大孔树脂的应用操作过程与注意事项Word格式.docx
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(我厂药用树脂已经过了深程度处理,一般可直接用于生产)
4)生产中建议树脂装填高度2米左右,吸附流速4-10米/小时(1-4BV/小时)。
解吸剂可选用乙醇、甲醇、丙酮等。
5)树脂强化再生方法:
当树脂使用一定周期后,吸附能力降低或受污染严
重时需强化再生,其方法是在容器内加入高于树脂层10cm的3%-5%fc酸溶液浸泡2-4小时,然后进行淋洗通柱。
继用3-4倍树脂体积同浓度的盐酸溶液通柱,然后用净水洗至接近中性;
再用3%-5%勺氢氧化钠溶液浸泡4小时。
最后淋洗通柱,用同浓度的3-4倍树脂体积的氢氧化钠溶液通柱,最后用净水清洗至PH值为中性,备用。
二、〖大孔吸附树脂的选择〗
大孔吸附树脂是一类新型的非离子型高分子吸附剂,树脂通常依其极性分
为非极性、弱极性、极性三类,树脂的结构一般为苯乙烯、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、丙烯酸或氧化氮类。
树脂吸附性能的优劣是由其化学和物理结构决定的,
同一型号大孔吸附树脂上的吸附能力有差异。
例如对于LD605型吸附树脂对有效部位吸附能力强弱的规律为:
以药材计生物碱>
黄酮>
酚性成分>
无机物。
不同树脂结构对不同物质的吸附效果不同。
一般大孔吸附树脂吸附符合一下规律:
非极性物质在极性介质(水)内被非极性吸附剂吸附,极性物质在非极性介质中被极型吸附剂吸附,带强极性基团的吸附剂在非极性溶剂里能很好的吸附极性化合物。
聚苯乙烯型树脂一般适用于非极性和弱极性物质的化合物如皂苷类和黄酮类;
聚丙烯酸类树脂,一般带有酯基或酰氨基,对中极性和极性化合物如黄酮甾醇和酚类的吸附较好。
筛选方法:
根据被分离的有效部位不同的理化性质,选择适宜的树脂种类进行分离纯化,树脂种类的筛选可用比上柱量、比吸附量、比洗脱量等指标来衡量。
目前,研究中多用静态吸附法或动态吸附法进行测定,且往往以其中一种方法得出结论的居多。
事实上,静态吸附法以比表面积为主要影响因素,动态吸附法以孔径大小为主要影响因素,故很可能出现二者结论不一致的情况。
李氏等在考察HQ1、H22型树脂对阿霉素吸附量时,就曾发现在静态吸附实验中,HQ2
的吸附率略高于H21,而在动态吸附实验中这一次序被颠倒了过来。
其原因可能是在静态吸附实验中,孔径相近时HQ2的比表面积较大,因而吸附率高。
在动态吸附实验中,溶液定向流动,具有较高分子量的阿霉素分子易于进入大孔径的H21树脂
为进一步准确筛选出适宜的树脂种类,除考察静态、动态吸附量等指标外,还应进行静态或动态的吸附动力学研究。
孟氏等在用静态法选择分离紫草宁树脂种类时作了静态吸附动力学实验,认为仅用吸附率和吸附量而不考虑吸附动力学特征来评价某一树脂的优劣是不全面的。
汤氏作了H201、H202、H203型
树脂分离牛磺酸的静态、动态动力学实验,准确地回答了树脂的选择问题,并对树脂的孔径、比表面积等作了合理的解释。
另外,还应用比洗脱量或解吸率指标来衡量树脂解吸性能。
在某些情况下,吸附作用力强不利于解吸,如S-8树脂吸附量大但解吸率低,不适用于分离银杏叶黄酮。
大孔吸附树脂依据其聚合的单体组成不同,可以分成非极性和极性两大类。
