（食品科学专业论文）吸附法制备高纯度磷脂酰胆碱的研究.pdf

摘要 摘要 本文以醇溶性大豆磷脂为原料，研究了吸附法制备高纯度磷脂酰胆碱( p c ) 的方法， 研究内容主要包括： 1 、以醇溶性大豆磷脂为原料，以乙醇为溶剂，用固体吸附剂搅拌纯化磷脂，对此 制备方法的各因素进行了实验，得知影响产品纯度和p c 得率的主要因素为：乙醇体积 分数、液料比、吸附剂用量、吸附温度、吸附时间、吸附次数。用均匀设计法来设计实 验，并用b p 神经网络模型对实验结果进行建模分析，得出最优试验条件为：乙醇体积 分数9 4 0 ，乙醇：磷脂原料比为1 8m l g ，吸附剂：磷脂原料比为0 5 g ，吸附温度为 3 8 0 ，每次吸附时间为1 0 m i n ，吸附次数为6 次，在此条件下进行了验证实验，可以 使产品纯度达到9 3 0 5 5 ，p c 得率达到7 6 7 9 7 。 2 、对吸附剂对磷脂的吸附特性进行了研究，发现吸附剂对p e 具有较强的选择吸附 能力，但是它对p c 也并不是绝对不吸附；吸附温度对p c 的吸附有一定的影响，随着 温度升高，p c 的吸附率逐渐增加；吸附时间对吸附选择性有一定影响，在最佳吸附剂 用量下，p c 吸附达到平衡的时间比p e 完全去除所需时间稍长；溶液中的p c 浓度在一 定范围内不影响吸附剂对p e 的高选择性吸附；溶液中乙醇体积分数对p e 吸附有一定 影响，在乙醇体积分数较低如为7 6 0 和8 5 3 时，吸附剂并不能将p e 完全吸附，但 是同时随着乙醇体积分数的增加，吸附剂对p c 的吸附也加强。 3 、对吸附剂对p e 的吸附平衡及吸附动力学进行了研究，得知：p e 在吸附剂上的 吸附平衡能够用l a n g m u i r 模型很好地描述，即p e 在吸附剂上的吸附平衡可表示为 q 。= q m k c j ( i + k c 。) ；吸附剂吸附p e 的吸附热h a ，m 2 0l d m o l ，所以此吸附属于物 理吸附的范畴；吸附剂吸附p e 的吸附速率曲线表现为一级动力学特征，可采用l a g e r g r e n 一级速率方程：l g ( 1 一f ) = k 、t 2 3 0 3 计算吸附速率；用孔扩散方程对吸附剂吸附p e 的吸 附速率曲线进行拟合，各相关系数都大于0 9 9 ，表明孔扩散是该吸附过程的主要控制步 骤，但由于其拟合直线都不经过原点，表明它不是唯一的控制因素，所以认为膜表面扩 散与孔扩散共同影响吸附剂对p e 的吸附过程。 4 、同时对吸附剂吸附法和吸附剂层析法所制得的磷脂酰胆碱产品进行了比较分析， 得n - 两者均含有肉豆蔻酸( c 1 4 ：0 ) 、棕榈酸( c 1 6 ：0 ) 、棕榈油酸( c 1 6 ：1 ) 、硬脂酸( c 1 8 ：0 ) 、 油酸( c 1 8 ：1 ) 、亚油酸( c 1 8 ：2 ) 和亚麻酸( c 1 8 ：3 ) ，而亚油酸含量最高，达6 5 左右； h p l c m s 分析结果为：两种p c 产品中均含有1 6 ：1 1 8 ：1 p c 、1 6 ：0 1 8 ：2 p c 、1 6 ：0 1 8 ：1 - p c 、 1 8 ：3 1 8 ：3 - p c 、1 8 ：2 1 8 ：3 - p c 、1 8 ：2 1 8 ：2 p c 、1 8 ：1 1 8 ：2 p c 、1 8 ：0 1 8 ：2 一p c 、1 8 ：0 1 8 ：1 p c 等九种p c 分子种，两种p c 产品中二亚油酰磷脂酰胆碱( 1 8 ：2 1 8 ：2 p c ) 的含量均最高。 关键词：磷脂酰胆碱；吸附剂；均匀设计；b p 神经网络；吸附动力学 摘要 a b s t r a c t h i g h l yp u r i f i e dp h o s p h a t i d y l c h o l i n e w a so b t a i n e d u s i n ga d s o r p t i o np r o c e s s ，a n d a l c o h 0 1 s o l u b l ep h o s p h o l i p i d sa sr a wm a t e r i a l s t h em a i nc o n t e n ti nt h i st h e s i sa r e ： 1 t h ep h o s p h o l i p i d sw a sp u r i f i e du s i n ge t h a n o la ss o l v e n t ，a d s o r b i n gt e c h n i q u e ，a n d a l c o h o l - s o l u b l es o y b e a np h o s p h o l i p i d sa sr a wm a t e r i a l s t h ep r o c e s s i n gp a r a m e t e r sw a s s t u d i e d t h ee x p e r i m e n tw a sd e s i g n e db yt