大孔吸附树脂技术的研究进展

大孔吸附树脂技术的研究进展,报告人:赵稷,大孔树脂是近20余年发展起来的一种新型非离子型有机高分子聚合物吸附剂。它是以苯乙烯和丙烯酸酯为单体，加入二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯为致孔剂，它们相互交联聚合形成了多孔骨架结构。树脂本身由于依靠它和被吸附的分子(吸附质)之间的范德华力和氢键作用，具有吸附性，又因具有网状结构和很高的比表面积，而有筛选性能，能从溶液中有选择地吸附有机物质，使有机化合物根据吸附力及其分子量大小可以经一定溶剂洗脱而分开，达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。大孔树脂吸附技术最早用于废水处理、医药工业、化学工业、分析化学、临床检定和治疗等领域。而近年来大孔树脂吸附层析法在中草药有效成分的提取、分离、纯化方面显示出其独特的作用。,1、大孔吸附树脂技术的基本原理 根据树脂的表面性质，大孔吸附树脂可以分为非极性、中极性和极性三类。非极性吸附树脂是由偶极距很小的单体聚合而成，不含任何功能基团，孔表的疏水性较强，可通过与小分子内的疏水部分的作用吸附溶液中的有机物，最适用于从极性溶剂(如水)中吸附非极性物质。中极性吸附树脂含有酯基，其表面兼有疏水和亲水部分，既可由极性溶剂中吸附非极性物质，也可以从非极性溶剂中吸附极性物质。极性树脂含有酰胺基、氰基、酚羟基等极性功能基，它们通过静电相互作用吸附极性物质。根据树脂孔径、比表面积、树脂结构、极性差异，大孔吸附树脂又分为许多类型，且分离效果受被分离物极性、分子体积、溶液值、洗脱液的种类等因素制约，在实际应用中，要根据分离要求加以选择。,2、大孔树脂吸附性能的影响因素,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。,21 吸附条件的影响,（1）大孔树脂型号的影响 大孔树脂可分为非极性和极性两大类，根据极性的大小还可以分为弱极性、中等极性和强极性等。一般非极性化合物在水中可以被非极性树脂吸附，极性化合物在水中被极性树脂吸附。美国Rohm-Hass公司AmberLite XAD 系列吸附树脂，主要应用于化工、治金等领域较多。国产吸附树脂主要用于中药的提取分离纯化，常用树脂型号有D101 型、DA201型、 SIP 系列、X-5 型、AB-8 型、GDX104 型、LD605型、LD601型、CAD-40 型、DM-130 型、R-A 型、CHA-111 型、WLD 型(混合型)、H107型、NKA-9型等。而不同型号树脂的比表面积、平均孔径、分离选择性都有所不同，应根据实际情况进行选择。,（2）上样液的影响 上样液的浓度 树脂吸附量一般与上样液浓度成反比。如果上样液较稀，则上样液粘度较小，在一定上样流速下，溶液通过柱床流速较快，使传质过程未进行彻底，可能泄漏；如果上样药液浓度太大，被吸附物质在树脂内部扩散速度变慢，使某些树脂局部周围被吸附物质分子过多，使得某些没来得及被吸附就流出来，这两种情况均未达到树脂的最大吸附量。确定最大上样药液量，即可以减少药材的损耗，又避免树脂的浪费。,上样液的pH值 改变溶液pH值，可以影响被吸附物质在大孔树脂上的吸附，其体现在以下几方面。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。其次，溶液pH值改变可以影响有效成分在溶液中的溶解度。通常一种物质在某种溶剂中溶解度大，树脂对其吸附力就弱。因此通常选用对被分离成分溶解度小的溶剂作为吸附溶剂。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。,上样液的温度 由于有效成分在大孔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树脂上的吸附速度和吸附量降低。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。 