依据极性大小还可以分为弱极性、中等极性和强极性。
非极性吸附树脂适合从极性溶液(如水溶液)中吸附非极性物质;
中等极性吸附树脂即可从极性溶液中吸附非极性物质,又可以从非极性溶液中吸附极性物质;
极性吸附树脂易从极性溶液中吸附极性物质。
一般非极性物质在水溶液中易被非极性树脂吸附;
极性物质在
水溶液中易被极性树脂吸附。
大孔树脂在实验室用时,要选择它的粒径,一般要筛除60目以下的小颗粒,而且不用时一定要用溶剂(水或乙醇泡着)不然的话可能失效。
以下是几个型号的树脂柱及其内容。
型号
/主要用途\
国内外对应牌号
HPD-100
HPD-100A
人参皂甙、三七皂甙、绞股蓝皂甙、薯蓣皂甙、罗汉果甜甙、黄芪
皂甙、积雪草甙、红景天甙、蒺藜皂甙、刺五加甙、栀子甙、淫羊霍黄酮甙,灯盏花素、蜕皮激素,栀子黄、辣椒红、紫苏色素、紫薯色素、紫甘蓝色素、红曲色素、高粱红、黑米红、黑豆红,石蒜生物碱的提取
XAD-2
HP-20
HPD-300
广泛应用于各种皂甙、色素提取
XAD-4X
HPD-400
HPD-400A
中药复方药物提取,尿激酶、氨基酸、蛋白质提纯,甜菊糖、生物碱的提取
AB-8
HPD-450
银杏黄酮内酯、绿原酸、橙皮甙、柚皮甙、甘草酸、茶多酚等的提取
DM130
HPD-500
含酚污水、农药废水、芳香胺、染料中间体废水处理,极性化合物分离。
硝基化合物污水处理
HPD-600
银杏黄酮、大豆异黄酮、山楂黄酮、沙棘黄酮、曷根素、竹叶黄酮、甜菊甙、茶多酚、黄芪甙、尿激酶、喜树碱提取
HPD-700
HPD-750
大豆异黄酮、银杏黄酮、原花青素提取。
维生素B12及抗生素提取,辅酶精制
HPD-800X
吲哚生物碱、阮酶、头孢酶素、蛋白酶提取,果汁脱苦
XAD-7
HPD-850
除果汁内的棒曲霉素和农药残留,提高果汁色值,透光率,降低浊度
离子交换树脂的型号
名称、
主要用途/
001X7
强酸性苯乙烯系阳离子交换树
脂\
咼纯水制备,抗生素提炼,医药化工等
201X7
强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂
纯水制备,糖液脱色,生化制品制备
D001
大孔强酸性苯乙烯阳离子交换、树脂
工业水处理,贵金属回收,氨基酸回收、催化等
D201
大孔强碱性苯乙烯阴离子交换树脂
纯水制备,生化药物分离和糖类提纯,癸二酸脱色专用
D113
大孔弱酸性丙烯酸阳离子交换
工业水处理,生化药物的分离和纯化。
树脂
D301
大孔弱碱苯乙烯系阴离子交换树脂
纯水及高纯水制备,含铬废水处理回收。
药液脱色\
D900
大孔弱碱阴离子交换树脂/
新型脱色树脂。
与大孔吸附树脂配合使用。
在天然植物提取中脱色。
可在醇液中使用。
三、〖大孔吸附树脂的预处理〗
新购树脂可能含有分散剂、致孔剂、惰性溶剂等化学残留,往往残留少量单体、致孔剂和其他有机物质,所以使用前应按以下步骤进行预处理,以除去杂质。
1.装柱前清洗吸附柱与管道,并排净设备内的水,以防有害物质对树脂的污染。
2.取市售大孔吸附树脂,用乙醇加热回流洗脱(或用改良索氏提取器加热洗脱),洗至洗脱液蒸干后无残留物。
经乙醇洗净的树脂挥去溶剂后保存备用。
或将树脂浸泡在乙醇、甲醇等醇类溶剂一定时间,然后在真空条件下干燥得到处理树脂。
3.于吸附柱内加入相当装填树脂0.5倍的水,然后将新大孔树脂投入柱中,把过量的水从柱底放出,并保持水面高于树脂层表面约20厘米,直到所有的树脂全部转移到柱中。
