实验一至三--芦丁提取纯化及分析2014-修正终版

实验名称指导教师实验1芦丁的提取及水解制备槲皮素周延实验2高效液相色谱法芦丁及槲皮素标准曲线的测定周延实验3芦丁的大孔吸附树脂纯化梁浩7月14日7月15日7月16日7月17日7月18日上午第一批（实验一）9：00，西304第三批（实验二-1）8：00，西211第二批（实验一）9：00，西304第一批（实验二-1）8：00，西211第三批（实验一）9：00，西304第三批（实验二-2）8：00，西211第四批（实验一）9：00，西304第四批（实验二-2）9：00，西211下午第一批（实验三）12：00，西304第二批（实验三）12：00，西304第四批（实验二-1）14：00，西211第三批（实验三）12：00，西304第二批（实验二-1）14：00，西211第四批（实验三）12：00，西304第二批（实验二-2）14：00，西211第一批（实验二-2）14：00，西211制药1101 制药1102 制药1103 药实1101分别为第1，2，3，4批1 3-4人一组，每批9组 （4个班学委自己协调分批，如有事，可与其他班同学调换。数据汇总到药1学委处，下周五7月4日前药1学委把每批的名单发我）以小组为单位进行实验。2 实验二分为2部分，实验二-1为标准曲线制作，实验二-2为样品测定。两次实验必须使用同一台色谱仪，否则实验结果无效。3 每组带洗净的250ml空饮料瓶1个。4 工艺实验教师起辅助作用，同学根据参考资料自己完成实验。提前预习关键点，设计实验记录表格，会检查预习笔记。实验1的条件为建议条件，可根据查阅文献，进行条件修改（报告中需说明理由和文献依据）。5 实验后原始记录需进行登记，收拾好老师检查后方可离开。6 3个实验分别写报告，每个人的三份订在一起。完成实验后一起以班为单位尽早上交。最迟请于7月19日上午9点前交到制药工程办公室科西310。 实验一 芦丁的提取及水解制备槲皮素一、 实验目的和要求 通过芦丁的提取与精制掌握碱-酸法提取黄酮类化合物的原理及操作。通过测定芦丁和槲皮素含量巩固色谱仪使用方法。二、实验原理（一）概述 芦丁（Rutin）广泛存在于植物界中，现已发现含芦丁的植物至少在70种以上，如烟叶、槐花、荞麦和蒲公英中均含有。尤以槐花米（为植物Sophora japonica的未开放的花蕾）和荞麦中含量最高，可作为大量提取芦丁的原料。芦丁是由斛皮素（Quercetin）3位上的羟基与芸香糖（Rutinose）为葡萄糖（Glucose）与鼠李糖（Rhamnose）组成的双糖脱水合成的苷。芦丁有助于保持及恢复毛细血管的正常弹性，主要用作防治高血压病的辅助治疗剂，亦可用于防治因缺乏芦丁所致的其他出血症。 芦丁为浅黄色粉末或极细的针状结晶，含有三分子的结晶水，熔点为174178，无水物188190。溶解度：冷水中为1:10000；热水中1:200；冷乙醇1:650；热乙醇1:60；冷吡啶1:12。微溶于丙酮、乙酸乙酯，不溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚，溶于碱而呈黄色。芦丁在酸性条件下可水解得到槲皮素。利用芦丁易溶于碱性水，难溶于酸性水，可用碱性水提取，再调至酸性，黄酮苷（芦丁）即可沉淀析出。提取过程中为了防止芦丁氧化可加入焦亚硫酸钠抗氧化，并加入硼砂保护邻二酚羟基不被破坏。得到粗芦丁后利用其可溶于热水、难溶于冷水的性质重结晶进行精制。