第七章大孔吸附树脂.ppt

1、2020/7/23,1,第七章 大孔树脂吸附分离技术,2020/7/23,2,第七章 大孔树脂吸附分离技术,第一节 概述 第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术 第三章 大孔吸附树脂分离技术的应用与实例,2020/7/23,3,第一节 概述,大孔树脂(macroporous resin)又称全多孔树脂，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。,2020/7/23,4,第一节 概述,吸附剂的组成：,

2、2020/7/23,5,第一节 概述,2020/7/23,6,第一节 概述,一、吸附与吸附作用,吸附作用有物理吸附和化学吸附两大类。,1、吸附,2020/7/23,7,第一节 概述,一、吸附与吸附作用,固体表面，组成的分子或原子表面没有被包围，存在吸引其他分子的剩余作用力，即产生吸附作用。 吸附能力：吸附和解吸是同时发生的，当吸附达到平衡时，单位质量的吸附剂上对吸附质的吸附量吸附容量。 吸附速度：单位时间吸附剂对吸附质的吸附量吸附速率。,2、吸附作用,大孔树脂分离纯化作用： 通过物理吸附作用和分子筛作用相结合来实现的。,决定性作用,2020/7/23,8,第一节 概述,一、吸附与吸附作用,对于

3、一种吸附剂吸附性能的描述吸附等温线。 即描述大孔树脂吸附量与溶液中被吸附物质的浓度关系曲线。,2、吸附作用,吸附性：由于范德华引力或氢键； 筛选性：它的多孔性网状结构所决定。,大孔树脂：,2020/7/23,9,第一节 概述,二、大孔吸附树脂,2020/7/23,10,第一节 概述,二、大孔吸附树脂,2020/7/23,11,第一节 概述,二、大孔吸附树脂,影响树脂性能的主要因素：,大则吸附容量大。,影响树脂寿命。,影响树脂孔径和强度。,2020/7/23,12,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,一、大孔树脂色谱分离操作步骤,2020/7/23,13,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂

4、色谱分离操作步骤,1、大孔树脂的预处理,2020/7/23,14,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,1、大孔树脂的预处理,2020/7/23,15,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,1、大孔树脂的预处理,2020/7/23,16,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,1、大孔树脂的预处理,实验室内常规做法： （1）加乙醇浸泡24小时，回流洗脱（索氏提取器），24天，乙醇以适当的流速清洗，洗至流出液与等量水混合不呈白色浑浊为止。,（2）加乙醇浸泡24小时，充分溶胀，湿法装柱，用乙醇在柱上流动清洗，检查流出乙醇与水混合

5、不混浊，用大量蒸馏水洗去乙醇，交替23次。必要时用酸、碱洗，最后用蒸馏水洗至中性，备用。,2020/7/23,17,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,2、大孔树脂的装柱,湿法装柱： （1）柱底放玻璃丝或脱脂棉，厚度12cm，压平； （2）湿法装柱； （3）装柱结束后，在顶部加一层玻璃丝或脱脂棉，避免加液后将树脂充散。,2020/7/23,18,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,2、大孔树脂的装柱,2020/7/23,19,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,2、大孔树脂的装柱,2020/7/23,20,第二节 大

6、孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,3、药液上柱吸附,药液上柱前应该做澄清处理，过滤后避免大孔树脂被污染，加样方法同普通的柱色谱。 在加样的同时由下部放出溶剂，流速太慢，浪费时间；流速太快，以造成谱带扩散，影响分离效果。,2020/7/23,21,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,4、洗脱,洗脱溶剂种类：,2020/7/23,22,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,水洗杂质成分去除,4、洗脱,2020/7/23,23,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,4、洗脱,2020/7/23,24,第二节

7、大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,4、洗脱,2020/7/23,25,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,4、洗脱,非极性大孔树脂,2020/7/23,26,考察终点判断：,上柱（吸附）终点的判断：泄漏（穿透）曲线的考察。 水洗终点的判断：TLC检识、理化检识及水洗成分的测定。 解吸终点的判断：洗脱曲线的考察。,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,2020/7/23,27,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,5、再生,树脂经过多次使用后，其吸附能力有所减弱，会在表面和内部残留一些杂质，颜色加深，可

8、进行再生；,2020/7/23,28,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,二、大孔树脂色谱分离操作步骤,5、再生,通常方法：,2020/7/23,29,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,三、大孔树脂色谱柱分离效果的影响因素,1、大孔吸附树脂性质的影响,根据所分离化合物的大致结构特征来确定，一般物质是以分子状态被吸附 ：,吸附剂分子的孔径要足够大，一般孔径是溶质分子的6倍。,（1）,（2）,决定性因素,吸附性要适中,2020/7/23,30,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,根据所分离化合物的大致结构特征来确定，一般物质是以分子状态被吸附 ：,极性大小是一个相对概念，根据分子中极性基团（如-OH，C=O

9、）与非极性基团（如烷基、苯环、环烷等）的数量和大小来确定； 对于未知化合物可通过一定预试验及TLC或PC大致确定。,三、大孔树脂色谱柱分离效果的影响因素,1、大孔吸附树脂性质的影响,2020/7/23,31,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,三、大孔树脂色谱柱分离效果的影响因素,2、溶剂对被分离物质溶解性的影响： 当一种成分在某种溶剂中溶解度大，则在该溶剂中，树脂对该物质的吸附力就小、反之亦然。（存在竞争） 在上样溶液中加入适量无机盐（如氯化钠、硫酸钠等）可使树脂的吸附量加大。,3、溶剂pH值的影响: 酸性化合物在酸性溶液中进行吸附； 碱性化合物在碱性溶液中进行吸附较为合适； 中性化合物可在近中

