf 1 durchgeführt, mit dessen Skala die Operation repro¬ duziert werden kann.
[0022] Die Lösungsmittelaufgabe wird durch das Glasrohr 2 mit der Achse t_ und dem Gelenkarm 3 durchgeführt. Während der Wahl des Operationsortes bewegt sich die Achse t_ der Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung 01 auf einer Bahn des Radius r, in einer Schleife A.. während sich die Achse des Injektors um den Punkt 0_ auf einer Bahn des momentanen Radius r in einer Schleife A.. bewegt. Der Bewegungsspielraum des Gelenkarms 3 ist in Abb. 3 mit 5 und 6 bezeichnet. Der mit 7 bezeichnete Untersatz ist so fixiert, dass die Bahn der Schleife und damit auch die Linie der Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung gerade ist. Der Injektor mit dem Achsenpunkt A. bewegt sich also entlang einer Geraden, während sich der Ein- stellknopf auf einem Radius r. um 0., und um den eigenen Mittelpunkt 0_ bewegt. In der Abb. 3 bedeutet 4 die Dichtung des Gelenkarms.
[0023] 2. Der Diskret-Betriebsortwähler (Abb. 4)
[0024] Im Lösungsmittelaufgabesystem sind Injektoren 11 in einer mit der Zahl der Lösungsmittelaufgabe-Einrichtungs- plätze übereinstimmenden Zahl plaziert. Jeder Injektor li ist durch einen Kanal bis zum Radius des Betriebsort¬ wählers 11 in Injektor-Richtung mit dem Betriebsort¬ wählerzylinder 12 verbunden. Die einzige radiale Boh¬ rung, die sich am Zylinder befindet, verlängert diesen Kanal abhängig von der Stellung des Einstellknopfs 13, mit welchem der Betriebsort gewählt wird, bis zum Punkt 0, . Die Lösungsmittelaufgabe wird durch ein Glasrohr . 14, dessen Achse t mit der Achse des Einstellknopfs mit angebrachter Skala 13 übereinstimmt, durchgeführt.
[0025] 3. Die Analog-Kolben-Einrichtung (Abb. 5)
[0026] Das Lösungsmittelaufgaberohr 15 mit der Achse t.. ist in einen mit einem äusseren Gewinde versehenen Kolben
[0027] 16 eingepasst. Die momentane Position des Betriebsortes
[0028] 17 hängt von der Position des Einstellknopfes mit Skala
[0029] 18 ab. Die Einstellung ist kontinuierlich.
[0030] Bei den technischen Einrichtungen 1-3 ist es möglich, durch Verwendung von zwei oder mehreren Lösungsmittelauf¬ gabe-Einrichtungen das Lösungsmittel an zwei oder mehreren Stellen gleichzeitig aufzugeben.
[0031] 4. Die kreisförmige Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung (Abb. 2)
[0032] Die Wahl des Lösungsmittelaufgabe-Orts ist durch die Verwendung von Ringformen mit unterschiedlichem Radius gegeben. Es wird eine solche Ringformserie 19 verwendet, deren kleinstes Element einen Radius aufweist, der grösser ist als der Radius der Platte 10 beim Schichtanfang; das grösste Element der Ringformserie 19 weist einen Radius auf, der kleiner ist als der Radius der Platte 10 beim Schichtende. Diese Ringformserie 19 kann z.B., wie in Abb. 2 gezeigt, aus Kegelmänteln 19 bestehen. Die Höhe der Kegel hat einen Einfluss auf die Lösungs¬ mittelaufgabe-Geschwindigkeit und sie muss abhängig von der Viskosität des verwendeten Lösungsmittels gewählt werden. Die Kegel müssen aus einem inerten Material bestehen, bei welchen eine gleichmassige Lösungsmittelge¬ schwindigkeit gewährleistet ist, z.B. Chromatographie- Papier.
[0033] Beschreibung_des_Verfahrens
[0034] Die sequentiale zentrifugale Schichtchromatographie-Ein¬ richtung arbeitet so, dass ein zu trennendes Substanzge¬ misch zuerst in der Nähe des Schichtmittelpunkts aufgetragen wird. Eine erste chromatographische Grundtrennung kann dazu führen, dass a) eine oder mehrere äussere rein abgetrennte Substanzzonen und eine oder mehrere innere Gemischzonen entstehen, b) eine oder mehrere äussere Gemischzonen und eine oder mehrere innere Substanzzonen entstehen.