三、仪器和试剂1实验设备与仪器烧瓶，温度计，布氏漏斗，抽滤瓶，循环真空泵，恒温加热及磁力搅拌装置，试管，量筒，烧杯，干燥箱，冷凝管，HPLC2实验材料与试剂槐花米，硼砂，焦亚硫酸钠，氧化钙，无水乙醇，甲醇，硫酸，盐酸，精确pH试纸，四、实验内容1 芦丁的提取（1）将80g槐米，500mL（pH8-9）澄清石灰水，1.2g硼砂，2.4g焦亚硫酸钠一起置于1000mL圆底烧瓶中，65搅拌提取55min，注意添加蒸馏水及烧瓶中颜色的变化（深棕黄色），趁热过滤。（2）滤下的槐米再次加入400mL澄清石灰水，0.9g硼砂和1.8g焦亚硫酸钠，65搅拌提取50min，趁热过滤。（3）合并两次滤液，用浓HCl调pH至4，置于冰箱中。2 芦丁的精制（1）粗芦丁沉淀过滤后干燥，取2g加入400mL蒸馏水，煮沸至芦丁全部溶解，趁热过滤，滤液置冰箱中冷却即可析出结晶，抽滤得芦丁精制品。3 芦丁的水解（选做）取精制后的芦丁1g，研碎后于250mL烧瓶中，加2%硫酸溶液80mL，小火回流60min。开始加热10min为澄清溶液，逐渐析出黄色针状结晶，即槲皮素，抽滤并用蒸馏水快速洗涤晶体。4 分别测定粗芦丁、精制芦丁和槲皮素固体的纯度五、数据处理1 根据标准曲线计算产品纯度。2 计算每步收率六、思考题利用你学过的知识如何确定芦丁结构中糖基是连接在槲皮素3-O-上？怎样证明芦丁分子中只含有一个葡萄糖基一个鼠李糖？实验二 高效液相色谱法芦丁及槲皮素标准曲线的测定一、 目的和要求1学习高效液相色谱仪的操作。2了解液相色谱法分离的基本原理和色谱仪组成。3掌握用液相色谱的定性和外标法定量的方法。二、原理高效液相色谱法 (High Performance Liquid Chromatography，简称HPLC)是20世纪60年代末70年代初迅速发展起来的分离分析技术，它适用于分析高沸点不易挥发的、受热不稳定易分解的、分子量大、不同极性的有机化合物；生物活性物质和多种天然产物；合成的天然的高分子化合物等。高效液相色谱由两相固定相和流动相组成，它的固定相可以是吸附剂、化学缝合固定相(或在惰性担体表面涂上一层液膜)、离子交换树脂或多孔性凝胶，流动相则是各种溶剂。根据固定相的类型和分离机制，高效液相色谱可分为：液固吸附色谱、液液分配色谱、离子交换色谱和凝胶渗透色谱等几大类。我们常用的为液固吸附色谱。根据流动相和固定相极性的相对强弱，液固色谱又分为正相色谱和反相色谱。正相色谱以亲水性的填料作固定相（如在硅胶上键合羟基、氨基或氰基的极性固定相），以疏水性溶剂或混合物作流动相（如己烷），侍分离物质主要靠极性作用结合在固定相上，洗脱时极性弱的物质先被洗下。反相色谱以强疏水性的填料作固定相（如在硅胶上键合C8或C18烷基的固定相），以可与水混溶的有机溶剂做流动相（如甲醇或乙腈），侍分离物质主要靠非极性作用结合在固定相上，洗脱时极性强的物质先被洗下。（一）高效液相色谱的常用术语和重要参数色谱图反映出被色谱分离的各组分从色谱柱中洗脱出的浓度变化情况。通常横坐标代表洗脱时间，它与流过色谱柱的流动相体积成正比，纵坐标代表检测器检测信号的大小，通常与组分的浓度成正比。图1是一个典型的色谱洗脱曲线。图1 典型色谱洗脱曲线1保留值（1） 死时间tM 一些不被保留的物质出现时的时间，以s或min为单位表示。（2） 死体积VM 从注射样品到不保留物质出峰时，通过色谱系统流动相的体积。等于死时间乘以流动相流速，以mL表示。