大孔吸附樹脂分離技術(shù)

1、化工別離工程課程論文論文名稱：大孔吸附樹脂別離技術(shù)摘要大孔吸附樹脂 是20世紀(jì)60年代開展起來的繼離子交換樹脂后的別離新技術(shù)之 一，已在環(huán)保、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通過參考國內(nèi)外的一些關(guān) 于大孔吸附樹脂的文獻(xiàn)和書籍，對大孔吸附樹脂的別離原理，最新研究進(jìn)展和應(yīng) 用情況以與影響因素進(jìn)展了總結(jié)。 并且列舉了一些在中藥別離純化中的應(yīng)用， 表 現(xiàn)出了其優(yōu)越性，有著廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：大孔吸附樹脂；柱層析；別離原理；工業(yè)應(yīng)用大孔吸附樹脂別離技術(shù)1. 大孔吸附樹脂別離技術(shù)簡介大孔吸附樹脂的簡介和根本產(chǎn)品大孔吸附樹脂是一類不含交換基團(tuán)且有大孔結(jié)構(gòu)的高分子吸附樹脂，是一種不溶于酸、堿與各種有機(jī)溶

2、劑的有機(jī)高分子聚合物，具有良好的大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和 較大的比外表積，可以通過物理吸附從水溶液中有選擇地吸附有機(jī)物。是20世紀(jì) 60年代開展起來的繼離子交換樹脂后的別離新技術(shù)之一，已在環(huán)保、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)其骨架材料的不同可分為極性、中性和非極性 3 種類型美國的Kunin教授發(fā)明了大孔網(wǎng)狀聚合物吸附，并于1966年研制成功了第 一個(gè)大網(wǎng)格吸附劑，此后大孔吸附樹脂材料成為一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，受到歐美與 日本等國的高度重視，研制開發(fā)了一批類型不同的、性能良好的吸附樹脂 ，并形成 了商品供給。目前，美、英、法、德與日本等國均有專業(yè)公司研究生產(chǎn)【我國在這方面也在逐步開展，也有很多性能

3、優(yōu)良的產(chǎn)品問世。表1-1常用國產(chǎn)大孔樹脂的型號和主要特性樹脂極性結(jié)構(gòu)粒徑X圍(mm)比外表積(m2/g)平均孔徑(nm)用途S-8極性交聯(lián)聚苯10012028 30有機(jī)物提取別離AB-8弱極性乙烯型48052013 14有機(jī)物提取，甜菊糖、銀杏葉黃銅提取X-5非極性500 60029 30抗生素、中草藥提取NKA-2極性160200145155酚類、有機(jī)物去除NKA-9極性25029015膽紅素去除，生物堿別離、黃酮類提取H103非極性1000 85 95抗生素提取別離，去除酚類，1100氯化物D-101非極性苯乙烯型48052013 14中草藥中皂甙、黃酮、內(nèi)酯、萜類與天然色素的提取HPD1

4、00非極性苯乙烯型65090天然物提取別離，如人參皂苷、三七皂苷HPD400中極性苯乙烯型55083中藥復(fù)方提取、氨基酸、蛋白質(zhì)提純HPD600極性苯乙烯型55085銀杏黃酮、甜菊苷、茶多酚、黃芪苷ADS-5非極性500 6002025別離天然產(chǎn)物中的苷類、生物堿、黃酮等ADS-7強(qiáng)極性含氨基200提取別離糖苷，對甜菊苷、人參皂苷、絞股藍(lán)皂苷等具高選擇性，去除色素ADS-8中極性450 550別離生物堿，如喜樹堿、苦參堿ADS-17中極性124高選擇別離銀杏黃酮苷和銀杏內(nèi)酯表1-2國外HP SP系類大孔樹脂的型號和主要特性【2】樹脂極性結(jié)構(gòu)粒徑X圍比外表積平均孔徑用途(mm)(m2/g)(nm