h eu n i f o r md e s i g nt a b l e ，a n dt h eb pn e u r a ln e t w o r k w a su s e dt oo p t i m i z et h er e s u l t so fu n i f o r me x p e r i m e n t u n d e rt h ec o n d i t i o n s ：v o l u m ep e r c e n t o fe t h a n o li s9 4 o ，u s el e v e lo fe t h a n o l i s18 m l g ，u s el e v e lo fs o r b e n ti s0 5 9 g ，p r o c e s s i n g t e m p e r a t u r e i s 3 8 0 ，p r o c e s s i n g t i m ei s 1 0 m i n ，a n d 6 t i m e s ，w h i c h c o n t e n to f p h o s p h a t i d y l c h o l i n er e a c h9 3 0 5 5 ，y i e l do f p h o s p h a t i d y l c h o l i n er e a c h7 6 7 9 7 2 a f t e rr e s e a r c h i n ga d s o r p t i o np r o c e s sb e t w e e na d s o r b e n ta n dp h o s p h o l i p i d s ，w ef i n d t h ea d s o r b e n ti st h ef i r s tt oa d s o r bp h o s p h a t i d y l e t h a n o l a m i n e ，a n dw h e nt h ea d s o r b e n ti s e x c e s s i v e t h ep h o s p h a t i d y l c h o l i n ei sa d s o r b e d ，t o o t h et e m p e r a t u r e ，t i m e ，c o n c e n t r a t i o n o f p h o s p h a t i d y l c h o l i n ei ns o l u t i o na n dv o l u m ep e r c e n to fe t h a n o lo fp r o c e s s i n gc h a n g e dt h e a d s o r p t i o np h o s p h a t i d y l e t h a n o l a m i n eb ya d s o r b e n t 3 a d s o r p t i o nd y n a m i c sr e s e a r c ho fp ei n d i c a t e dt h a ta d s o r p t i o ni s o t h e l mo fp ec o u l db e d e s c r i b e dw i t ht h e e q u a t i o n o fl a n g m u i r , n a m e l y , q e = q m k c d ( 1 + k c e ) b e c a u s et h e a d s o r p t i o nh e a to fp eo ns o r b e n t h a ，m 9 0 0 ) 和p c 得率，由于实验次数较少，考察指标较多，用回归分析无法得出理想的回归方程， 故建立神经网络模型预测最优的试验条件。 表3 4 均匀设计实验结果 t a b 3 - 4t h er e s u l t so fu n i f o r me x p e r i m e n t 3 4 2 2 神经网络预测模型的建立 2 3 江南大学硕士学位论文 神经网络( n e u r a ln e t w o r k ) 是单个并行处理元素的集合【6 ”，从生物学神经系统得 到启发。在自然界，网络功能主要由神经节决定，可以通过改变连接点的权重来训练神 经网络完成特定的功能。一般的神经网络都是可调节的，或者说可训练的，这样一个 特定的输入便可得到要求的输出。如图3 - 8 所示。这里，网络根据输出和目标的比较而 调整，直到网络输出和目标匹配。作为典型，许多输目标对应的方法已被用在有监督 模式中来训练神经网络。 图3 - 8 神经网络训练算法漉程 f i 9 3 - 8 t h e f l o w c h a r t o f ”b 血虹ga r i t h m e t i c o f n e u r a l n e t w o r k 神经网络领域已经有5 0 年的历史了，但是实际的应用却是在最近1 5 年里，如今神 经网络仍快速发展着。神经网络可以是单层的，也可以是多层的，多层网络的功能非常 强大。