Moko Apt

Menebar Ilmu Pengetahuan

SMB (Simulated Moving Bed Chromatography)

Leave a comment


SMB adalah kromatografi countercurrent yang berulang. Sampel dipompa ke dalam sistem kemudian dua (atau lebih) aliran produk dikumpulkan secara berkelanjutan. So, dalam SMB sampel dimasukkan secara terus-menerus. SMB telah digunakan dalam produksi jutaan ton komoditi bulk (p-xylene, high fructose corn syrup, dll) selama 4 dekade terakhir.

Yang jelas SMB ini nggak banyak dipakai di laboratorium dan lebih banyak dipakai di industri-industri besar, kenapa? Ntar habis baca artikel sampai abis, temen-temen bakalan tau jawabannya….

Terkait dengan perkembangan kolom dan teknologi peralatan, SMB belakangan ini telah digunakan dalam industri farmasi seperti Sandoz, Smith Kline, UCB, dan Pfizer. SMB digunakan karena biayanya lebih murah. Sebagai pertimbangan, biaya HPLC $ 100-5000/kg sedangkan biaya SMB $ 50-200/kg

Keuntungan SMB:

  1. Hemat solven (hingga 10 x lebih sedikit dibandingkan HPLC sistem batch)
  2. Bisa menggunakan fase diam yang lebih murah maupun lebih besar
  3. Memungkinkan untuk mendapatkan recovery dan kemurnian yang tinggi
  4. Produktivitas lebih baik
  5. Pekerja lebih sedikit, biaya QC lebih rendah
  6. Hanya membutuhkan pemisahan sebagian solut untuk mendapatkan kemurnian tinggi
  7. Hasil (yield) lebih tinggi dibandingkan sistem batch (10% lebih banyak)
  8. High throughput (meningkat 5-10 x)
  9. Konsumsi solven lebih sedikit (An order of magnitude lower)
  10. Proses kontinyu

Kerugian SMB:

  1. Hanya dapat memisahkan menjadi 2 produk (binary separation)

Hasil yang didapatkan hanya 2 yaitu produk yang diinginkan (target) dan kumpulan produk pengotor/tidak diinginkan.

  1. Lebih kompleks (rumit)

Aplikasi komersial SMB

  1. Hidrokarbon
  2. Gula
  3. Agrokimia
  4. Antibiotik
  5. Peptida
  6. Chiral Drugs

→ FDA merasa mendapat momentum yang hebat mengenai SMB sehingga teknologi ini kemudian disetujui. Setelah itu muncul pabrik resin kiral yang menjual resin yang khusus dibuat untuk SMB

  1. Protein?

→ Aplikasi SMB dalam produksi protein masih dipertanyakan, kemungkinan SMB berperan dalam tahap polishing. Yang pasti, pemisahan multikomponen lebih sulit dibandingkan metode tradisional karena pemeriksaan melibatkan 8, 12, bahkan 16 zona

Beberapa metode yang digunakan dalam kromatografi preparatif:

  1. Single injection (Injeksi tunggal)
  2. Multiple overlapping injections
  3. Shave recycle
  4. Simulated Moving Bed (SMB)

Urutan metode kromatografi preparatif tersebut sesuai dengan urutan produktivitas dan kompleksitas metode. So, SMB adalah metode kromatografi preparatif yang produktivitas dan kompleksitasnya paling tinggi.

Ilustrasi setiap metode tersebut dapat dilihat pada gambar-gambar berikut:

1. Single injection

Dalam single injection, ketika sampel diinjeksikan ke dalam alat maka kita harus menunggu hingga seluruh peak dari senyawa yang terdapat dalam sampel muncul terlebih dahulu sebelum kita menginjeksikan sampel selanjutnya. Oleh karena itu jika kita ingin menganalisis banyak sampel maka akan banyak waktu dan solven yang terbuang karena sampel hanya dapat dianalisis satu-persatu. Dengan kata lain single injection membutuhkan banyak waktu dan tenaga kerja.

gb-1

2. Multiple overlapping injections

gb-2

3. Shave recycle

gb-3

Prinsip umum SMB

1. Sampel diinjeksikan ke bagian tengah kolom stasioner (tetap). Kedua komponen (target dan non-target) bergerak dengan kecepatan yang berbeda sehingga terpisah satu sama lain. Jika kolom digerakkan dari kanan ke kiri dengan suatu kecepatan pada setengah perjalanan antara kedua solute, maka keduanya akan bergerak berlawanan.