[0035] Im Fall a) wird die Lösungsmittelzufuhr nach der Grund¬ trennung gestoppt und die Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung I so eingestellt, dass die eine oder die mehreren abge¬ trennten Substanzzonen von aussen nach innen nacheinander mit einem starken Elutionsmittel (z.B. Methanol etc.) zent¬ rifugal beschleunigt eluiert werden. Zur'Aufarbeitung der einen oder mehreren inneren Gemischzonen wird die Lö¬ sungsmittelzufuhr wieder gestoppt. Danach wird die rotie¬ rende, nasse Schicht 10 mit einem inerten Gas (z.B. Stick¬ stoff etc.) von entsprechender Temperatur, getrocknet. Nach Trocknung der Schicht 10 wird die Rotation gestoppt. Dann wird eine kreisförmige Lδsungsmittelauf-Einrichtung 19 auf die Schicht 10 gesetzt und die verbliebene(n) Zone(n) mit einem starken Elutionsmittel (z.B. Methanol etc.) mit Hilfe der Kapillarkraf in Richtung des Mittelpunkts bis zum Schichtanfang zurückgestossen, sodass die verbliebene(n) Zone(n) konzentriert wird (werden) und somit zu einer für den nachfolgenden Trennprozess besseren Auflösung führt. [Es besteht aber auch die Möglichkeit, mit einem spezifischen Eluenten die verbliebene(n) Zone(n) in Richtung des Mittel¬ punkts mit Hilfe der Kapillarkraft weiterzuentwickeln. ] Die Lösungsmittelzufuhr wird schliesslich gestoppt, die kreisförmige Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung 19 enfernt und die Schicht 10 bei stehendem Rotor in der vorher besch¬ riebenen Weise getrocknet. Dann wird die verbliebene konzen¬ trierte oder mit Hilfe der Kapillarkraft antizirkular ent¬ wickelte Zone mit einem spezifischen Fliessmittel bei lau¬ fendem Rotor weiter aufgetrennt. Dabei geschieht die Lösungs¬ mittelaufgabe erneut am Anfang der Schicht 10. In der Folge beginnt wiederum das vorstehend beschriebene Prozedere, das so oft wiederholt werden kann, bis die Gesamttrennung befriedigend gelöst ist.
[0036] Im Fall b) wird (werden) die eine oder die mehreren äus¬ sere(n) Gemischzone(n) nach Abstellen der Lösungsmittel¬ zufuhr und entsprechender Einstellung der Lösungsmittel¬ aufgabe-Einrichtung I mit spezifischen Fliessmitteln bei der äussersten Zone beginnend nacheinander getrennt. Für die Behandlung der verbliebenen einen oder der mehreren inneren Gemischzone(n) ist das analoge, vorher beschriebene Vorgehen zu wählen. Wenn der Trennweg zu kurz ist, kann (können) die eine oder die mehreren Gemischzone(n) wieder auf die Innenseite der Chromatographie-Platte 10 zurückge¬ leitet und einer nächsten Entwicklung mit einem passenden Lösungsmittel unterzogen werden.
[0037] Verzichtet man auf die kreisförmige Lösungsmittelaufgabe-Ein¬ richtung (II), besteht die Möglichkeit bei den ersten drei Vorrichtungen (I) bei niedriger Rotationsgeschwindigkeit antizirkular zu arbeiten, damit kann man entweder die nicht getrennten Substanzen in Richtung der Auftragungszone zurück- stossen oder die Substanzen in dieser Richtung mit einem geeigneten Lösungsmittel weiter auftrennen. Anwendungsbeispiel der sequenzzentrifugalchromatographischen
[0038] Schichtchromatographie
[0039] Eine Mischung von fünf Füranocumarinen, 2H,5-Methoxy-Furo [2,3-h] [l]benzopyran-2-on (Iso-Bergapten) , 2H, 5, 6-Dimethoxy- Furo[2, 3-h] [l]benzopyran-2-on (Pimpinellin) , 7H,4-Methoxy- Furo[3,2-g] [l]benzopyran-7-on (Bergapten), 7H,4,9-Dime- thoxy-Furo[3,2-g] [l]benzopyran-7-on (Iso-Pimpinellin) und 2H-6-Methoxy-Furo[2,3-h] [l]benzopyran-2-on (Sphondin) in einer Gesamtmenge von 50 mg wurde in 0,5 ml Chloroform gelöst und an der Innenseite der Chromatographie-Platte, die mit Kieselgel PF 254 (Merck) beschichtet war, aufgetra¬ gen. Der Schichtradius betrug 10 cm, die Rotorgeschwindigkeit war konstant: 750 Rpm.
