Experimental and FEMLAB Simulation Study of Ibuprofen Racemate Separation in HPLC

FEMLAB is a powerful interactive environment for modeling, solving all kinds of scientific and engineering problems based on partial differential equations(PDEs). Separation process of chiral compound in HPLC columns was simulated by FEMLAB. To study change of elution profile with isotherm models, non-competitive and competitive Langmuir adsorption isotherm were adopted. Separated material was (R, S)-ibuprofen [(R, S)-2-(4-isobutyl phenyl) propionic acid], an anti-inflammatory agent, which retain the pharmacological activity in the (S)-(+)-enantiomer. Sample concentrations were changed from 0.5 mg/ml to 2.0 mg/ml at a flow rate of 1 ml/min and flow rate varied from 1 ml/min to 3 ml/min at an ibuprofen concentration of 2.0 mg/ml and $20{\mu}l$ of injection volume. Simulated results were well fitted with experimental data.

Ibuprofen Racemate의 HPLC 분리실험과 FEMLAB 전산모사 연구

전산모사 프로그램인 FEMLAB을 이용하여 chiral center를 가지고 있는 racemate인 ibuprofen의 R-form과 S-form의 분리 전산모사 결과와 Kromasil KR100-5CHI-TBB 칼럼을 사용하여 HPLC를 통한 실험데이터를 비교 분석하였다. Hexane/t-BME/acetic acid(45:55:1 v/v%)의 이동상의 조건에서 이론단수(number of theoretical plates), 이론단높이(HETP; Height Equivalent to a Theoretical Plate)을 구하여 축방향 확산계수($Deff_i$)를 계산하였다. PIM(Pulsed Input Method)을 사용하여 분석한 결과 ibuprofen의 농도가 증가할수록 Langmuir 등온흡착식을 따르는 비선형 거동을 보였고, 각 농도에서의 체류시간($t_R$)과 phase ratio를 이용하여 비경쟁적 Langmuir 등온흡착식의 매개변수를 추산하였고, 이 매개변수를 이용하여 경쟁적 Langmuir 등온흡착식을 결정하였다. 실험을 통해 얻은 데이터를 FEMLAB 적용하여 등온흡착식의 변화에 따른 용리띠의 변화와 두 성분이 컬럼을 이동하는 동안 두 성분간 분리 과정을 관찰하였다. Ibuprofen의 농도, 유속을 변화시키면서 실험결과와 전산모사결과를 비교한 결과 실험결과와 전산모사결과가 비슷한 경향성을 보였다. 이와 같이 FEMLAB 전산모사 프로그램의 실험적용 가능성을 확인하였고. 실험과 일치하는 전산모사데이터를 얻기 위해서 고정상내의 세공에서의 물질전달을 포함하는 물질수지식의 적용과 비선형 흡착평형식에 대한 좀 더 정확한 식이 요구된다.