一个两层的网络，第一层的转移函数是曲线函数，第二层的转移函数是线性函数， 通过训练，它能够很好的模拟任何有有限断点的函数。这种两层网络集中应用于b p ( b a c k p r o p a g a t i o n ) 反向传播网络，本文所应用的就是这种网络，含有一个隐层和一个输出层。 理论已经证明，在不限制隐层节点数的情况下，含有两层( 只有一个隐层) 的b p 神经 网络可以实现任意维度至任意维度的任意非线性映射。 用d p s 数据处理系统软件中的b p 神经网络模型对实验结果进行分析1 6 8 ，得隐含层 节点数为1 1 时，网络训练误差( 拟合残差) 晟小，故建立输入层节点数为6 ，隐含层节 点数为1 1 ，输出层节点数为2 的二层b p 神经网络。此b p 神经网络模型的其它参数如 下：最4 _ j l 练速率0 1 ，动态参数0 6 ，s i g m o i d 参数0 9 ，允许误差6 00 0 1 ，最大迭代 次数2 0 0 0 0 ，数据转换方式为标准化转换，其训练误差曲线( 拟合曲线) 如图3 - 9 所示。 拟管裁蒜锄鸺e 9 f 5 8 5 5 孙7 。7 雀 i ：i ； ：一 譬 “ ”榭 ； 曦 | | | ； j ：jl ： 蔷 镄醢翻熊自燃。 。m 矗d 邕瘫划 第三章吸附剂吸附法制备磷脂酰胆碱 得出最优结果： p 2 9 4 01 80 53 8 01 06 】 t - 9 2 8 9 5 781 2 8 0 6 】 即乙醇体积分数a = 9 4 0 ，液料比b = 1 8m l g ，吸附剂：磷脂原料c = 0 5g g ，吸 附温度d = 3 8 0 ，吸附时间e = 1 0m i n ，吸附次数f = 6 次时有最佳试验结果，此时p c 质量分数= 9 2 8 9 5 7 ，p c 得率= 8 1 2 8 0 6 。 3 4 3 验证实验 采用b p 神经网络模型得出的最优试验条件，即乙醇体积分数为9 4 0 ，乙醇：磷 脂原料比为1 8m l g ，吸附剂：磷脂原料比为o 5 g ，吸附温度为3 8 0 ，每次吸附时 间为1 0m i n ，吸附次数为6 次，进行验证试验，得到的结果如下： 表3 - 5 验证实验结果 t a b 3 - 5t h er e s u l t so fc o n f i r m a t o r ye x p e r i m e n t p c 质量分数的相对误差= i ( 实验实测值一预测值) 实验实测值i 1 0 0 = o 1 7 ； p c 得率的相对误差= i ( 实验实测值一预测值) 实验实测值i 1 0 0 = 5 8 3 ，实验误 差都不大，证明b p 神经网络模型的预测还是较准确的。 3 5 本章小结 ( 1 ) 通过单因素实验，分析了对产品纯度和p c 得率的主要影响因素为：乙醇体积分数、 液料比、吸附剂用量、吸附温度、吸附时间、吸附次数。 ( 2 ) 采用均匀设计法来设计实验，并用b p 神经网络模型对实验结果进行建模分析，得 出最优试验条件为：乙醇体积分数9 4 0 ，乙醇：磷脂原料比为1 8m l g ，吸附剂：磷 脂原料比为o 5 g ，吸附温度为3 8 0 ，每次吸附时间为1 0m i n ， 吸附次数为6 次， 在此条件下进行了验证实验，可以使产品纯度达到9 3 0 5 5 ，p c 得率达到7 6 7 9 7 。 江南大学硕士学位论文 第四章吸附剂对磷脂吸附特性的研究 4 1 引言 第三章在研究吸附剂吸附法的制备工艺条件时，讨论了吸附剂用量、乙醇体积分数、 吸附温度、吸附时间、液料比等因素对产品p c 纯度和p c 回收率的影响。本章从理论 角度出发，进一步研究吸附剂用量、吸附温度、吸附时间、混合液中p c 的浓度以及混 合液中有机溶剂的体积分数对吸附选择性的影响1 6 9 - 7 1 】，为吸附剂吸附法制备高纯p c 的 实际工业应用提供更详细的基础数据。 4 2 实验材料与设备 4 2 1 实验材料和试剂 醇溶性磷n 旨( p c 5 4 6 5 ，p e 9 5 2 )北京华清美恒生物科技有限公司 乙醇( 分析纯)国药集团化学试剂有限公司 甲醇、氯仿、氨水( 色谱纯)江苏汉邦科技有限公司制造 磷脂酰胆碱标准品 s i g m a 公司 4 2 2 实验仪器 仪器与设备型号生产厂家 高效液相色谱仪 a l i g e n t11 0 0 美国安捷伦公司 蒸发光散色检测器( e l s d ) 2 0 0 0 e s美国a l l t e c h 公司 超声波清洗器k q 2 2 0 0 昆山市超声仪器有限公司 恒温干燥箱 1 0 1 4 上海实验仪器总厂 台式离心机t d l 5上海安亭科学仪器厂 电子天平 a b l 0 4 - n ( d = o 0 0 0 1 9 ) 梅特勒一托利多仪器上海有限公司 冷冻水浴恒温振荡器 s h a 一2 a 金坛市亿通电子有限公司 4 3 实验方法 4 3 1 实验材料和样品的准备 4 311 吸附剂的预处理 将吸附剂在1 0 5 恒温干燥1 5h 后，放在干燥器中冷却备用。 