（3） 保留时间tR 从进样到色谱峰出峰的时间，以s或min为单位表示。（4） 调整保留时间tR 从保留时间减去死时间即为调整保留时间（tR-tM）（5） 保留体积VR 从注射样品到目的物质出峰时，通过色谱系统流动相的体积。等于保留时间乘以流动相流速，以mL表示。（6） 调整保留体积VR 从保留体积减去死体积即为调整保留体积（VR-VM）。2区域宽度（1） 半高峰宽Wh/2 是在峰高一半处的色谱宽度，即图中的GH，单位可用时间或距离表示。（2） 峰宽W 从流出曲线拐点I、J处作切线与基线交点间的距离，也称基线宽度。（3） 标准偏差 峰高0.607处的峰宽（图中EF）的一半叫标准偏差。标准偏差与前二者的关系为W=4， Wh/2= 2.35。3容量因子K 容量因子是在平衡状态下组分在固定相与流动相中质量之比， K=tR/tM 。4分离度R 分离度又称分辨率，是表示色谱柱在一定色谱条件下对混合物分离能力的指标。 R=2(tR(2)-tR(1)/(W(1)+W(2)= 2(tR(2)-tR(1)/(W(1)+W(2) 当R=1时，两峰的峰面积有5%的重叠，即两峰分开的程度为95%。当R=1.5时，分离程度可达99.7%，可视为达到基线分离。（二）高效液相色谱仪 图2为带有二元高压梯度系统的液相色谱仪流程图。液相色谱仪工作时，贮液槽中的流动相被高压泵吸人后输出、流经色谱柱、检测器、进入废液槽。当进行样品分析时，样品从进样口注入，流动相带动样品进入色谱柱进行分离，经分离的组分依次进入检测器，由记录仪记录下来，得到色谱图及相关数据高效液相色谱仪的基本组成有输液系统、进样系统、色谱分离系统。图2 带有二元高压梯度系统的液相色谱仪流程图1输液系统 输液系统包括贮液槽和输液管道、高压输液泵和梯度洗脱装置。高压泵是高效液相色谱仪最重要的部件之一。它的作用是将流动相在高压下连续送入色谱柱，使样品在色谱柱内完成分离过程。高效液相色谱仪的高压泵应具有出压力高、流量稳定、流量可调范围宽、泵内死体积小、具有梯度洗脱及耐酸、碱腐蚀、溶剂更换迅速等性能。高效液相色谱仪上最广泛采用的是往复式恒流泵。此外，在色谱分离过程中，有时需要随时间函数程序改变流动相组成，这就需要梯度洗脱装置。梯度洗脱装置有两种：低压梯度装置和高压梯度装置。2进样系统 进样系统包括进样口、注射器、六通阀和定量管等，它的作用是把样品有效地送人色谱柱。进样系统是柱外效应的重要来源之一，为了减少对柱效的影响，避免由柱外效应而引起谱带展宽，对进样口要求死体积小，能够使样品各组分几乎同时进入色谱柱。 目前多采用耐高压、重复性好、操作方便的带定量管的六通阀进样系统，见图3。进样阀手柄有两个旋转位置。一个位置(进样位置)是用虚线表示的流路连通，泵将流动相送入色谱柱，由注射器注入的样品溶液保留在定量管中；另一个位置(分析位置) 是用实线表示的流路连通，泵将流动相送经定量管，将样品带人色谱住。进样方式有手动进祥和自动进样两种方式。图3 六通阀进样系统3色谱分离系统 色谱分离系统包括色谱柱和恒温装置。分离系统性能的好坏是色谱分析的关键。用最佳的色谱分离系统，充分发挥系统的分离效能是色谱工作中重要的一环。色谱柱是色谱分离系统的核心，它由柱管和填充固定相构成。高效液相色谱的柱管多用不锈钢制成，除要求耐高压外，还要求管内壁有很高的光洁度。高效液相色谱柱的装填比气相色谱柱要求严格得多，目前常用的是匀浆填充法。填充后的色谱拄需进行柱效测定，以鉴定色谱柱的性能。我们可以通过选择适当的柱子和流动相使分离达到满意的效果。 