5、)HP-20非極性聚苯乙烯60046皂苷、黃酮、萜類、天然色素、HP-207非極性聚苯乙烯630蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量HP2M中極性甲基丙烯470171000G酸酯SP825非極性聚苯乙烯1000生物堿、黃酮、內(nèi)酯、酚性苷SP850非極性聚苯乙烯1000相對分子質(zhì)量1000SP70非極性聚苯乙烯800SP700非極性聚苯乙烯1200XAD-1非極性苯乙烯10020別離甘草類黃酮、甘草酸、葉綠素XAD-2非極性苯乙烯3309人參皂苷提取，去除色素XAD-4非極性苯乙烯7505麻黃堿提取，除去小分子非極性物XAD-6中極性丙烯酸酯498別離麻黃堿XAD-9極性亞砜2508揮發(fā)性香料成分別離XAD-1強(qiáng)

6、極性氧化氮類17021提取別離合歡皂苷1XAD-1800提取小分子抗生素和植物有600效成分XAD-1700提取大分子抗生素、維生素、180多肽XAD-7500提取多肽和植物色素、多酚類HP物質(zhì)1.1大孔吸附樹脂的分類按極性大小分類1. 非極性大孔吸附樹脂如苯乙烯、二乙烯苯聚合物，也稱為芳香族吸附劑。2. 中等極性大孔吸附樹脂此類樹脂中存在酯基一類的基團(tuán)，整個(gè)分子具有一定的極性。3. 極性大孔吸附樹脂在此類樹脂中含有一些極性較大的基團(tuán)，如酰胺基、亞砜、氰基等基團(tuán)，極性大于酯基。4. 強(qiáng)極性大孔吸附樹脂含有強(qiáng)極性基團(tuán)，如吡啶基、氨基、氮氧基團(tuán)。按其骨架類型分類1. 聚苯乙烯型大孔吸附樹脂大局部樹

7、脂為此骨架，它可以引入各種極性不同的基團(tuán)。2. 聚丙烯酸型大孔吸附樹脂分為聚甲基丙烯酸甲酯型樹脂、聚丙烯酸甲酯型交聯(lián)樹脂和局丙烯酸丁酯交聯(lián)樹脂等。因?yàn)楹絮セ?，屬中等極性吸附劑。3. 其他類型 聚乙烯醇、聚丙烯晴、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、 纖維素衍生物等也可以作為大孔吸附樹脂的骨架。1.3大孔吸附樹脂別離柱層析技術(shù)樹脂別離在工業(yè)上應(yīng)用最多的還是柱層析技術(shù)。其機(jī)理如圖1-1所示。(1) (2)(3)圖1-1親和柱層析機(jī)理圖 在運(yùn)用打孔吸附樹脂柱色譜進(jìn)展別離精制時(shí)，其操作步驟為樹脂的預(yù)處理- 樹脂裝柱一藥液上柱吸附一樹脂的解析一樹脂的清洗、再生。其大致過程如圖1-2。1. 樹脂的預(yù)處理 由

8、于樹脂出廠前沒有經(jīng)過徹底清洗，經(jīng)常殘留一些致孔 劑、小分子聚合物、原料單體、分散劑以與防腐劑等有機(jī)殘留物。另外樹脂也常 因失水而縮孔。因此用前必須進(jìn)展預(yù)處理?？蓪⑿沦彽臉渲靡掖冀?4h,充分溶脹，裝柱，用適量乙醇沖洗，而后 改用大量清水沖洗備用。2. 樹脂裝柱 通常以水為溶劑濕法裝柱。先在樹脂柱的底部放一些脫脂棉 或玻璃絲，厚度1-2cm即可，用玻璃棒壓平。在樹脂中加少量水，攪拌后倒入保 持垂直的色譜柱中，使其自然沉降，讓水流出，注意不要干柱，以免氣泡進(jìn)入， 影響別離效果。3. 藥液的上柱吸附 藥液上柱前應(yīng)為澄清溶液，否如此會影響樹脂吸附， 一般要從上部參加，流速也要控制好，太快會不利于吸