4 312 磷脂溶液的配制 准确称取一定量的醇溶性磷脂样品，用9 5 ( v v ) 乙醇水溶液溶解，配成不同浓 度的醇溶磷脂溶液。 4 3 2 吸附剂用量和吸附温度对吸附特性的影响 分别精确称取0 1 9 、0 2g 、0 4g 、0 6g 、0 8g 、1 0g 经过处理的吸附剂置于6 个 第四章吸附剂对磷脂吸附特性的研究 2 5 0m l 带塞磨e l 锥形瓶中，各加入浓度为1 5 9 2m g m l 的醇溶性磷脂乙醇溶液2 5m l ， 在一定温度下，1 5 0r m i n 的恒温水浴振荡器上振摇吸附2 4h ，用高效液相色谱法分析吸 附前后p e 、p c 的浓度变化并计算吸附率。分别测定吸附温度为2 5 、4 5 i + 6 i 7 下 不同吸附剂用量的吸附特性。 4 3 3 吸附时间对吸附特性的影响 精确称取0 4g 经过处理的吸附剂置于2 5 0m l 带塞磨口锥形瓶中，加入浓度为 1 5 9 2m g m l 的醇溶性磷脂乙醇溶液2 5m l ，在2 5 下，1 5 0r m i n 的恒温水浴振荡器上 振摇吸附每隔一定时间取样，用高效液相色谱法分析吸附前后p e 、p c 的浓度变化并计 算吸附率。 4 3 4p c 浓度的变化对吸附特性的影响 将醇溶性磷脂样品用9 5 乙醇水溶液溶解，配制成2 5 0 0m g m l 的醇溶磷脂溶液， 取1 0m l 分别加入3 个2 5m l 容量瓶中。将纯p c 标准品用9 5 乙醇水溶解，各取一 定量加入上述溶液中，向每个容量瓶中加入的p c 量成比例增加。混合后，再加入9 5 乙醇一水溶液定溶至2 5m l 。使p c 的浓度分别为o 5 5 1 8m g m l 、0 6 6 8 8m g m l 、 o 7 8 1 3m g m l 。将0 4 0 0g 吸附剂加入上述溶液中，在2 5 下，1 5 0r m i n 的恒温水浴振 荡器上振摇吸附9h 。吸附后用高效液相色谱法分析吸附前后p e 、p c 的浓度变化并计 算吸附率。 4 3 5 溶液中乙醇体积分数对吸附特性的影响 在无水乙醇溶液中加入去离子水，分别配制成体积分数为7 6 0 、8 5 3 、9 5 0 的乙醇水溶液。准确称取一定量的醇溶性磷脂样品，分别用上述乙醇水溶液溶解，配 制成1 6 0 0m g m l 的7 6 0 乙醇水、8 5 3 乙醇水、9 5 0 乙醇水溶液。取上述醇溶 磷脂溶液各2 5m l 置于3 个带塞磨v i 锥形瓶中，分别加入o 8 0 0g 吸附剂，在2 5 下， 1 5 0r m i n 的恒温水浴振荡器上振摇吸附2 4h ，用高效液相色谱法分析吸附前后p e 、p c 的浓度变化并计算吸附率。 4 3 6p c ，p e 质量分数的测定 p c 、p e 质量分数的测定方法、条件同附录1 。 4 4 结果与讨论 4 4 1 吸附剂用量和吸附温度对吸附特性的影响 图4 1 为吸附剂用量为0 4 0 0g ，吸附温度为2 5 时，磷脂乙醇溶液吸附前后的h p l c 谱图，图4 2 为吸附剂用量为0 6 0 0g 时，磷脂乙醇溶液在2 5 、4 5 、6 0 下吸附 前后的h p l c 谱图。不同温度、不同吸附剂用量下p e 及p c 的吸附率如表4 1 、4 2 、 4 3 所示。 2 7 江南大学硕十学位论文 时曲 i i 褂 t i t i i 蠹素喜陀 = i ；竣 k l 一 斗 e ，5 sz c a ) 吸附前 图 b e f o r ea d s o r p t i o n ( b ) 吸附后a f t e ra d s o r p t i o n 4 - 1 吸附剂对醇溶性磷脂乙醇溶液吸附前后的h p l c 图谱 ( 吸附剂用量：0 4 0 0g ；k 应时间：2 4h ；反应温度：2 5 ) f i g 4 - 1t h eh p l cp a t t e r n so ft h ee t h a n o ls o l u t i o n so fp h o s p h o l i p i db e f o r ea n da f t e ra d s o r p t i o nb y s o r b e n t ( a ) 吸附前b e f o r ea d s o r p t i o n ( b ) 吸附后a f t e ra d s o r p t i o n ( 2 5 ) 图4 - 2 吸附剂对醇溶性磷脂乙醇溶液吸附前后的h p l c 图谱 ( 吸附剂用量：o 6 0 0g ；反应时间：2 4h ) f i g 4 2t h eh p l cp a t t e r n so ft h ee t h a n o ls o l u t i o n so fp h o s p h o l i p i db e f o r ea n da f t e ra d s o r p t i o nb y s o r b e n t 2 8 第四章吸附剂对磷脂吸附特性的研究 表4 - 1 吸附剂周量对p c 、p e 吸附率的影响( ) ( 反应温度2 5 ) t a b 4 - 1i n f l u e n c eo fa d s o r b