大孔吸附树脂参数研究及其在药物分离中的应用

大孔吸附树脂参数研究及其在药物分离中的应用

大孔吸树脂是一种不含交换基团的大型吸附剂。由于其亲水和氢限制的作用，其本身的过滤性能也很好。由于其网状结构和较高的比面，因此也具有筛选性能。根据其骨架材料的不同可分为极性、中性和非极性3种类型。1孔内吸附树脂的物理参数1.1比表面积对树脂吸附量的影响比表面积是大孔吸附树脂性能的重要指标,在应用上有重要意义,从理论上讲,在孔径适宜的情况下,对具有相同孔隙率的树脂,其吸附量随比表面积的增大而增大。由于有机键的运动与所处条件有关,所以除了高交联刚性骨架外,数据都与预处理及具体条件方法等有关且差别很大。1.1.1吸附比表面积计算该法以气体吸附为基础,根据吸附量和被吸附分子体积来计算吸附剂的表面积,需要在真空(0.13×104~0.13×106kPa)或低温(氮、氦等沸点-195~-190℃)下进行吸附,计算各种平衡点的吸附量,利用BET直线方程作图,推算比表面积。该法精度较好,但需要在较高真空或低温下进行吸附,需要用大量的汞,而且装置结构复杂,测试速度比较慢,不宜进行大量样品的日常测试。1.1.2适用于众多树脂的测定方法简化BET法是一种简单、经济的容量氮吸附法,其采用的简化BET装置克服了经典BET装置的不足,实验中仅采用单一氮气源,操作简单、快速,可用于测定几百至1m2·g-1以下比表面积的树脂,具有较好的重复性和精密度,可测定低于1m2·g-1比表面积的样品,这是经典法难于实现的。1.1.3孔结构测定结果该法是在溶胀下对于比表面的测定方法,可以得到某一半径以上或某一半径区间的比表面。郭贤权等采用AutoporeⅡ9200型压汞仪对5个样品进行孔结构测定分析,结果表明压汞法测得的比表面积远大于氮吸附法测得的结果,其偏差达几十倍,因而不能反映孔的内表面积,主要是因为压汞法假定大孔吸附树脂的孔结构为“无模型”孔型,而实际大孔树脂属于异形孔所致,但该法测得的数据较有规律,可作为趋向性参考价值。1.1.4记录的准确性与传统的BET法相比,该法不需高真空系统,自动得到持久保存的记录,快速而简便,但准确度较之差。国内常用的仪器有大连仪表二厂的BC-1型和北京分析仪器厂的ST-03型比表面积测定仪等。1.2孔体积测量1.2.1测定法的测定大孔树脂的孔容主要是通过比重瓶法测定骨架密度和表观密度,根据公式:孔容=1/表观密度-1/骨架密度计算。骨架密度常选能渗入大孔树脂孔道而不会引起骨架溶胀的溶液,如正庚烷进行测定,此法测得的数据重复性较好。表观密度常用汞特制的比重瓶测定,此法由于压力和充汞时不易控制准确,测得的数据重复性较差。郭贤权等采用Quantachrome扫描孔率计充汞技术测定2种大孔树脂的表观密度,并与比重瓶法测定结果比较,结果表明充汞法测得的数据重复性很好,且操作简便快捷,具有普遍使用的价值。1.2.2脂骨架变形引起误差该法是通过测定压力与孔体积的关系曲线求得大孔和微孔的孔体积,测定时需要注意压汞时高压会引起树脂骨架变形而引起误差,这些误差主要出现在微孔区。使用的仪器有压汞议和扫描孔率计等,压汞仪不能测定孔径小于20×10-4μm的孔容,美国的Quantachrome扫描孔率计可测定18×10-4μm以上的孔容。此外测定孔容的方法还有吸附增重法、毛细管凝聚法、堆积容积法、核磁共振法等。1.3平均径的测量1.3.1积分曲线孔体积的测定本法通过测定孔体积的微分和积分曲线来计算平均孔径。微分曲线的极大值为平均孔径;由于压力3.9×104kPa以上时,树脂骨架被压缩,使积分曲线后部偏高,常取积分曲线孔体积一半处对应的孔径值为平均孔径。用此法测定平均孔径应注意高压引起树脂骨架变形而产生的误差。使用的仪器主要有Autopore压汞仪和Quantachrome扫描孔率计等。1.3.2平均孔径的测定大孔吸附树脂内部骨架和孔腔两相之间电子密度的差别很明显,散射角度不同,所以测出不同散射角度的散射强度即可得到孔半径。裴光文等利用Dmax-3A型射线衍射仪及Kratky小角散射装置等对干态及溶胀态样品进行了测定,结果表明该法可测定平均孔径范围在一至数百纳米。此外测定平均孔径的方法还有电子显微镜法、换算法、简便吸附法等。