4.装柱后,先用水反洗,从树脂低部缓缓加水,逐渐增加水的流速使树脂床
接近完全膨胀,保持这种反冲流速直到所有气泡排尽,所有颗粒充分扩展,小颗
粒树脂冲出,除去树脂碎片和杂物。
5.用2倍树脂床体积(2BV的乙醇,以2BV/H的流速通过树脂层,并保持液面高度,浸泡过夜。
6.用2.5-5BV95%乙醇,2BV/H的流速通过树脂层,洗至流出液加水不呈白色浑浊为止。
7.从柱中放出少量的乙醇,检查树脂是否洗净,否则继续用乙醇洗柱,直至符合要求为止。
检查方法:
a.水不溶性物质的检测取乙醇洗脱液适量,与同体积(有1:
1;
1:
2;
5三种报道)的去离子水混合后,溶液应澄清;
再在10C放置30分钟,溶液仍应澄清
b.不挥发物的检查取乙醇洗脱液适量,在200-400nm范围内扫描紫外图谱,以95%乙醇为空白对照,在250nm左右应无明显紫外吸收
8.用去离子水以2BV/H的流速通过树脂层,洗净乙醇。
以大量的蒸馏水洗去乙醇,洗至无醇味,备用。
少量乙醇存在将会大大降低树脂的吸附力
9.用2BV48的HCL溶液,以5BV/H的流速通过树脂层,并浸泡3小时,而后用去离子水以同样流速洗至水洗液呈中性(pH试纸检测pH=7。
10.用2.5BV5%的NaOH溶液,以5BV/H的流速通过树脂层并浸泡3小时,而后用去离子水以同样流速洗至水洗液呈中性(pH试纸检测pH=7。
11.树脂吸附达饱和的终点判定方法:
药液以一定速度通过树脂柱,根据预
算用量,在其附近,取过柱液约3ml,置10ml具塞试管中,密塞后猛力振摇。
观察泡沫持续时间,如泡沫持续时间为15分钟以上,则为阳性,此时树脂达到饱和。
四、〖大孔吸附树脂的吸附条件和解吸附条件的选择〗
吸附条件和解吸附条件的选择直接影响着大孔吸附树脂吸附工艺的好坏,
因而,在整个工艺过程中应综合考虑各种因素,确定最佳吸附解吸条件。
影响树脂吸附的因素很多,主要有被分离成分的性质(极性和分子大小等)、上样溶剂的性质(溶剂对成分的溶解性、盐浓度和pH值)、上样液浓度及吸附流速等。
通常,极性较大分子适用中极性树脂上分离,极性小的分子适用非极性树脂上分离;
体积较大化合物选择较大孔径树脂;
上样液中加入适量无机盐可以增大树脂吸附量;
酸性化合物在酸性溶液中易于吸附,碱性化合物在碱性液中易于吸附,中性化合物在中性液中吸附;
一般上样液浓度越低越利于吸附;
对于滴速的选择,则应保证树脂可以与上样液充分接触吸附为佳。
影响解吸条件的因素有洗脱剂的种类、浓度、pH值、流速等。
洗脱剂可用
甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等,应根据不同物质在树脂上吸附力的强弱选择不同的洗脱剂和不同的洗脱剂浓度进行洗脱;
通过改变洗脱剂的pH值可使吸附物改变分子形态,易于洗脱下来;
洗脱流速一般控制在0.5〜5ml/min。
大孔吸附树脂的孔径和比表面积是影响大孔吸附树脂对中草药有效成分吸附的主要因素。
大孔吸附树脂比表面积越大,单位质量大孔吸附树脂与中草药有效成分作用的面积越大,单位质量大孔吸附树脂吸附的有效成分量越大。
同时大孔吸附树脂对有效成分作用面积受大孔吸附树脂孔径的影响。
大孔吸附树脂表面积由树脂外表面积和树脂内部孔网形成的内表面积组成。
当树脂孔径小于吸附的