e n ta m o u n to nt h ea d s o r p t i o ne x t e n to fp ea n dp ci nt h es o l u t i o n s 表4 - 2 吸附剂用量对p c 、p e 吸附率的影响( ) ( 反应温度4 5 ) t a b 4 - 2i n f l u e n c eo fa d s o r b e n ta m o u n to nt h ea d s o r p t i o ne x t e n to fp ea n dp ci nt h es o l u t i o n s 表4 3 吸附剂用量对p c 、p e 吸附率的影响( ) ( 反应温度6 0 ) t a b 4 3i n f l u e n c eo fa d s o r b e n ta m o u n to nt h ea d s o r p t i o ne x t e n to fp ea n dp ci nt h es o l u t i o n s 由表4 1 、4 2 、4 3 可见，在一定吸附温度下，吸附剂用量对吸附率有很大影响， 如在吸附温度为2 5 时，当吸附剂用量 0 4 0 0g 时，对p e 的吸附不完全，当吸附剂 用量兰0 4 0 0g 时，p e 可以完全被吸附。但是，随着吸附剂用量的增加，p c 的吸附铝也 增加，因此0 4 0 0g 吸附剂应该是最佳用量，此时既能完全脱除p e ，又能使p c 的吸附 率最低，即吸附剂对p e 的选择性吸附表现得最为明显。实际上，当吸附剂用量为1 o og 时，p c 的吸附率已经达到3 4 5 9 ，吸附的选择性已经较差了。 由表4 1 、4 2 、4 3 还可看出，温度不同，吸附剂的最佳用量会有所不同，吸附温 度为2 5 时，为0 4 0 0g ；吸附温度为4 5 、6 0 时，为0 6 0 0g 。另外，在吸附剂用 量相同时，随着温度的升高，p c 的吸附率逐步增加，如吸附剂用量为0 6 0 0g 时，2 5 下p c 吸附率为2 2 2 6 ，4 5 下p c 吸附率为3 4 3 6 ，而6 0 下p c 吸附率达到 5 3 4 8 。所以从p c 的回收率角度考虑，我们在用吸附剂吸附法制备纯化p c 时，应尽 量在较低温度下进行。 4 4 2 吸附时间对吸附特性的影响 当吸附剂用量为0 4 0 0g 时，醇溶磷脂乙醇溶液中，p e 、p c 的吸附率随时间的变化 2 9 江南大学硕士学位论文 如表4 4 所示。当吸附时间为1 5 0r a i n 时，p e 的吸附率达到1 0 0 0 ，如图4 3 所示， 进一步延长吸附时间，p c 的吸附率进一步增加，到1 8 0r a i n 后p c 的吸附达到平衡，p c 吸附率不再增加。 表4 - 4 吸附时间对p c 、p e 吸附率的影响( ) t a b l e 4 4i n f l u e n c eo fa d s o r b e n tt i m eo nt h ea d s o r p t i o ne x t e n to fp ea n dp ci nt h es o l u t i o n ( a ) 吸附前b e f o r ea d s o r p t i o n ( b ) 吸附后a f t e ra d s o r p t i o n 图4 3 吸附剂对醇溶性磷脂乙醇溶液吸附前后的h p l c 图谱 ( 吸附荆用量：o 4 0 0 9 ；反应时间：1 5 0 m i n ；反应温度：2 5 ；磷脂乙醇溶液浓度：1 5 9 2 m g m l ) f i g 4 3t h eh p l cp a t t e r n so ft h ee t h a n o ls o l u t i o n so fp h o s p h o l i p i db e f o r ea n d a f t e ra d s o r p t i o nb y s o r b e n t 4 4 3p c 浓度的变化对吸附特性的影响 为了让实验数据具有可比性，在磷脂乙醇溶液中，乙醇的体积分数均为9 5 0 ，吸 附剂用量为0 4 0 0g ，吸附时间为9h 。当p c 的浓度为0 5 5 1 8m g m l 时，醇溶磷脂乙醇 溶液吸附前后的h p l c 谱图如图4 4 所示。不同p c 浓度下，醇溶磷脂乙醇溶液中p e 、 p c 的吸附率如表4 5 所示。 第四章吸附剂对磷脂吸附特性的研究 ca ) 吸附前b e f o r ea d s o r p t i o n ( b ) 吸附后a f t e ra d s o r p t i o n 图4 - 4 吸附荆对醇溶性磷脂乙醇溶液吸附前后的h p l c 图谱 ( 吸附弃j 用量：0 4 0 0g ；反应时间：9h ；反应温度：2 5 ；p c 浓度：o 5 5 1 8m g m l ) f i g 4 4t h eh p l cp a t t e r n so ft h ee t h a n o ls o l u t i o n so fp h o s p h o l i p i db e f o r ea n da f t e ra d s o r p t i o nb y s o r b e n t 表4 - 5 磷脂溶液申p c 浓度对p c 、p e 吸附率的影响( ) t a b 4 5i n f l u e n c eo fp cc o n t e n to nt h ea d s o r p t i o ne x t e n to fp ea n dp ci nt h es o l u t i o n s 由表4 5 可见，p c 浓度的变化并未影响吸附剂对p e 的高吸附率，对p c 的吸附率 影响也不大。 