1.4为径段的测量1.4.1孔径分布的测定。根据压力的影响孔径分布的测定以压汞法最为常用。本法是利用压汞仪或扫描孔率计压汞测得孔径分布曲线,但有时由于压力太大而造成树脂骨架变形,使测定的微孔部分体积都偏大,需进行校正扣除才能得到真正的孔径分布曲线。汞接触角对大孔树脂的孔径分布影响也较大,由180°取代140°,平均孔径增大近2倍,一般选择140°~180°为宜。1.4.2x射线色散法本法可测定尺寸位于1至数百纳米的大孔树脂的平均孔径及分布。1.4.3毛细管聚集法本法测定的过程繁琐,只能测定0.3~20nm的孔径分布,使用的仪器有容量法BET及气相色谱仪ST-03等。2有机物残留量测定对于不挥发性有机残留物的检查美联邦条例第170~199部分3卷21条(1998年修订),以洗脱液中有机残留物总量(重量法)为指标,进行限量检查。具体方法为用蒸馏水、95%乙醇、5%醋酸以350~400mL·h-1的流速依次洗脱处理,弃去1L初洗液,收集2L续洗液,挥干,于105℃干燥至恒重,称定质量(浸出物重),在于850℃灼烧至完全灰化且恒重后,称定质量(灰分质量),此后2次质量之差即为有机物残留量。凌宁生等利用气相色谱法以二乙烯苯含量为指标,从动、静2种状态出发,用乙醇、酸、碱处理D-101大孔吸附树脂至无残留物检出为止。许兴臣等以苯乙烯、二乙烯苯为指标,用气相色谱法测定WLD-Ⅲ型大孔吸附树脂中残留物,结果未处理WLD-Ⅲ型大孔树脂中苯乙烯含量为3.5×10-6g·g-1,预处理后的各树脂样品中均检测不到苯乙烯和二乙烯苯。日本三菱化成公司以甲醇、异丙醇为溶剂对HP20和SP700型树脂进行提取,并以GC法测定了提取液中树脂残留物含量。3国外大孔吸附树脂的生产和应用3.1其他非织造材料美国的Kunin教授发明了大孔网状聚合物吸附,并于1966年研制成功了第一个大网格吸附剂,此后大孔吸附树脂材料成为一个崭新的技术领域,受到欧美及日本等国的高度重视,研制开发了一批类型不同的、性能良好的吸附树脂,并形成了商品供应。目前,美、英、法、德及日本等国均有专业公司研究生产,其产品性能见表1,2。3.2附树脂性能日本生产有“药用标准”的、性能良好的树脂产品,由于其使用的大孔吸附树脂质量标准严格,树脂性能稳定,分离纯化效能高,寿命长。在美国,目前尚未检索到关于大孔吸附树脂的规格标准,但FDA有关于离子交换树脂的标准要求,即提取剂中二乙烯苯的含量小于50μg·L-1。4国内大孔吸树脂的研究、生产和应用4.1大孔吸附树脂系列产品我国对大孔吸附树脂的研究,从20世纪70年代由天津南开大学何丙林教授开始,相继北京、上海、四川的科研单位,如中国科学院化学研究所、上海医工院、四川晨光化工研究院等在国内研制并开发了各类产品,分别由天津南开大学化工厂、上海金山树脂厂、华东理工大学华震公司、华北制药厂树脂分厂等推出了各种类型的大孔吸附树脂系列产品,其产品性能见表3~7。4.2标准国内生产的大孔吸附树脂在树脂材料方面缺乏统一、严格的质量控制标准,对于药品生产而言缺乏药用标准,在生产应用中缺乏规范化的技术要求。4.3应用4.3.1黄酮吸附树脂的制备工艺马振山报道了大孔吸附树脂在中药有效成分提取分离方面的应用,体现出大孔吸附树脂简化提取工艺、减少有机溶媒的耗用、提高分离效率、提高有效成分纯度等优势。近几年,大孔吸附树脂在中药单方有效成分的分离、纯化方面应用更加广泛。张红等研究了大孔吸附树脂提取喜树碱的工艺,经过对7种树脂的比较,优选出AB-8树脂是一种较为理想的吸附剂,结果表明经AB-8树脂提取喜树碱的收率为2.6%~3.1%,纯度90.2%~90.5%,证明了大孔吸附树脂法从喜树果中提取喜树碱的可行性。麻秀萍等比较了10种大孔吸附树脂对银杏叶黄酮的吸附性能,筛选试验结果表明AB-18大孔吸附树脂是一种对银杏叶黄酮吸附性能优良的吸附剂,对于优化生产工艺,充分利用银杏资源有重要意义。王梅等研究了用大孔吸附树脂提取茶叶中茶多酚的方法,通过对树脂的筛选确定了NK-S3树脂对茶多酚吸附-解吸性能良好,其对茶多酚的吸附量可达81.57mg·g-1,洗脱率接近100%,此法提取茶多酚成本低、工艺简单且树脂可反复使用,可完善为工业化提取方法。