大孔树脂使用方法.doc

大孔树脂，大孔吸附树脂原理、选型及使用方法已有 492 次阅读 2009-09-12 19:55 大孔树脂(macroporous resin)又称全多孔树脂，大孔树脂是由聚合单体和交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂经聚合反应制备而成。聚合物形成后，致孔剂被除去，在树脂中留下了大大小小、形状各异、互相贯通的孔穴。因此大孔树脂在干燥状态下其内部具有较高的孔隙率，且孔径较大，在1001000nm之间，故称为大孔吸附树脂。 原理大孔吸附树脂是以苯乙烯和丙酸酯为单体,加入乙烯苯为交联剂,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。树脂一般为白色的球状颗粒,粒度为2060 目,是一类含离子交换集团的交联聚合物,它的理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶剂,不受无机盐类及强离子低分子化合物的影响。树脂吸附作用是依靠它和被吸附的分子(吸附质) 之间的范德华引力,通过它巨大的比表面进行物理吸附而工作,使有机化合物根据有吸附力及其分子量大小可以经一定溶剂洗脱分开而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的。 预处理大孔吸附树脂是一类有机单体加交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂聚合而成,因而购来的树脂要除去可能存在的毒性有机残留物。具体方法为,首先使用饱和食盐水（工业用）,用量约等于被处理树脂的2 倍,将树脂置于食盐中浸泡1820 h ,然后放尽食盐水,用清水漂洗净,使排出的水不显黄色,再用2 %4 %氢氧化钠(或5 %盐酸) 溶液(其量与上同) 浸泡24h(或小流量清洗) ,放尽碱或酸液后冲洗树脂直至水接近中性待用。实验室用常用95%的乙醇。 型号及选择国内外使用的树脂种类众多,型号各异,性能差异大。树脂型号主要有:国外,美国Rohn - hass 公司生产的Amberlite XAD 系列与日本三菱合成工业公司生产的Diaion HP - 10、- 20、- 30、- 40、- 50(非极性) ,其它牌号吸附树脂还有: Parapet P - S、Parapet Q、Parapet R、Parapet S、Parapet N、Chromo sorb系列等;国内主要的树脂有天津农药股份有限公司的D 系列,上海试剂厂101、102、402 等,南开大学化工厂产品D 系列、H 系列、AB - 8 (弱极性) 和上海医药工业研究院SIP 系列等。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、板性3 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吸附效果不同,通过研究DM- 130、LSA - 10、LSA - 20 型吸附树脂对黄酮类化合物的吸附分离研究,发现DM - 130 吸附树脂是一种对黄酮类化合物具有优良吸附性能的吸附剂。研究人员比较了10 种大孔吸附树脂对银杏叶黄酮的吸附性能及吸附动力学过程。筛选实验表明,D - 及DA - 型树脂对多糖的吸附作用较单糖和双糖大。AB - 8 树脂对皂苷的吸附容量较蛋白质、糖大。一般大孔吸附树脂吸附符合以下规律: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性吸附剂吸附,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醇和酚类的吸附较好。 吸附条件和解吸附条件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) 、上样液浓度及吸附水流速等。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,应根据不同物制裁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。 再生树脂柱经反复使用后,树脂表面及内部残留许多非吸附性成分或杂质使柱颜色变深,柱效降低,因而需要再生,一般用95 %乙醇洗至无色后用大量水洗去醇化即可。如树脂颜色变深可用稀酸或稀碱洗脱后水洗。如柱上方有悬浮物可用水、醇从柱下进行反洗可将悬浮物洗出,经多次使用有时柱床挤压过紧或树脂颗粒破碎影响流速,可从柱中取出树脂,盛于一较大容器中用水漂洗除去小颗粒或悬浮物再重新装柱使用。2.1树脂型号的确定 考察某种树脂是否适合于该产品。首先考察该树脂的吸附率和吸附量。即树脂对所纯化分离的有效成分要有较大的吸附量。