4 4 4 溶液中乙醇体积分数对吸附特性的影响 当醇溶性磷脂乙醇水溶液中乙醇体积分数为8 5 3 时，醇溶磷脂的浓度为 1 6 0 0m g m l 、吸附剂用量为0 8 0 0g 、反应温度为2 5 、反应时间为2 4h 时，吸附前 后的h p l c 谱图如图4 5 所示。其他条件不变，混合溶液中乙醇的体积分数为7 6 0 、 8 5 3 和9 5 o 时，p e 及p c 的吸附率如表4 6 。 由表4 6 可见，随着溶液中乙醇体积分数的增加，p e 的吸附率逐渐增加，当乙醇体 积分数为9 5 时，p e 的吸附率为1 0 0 0 ，即吸附剂能将p e 完全除去；但是，同时 p c 的吸附率也是随着乙醇体积分数的增加而增加，所以我们应该综合考虑来选择乙醇 溶液的体积分数。 江南大学硕士学位论文 时 i 酣 l l 僖傅 - 三 i = 惦垂p ci b 芝一i i tjt，j ( a ) 吸附前b e f o r ea d s o r p t i o n ( b ) 吸附后a f t e ra d s o r p t i o n 图4 5 吸附剂对醇溶性磷脂乙醇溶液吸附前后的h p l c 图谱 ( 吸附荆用量：0 8 0 0g ；反应时间：2 4h ；反应温度：2 5 ；乙醇体积分数：8 5 3 ) f i g 4 - 5t h eh p l cp a t t e r n so ft h ee t h a n o ls o l u t i o n so fp h o s p h o l i p i db e f o r ea n da f t e ra d s o r p t i o nb y s o r b e n t 表4 - 6 乙醇体积分数对p c 、p e 吸附率的影响( ) t a b 4 6i n f l u e n c eo fe t h a n o lc o n t e n to ft h es o l u t i o n so nt h ea d s o r p t i o ne x t e n to fp ea n dp c 4 5 本章小结 ( 1 ) 尽管吸附剂对p e 具有较强的选择吸附能力，但是对p c 并不是绝对不吸附，因此， 吸附剂的用量对吸附选择性有一定的影响，通过控制吸附剂的用量，可以使p e 全部去 除，同时使p c 的损失最小；同时，吸附温度对p c 的吸附有一定的影响，随着温度升 高，p c 的吸附率逐渐增加，所以在吸附剂对p c 有吸附的情况下，我们应尽量在较低温 度下进行。 ( 2 ) 吸附时间对吸附选择性有一定影响，由于在最佳吸附剂用量下，p c 吸附达到平衡 的时间比p e 完全去除所需时间稍长，所以如果延长吸附时间，p c 会继续发生吸附直至 平衡。所以我们应将吸附时间控制在刚好完全去除p e 为宜。 ( 3 ) 溶液中的p c 浓度在一定范围内不影响吸附剂对p e 的高选择性吸附。 ( 4 ) 溶液中乙醇体积分数对p e 吸附有一定影响，在乙醇体积分数较低如为7 6 o 和 8 5 3 时，吸附剂并不能将p e 完全吸附，所以在7 6 0 9 5 0 范围内，我们应尽量选 择较高体积分数的乙醇。但是同时随着乙醇体积分数的增加，吸附剂对p c 的吸附也加 强，所以我们应该综合考虑来选择所用的乙醇溶液的体积分数。 3 2 第五章吸附剂对p e 的吸附平衡及吸附动力学研究 第五章吸附剂对p e 的吸附平衡及吸附动力学研究 5 1 引言 _ 第四章研究了吸附剂对磷脂溶液中p e 的吸附特性，并考察了吸附剂用量、吸附温 度、吸附时间、混合液中p c 的浓度以及混合液中有机溶剂的体积分数对吸附选择性的 影响，实验结果表明吸附剂对p e 有较强的选择吸附能力，可以有效地将p e 从磷脂乙 醇水溶液中去除，可以很好地纯化p c 。 本章从吸附的基本理论出发，研究吸附剂对p e 的吸附平衡及吸附动力学，研究阐 明吸附剂对于p e 的吸附机理，为吸附剂吸附法制备高纯p c 的实际工业应用提供更详 细的基础数据【7 0 】【7 2 7 9 1 。 