[0040] Die Abbildung 6 zeigt die Trennung der fünf Fü anocumarine mit der sequenzzentrifugalchromatographischen Schichtchroma¬ tographie in vier Schritten. Bei jedem Teilschritt wird in der Abbildung oben die Trennung auf der Platte dargestellt und unten das entsprechende hypothetische Densitogramm, wobei B = Bergapten, IP = Isopim inellin, Sph = Sphondin, IB = Isobergapten, P = Pimpinellin darstellen. Nach der Trocknung wurden in einer ersten Grundtrennung mit n-Hexan-Tetrahydrofuran (70:30) als Laufmittel Iso-Ber¬ gapten und Pimpinellin (Zone 1) von Bergapten, Iso-Pimpinel¬ lin und Sphondin (Zone 2) abgetrennt (Abb. 6a). Die Tren¬ nung wurde gestoppt, das Adsorbens getrocknet und mit der schwenkbaren Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung die mobile Phase n-Hexan-Chloroform-Tetrahydrofuran (64:16:1) zwischen beide Zonen 1 und 2 aufgegeben. Es wurde bis zur vollstän¬ digen Trennung von Iso-Bergapten und Pimpinellin chro ato- graphiert (Abb. 6b). Dann wurde die Lösungsmittelzufuhr gestoppt, die Schicht getrocknet und die beiden Substanzen mit Hilfe des Schwenkarms mit Methanol nacheinander schnell und in kleinen Volumina aus der Schicht eluiert. Die Substan- stationär. Nach erneuter Trocknung der Platte wurde, wieder in der Nähe des Mittelpunkts beginnend, mit n-Hexan-Chloro- form-Tetrahydrofuran (64:16:1) als Lösungsmittel chromatogra- phiert, bis Bergapten deutlich von Iso-Pimpinellin und Sphondin getrennt als eine Zone zu erkennen war A(bb. 6c). Der Laufmittelfluss wurde wiederum gestoppt und die Bergap- tenzone nach Zwischentrocknung mit Methanol schnell und in einem kleinen Volumen eluiert.
[0041] Es wurde in der Folge wiederum getrocknet. Die verbliebenen Substanzen trennte man mit Methylenchlorid 100%, wobei die Lösungsmittelaufgabe wieder in der Nähe des Mittelpunktes stattfand.
[0042] Um einen für die Trennung der noch verbliebenen Substanzen ausreichend grossen Trennweg zu haben, wurde die Rotation gestoppt, ein passender Kegel aus speziellem Filterpapier aufgesetzt und die- Zone mit Methanol in Richtung des Mittel¬ punktes bis zur Nähe des Schichtanfangs zurückgestossen. Nach Zwischentrocknung wurden Iso-Pimpinellin und Sphondin schliesslich mit Methylenchlorid 100% bis zur deutlichen Zonentrenπung separiert (Abb. 6d) . Nach Zwischentrocknung wurden beide Substanzen unter Verwendung von Methanol nach¬ einander schnell und in kleinen Volumina aus der Schicht herausgewaschen.
[0043] Nach der Patentanmeldung eingreichte Veröffentlichungen über diese Technik
[0044] 1) Sz. Nyiredy, C.A.J. Erdelmeier und 0. Sticher, Farm. Tijdschr. Belg. 61 (1984) 262.