9、附，太慢效率太低。4. 樹脂的解析 樣品滴加完畢后就可以洗脫，通常用水洗脫，繼而用醇 水洗脫，逐步加大醇的濃度，同時(shí)配合檢測，一樣純度者合并，流速要適當(dāng)，一 般 1-2 BV/h。5. 樹脂的再生 樹脂經(jīng)屢次使用后吸附能力會有所減弱，在外表和內(nèi)部殘 留一些雜質(zhì)，需再生后才能繼續(xù)使用。樣本 預(yù)淋洗上樣 洗滌洗脫圖1-2柱層析原理圖2. 大孔吸附樹脂別離技術(shù)原理與影響因素大孔吸附樹脂吸附原理大孔吸附樹脂為吸附性和篩選性原理相結(jié)合的別離材料。大孔吸附樹脂的吸附實(shí)質(zhì)為一種物體高度分散或外表分子受作用力不均等而產(chǎn)生的外表吸附現(xiàn)象，這種吸附性能是由于 X德華引力或生成氫鍵的結(jié)果。同時(shí)由于大孔吸附樹脂的多孔

10、結(jié)構(gòu)使其對分子大小不同的物質(zhì) 具有篩選作用。通過上述這種吸附和篩選原理，有機(jī)化合物根據(jù)吸附力的 不同與分子量的大小，在大孔吸附樹脂上經(jīng)一定溶劑洗脫而達(dá)到別離、純 化、除雜、濃縮等不同目的。吸附樹脂的外表發(fā)生吸附作用后，會使樹脂外表上溶質(zhì)的濃度高于溶劑內(nèi)溶質(zhì)的濃度，其結(jié)果引起體系內(nèi)放熱和自由能的下降。一般說來，吸 附分為物理吸附和化學(xué)吸附兩大類。配體kigan<i (A)耦合反應(yīng)Coupling Reaction0雜質(zhì)fK已巨1Specific BindingSubstance (B)圖2-1親和層析法的原理圖影響吸附率的因素吸附樹脂對有機(jī)物的去除效果與樹脂本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)、吸附質(zhì)的結(jié)構(gòu)以與

11、吸 附處理過程中的操作條件有著密切的關(guān)系。1 大孔吸附樹脂極性的影響遵從類似物吸附類似物的原如此，根據(jù)吸附物質(zhì)的極性大小選擇不同類型的 大孔吸附樹脂。極性較大的化合物一般適用于在中極性的樹脂上別離； 極性小的 化合物適用于在非極性的樹脂上別離。 極性大小是一個(gè)相對概念，要根據(jù)分子中 基團(tuán)（如羥基）與非極性基團(tuán)（如烷基、苯環(huán)、環(huán)烷母核等）的數(shù)量與大小來確 定；對于未知化合物，可通過一定的預(yù)試驗(yàn)與 TLC而大致確定。2 大孔吸附樹脂孔徑的影響大孔吸附樹脂是多孔性物質(zhì)，其孔徑特性可用比外表積（S）、孔體積（V）和 計(jì)算所得的平均半徑（r）來表征。假定孔道為圓柱形，如此三者關(guān)系 r=2V/S , V可

12、由壓汞儀測得，S可由比外表積測定儀測得。被別離成分通過樹脂的孔道而 擴(kuò)散到樹脂的內(nèi)外表而被吸附。大孔吸附樹脂孔徑的大小，直接影響不同大小的 分子自由進(jìn)入，從而使樹脂具有選擇性。因此，只有當(dāng)孔徑對于被別離成分足夠 大時(shí)，比外表積才能充分發(fā)揮作用，即大孔吸附樹脂比外表積越高，而平均孔徑 小。其吸附速度越慢，解吸越不夠集中，雜質(zhì)的別離效果也就越差。3 大孔吸附樹脂強(qiáng)度的影響大孔吸附樹脂強(qiáng)度與孔隙率有直接關(guān)系，也和制備工藝有關(guān)。這類樹脂在酸 堿中體積變化不大，在溶媒中如此有一定程度的溶脹。一般大孔吸附樹脂孔隙率 越高，孔體積越大，如此強(qiáng)度越差。大孔吸附樹脂的強(qiáng)度直接影響樹脂的使用壽 命，從而影響著大孔