有效成分分子时,有效成分分子不能进入树脂内部,只能吸附在树脂外表面;
当树脂孔径大于有效成分分子时,有效成分既可以吸附在树脂外表面也可吸附在内表面。
综合孔径和比表面积作用结果,当树脂孔径较大,大孔吸附树脂比表面积越大吸附量越大。
吸附工艺对有效成分在大孔树脂上吸附效果的影响。
黄酮、皂苷、生物碱等中草药有效成分加入大孔吸附树脂层析柱后,通过范德华力或氢键等分子间作用力吸附在大孔吸附树脂上。
同时黄酮、皂苷、生物碱等成分与溶液作用溶解在溶液中。
黄酮、皂苷、生物碱等有效成分在大孔吸附树脂上的吸附和解吸是大孔吸附树脂吸附和溶液溶解相互作用相互竞争的结果。
当分子间作用力产生的吸附作用占优时,有效成分吸附在树脂上;
当溶液的溶解作用占优时,有效成分从树脂上洗脱。
进柱液pH值对大孔吸附树脂提取有效成分效果的影响。
改变溶液pH值,可以影响中草药有效成分在大孔吸附树脂上的吸附。
溶液pH值对有效成分在大孔
吸附树脂上吸附影响体现在以下几方面。
首先,溶液pH值变化可以改变有效成分在溶液中存在的形式。
例如,生物碱在碱性溶液中以游离态形式存在,而在酸性溶液中以离子形式存在。
再次,溶液pH值改变可以影响有效成分在溶液中的溶解度。
例如:
溶液pH值升高皂苷在溶液中的溶解度增大。
最后,溶液pH值变化改变溶液极性,影响有效成分和大孔吸附树脂间的分子间作用力。
对生物碱等碱性有效成分,将溶液变成酸性,改变生物碱等碱性成分在溶液中的存在形式,提高其在酸性溶液中的溶解度,降低其在大孔吸附树脂上的吸附。
宓晓黎等使用非极性大孔吸附树脂分离复方降压胶囊中的生物碱,研究发现随溶液pH增加,生物碱的吸附量增加。
黄酮、皂苷和其他苷类是中性或弱酸性物质,提高溶液pH值,提高溶
液中的溶解度同时增加有效成分与大孔吸附树脂之间分子间作用力。
高红宁等研
究发现苦参黄酮在AB-8上的吸附量随pH值增加,先增加后降低,存在最佳pH值对应最高的吸附量。
李立等研究不同大孔吸附树脂吸附洋地黄中强心苷,随pH
值增加,溶液pH在6-7时,吸附量急剧增加;
pH值大于7时,吸附量不变或降低。
孟琴等研究pH值对大孔吸附树脂吸附紫草宁的影响发现在酸性条件下,吸附量
大,在碱性条件下,吸附量小。
酸性有效成分应该在酸性条件下吸附,碱性有效成分应该在碱性条件下吸附。
反之在解吸洗脱阶段,酸性有效成分使用碱性洗脱液效果更好;
碱性有效成分使用酸性洗脱液洗脱效果更佳。
温度对大孔吸附树脂提取有效成分效果的影响。
由于黄酮、皂苷、生物碱等
有效成分在大孔吸附树脂上的吸附是通过分子间作用力,属于物理吸附。
温度升
高,一方面有效成分在树脂上的吸附作用降低,另一方面,有效成分在溶液中的溶解度增大。
综合结果温度升高有效成分在大孔吸附树脂上的吸附速度和吸附量降低。
李雁群比较了在15C和65C下AB-8树脂对罗汉果中皂苷的吸附速度,发现在低温下吸附速度更快。
李剑君等使用AB-8树脂吸附葛根素,绘制了15C、30C、50C条件下的吸附等温度曲线,认为温度升高葛根素吸附量减少。
所以在吸附阶段,应该降低温度;
反之,在解吸洗脱阶段,应该升高温度。
有效成分初始浓度对吸附的影响。
黄酮、皂苷、生物碱等在大孔吸附树脂上是物理吸附,从物理吸附等温方程可以发现,初始浓度增加,平衡吸附量增加,吸附率降低,平衡吸附时间增加。
李剑君等使用AB-8树脂吸附葛根素,研究吸附等温曲线认为葛根素初始浓度增加,吸附率反而减少。