[0045] 2) Sz. Nyiredy, C.A.J. Erdelmeier und 0. Sticher, HRC & CC 8_ (2) , (1985) 73
[0046] 3) C.A.J. Erdelmeier, Sz.Nyiredy und 0. Sticher, HRC & CC (3), (1985) 132
[0047] 4) Sz. Nyiredy, C.A.J. Erdelmeier und 0. Sticher, Instrumental Preparative Planor Chromatography in "Planor Chromatography" (Ed. R.E. Kaiser et al), Dr. A. Hüthig Verlag, Heidelberg - New York - Basel (in press)
权利要求:
ClaimsPatentansprüche
1. Das Verfahren zur Trennung von Komponenten mit der se¬ quenzzentrifugalen schichtchromatographischen Technik ist dadurch gekennzeichnet, dass a) das zu trennende Gemisch auf den zentralen Teil eines drehbaren Rotors aufgetragen wird; b) mit Hilfe einer (mehrerer) zwischen dem Zentrum und dem Rand des Rotors beliebig beweglichen Lösungsmittel- Aufgabe-Einrichtung(en) ein auf den rotierenden Rotor aufgetragenes Gemisch mit dem Eluent A, aufgrund der unterschiedlichen Migration der Komponenten in der Weise getrennt werden, dass das Gemisch durch das sich auf dem Rotor befindende Adsorbens durch Verwendung der Zentrifugalkraft durchgelassen wird; c) die Trennung gegebenenfalls mittels Unterbrechung der Lösungsmittelaufgabe gestoppt und die Trennung in einer Weise fortgesetzt wird, dass mit einem auf einem beliebigen Platz in Kreisringform aufgetragenen Eluent B, der von Eluent A unterschiedlich, oder mit demselben identisch sein kann, die sich im adsor¬ bierenden Medium befindenden Komponenten, vom Ort der Aufgabe des Eluents B abhängig, in die Richtung des Rotorzentrums und/oder des Rotorrandes in erster Linie durch Kapillarkraft bewegt wird; d) nach Unterbrechung der Lösungsmittelaufgabe das adsor¬ bierende Medium getrocknet wird; e) dann wird die Trennung auf dem rotierenden Rotor mittels der Lösungsmittelaufgabe- Einrichtung(en) aufgetragenen Eluents C, der von Eluenten A und B unterschiedlich, oder mit demselben identisch sein kann, durch Anwendung der Zentrifugalkraft fortge¬ setzt; f) Punkte d) und e) werden gegebenenfalls einmal oder mehrmals wiederholt; g) die aus dem rotierenden Rotor ausgestossenen Kompo¬ nenten gesammelt und abgeleitet werden.
2. Die sequenzzentrifugalen schichtchromatographischen Lösungsmittelzufuhr-Einrichtungen sind dadurch gekenn¬ zeichnet, dass dieselben aus folgenden Teilen bestehen: a) aus einer oder mehreren Lösungsmittelaufgabe-Einrich¬ tung(en) I, die zwischen dem Zentrum und dem Rand eines Rotors beliebig beweglich und einstellbar befestigt ist(sind), und die so angeordnet ist(sind), dass das aufzugebende Lösungsmittel auf einen bestimmten Punkt des Rotors aufgebracht wird, b) aus einer oder mehreren Lösungsmittelaufgabe-Ein- richtung(en) II, die(die) gegebenenfalls kreisförmig mit veränderbarem Radius geformt ist(sind).
3. Die Lösungsmittelzufuhr-Einrichtungen nach Anspruchspunkt 2 sind dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere LösungsmittelaufgabeEinrichtung(en) I zwischen dem Zentrum und dem Rand des Rotors in radialer Richtung kontinuier¬ lich beweglich und/oder einstellbar montiert ist(sind) .
4. Die Lösungsmittelzufuhr-Einrichtungen nach Anspruchspunkt 2 sind dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung(en) I entlang eines Bogens kontinuierlich beweglich und/oder einstellbar montiert ist(sind) .
5. Die Lösungsmittelzufuhr-Einrichtungen nach Anspruchspunkt 2 sind dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung(en) I zwischen dem Zentrum und dem Rand an einem beliebigen Platz ein¬ stellbar montiert ist(sind).
6. Die Lösungsmittelzufuhr-Einrichungen nach Anspruchspunkt 2 sind dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Lösungsmittelaufgabe-Einrichtung(en) II aus einer ein- oder mehrgliedrigen Kegel- oder Zylinderserie besteht(bestehen) , die(die) einzeln so montiert ist(sind), dass dieselbe(n) am Platz der(der) entfernten Lösungsmit¬ telaufgabe-Einrichtung(en) I einstellbar angeordnet ist(sind) .
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