2. Kedua solute bergerak berlawanan relatif terhadap pengamat yang tidak bergerak. Jika kolom yang digunakan sangat panjang, maka pita-pita yang terdapat dalam kolom akan semakin terpisah.

3. Jika sampel ditambahkan lagi pada bagian tengah kolom, maka komponen-komponen sampel akan terus mengalami pemisahan.

4. SMB merupakan sistem yang kontinyu, tetapi terdapat beberapa masalah. Sistem ini memerlukan panjang kolom yang tidak terbatas dan beberapa tahap untuk memasukkan dan mengeluarkan sampel maupun produk. Hal ini dapat diatasi dengan memotong kolom menjadi segmen/bagian yang pendek/kecil kemudian segmen-segmen tersebut digerakkan.

5. Tempat aplikasi sampel dan solven ditempatkan di antara segmen-segmen dan bergerak setiap kali sebuah segmen digerakkan dari satu ujung ke ujung lain.

6. Produk dikeluarkan dengan bleeding off (melubangi/melukai kolom) melalui perhitungan aliran secara cermat pada exit point yang cocok. Hal ini merubah kecepatan gerak pita dalam kolom dan mendorong produk bergerak menuju lubang yang dibuat (port). Proses tersebut memastikan segmen pada kolom bersih sebelum segmen-segmen tersebut digerakkan dan membuat solven dapat secara langsung didaur ulang (di-recycle) kembali ke dalam sistem.

Bingung sama proses SMB????Hmmm….lihat aja ilustrasi proses SMB berikut.

Nah, ini bonus PPT dari pak dosen!!

smb-kromatografi

Slide 27-32 file SMB kromatografi

Slide 33-40 file SMB kromatografi

Namun sejak adanya kesulitan dalam menggerakkan sampel padat, tidak ada lagi kromatografi countercurrent yang sesungguhnya. Sebagai penggantinya, bed (kolom) dipecah menjadi beberapa fraksi yang pergerakannya digambarkan melalui simulasi perubahan tempat masuk dan keluar (inlet and outlet ports).

Slide 42-51 file SMB kromatografi

Perbedaan Sistem Batch dan SMB

Sistem Batch

Mudah dikembangkan

Peralatan sederhana

Solven yang digunakan lebih banyak

Lebih murah untuk skala kecil

SMB

Produktivitas lebih tinggi

Penggunaan solven lebih sedikit

Konsentrasi produk lebih tinggi

Peralatan kompleks (rumit)

Proses optimasi lebih panjang

Lebih murah untuk skala besar

 

Slide 54-59 file SMB kromatografi sama kayak slide 27-32

Dalam SMB, simulasi pergerakan bed (kolom) digambarkan melalui pergerakan titik/tempat penambahan sampel (feed) dan fase gerak, sebagaimana menggambarkan tempat pengeluaran rafinat dan ekstrak dalam posisi kolom yang tetap.

Gambar slide 60 file SMB kromatografi

Slide 61-62 file SMB kromatografi

Pengembangan Metode SMB

  1. Dimulai dengan percobaan batch lurus (linear batch)
  2. Tingkatkan massa dan volume load agar kolom menjadi overload
  3. Hitung isoterm
  4. Tentukan daya tahan (resistance) terhadap transfer massa (jika diperlukan)
  5. Hitung kecepatan alir yang diperlukan
  6. Optimasi (baik pada model on-the-fly maupun pada model yang telah terpercaya)

Terus kalo kita mau meningkatkan resolusi pemisahan SMB, apa yang harus kita lakukan? Ada dua cara, yaitu dengan mengubah kecepatan alir fase gerak atau dengan mengubah kecepatan pemindahan fase diam.

Eksperimen dengan Kromatografi Batch

Eksperimen/percobaan ini dapat digunakan sebagai tahap awal sebelum kita menggunakan SMB. Beberapa variabel yang diteliti antara lain:

Feed concentration (konsentrasi umpan/sampel)

→ Konsentrasi feed dibuat sepekat/sekental mungkin untuk meminimalkan gangguan kecepatan alir pada zona III. Selain itu, kondisi tersebut diperlukan untuk melakukan batch experiments pada konsentrasi dan solven yang cocok. Dalam optimasi Feed concentration harus mempertimbangkan 2 sistem yaitu A (concentrated feed/feed yang pekat/jenuh) dan B (dilute feed/feed encer). Hal ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi feed terhadap sistem dan hasil eksperimen.