李立等研究不同进柱液浓度对大孔吸附树脂吸附洋地黄中强心苷的影响,发现进柱液浓度液增加,平衡吸附
时间延长,吸附量增加,吸附率降低。
洗脱液性质对大孔吸附树脂提取有效成分效果的影响。
将中草药有效成分从
大孔吸附树脂上洗脱,是利用有效成分在洗脱液中的溶解作用大于有效成分和大孔吸附树脂间的吸附作用。
使用的洗脱液应该对有效成分具有良好的溶解作用。
黄酮、皂苷、生物碱以及其他苷类物质在乙醇等醇类溶液中溶解度较大。
常使用
乙醇作为洗脱液。
乙醇溶液浓度从两方面影响有效成分在大孔吸附树脂上的吸附。
一方面,乙醇浓度不同,乙醇溶液极性不同,影响有效成分和大孔吸附树脂间的分子间作用力。
另一方面,乙醇浓度不同,影响有效成分在乙醇溶液中的溶解度。
不同浓度乙醇液影响有效成分在大孔吸附树脂上的解吸作用是两种作用相互竞争的结果。
田晶等使用AB-8树脂吸附大豆中大豆皂苷,研究得到洗脱液中总皂苷含量随洗脱液乙醇浓度增加,先增加后降低。
在乙醇浓度为50%寸,洗脱液中总皂苷含量最大,而其他的糖类和蛋白较少。
盐效应中药有效成分受盐效应的影响,在提取溶液中被纯化成分的溶解度下降,有利于树脂吸附,使吸附量增加。
盐效应因盐的种类与用量的不同而有所不同。
侯氏等在作盐溶液对吸附纯化效果考察时,发现不同浓度的氯化钠、高浓度的氯化钾可以提高指标成分的比上柱量,低浓度的氯化钾则会降低其比上柱量;
曾氏等在绞股蓝总皂苷提取工艺的研究中对加盐(氯化钠)的浓度作了考察,认为氯化钠浓度越高,树脂对总皂苷的吸附能力越强。
张氏在作氯化钠对紫苏色素在S-8大孔吸附树脂纯化效果研究中认为,氯化钠对紫苏色素在S-8大孔吸附树脂上的吸附有明显的促进作用,但是,这种作用并不是与氯化钠的浓度呈完全的线性关系。
汤氏等在对牛磺酸在大孔吸附树脂上的吸附一解吸行为研究中认为,盐效应对牛磺酸在S-8和D4020树脂上的吸附行为影响不大。
五、〖大孔吸附树脂的吸附〗
1.吸附洗脱特性参数的测定
比上柱量(Saturationratio,S):
达到吸附终点时,单位质量干树脂吸附夹带成份的总和,S=(M上—M残)/M,表示树脂吸附承接的总体能力,S越大,
承接能力越强。
是确定树脂用量的关键参数。
比吸附量(Adsorptionratio,A):
单位质量干树脂吸附成份的总和,A=(M上—M残—M水洗)/M,表示树脂真实吸附能力,A越大吸附能力越强,是选择树脂总类与评价树脂再生效果的重要参数。
比洗脱量(Eluationratio,E):
吸附饱和后,用一定量溶剂洗脱至终点,
单位质量干树脂洗脱成分的质量,E=M洗脱/M,表示树脂的解吸附能力与洗脱溶剂的洗脱能力。
E越大表示洗脱溶液剂的洗脱能力与树脂的解吸附能力越强,是选择树脂及洗脱溶剂的重要参数。
其中M为干树脂质量,M上是上柱液中指标成分的质量,M残是过柱流出液中指标成分的质量,M水洗为水洗液中指标成分的
质量,M洗脱为洗脱溶剂中的指标成分的质量。
侯氏等在对大孔吸附树脂纯化中药有效成分影响因素考察时,提出了反映药物在吸附前、
吸附后、解吸附后全过程的3个概念:
比上柱量、比吸附量、比洗脱量。
3个参数均以单位
质量干树脂计,提高了评价指标的准确性与科学性,便于估算树脂用量,利于工业化生产。
比上柱量:
达吸附终点时,单位质量干树脂吸附夹带成分的总和,表示树脂吸附、承载的总体能力,4越大则承载能力越强,是确定树脂用量的关键参数。