柱温也是液相色谱的重要操作参数。高精度的温度控制对保证色谱柱性能，进行高精度、高重现性的分析是必不可少的。液相色谱常用柱温范围为室温65。4检测器 高效液相色谱的检测器分为两类，即通用型检测器和选择型检测器。通用型检测器是以差示测量法来显示出样品和流动相之间某种物理性质上的差异为基础的，但由于它易受外界条件的影响，通常不能用梯度淋洗。这些检测器包括示差折光检测器，电导率检测器等。选择型检测器是以测量样品的特有性质为基础，而对温度和流速等外界条件不敏感，灵敏较高，可适用于梯度淋洗。它们包括紫外可见光检测器、荧光检测器，放射性检测器等。 理想的高效液相色谱检测器，应该具备以下几个特点：灵敏度高对各类组分化合物都有响应，或有特殊的选择性；线性范围宽，死体积小，不破坏样品；性能稳定，对温度和流速的变化不敏感，能连续工作、可靠方便。（1）紫外可见光检测器 紫外一可见光检测器是高效液相色谱中应用最广的捡测器它对许多样品具有高的灵敏度，检测限可达10-9g/mL、线性范围宽(约为106)。 紫外一可见光检测器的工作原理利分光光度计相同，都以朗伯一比耳定律为基础，即当样品池的长度一定时，吸光度与样品浓度成正比。结构也和分光光度计相似，由光源、单色器、吸收池和光电转换元件光电管或光电倍增管组成。所不同的是，它的参比池改为流动比色池，体积比较小(容量仅几微升)。紫外可见光检测器适用于测定在190800nm波长范围内有吸收的组分。（2）示差拆光检测器 示差折光检测器(RI)为通用型检测器，是利用纯流动相与含有被测组分的流动相之间折射率的差别进行检测的。凡具有与流动相折射率不同的组分，均可使用这种检测器。示差折光检测器按其工作原理可以分成偏转式和反射式两种类型。检测限可达10-6g/mL，线性范围小于105。示差检测器的优点是应用面广，但不宜作痕量分析和梯度洗脱。（3）二极管阵列检测器 二极管阵列检测器是近几年发展起来的一种新型检测器，其本质仍为紫外可见光检测器，不同的是进人流动池的不再是单色光，得到的信号可以是在所有波长上的三维色谱光谱信号。这种检测技术的应用价值决在于它可提取丰富的信息，用以判别色谱分离的状况及强化定量和定性分析。其局限性是造价高，一次性投资大。（4）蒸发光散射检测器蒸发光散射检测器是90年代出现的最新型的通用检测器，它将流出色谱柱的流动相及组分引入已通气体(常用高纯氨，也有时用空气)的蒸发室，加热、使流动相蒸发而除去。样品组分在蒸发室内形成气溶胶，而后进入检测室，用强光或激光照射气溶胶而产生光散射(丁达尔光效应)，测定散射光强而获得组分的浓度信号。理论上这种检测器可用于挥发性低于流动相的任何样品组分，主要缺点为对于有紫外吸收的样品组分的检测灵敏度较低(约低1个数量级)，其次是它只适用于流动相能挥发的色谱洗脱，而不能用含缓冲盐的流动相。因而主要用于糖类、高分子化合物、高级脂肪酸、磷脂、维生素、氨基酸、甘油三脂等几十类化合物。这种检测器是示差折光检测器的理想替代品。（三）高效液相色谱定性与定量分析1定性分析高效液相色谱在定性分析中，采用保留值定性，即根据某物质的保留值与标准物相同，而确定其成分。为进一步确定其组成，还可与其它定性能力强的仪器分析法联用进行定性（如与质谱法、红外吸收光谱法等联用）。2定量分析在定量分析中，可采用测量峰面积的归一化法、内标法或外标法等，但高效液相色谱在分离复杂组分试样时，有些组分常不能出峰，因此归一化法定量受到限制，而内标法和外标法定量则校广泛使用。