13、吸附樹脂法工藝的本錢。4 吸附流速的影響對于同一濃度的上樣溶液，吸附流速過大，樹脂的吸附量就會降低。但吸附 流速過小，吸附時(shí)間就會增加，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)綜合考慮來確定最優(yōu)吸附流速， 既要使大孔吸附樹脂的吸附效果好，又要保證較高的工作效率。5. 溫度的影響物理吸附和化學(xué)吸附都是放熱過程， 所以只要吸附已經(jīng)達(dá)到平衡，增加溫度 無論是物理吸附量還是化學(xué)吸附量都會降低。但是由于化學(xué)吸附在低溫時(shí)往往末 達(dá)到平衡，而升高溫度會使吸附速度增快，所以對于化學(xué)吸附來說，在低溫時(shí)常 會出現(xiàn)吸附量隨溫度升高而增加的情況， 直到真正達(dá)到平衡以后，吸附量才又隨 溫度升高而下降。6. 其它組分存在時(shí)的影響當(dāng)溶液中存在二種

14、以上溶質(zhì)時(shí)，往往會引起一種溶質(zhì)易吸附而使另一種溶質(zhì)的吸附量降低，一般來講，對混合溶質(zhì)的吸附較純?nèi)苜|(zhì)的吸附效果差3. 大孔吸附樹脂的應(yīng)用對中草藥有效成分的提取黃酮(甙)類 最有代表性的是銀杏葉提取物(GBE)。國外用溶劑萃 取法提取3，工藝步驟較長，溶劑消耗量大，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是黃酮甙含量 24%萜 內(nèi)酯含量 6%4 o陳沖等5應(yīng)用大孔樹脂提取GBE,既達(dá)到其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，又降低 了本錢。他們將銀杏葉用65%乙醇回流提取，減壓濃縮，加 ZTC澄清劑水沉降 后，再將水沉降液上大孔樹脂柱，用pH=3水洗滌13倍量，pH= 3的25%乙醇洗滌7.5倍量，然后用70%乙醇洗脫，減壓濃縮，噴霧干得到淡黃色的銀杏

15、葉提取物，其黃酮含量穩(wěn)定在26%以上，內(nèi)酯含量穩(wěn)定在 6%以上。史作清等又研制出ADS-17、ADS-21、ADS-F8等大孔樹脂，使 GBE的生產(chǎn)具有更 大的靈活性，其中 ADS-17對黃酮類化合物具有很好的選擇性，可得到黃酮甙 含量較高的GBEo皂甙類和其它甙類此類物質(zhì)應(yīng)用大孔樹脂提取別離的文獻(xiàn)報(bào)道比擬多。X中秋等研究了用大孔樹脂富集純化毛冬青總皂甙的工藝條件與參數(shù)，他 們?nèi)∶鄻悠芬?7ml(6.43g/ml)上大孔樹脂柱，用 蒸餾水100ml，50%乙醇 100ml依次洗脫，毛冬青總皂甙富集于 50%乙醇洗脫液中，且除雜質(zhì)能力強(qiáng)， 洗脫率達(dá) 95%, 50%乙醇洗脫液枯燥后總固物中毛

16、冬青總皂甙純度可達(dá)57.5%o生物堿類生物堿的提取可用陽離 子交換樹脂，但酸、堿或鹽類洗脫劑會給后面的別離造成麻煩，用大孔樹脂可防止引入外來雜質(zhì)的問題 。如用AB-8 大孔樹脂提取喜樹堿，可直接得到含量約50%左右的產(chǎn)品，重結(jié)晶后喜樹堿的含量可達(dá)90%。生物堿的提取還可以采用醇沉法、 澄清法和超濾法，X保獻(xiàn)等9采用這三種方法與大孔樹脂法對苦參水提取液進(jìn)展了精制，其中大孔樹脂法 為：取苦參水提液上清液 900ml，均分為9份，每份100ml，相當(dāng)于100g生藥， 分別離心(2500r/min)后傾出上清液，加適量蒸餾水返溶沉淀局部，離心，合并 兩次離心液，參加適量蒸餾水，混勻后上大孔樹脂柱。待藥