5 2 实验材料与设备 5 2 1 实验材料和试剂 醇溶性磷j 旨( p c 5 4 6 5 ，p e 9 5 2 )北京华清美恒生物科技有限公司 乙醇( 分析纯)国药集团化学试剂有限公司 甲醇、氯仿、氨水( 色谱纯)江苏汉邦科技有限公司制造 磷脂酰胆碱标准品 s i g m a 公司 5 2 2 实验仪器 仪器与设备型号生产厂家 高效液相色谱仪 a l i g e n t1 1 0 0 美国安捷伦公司 蒸发光散色检测器( e l s d ) 2 0 0 0 e s美国a l l t e c h 公司 超声波清洗器k q 2 2 0 0昆山市超声仪器有限公司 恒温干燥箱 1 0 1 4 上海实验仪器总厂 台式离心机t d l 5上海安亭科学仪器厂 电子天平 a b l 0 4 一n ( d = 0 0 0 0 1 9 ) 梅特勒托利多仪器上海有限公司 冷冻水浴恒温振荡器s h a 2 a金坛市亿通电子有限公司 5 3 实验方法 5 3 1 实验材料和样品的准备 5 3 1 1 吸附剂的预处理 将吸附剂在1 0 5 恒温干燥1 5h 后，放在干燥器中冷却备用。 5 3 1 2 磷脂溶液的配制 准确称取一定量的醇溶性磷脂样品，用9 5 ( v v ) l 醇水溶液溶解，配制成 1 5 9 1 8m g m l 的醇溶磷脂溶液。 江南大学硕士学位论文 5 3 2 吸附平衡试验 分别精确称取o 1 0 0 0g 、0 1 2 0 0g 、0 1 6 0 0g 、0 1 8 0 0g 、0 2 0 0 0g 、0 3 0 0 0 9 经过处理 的吸附剂置于6 个2 5 0m l 带塞磨口锥形瓶中，各加入浓度为1 5 9 1 8m g m l 的醇溶性磷 脂乙醇溶液2 5 0m l ，在一定温度下，1 5 0r m i n 的恒温水浴振荡器上振摇吸附，达到平 衡后，取其上层清液，测定达到平衡时p e 的浓度( c 。) ，计算出平衡吸附量( q 。) ，以平衡 吸附量( q 。) 对平衡浓度( c e ) 作图，即为吸附等温线。分别测定吸附温度为2 5 、4 5 、 6 0 下的吸附等温线。平衡吸附量( q 。) 的计算公式如式5 1 ( c n c 。) v q 。= 式5 1 m 式4 1 中：q 广吸附剂( 吸附剂) 的平衡吸附量( m g g ) c r 被吸附物质( p e ) 的起始浓度( m g m l ) c 广被吸附物质( p e ) 的平衡浓度( m g m l ) v 一溶液体积( m l ) m 一吸附剂( 吸附剂) 的质量( g ) 5 3 3 吸附动力学试验 精确称取o 1 0 0 0g 经过处理的吸附剂置于2 5 0m l 带塞磨口锥形瓶中，加入浓度为 1 5 9 1 8m g m l 的醇溶性磷脂乙醇溶液2 5 0m l ，在一定温度下，1 5 0r m i n 的恒温水浴振 荡器上振摇吸附，每隔一定时间取样分析，测定溶液中p e 的浓度，计算出时间t 时的 吸附量( q ) ，以吸附量( q ) 对时间( t ) 作图。分别测定吸附温度为2 5 、6 0 。c 时的q - t 曲线， 吸附量( q ) 的计算同式5 1 。 s 3 4p e 质量分数的测定 p c 、p e 质量分数的测定方法、条件同附录l 。 5 4 结果与讨论 5 4 1 吸附平衡与吸附等温线 5 4 1 1 吸附平衡方程 吸附剂对醇溶磷脂乙醇溶液中p e 的吸附属于固液吸附，适用于固液体系的吸附 等温式主要有l a n g m u i r 方程和f r e u n d l i c h 方程等。 ( 1 ) l a n g m u i r 吸附等温线方程 l a n g m u i r 等温方程是l a n g m u i r 研究气体吸附时提出的，其基本假设是吸附是单分 子层的和吸附热与表面覆盖度无关。最初将l a n g m u i r 方程用于液相吸附的研究是经验 性的。 k c 0 = 式5 2 l + k c 式5 2 即为l a n g m u i r 吸附等温线方程。若定义q m 为吸附质的单层饱和吸附量，其 3 4 第五章吸附剂对p e 的吸附平衡及吸附动力学研究 方程形式转化为： q m k c 。 q 。= 式5 3 i + k c e 取倒数得： 一1 ：j 【- 土+ 上 式5 - 4 o eo m kc eo m 其中，k 是吸附平衡常数，与温度有关，k = k 0 e x p ( 面e 0 ) 。 l a n g m u i r 吸附等温线方程形式比较简单，各参数的物理意义明确。但由于其模型过 于理想化，在某些吸附平衡实验结果的拟合中仍存在误差。 ( 2 ) f r e u n d l i c h 吸附等温线方程 f r e u n d l i c h 提出一种半经验的吸附等温线方程，其形式为： q = k f c n 式5 5 式中k f 是吸附平衡常数，随温度的升高而降低；n 为大于或等于l 的常数，随温度 的升高而降低。对上式两边求对数可得： l o gq = 二l o gc + l o gk f 式5 - 6 5 4 1 2 吸附平衡实验结果 实验分别测定了2 5 、4 5 和6 0 三个温度下，吸附剂吸附p e 的吸附等温线， 如图5 1 所示。从图中可以看出： ( 1 ) 吸附剂对p e 有较高的吸附量，在较低的浓度范围内，吸附剂对p e 的吸附量随 着液相浓度的升高而迅速增大；到较高浓度范围内时，吸附量随浓度变化的幅度减小。 ( 2 ) 随着温度的升高，p e 在吸附剂上的吸附量有所下降；但是下降的不是很明显， 这是因为吸附剂具有很高的机械强度和物化稳定性，其空间结构不受温度的影响。 c e ( m g m l ) 图5 - 1p e 在吸附剂上的吸附等温线 f i g 5 - 1 t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r mc u r v e so fp eo ns o r b e n t 3 5 江南大学硕士学位论文 5 4 1 3 吸附等温线方程的拟合 吸附质分子在多孔介质中的吸附由于介质孔结构和表面基团的不同存在多种不同 的吸附机制。对于不同的吸附机制也有众多不同的吸附等温线方程对其进行描述。不存 在一种吸附等温线方程适用于描述所有的吸附等温线类型，每种模型仅对某些具体特定 的吸附体系或者是特定的浓度范围具有良好的预测结果。因此有必要采用不同的吸附等 温线模型对实验所得的吸附等温线进行拟合，以选取一种最合适的吸附等温线方程。 由于测定的吸附平衡实验数据明显呈非线性关系，因此，本文只考虑采用l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 两种经典的吸附等温模型进行拟合。分别对( 1 q 。) ( 1 c 。) 、l o gq 。- - 一l o gc 。 实验数据进行线性回归，得到l a n g m u i r 和f r e u n d l i c h 两种方程的拟合参数及相关系数， 见表5 1 所示。 表5 - l 吸附剂对p e 的吸附等温线方程 t a b 5 1t h ea d s o r p t i o ni s o t h e r me q u a t i o no fs o r b e n tf o rp e 由表5 1 比较可以发现，l a n g m u i r 模型拟合效果较f r e u n d l i c h 方程好，2 5 、4 5 和6 0 三个温度下的( 1 q 。) , - - - ( 1 c 。) 图见图5 - 2 所示。所以，在实验条件下，用l a n g m u i r 模型能够更好地描述p e 在吸附剂上的吸附平衡关系。即在等温条件下，吸附剂的吸附 量q 。与c 。可表示如式5 3 。 o5 01 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 0 1 c e ( m g m l 一1 ) 一1 图5 2 吸附剂吸附p e 的( 1 q e ) 一- , ( i c 。) 图 f i g 5 - 2l a n g m u i ri s o t h e r mc u r v e so fp eo ns o r b e n t 0 o o 0 o 0 o 0 0 o 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 o 0 o o o o o o o o 0 o o o o o o o 0 o i-一t-曾一。【 第五章吸附剂对p e 的吸附平衡及吸附动力学研究 5 4 2 吸附热的计算 由5 4 1 的吸附平衡实验结果知，随着温度的升高，吸附剂的吸附能力降低，即升 高温度不利于吸附剂吸附p e ，说明吸附反应为放热反应。根据c l a u s i u s - c l a p e y r o n 方程： h a m1 l n ( 1 c 。) 一+ k 式5 7 rt 式5 7 中：c 。为吸附平衡时溶质的浓度( m g l ) ，t 为绝对温度( k ) ，a h a m 为平衡 浓度c 。时的微分吸附热( 1 0 m 0 1 ) ，k 为常数，由等温线作出吸附量q ( m g g ) 时的l n c 。 ( 1 t ) 图，由l n c 。( 1 t ) 图的斜率即可求出吸附量为q 时的微分吸附热a h 久m 。 图5 3 为吸附剂吸附p e 的吸附等容线，由吸附等容线斜率计算吸附热h 八m ，结 果列于表5 2 。 4 0 0 3 5 0 3 o o o2 5 0 o c2 o o 1 5 0 1 0 0 o 5 0 0 o o 2 9 03 0 03 1 03 2 03 3 03 4 0 l t ( 1 0 3 ) 图5 3 吸附剂吸附p e 的吸附等容线 f i g 5 3t h ea d s o r p t i o ni s o c h o r ec u r v e so fp eo ns o r b e n t 表5 2 吸附剂吸附p e 的吸附热 t a b 5 - 2t h ea d s o r p t i o nh e a t o fp eo ns o r b e n t 由表5 2 数据可知，吸附剂吸附p e 的吸附热 2 0 k j m o l ，所以它是属于物理吸附的 范畴。 5 4 3 吸附速率及动力学 5 4 3 1 吸附动力学实验结果 吸附剂在2 5 、6 0 下吸附p e 的速率曲线如图5 4 所示。由图5 4 可以看出： ( 1 ) 在开始阶段( 0 4 0m i n ) 特别是o 1 0m i n 内，吸附量上升非常快，以后吸附量的 变化逐渐