然后，需考察树脂对所分离的有效成分有良好的分离性能 目标成分能比较集中的被洗脱出来。采用的方法如下吸附率和吸附量的测定：吸附率E% =C0 Ce / C0 100%C0 吸附前溶液的浓度mg/ml Ce 吸附后溶液浓度 E% 吸附率吸附量Q=（ C0 Ce）V/W Q吸附量mg/g W 干树脂重 V溶液体积A静态吸附 以葛根素中黄酮提取为例 将10g 处理好的各种树脂分别加入葛根素水溶液30ML 总黄酮浓度为9.4mg /mL 每5min 振摇1次，2h 小时后分别取各树脂的吸附溶液1ML进行吸光度的分析，计算各种树脂对葛根素总黄酮的吸附率。B静态解析：将静态吸附的树脂过滤抽干，加30 ml 70%乙醇解析每5分钟振一次 2h 后分别取各解析液测定黄酮的浓度。以计算各种树脂对黄酮的解析率。 C动态吸附 准确称取10ml 或20ml 树脂在干净的2 20cm色谱柱内，加入葛根素的水溶液总黄酮的浓度为9.4mg/ml 于柱顶，以2BV/h 的流速进行动态吸附，收集流出液。按床体积收集进行分析，测出目标物的浓度黄酮含量，然后以洗脱液体积为横坐标，流出液中的目标物含量为纵坐标绘制动态吸附曲线，计算饱和动态吸附量。并计算达到吸附饱和时，所吸附的目标物的量。可以比较出何种树脂的吸附量大。2.1吸附工艺的确定A上样液 pH值的选择和盐的浓度的影响改变溶液pH 值可以影响有效成分在大孔树脂上的吸附。溶液的pH值可以体现在下列几方面,改变有效成分在溶液中的的存在形式,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。溶液pH 值升高皂苷在溶液中的溶解度增大。溶液pH 值改变可以改变溶液的极性，影响有效成分和大孔树脂间的分子间作用力。如生物碱等碱性有效成分在溶液变成酸性后,会改变生物碱等碱性成分在溶液中的存在形式,降低其在大孔树脂上的吸附。实验发现，随着溶液的pH增加，生物碱的吸附量增加。罗汉果皂甙 选用pH9-10 时吸附性能最好。这和罗汉果皂甙是非离子性物质是相一致的。在提取罗汉果的时候色素也会提取出来.这些色素为酚类物质和罗汉果的极性相似很难分离但在碱性条件下色素转化为盐而溶于水,不易被树脂吸附.另外罗汉果皂甙在碱性条件下比较稳定因此罗汉果溶液采用pH9-10为宜。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。反之在解析洗脱阶段，酸性有效成分使用户碱性洗脱液洗脱效果好，碱性有效成分使用酸性洗脱液效果好。盐离子浓度对吸附影响：无机盐可以降低有机质的水溶性，可以增加很多有机化合物对吸附剂的亲和力。可通过实验求得吸附量最大之最佳盐浓度。B温度对大孔树脂提取有效成分效果的影响由于黄酮、皂甙、生物碱等有效成分在大孔树脂是通过分子间作用力，属于物理吸附。温度升高，一方面有效吸附作用降低。另一方面，有效成分在溶液中的溶解度增大。综合结果温度升高可使有效成分在大孔树脂上的吸附速度和吸附量降低。实验证明，温度升高葛根素的吸附量减少，反之在解析阶段，应该升高温度。C进柱液浓度 由于黄酮、皂苷、生物碱等有效成分在大孔树脂吸附是物理吸附，从物理吸附的等温方程可以发现，初始浓度增加吸附率降低。平衡时间延长，吸附率降低。一般低浓度下进行比较有利。如果进柱液浓度过高则泄漏早处理量小树脂使用周期短。但如果浓度偏低则耗时增加，工作效率过低也不可取。如果取葛根素的水溶液分别加水稀释。.5，10，15，20 倍后上样以2BV/h 的流速进行吸附后先以5BV水洗脱再用70%乙醇洗脱，收集洗脱液至100ML 于250nm 计算吸光度计算总黄酮的含量。即多篇文献研究结果表示当总黄酮浓度0.5g/mL 药液浓度上样即可。D吸附速率的确定流速对吸附的影响：将浓度为7.96 mg/ml pH =9.0 皂甙溶液通过玻璃柱内考察不同流速对吸附量的影响。流速过大会使树脂的工作吸附量下降。提早泄漏。且树脂压力增大能量损失。皂甙吸附以3BV /h 为宜。黄酮吸附以2BV/h 时效果最好E洗脱剂浓度 中草药有效成分从大孔树脂上洗脱，是利用有效成分在洗脱液中的溶解作用大于有效成分在大孔树脂间的吸附作用。使用的吸脱液应该对有效成分具有良好的溶解作用。吸附目标物后可选用对目标物溶解度较高的溶剂如乙醇作为解析剂，采用不同浓度的乙醇作为解析剂。分析洗脱液中目标物浓度。求得最佳的浓度。黄酮、皂苷、生物碱以及其他苷类物质在乙醇类溶液中溶解度较大。常使用乙醇作为洗脱液。乙醇溶液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的极性不同。乙醇溶液的极性不同影响有效成分和大孔吸附树脂间的作用力。另一方面乙醇浓度不同影响有效成分在大孔树脂上的解吸作用。是两者作用相互作用相互竞争的结果。如分离大豆皂苷时，洗脱液中的研究结果是洗脱液中的皂苷含量随洗脱液乙醇浓度增加先增加后降