17、液流完后，參加一倍生藥量蒸餾水沖柱，待蒸餾水流完后，用4倍生藥量的不同濃度乙醇洗脫，乙醇濃度分別為50%、60%、70%，每一濃度平行各做 3份。洗脫液回收乙醇， 濃縮并真空枯燥成干浸膏。他們以苦參總生物堿的含量為指標(biāo)，對4種精制方法進(jìn)展了比擬研究，結(jié)果4種方法精制后，苦參總生物堿的含量的上下順序?yàn)椋?醇沉法（10.61mg/g） 澄清法（4.40mg/g） 超濾法（3.05mg/g） 大孔樹脂法 （2.11mg/g）,因此，苦參總生物堿的精制方法宜采用醇沉法。其它有效成分的提取 膽紅素：X榮華等研究了 CDA-40大孔樹脂提 取膽紅素的工藝。他們采用正交試驗(yàn)法，以膽紅素的提取率為考查指標(biāo)，對

18、提取 工藝進(jìn)展了篩選，得出最優(yōu)工藝流程為10:“時(shí) 加亞硫酸氫鈉"再加硫酸錢至7%注豬膽' !麗石I力很打戒水解加心膠冷唾一f水解枚用鹽酸調(diào)pH 5-6,加入處理好的大孔樹脂訶杯和"4100訕膽汁攪拌吸附4h吸附膽紅素先用95% 6醇洗滌，再用蒸佛水洗至無氟離了流出、然肓用兩倍樹脂體積的二氯甲烷洗滌加適呈亞硫酸0鈉400C減壓回巫三氮卬烷加適境95%乙醇55*濾液減斥十燥_膽紅素（桔紅色）其他方面的應(yīng)用對于甜菊糖的別離純化，國外有很多利用 XAD-7樹脂去除色素的報(bào)道11。此外，大孔吸附樹脂在血液灌流、酶的固定化、氨基酸蛋白質(zhì)的別離 12、 抗生素的別離提純、廢水處

19、理、升化物質(zhì)的別離、葡萄糖的別離 13、醫(yī)療衛(wèi)生、 食品應(yīng)用等也有很多應(yīng)用。4. 大孔吸附樹脂別離技術(shù)的展望大孔樹脂吸附別離工藝所得提取物體積小、不吸潮，容易制成外型美觀的各 種劑型，尤其適用于顆粒劑、膠囊劑和片劑，使中藥的粗、大、黑制劑升級換代 為現(xiàn)代制劑。就大孔樹脂吸附技術(shù)自身而言，它工藝操作簡便，不十分繁瑣，難度不大， 并且樹脂可屢次使用，也可再生反復(fù)使用，本錢不是很高，設(shè)備較簡單，而且這 種工藝可以節(jié)約大量的能耗、輔料、包裝材料、貯藏、運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用。目前，大孔樹脂吸附技術(shù)廣泛地應(yīng)用于西藥的生產(chǎn)中，在我國，中藥研究和生產(chǎn)中探索應(yīng)用大孔樹脂吸附技術(shù)企業(yè)也越來越多，像某某泰華堂制藥某某，某 某

20、地奧制藥股份某某就已應(yīng)用。揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)也運(yùn)用該技術(shù)生產(chǎn)銀杏制劑。市 生產(chǎn)西藥的廠家應(yīng)用較為普遍，某某堂制藥廠也正在試用。應(yīng)該有很廣闊的推廣 前景。參考文獻(xiàn)1 王躍生 王 洋大孔吸附樹脂研究進(jìn)展J.中國中藥雜志,2006, 31 12： 961-9652 周晶，馮淑華.中藥提取別離新技術(shù)M.:科學(xué),20103 Schwabe W,Kloss P.Vasoactive drugs from Gi nkgo bilobaleaves P .DE 1767098, 1971-10-124 Teris A, Van Beek.A nalysisa nd quality con trolof Gi nk

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