比吸附量:
单位质量干树脂吸附成分的总和,表示树脂的真实吸附能力,•越大则吸附
能力越强,是选择树脂种类与评价树脂再生效果的重要参数。
比洗脱量:
吸附饱和后,用一定量溶剂洗脱至终点,单位质量干树脂洗脱成分的质量,
表示树脂的解吸附能力与洗脱溶剂的洗脱能力,比洗脱量越大表示洗脱溶剂的洗脱能力与树
脂的解吸附能力越强,是选择洗脱溶剂的重要参数。
此外,还常用到以下2个指标评价树脂的吸附与解吸附能力。
吸附率:
吸附前后样品
溶液浓度之差占上柱前样品溶液浓度的百分率;
解吸率:
洗脱剂中样品的量相对于树脂吸附
量的百分率。
2.树脂型号、树脂用量和洗脱剂的确定
将红花按提取所得之提取液合并(药材羟基红花黄素A含量6.25%),测得
其中羟基红花黄素A含量为7.628mg•mL。
取HPD100CAD40HPD600及860021型树脂,用红花提取液上柱,先用水洗,再用不同浓度的乙醇洗脱,分别收集过柱残液、水洗液、乙醇洗脱液,分别测定其中羟基红花黄素A含量,并计算有关的特性参数,结果见表3-6。
/表3-6不同型号树脂吸附纯化特性参数
Roctinmcrlal
Saturationratio
Adsorptionratio
Eluationratio
Material
(g/g
HSY-A(mg/g)
HSY-A(mg/g)
HPD600
0.215
13.45
11.08
11.50
CAD40
0.072
4.50
1.80
1.39
HPD100
0.110
6.86
1.82
2.18
860021
0.298
18.65
15.82
2.29
由表3-6结果可知,
以羟基红花黄素
A为指标成分,
红花提取液在不同树脂
上具有不同的吸附、洗脱效果,其中CAD40和HPD100型树脂比上柱量较小;
HPD600和860021型号树脂的比上柱量及比吸附量均较大,但是860021用30%
乙醇洗脱时的比洗脱量小,即样品损失严重,HPD600型树脂的比上柱量较大且比洗脱量大,吸附洗脱性能很好。
综合比较,决定选用比吸附量较大、比洗脱量也大的HPD600型树脂,同时确定洗脱液为30%S醇。
根据所测得HPD600型树脂的比上柱量,折算每L湿树脂可承载约0.2kg红花药材的提取液,考虑到红花药材羟基红花黄素A含量高,并且兼顾生产工艺和药材含量的变化,决定上样量用每L湿树脂承载0.1kg红花药材的提取液。
3.水洗量的确定
用不同柱体积的水洗脱上样的HPD600大孔树脂柱,同时测定水洗液中羟基
红花黄素A含量及观察颜色,结果见表3-7。
表3-7水洗量的确定实验结果
Vol.ofwaterclomn)
vol.
of
1
2
3-4
5-6
Weightofeluent
mg)
145.3
22
18
16
ContentofHSY-A
(mg-
mL1)
1.75
11.91
19.0
19.1
Colorofeluent
Deepbrown
Yellow
根据实验结果,1倍柱体积水洗柱即可将大部分的杂质除去,进一步洗脱将损失有效成分羟基红花黄素A。
为此,本工艺采用1倍柱体积水洗柱除杂质。
4.洗脱剂用量的确定
取上述达到饱和并经水洗的树脂柱,用30聽醇洗脱,分段收集,测
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- 树脂 应用 操作过程 注意事项