马双成等研究了川芎提取纯化工艺条件,结果表明大孔吸附树脂法提取物收率为0.6%,其中川芎嗪和阿魏酸的含量约占原药材的25%~29%,该法操作简单,收率稳定,适用于工业生产。崔九成等采用D101大孔树脂分离纯化葛根总黄酮,结果表明该法具有收率高(占药材总黄酮的84.58%)、成本低、操作简单等优点,可供大生产选用。姜换荣等采用大孔吸附树脂分离赤勺总苷,实验结果表明赤勺总苷的收率为5.4%,其中芍药苷含量75%,其方法操作简便,树脂再生容易,得率稳定,产品质量稳定,适用于工业化大生产。袁倚盛等采用703弱碱性大孔吸附树脂制备大黄中总游离蒽醌,得率为2.8%~3.5%,高于化学试剂法,认为该法可作为总游离蒽醌制备纯化工艺。杨烨等优选了大孔吸附树脂提取分离川乌、制草乌水煎液中乌头类总生物碱的工艺条件,实验证明采用AB-8型树脂或D-101型树脂,80%乙醇洗脱,乌头类总生物碱的提取率为85%,水溶性杂质去除率为82%,对提高制剂中有效成分含量,缩小服用剂量有重要意义。刘荣华等采用CDX-40大孔吸附树脂提取猪胆汁中的胆红素并对提取工艺进行了筛选,结果表明采用最佳工艺条件可使胆红素的提取率达85%以上,纯度可达93%,且工艺简单,树脂再生容易,可作为胆红素的生产工艺。蔡雄等研究了D101大孔吸附树脂富集纯化人参总皂苷的工艺条件,结果表明通过大孔树脂富集纯化后的人参总皂苷洗脱率在90%以上,5%乙醇洗脱液干燥后总固物中人参总皂苷纯度可达60%,证实了该技术用于生产的可行性。D101大孔吸附树脂法富集纯化毛冬青、三七总皂苷均有吸附量大、洗脱率高等优点,可适用于工业化生产。4.3.2改制剂工艺稳定性考察宓晓黎等将大孔吸附树脂提取分离技术应用于降压胶囊的制备工艺,用非极性大孔吸附树脂法从复方中提取有效成分,采用正交试验设计考察了最佳吸附和解吸条件并进行了试验生产,结果表明,大孔树脂法简化了工艺过程,缩短了生产周期,提高了产物的纯度,更适于工业化生产,可替代原溶剂提取沉淀工艺。石林平等采用大孔吸附树脂提取桔梗、远志、款冬花、甘草等的有效成分,制成复方桔梗止咳滴丸,以薄层色谱法对桔梗、远志进行鉴别,采用HPLC对甘草酸进行含量测定,结果表明改制剂工艺稳定,质量可靠,具有剂量小、起效快、服用方便等特点。饶品昌等采用大孔吸附树脂精制右归煎液,通过正交试验表明,影响精制的因素为右归煎液浓度、流速和径高比,吸附回收率83.34%(以5-羟基糠醛计),且所得干浸膏不易吸湿,贮藏方便。郭立玮等采用大孔吸附树脂吸附与超滤连用精制技术制备得六味地黄丸精制提取物,其质量只有原药材的4.6%,而98%的丹皮酚与86%的马钱素被保留,有效的减少了服用量,保留了小分子有效成分。晏亦林等用D101大孔吸附树脂分离精制四逆汤,并运用化学与药效学指标对大孔树脂精制物进行评价,结果表明四逆汤精制物能保留四逆汤的有效成分,用D101大孔树脂精制四逆汤可行。刘中秋等以保和丸中主要药味陈皮中的主要成分橙皮苷富集程度为考察指标,考察了大孔树脂富集保和丸有效成分的最佳工艺条件,结果表明D101大孔吸附树脂富集橙皮苷洗脱率在95%以上,50%乙醇洗脱液干燥后总固物约为处方量的4%,对精制物进行多指标药理评价结果显示,没有改变原剂型的功效,大孔树脂法较好的富集了保和丸中的有效成分,减小了服用剂量,在饱和丸剂改中具有推广应用价值。张春艳等采用大孔树脂法精制脑康口服液,并与醇沉法制得的脑康口服液进行了工艺质量及薄层色谱图谱鉴别比较,结果表明经DA-201型大孔树脂精制的脑康口服液澄明度明显提高,精制后的脑康口服液质量明显优于纯沉法,而且缩短了生产周期,提高了生产效率,唯一不足是成本略高。5国内大孔吸附树脂应用稳定性和发展之特征大孔吸附树脂之所以能得到广泛应用,主要是它能解决其他常用吸附剂难以解决的问题,具有吸附容量大、吸附速度快、易解吸、易再生;物理与化学稳定性高,不溶于酸、碱及有机溶剂;对有机物选择性好,不受无机盐类及其他强离子、低分子存在的影响,且反而有利于吸附;品种多,不同品种可吸附多种有机化合物;流体阻力较小;脱色能力高等。但由于大孔吸附树脂应用时间较短,其应用和性能