AB-8大孔吸附樹脂吸附知母皂苷動力學(xué)研究.doc

AB-8大孔吸附樹脂吸附知母皂苷動力學(xué)研究作者：李慶國，張延敏，李衛(wèi)民，胡家敏，郭秋平【摘要】【目的】考察AB-8大孔吸附樹脂對知母溶液中皂苷吸附的動力學(xué)過程?！痉椒ā客ㄟ^靜態(tài)吸附、單次動態(tài)吸附和串聯(lián)動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，采用紫外分光光度法測定知母皂苷的含量，繪制靜態(tài)吸附曲線和動態(tài)吸附曲線?！窘Y(jié)果】靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中，Lagergren方程參數(shù)Kad=0.0186，r=0.9986，Dumwals-Wagner方程參數(shù)K=0.0081，r=0.9958。動態(tài)吸附過程存在泄露現(xiàn)象，穿透點(diǎn)在600mL（0.1g/mL）?！窘Y(jié)論】AB-8大孔吸附樹脂對知母皂苷的吸附機(jī)理是前期以液膜擴(kuò)散為主，后期以顆粒內(nèi)擴(kuò)散為主。動態(tài)吸附的泄露問題可通過串聯(lián)吸附柱加以解決，此方法可以作為中試模型?！娟P(guān)鍵詞】AB-8大孔吸附樹脂；知母/化學(xué)；皂苷/分析；吸附動力學(xué)；分光光度法，紫外線知母為百合科植物知母AnemarrhenaasphodeloidesBge.的干燥根莖，具有“除邪氣、下水、補(bǔ)不足，益氣”的功效1-2?，F(xiàn)代研究表明，知母具有抗病原微生物、抗血小板聚集、降血糖、抗炎、抗衰老、降低轉(zhuǎn)氨酶等多種活性3-4。知母中總皂苷含量為9.0%9.5%。但是，知母皂苷的提取分離和檢測難度較大，現(xiàn)今在工業(yè)上還沒有實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)5。研究發(fā)現(xiàn)AB-8樹脂對皂苷有特殊的選擇性，適合從水溶液中提取皂苷和某些有機(jī)物質(zhì)6。本實(shí)驗(yàn)選用AB-8大孔吸附樹脂，考察其對知母皂苷的吸附動力學(xué)特性，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的知母皂苷生產(chǎn)提供理論依據(jù)?，F(xiàn)報道如下。1材料與方法1.1儀器UV-2100型紫外分光光度計（尤尼柯上海儀器有限公司）；SupelcleanLC-18柱（3mLTubes）；DKZ-1型電熱恒溫振蕩水槽（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），BSZ-160F型電腦自動部分收集器（上海精科實(shí)業(yè)有限公司）。1.2試劑0.1g/mL知母提取液（自備）；AB-8型大孔吸附樹脂（南開大學(xué)化工廠）；知母皂苷A3對照品（中國固體制劑制造技術(shù)國家工程研究中心，批號為1353-050814）；香草醛、冰醋酸、高氯酸、甲醇（分析純）。1.3靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱取預(yù)處理好的AB-8大孔吸附樹脂4.0g（抽濾至干），裝入具塞磨口三角瓶中，精密加入0.1g/mL知母醇提液60mL（知母醇提液是用體積分?jǐn)?shù)70%乙醇提取知母后，將藥液回收乙醇并濃縮至每毫升含0.1g藥材的水溶液）；置電熱恒溫振蕩水槽中，在25、120r/min條件下振蕩，定時取樣；取樣時間分別為0、5、10、15、20、30、60、90、120、180min直至吸附平衡。1.4動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱取AB-8大孔吸附樹脂10g（抽濾至干），濕法裝柱；小柱直徑6mm,上樣800mL知母提取液，流速為1mL/min，分段收集流出液，每5min收集1次樣品。1.5動態(tài)串聯(lián)組合吸附實(shí)驗(yàn)第1步：分別準(zhǔn)確稱取AB-8大孔吸附樹脂10g（抽濾至干）3份，濕法裝柱，小柱直徑6mm，分別為柱1、柱2、柱3；柱1上樣800mL知母提取液，流速為1mL/min，分段收集流出液，每5min收集1次樣品，繪出線1。第2步：柱1流出來的800mL液體，前150mL由于濃度較低，丟棄；后650mL上柱2，流速1mL/min，每5min收集1次樣品，繪出線2。待吸附完全后，用400mL知母提取原液繼續(xù)上柱2，流速為1mL/min，每5min收集1次樣品，繪出線3。第3步：在柱2先上樣的650mL的流出液丟棄；后上樣的400mL流出液上柱3，控制流速為1mL/min，每5min收集1次樣品，繪出線4。繼續(xù)上知母提取原液400mL進(jìn)行吸附，直到飽和。1.6分析方法7-8精密移取0.5mL樣品過SupelcleanLC-18（3mL）小柱，濾過，濾液棄去，再用適量蒸餾水洗脫小柱，棄去蒸餾水洗脫液，然后分別用體積分?jǐn)?shù)為30甲醇2mL、4mL洗脫；收集甲醇洗脫液，置帶塞試管中，揮干后，加50g/L香草醛冰醋酸0.2mL，高氯酸0.8mL搖勻，70水浴15min，取出，冰浴5min后，加入5mL冰醋酸，搖勻，即得。于545nm波長處測定吸光度，設(shè)空白對照。標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：精密稱取知母皂苷A32.9mg置25mL容量瓶中，用甲醇溶解并稀釋至刻度，搖勻，分別精密移取對照品溶液0.5、1、2、3、4、5mL置帶塞試管中，揮干后，按香草醛高氯酸顯色法在545nm處測定吸光度。