上样液与树脂的比例 大孔树脂的用量要足量，使中药成分能充分吸附。一般树脂与药材用量比应不低于10.6。树脂的吸附率先随上样量的增加而增加，达到一定值后基本不再变化。,（3）吸附时间 树脂的吸附率先随吸附时间的增加而增加，达到一定值后基本不再变化。 （4）吸附速率 大孔吸附树脂的吸附能力除了由吸附量表现外，吸附速率也是重要的参考指标，体现了树脂吸附达平衡的快慢，吸附达平衡快则效率高。可以根据Lang-muir吸附速率方程，计算吸附速率常数。,2.2 解吸条件的影响 （1）洗脱剂的影响 洗脱液可使用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯。根据吸附力强弱选用不同的洗脱剂及浓度。对非极性大孔树脂，根据有关文献分析，洗脱剂极性越小，洗脱能力越强。对于中极性大孔树脂和极性较大的化合物来说，则用极性较大的溶剂较为合适。为了达到满意效果，可设几种不同浓度洗脱，确定最佳洗脱液浓度。实际工作中，甲醉、乙醇、丙酮应用较多，流速一般控制在24BVh-1为好。,（2）洗脱剂用量 确定合理的洗脱剂用量，可以避免洗脱剂的浪费，还可以避免有效成分在树脂上残留。（3）洗脱剂的pH值 与上述上样液的pH值原理相同。,2.3 树脂其它方面的影响,药液在上柱之前一般要经过预处理，预处理不好则会使大孔树脂吸附的杂质过多，从而降低其对有效成分的吸附。树脂的粒径和树脂柱的高度也会产生一些影响，通常较小的树脂粒径和较低的树脂高度有利于增大吸附速度。玻璃柱的粗细也会影响分离效果，当柱子太细，洗脱时，树脂易结块，壁上易产生气泡，流速会逐渐降为零。,3、大孔吸附树脂技术在分离纯化中的应用特点 3.1 大孔吸附树脂的优点 与传统的提取方法相比，大孔吸附树脂具有缩小剂量，提高中药内在质量和制剂水平。经大孔树脂吸附技术处理后得到的精制物可使药效成分高度富集、杂质少，使有效成分含量提高，剂量减小，有利于制成现代剂型的中药，也便于质量控制。减小产品的吸潮性。传统的提取方法所提的中成药大部分具有较强的吸潮性，是中药生产及储藏中长期存在的问题。而经大孔树脂吸附处理后，可有效去除吸潮成分，增强产品的稳定性。,可有效去除重金属，既保证了患者的用药安全，同时也解决了中药重金属超标的难题，为中药进人国际市场创造了条件。 具有较好安全性。吸附树脂是一类高度交联的、具有三维网状结构的高分子聚合物，不溶于任何溶剂，在常温下十分稳定，因此在使用过程中不会有任何物质释放出来。至于在生产过程中残留的某些杂质可以在使用前彻底清洗出来，完全能够达到药用标准。目前日本己有生产“药用标准”的、性能良好的大孔树脂。,3.2大孔吸附树脂应用存在的问题由于应用大孔吸附树脂分离、纯化中药有效成分的时间不长，用来制备中药复方制剂则还刚刚起步，目前对于它的研究还不够深入，因此，它的应用还有一个不断发展完善的过程，对存在的一些问题需要作进一步探讨和解决。,（）树脂的生产和型号目前，生产厂家和树脂型号显得比较混乱，就以目前最常用的D-101型树脂来说，供应厂家就有天津树脂厂、天津骨胶厂、天津农药厂、上海试剂厂、天津市试剂厂，天津南开大学化工厂等，但缺乏统一的标准，厂家提供给用户的有关树脂性能（极性、比表面积、孔径、孔度等）的参数参差不齐，缺乏必要的指导，使得树脂的质量难以得到保证，给使用者在实际应用中带来一定的盲目性。,(2) 安全性的考察 市售的大孔吸附树脂一般含未聚合的单体、致孔剂、引发剂、分散剂和防腐剂等。这些物质混入制剂中对人体大都会产生一定的危害，因此使用前必须经过处理将其除去。树脂的预处理一般需经三个过程；用水除去水溶性杂质，用有机溶剂除去酯溶性杂质，再用吸附介质除去残留的其他溶剂，以免影响树脂的吸附量。目前，文献报道的处理方法对处理的时间和处理程度的判断含糊不一，对预处理结果缺乏充分可信的考察指标，尤其是安全性指标。,(3) 树脂的适用性问题 实际上，不同类型树脂对同一成分有不同程度的吸附，同一型号树脂对多种成分也有不同程度的吸附。为了使树脂法成功的应用于生产，除选用分离介质，还要配合最佳的工艺条件，如料液的预处理、浓