（1） 外标法外标法也称标准曲线法或直接比较法，是在液相色谱定量分析中常用的方法。色谱检测器在线性范围内输出信号与物质量间的基本关系为：Wi=fi*Ai式中：Wi为样品质量；fi为样品绝对校正因子；Ai为样品出峰面积。外标法与分光光度分析中的标准曲线法相似，首先用欲测组分的标准样品绘制标准工作曲线并求得回归方程。标准工作曲线的斜率即为绝对较正因子。在测定样品中的组分含量时，根据峰面积由标准工作曲线回归方程直接求出组分浓度。实际工作中常用简化的单点法进行外标计算，即：Wi= WS *Ai/AS式中：Wi为样品质量； Ai为样品出峰面积；WS为标样质量； AS为标样出峰面积。标准曲线法的优点是绘制好标准曲线后测定工作比较简单，实际工作时还可以用单点校正代替标准曲线法。缺点是每次样品分析条件很难完全相同，因此产生较大误差。（2） 内标法选择适宜的物质作为欲测组分的参比物，定量加到样品中去，依据欲测组分和参比物在检测器上的响应值之比和参比物加入的量进行定量分析的方法。它克服了由于每次样品分析条件不完全相同所产生的定量误差，同时消除了由于进样体积不同的误差。三、仪器和试剂1.高效液相色谱仪，紫外检测器，折光检测器。2色谱柱：250mm4.6mm，5，nC18柱；3流动相：甲醇-乙腈-冰醋酸-水 ( 2210365 )；体积流量:1.0 mL/min；检测波长:257 nm , 4注射器：25uL。5 标准品：芦丁，槲皮素。6侍测样品溶液。四、实验内容1 芦丁及槲皮素标准曲线的绘制 精密称取芦丁（或槲皮素）对照品5.0mg ,加入25 mL 甲醇使溶解,加水定容至50 mL ,得100g/mL的芦丁标准溶液。精确吸取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、8.0 mL 分别置于10 mL 量瓶中,加入甲醇稀释至刻度,使其所含芦丁的质量浓度分别为10、20、30、40、50、60、70、80g/mL，分别进样20L。2 芦丁和槲皮素峰的定性仪器稳定后，分别进芦丁及槲皮素标准样（10g/mL）各20L，再进待测样品20L。对样品峰进行定性。3 芦丁及槲皮素的定量仪器稳定后，进待测样品20L。利用芦丁及槲皮素标准曲线计算样品中芦丁及槲皮素的含量。 五、数据处理1芦丁和槲皮素峰的定性（1） 根据与标样保留时间对比，进行待测样品中峰的定性。（2） 分别计算芦丁和槲皮素峰与最近峰的分离度。2芦丁和槲皮素的定量（1） 以峰面积为横坐标，对照品质量浓度为纵坐标，回归得到标准曲线方程。（2） 利用标准曲线计算待测样品中芦丁和槲皮素的含量。六、问题与思考1如有一侍测固体样品，如何确定其中某组分的纯度。2 利用已有材料如何进行槲皮素的内标法定量。实验三 芦丁的大孔吸附树脂纯化二、 实验目的和要求 通过芦丁的纯化掌握大孔吸附树脂分离技术的原理及操作。二、实验原理大孔吸附树脂(Macroporous adsorption resin)又被称为高分子吸附剂(Polymeric adsorbent)是一类没有可解离基团，具有多孔网状结构和较好的吸附性能的不溶于水的固体高分子物质。是六十年代末发展起来的一类有机高聚物吸附剂，粒度多在.03-1.2 mm范围内。大孔吸附树脂主要借助于范德华力从溶液中吸附各种有机物，构成其分离机理的一个重要方面是因为它具有各种不同的表面性质。