以吸光度為橫坐標(biāo)，知母皂苷A3質(zhì)量為縱坐標(biāo)，線性回歸，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。經(jīng)計算得回歸方程，Y=0.7477X0.1036，R=0.9999，知母皂苷A3在0.0580.58mg范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。2結(jié)果2.1靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。由吸附量w隨時間t變化曲線可知：初始階段上升曲線很陡，吸附速率很大。060min為快速吸附階段，60240min為未飽和吸附階段，240min后為飽和吸附階段。靜態(tài)吸附速率可以用以下兩個公式表示：（1）Lagergren一級速率方程推導(dǎo)出液膜擴(kuò)散參數(shù)：lg（1-F）=-Kadt/2.303式中F=wt/we代表t時刻的吸附分?jǐn)?shù)，Kad為吸附速率常數(shù)（min-1），we和wt分別為吸附平衡和t時刻的吸附量。（2）Dumwals-Wagner二級速率方程推導(dǎo)出顆粒內(nèi)擴(kuò)散參數(shù)：lg（1-F2）=-Kt/2.303式中F=wt/we代表t時刻的吸附分?jǐn)?shù)，K為顆粒內(nèi)擴(kuò)散速率常數(shù)（min-1）。液膜擴(kuò)散方程和顆粒內(nèi)擴(kuò)散方程的動力學(xué)參數(shù)見表1。綜合圖1和表1數(shù)據(jù)分析，前60min的顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型相關(guān)系數(shù)小于0.99，而其液膜擴(kuò)散模型擬合曲線的相關(guān)系數(shù)大于0.99，表明這個階段主要控制吸附速率的因素是液膜擴(kuò)散。60240min階段，顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型擬合曲線相關(guān)系數(shù)大于0.99，液膜擴(kuò)散模型相關(guān)系數(shù)小于0.99，表明這個階段主要控制吸附速率的因素是顆粒內(nèi)擴(kuò)散，但由于圖中直線沒有經(jīng)過原點(diǎn)，表明顆粒內(nèi)擴(kuò)散不是唯一控制的因素。表1AB-8吸附樹脂對知母皂苷的吸附動力學(xué)參數(shù)（略）Table1KineticparameterofAB-82.2動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)圖2是泄漏率p泄漏=c/cc（流出液濃度/原液濃度）與動態(tài)吸附時間的關(guān)系圖。從曲線可以看出，吸附從一開始就有泄漏，但前300min的泄漏量比較小，特別是前150min的泄漏更小，表明此階段樹脂對知母皂苷的吸附能力非常強(qiáng)。600min為吸附穿透點(diǎn)，600min以后流出液濃度增加迅速，800min左右達(dá)到吸附平衡。600min時，吸附量為600mL原液（0.1g/mL），單位樹脂吸附量為60mL（0.1g/mL）。2.3串聯(lián)動態(tài)吸附穿透曲線根據(jù)圖3曲線可以看出，柱1吸附的穿透點(diǎn)在600mL，飽和吸附原液800mL；柱2吸附柱1的漏出液后，再吸附400mL原液；柱3吸附柱2的漏出液后，再吸附原液400mL。柱3的漏出液被再生的柱1繼續(xù)吸附，由3根樹脂柱組成一個串聯(lián)系統(tǒng)，如此循環(huán)操作。每根柱至少吸附原液400mL（0.1g/mL），單位樹脂吸附量為40mL（0.1g/mL）。圖1AB-8靜態(tài)吸附曲線（略）Figure1StaticabsorptioncurveofAB-8圖2動態(tài)吸附穿透曲線（略）Figure2Breakthroughcurveofdynamicabsorption圖3串聯(lián)動態(tài)吸附穿透曲線（略）Figure3Breakthroughcurveofdynamicabsorptioninseries3討論通過靜態(tài)和動態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AB-8大孔吸附樹脂對知母皂苷具有很好的吸附效果。吸附機(jī)理上，吸附初期以液膜擴(kuò)散為主，吸附后期以顆粒內(nèi)擴(kuò)散為主。由于提取液為混合物，除了有知母皂苷吸附外，還有其他成分吸附，吸附曲線不過原點(diǎn)。中藥吸附的動力學(xué)過程具有復(fù)雜性，還需要進(jìn)一步深入探討。理論動態(tài)吸附模型是對稱的S型曲線，實(shí)際動態(tài)吸附曲線不呈S型曲線，且存在漏液現(xiàn)象。通過吸附柱的串聯(lián)可以解決吸附漏液現(xiàn)象，提高吸附率。串聯(lián)吸附模型可以作為中試放大的參考模型。【參考文獻(xiàn)】1黃泰康.常用中藥成分與藥理手冊M.北京:中國醫(yī)藥出版社,1994:1240.2國家中醫(yī)藥管理局.中華本草M.上海:上?？萍汲霭嫔?1998:2023.3楊麗蓉.知母的化學(xué)成分及藥理作用研究進(jìn)展J.國外醫(yī)學(xué):中醫(yī)中藥分冊，2002,24（94）:207.4胡雅兒,易寧青,何路明.知母對老年動物M受體數(shù)調(diào)整作用的機(jī)理J.中藥藥理與臨床，1994,19（2）:10.5Saito,Setuo,NewsteroidalsapoinsfromtheRhizomesofAnemarrbenaasphodeloidesBunge