Desorbent composition

→ Hal yang harus diperhatikan adalah kelarutan produk dan kekuatan (berkaitan dengan trade-off antara waktu dan penggunaan fase gerak). Namun hubungan antara kelarutan produk dan efektifitas solven tidak selalu memuaskan. Biasanya kelarutan produk lebih mempengaruhi komposisi solven yang digunakan.

Sorbent

→ Hal yang harus diperhatikan adalah kapasitas, selektivitas, dan kekuatan pemisahan

Slide 69-70 file SMB kromatografi

Tahap-tahap yang dilakukan saat mengaplikasikan hasil eksperimen kromatografi batch terhadap kondisi awal pengoperasian SMB antara lain:

1. Tentukan konsentrasi optimum feed, komposisi fase diam dan fase gerak (selektivitas (α) tinggi dengan faktor kapasitas yang rendah)

2. Hitung isoterm dan tahanan transfer massa

3. Gunakan software maupun aturan yang telah ada untuk membuat kecepatan alir awal SMB

Hallow temen2!!!!Masih pada semangat???Atau udah pusing???kita juga pusing koq….Gimana nggak pusing???Kuliah koq Cuma ngebayangin hal2 yang nggak kelihatan….Maklum, khayalan kita bukan khayalan tingkat tinggi jadinya kalo ntar temen2 baca malah jadi bingung lebih baik tanya ke Pak Djadi langsung aja ya!!!!Piss…

Slide 72 file SMB kromatografi

Periode

→ Periode adalah waktu saat kolom diam/berhenti pada suatu zona. Periode disebut juga switching time (waktu pergantian). Perubahan periode berpengaruh pada perubahan 4 zona secara bersamaan. Pengaruh tersebut bisa berupa percepatan atau perlambatan gerak solut.

Slide 74 file SMB kromatografi

Optimasi SMB

→ Variabel bebas/independen yang dapat dirubah pada saat optimasi SMB antara lain kecepatan alir recycle, desorbent, raffinate, ekstrak, feed; dan periode (switching time). Prosedur yang dilakukan dalam optimasi SMB adalah sistem SMB dipasang, lalu kecepatan alir dimanipulasi/diatur untuk memaksimalkan hasil (throughput) pada kemurnian yang diinginkan.

<!–[if mso & !supportInlineShapes & supportFields]> SHAPE \* MERGEFORMAT <![endif]–>

III

II

I

IV

vI

vII

vIII

vRecycle

vX

vRaff

vF

vD

<!–[if mso & !supportInlineShapes & supportFields]> <![endif]–>

Gambar pembagian zona dalam SMB

Slide 76-87 file SMB kromatografi

Aplikasi kromatografi SMB

  1. Bahan kimia & farmasi, seperti: enantiomer, antibiotika, vitamin
  2. Gula (glukosa/fruktosa; arabinosa/glukosa)
  3. Asam organik (contoh: citronic acid)
  4. Isomer sterik yang lain
  5. Enzim, protein, peptida

Sebenernya ini udah dibahas di bagian2 awal tadi. Tapi no problemo, hitung2 biar tambah inget & buat lengkapin yang belum ada.

Slide 89 file SMB kromatografi

Perbandingan antara proses elusi vs SMB

Proses Elusi

Keuntungan:

Fleksibel

Untuk pemisahan multikomponen

Sederhana

Kerugian:

Proses diskontinyu

Produk encer padahal penggunaan solven banyak

Ada waste fraction

Proses SMB

Keuntungan:

Proses kontinyu

Produk high concentrated

High yield (tanpa waste fraction)

Kerugian:

Secara teknis rumit

Pemisahan binary (target & non target)

Desain proses rumit

Guys, nih ada pesen dari Pak Djadi buat kita mengarungi hidup yang semakin berat:

If you believe in yourself,

if you really stick to things,

and if you always pray,

there is very little that is really impossible

Author: admin

menebar ilmu pengetahuan

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s