大孔吸附树脂同时兼有吸附性和筛选性，其吸附性是由于范德华力或氢键作用的结果，而筛选性是由于它具有多孔网状结构，因此，欲分离的天然产物成分的极性大小和分子体积是影响分离的关键。一般来说，其色谱行为具有反相的性质，被分离物质的极性越大越容易被洗脱。根据骨架材料是否带功能团，大孔吸附树脂可分为非极性、中等极性和极性三类。大孔吸附树脂，特别是非极性吸附树脂在吸附过程中，主要是物理结构(如比表面、孔径等)起作用，吸附剂的比表面积愈大，吸附量愈高。通常大孔吸附树脂的比表面积可达100-600 m2/g，因此它又具有吸附容量大的特点。但当分子立体结构较大的分子进入颗粒间隙时，则需要考虑树脂颗粒的孔径。由于大孔吸附树脂的粒径一般较大，用于色谱时其分辨率有限，因此在植物天然产物的分离纯化过程中一般用于目标产物的初分离阶段，仅起到富集浓缩或初分离的目的。常用的大孔吸附树脂有Amberlite系列(美国)、三菱系列(日本)、天津试剂二厂的GDX系列以及南开大学化工厂生产的多种型号(如AB-8、NKA-9、X-5)等。常用的大孔吸附树脂性能如表4所示。表4常用大孔吸附树脂及其性能牌号极性外观比表面积（m2/g）平均孔径()应用范围D3520非极性乳白色不透明球状颗粒4805208590蛋白质提取，脱色，脱盐D4006非极性乳白色不透明球状颗粒4004406575高级脂肪酸脱除D4020非极性乳白色不透明球状颗粒540580100105有机物分离提取H103非极性深棕色球状颗粒100011008595抗生素提取分离H107非极性黑色发亮球状颗粒10001300有机物去除H1020非极性棕褐色至黑色球状颗粒7001000120170苯酚，有机物去除X-5非极性乳白色不透明球状颗粒500600290300抗生素分离提取NKA非极性乳白色不透明球状颗粒570590200220皂甙分离提取AB-8弱极性乳白色不透明球状颗粒480520130140甜菊糖提取，有机物分离提取NKA-9极性乳白色至微黄色不透明球状颗粒250290155165胆红素去除，生物碱分离，黄酮提取芦丁（Rutin）广泛存在于植物界中，现已发现含芦丁的植物至少在70种以上，如烟叶、槐花、荞麦和蒲公英中均含有。尤以槐花米（为植物Sophora japonica的未开放的花蕾）和荞麦中含量最高，可作为大量提取芦丁的原料。芦丁是由斛皮素（Quercetin）3位上的羟基与芸香糖（Rutinose）为葡萄糖（Glucose）与鼠李糖（Rhamnose）组成的双糖脱水合成的苷。芦丁有助于保持及恢复毛细血管的正常弹性，主要用作防治高血压病的辅助治疗剂，亦可用于防治因缺乏芦丁所致的其他出血症。 芦丁为浅黄色粉末或极细的针状结晶，含有三分子的结晶水，熔点为174178，无水物188190。溶解度：冷水中为1:10000；热水中1:200；冷乙醇1:650；热乙醇1:60；冷吡啶1:12。微溶于丙酮、乙酸乙酯，不溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚，溶于碱而呈黄色。本实验的目的在于以芦丁为吸附研究对象，通过大孔树脂对芦丁的吸附实验，测定芦丁水溶液经大孔吸附树脂吸附前后浓度的变化，寻求可靠的树脂活化处理方法、吸附实验的实施方法和确定进行吸附行为研究时树脂的最佳用量。三、仪器和试剂1实验设备与仪器烧瓶，温度计，布氏漏斗，抽滤瓶，循环真空泵，恒温加热及磁力搅拌装置，试管，量筒，烧杯，干燥箱，冷凝管，HPLC，树脂柱，蠕动泵，旋转蒸发仪2实验材料与试剂苦荞米，硼砂，焦亚硫酸