10、性的情况下被吸附。,2020/7/23,32,4、上样溶液浓度的影响 随着被吸附物浓度增加吸附量也随之增加.但上样溶液浓度增加有一定限度，不能超过树脂的吸附容量。如果上样溶液浓度偏高，则吸附量会显著减少。,5、吸附流速的影响 吸附流速过大，被吸附物质来不及被树脂吸附就提早发生泄漏，使树脂的吸附量下降。 应通过试验综合考虑确定最佳吸附流速，既要使树脂的吸附效果好，又要保证较高的工作效率。,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,三、大孔树脂色谱柱分离效果的影响因素,2020/7/23,33,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,三、大孔树脂色谱柱分离效果的影响因素,、上样温度,7、上样盐浓度,2020/7/2

11、3,34,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,1）洗脱溶剂选择,常见的解吸剂有甲醇、乙醇、丙酮等，其解吸能力顺序为丙酮甲醇乙醇水。 可根据吸附力选择合适的吸附剂选择 。,8、解吸剂性质的影响,三、大孔树脂色谱柱分离效果的影响因素,2020/7/23,35,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,2）洗脱溶剂的pH值,8、解吸剂性质的影响,三、大孔树脂色谱柱分离效果的影响因素,2020/7/23,36,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,3）解吸速度,8、解吸剂性质的影响,三、大孔树脂色谱柱分离效果的影响因素,在解吸过程中，洗脱速度一般都比较慢，因为流速过快，洗脱性能差，洗脱带宽，且拖尾严重，洗脱不完全；而流速

12、过慢，又会延长生产周期，导致生产成本提高。一般控制在0.55 ml/min为宜。,2020/7/23,37,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,受诸多因素影响 ： 上柱分离前，应充分考虑到影响分离纯化的诸多因素，运用合适的统计学方法设计考察不同因素的作用. 上柱分离时，测定上柱量、吸附量、洗脱量等参数，绘制泄漏（穿透）曲线和洗脱曲线，并进行条件优化和重复验证，以获得最佳的分离效果。,除了考虑树脂和被分离成分的影响外，,2020/7/23,38,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,吸附容量：用于确定树脂用量和加样量的依据。,(1)静态吸附静态吸附容量,吸附方式有静态

13、吸附和动态吸附两种。,静态吸附量=(C0-Ce)V / W,测定方法简单，但与实际操作有一定偏差。,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,2020/7/23,39,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,(2)动态吸附动态吸附容量,样品溶液流动通过色谱柱，当吸附量达到饱和时，对化学物质吸附减弱甚至消失，此时化学成分即泄漏（穿透）流出，此即为泄漏点 。,动态吸附容量能又称比吸附量，较真实反应实际操作情况。,动态吸附量= (M上-M残-M水）/ W,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,2020/7/23,40,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,1、大孔吸附树脂柱的泄漏曲线,泄漏（穿透）曲线,四、大孔树脂色

14、谱柱分离工艺条件的确定,单柱上柱药量以泄漏点附近为宜，串联柱以接近饱和为宜。,2020/7/23,41,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,1、大孔吸附树脂柱的泄漏曲线,泄漏点测定方法：,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,2020/7/23,42,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,2、大孔吸附树脂柱的解吸曲线,洗脱（解吸）曲线,比洗脱量（率）：,E= M洗脱 / W,解吸曲线越尖锐、不脱尾，解吸率越高，解吸效果越好。,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,2020/7/23,43,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,3、大孔吸附树脂使用次数,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,2020/7/23,

15、44,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,4、色谱柱的径高比,色谱柱的径高比是大孔树脂分离过程重点考察的因素之一。,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,2020/7/23,45,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,5、复方的比上柱量的确定,2020/7/23,46,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,6、分离工艺参数确定,2020/7/23,47,第二节 大孔吸附树脂柱色谱技术,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,例如：,BV树脂体积的倍数。,2020/7/23,48,四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定,2020/7/23,

16、49,五、大孔树脂色谱柱分离技术在应用中存在的问题,2020/7/23,50,第三节 大孔吸附树脂分离技术的应用,一、在中药化学成分分离纯化中的应用 皂苷类药物的提取 黄酮类药物的提取 生物碱的提取,银杏叶,人参、茎叶 绞股兰,黄柏 黄连 三颗针,2020/7/23,51,1、皂苷类药物的提取,皂苷是一类结构比较复杂的苷类化合物，广泛存在于自然界，在单子叶植物和双子叶植物中均有分布。一些海洋生物体内也发现并分离出一些高活性的皂苷。 已有一些中药的总皂苷作为新药应用于临床，如人参皂苷、绞股蓝皂苷、三七总皂苷、黄芪总皂苷、甘草总皂苷等 由于皂苷类化合物由亲脂性皂苷元和亲水性糖基构成。一般可溶于水，

17、易溶于含水稀醇，特别适合于大孔吸附树脂富集和分离。 常规法用正丁醇从水溶液中分离皂苷，获得粗总皂苷，但存在有机溶剂消耗多、正丁醇沸点较高、溶剂回收困难、萃取易乳化、糖和色素去除不完全等缺点。,大孔吸附树脂对皂苷有很好的吸附作用，吸附容量大，容易被解吸附，洗脱下来的成分易结晶，纯度好。,2020/7/23,52,2020/7/23,53,实例1 大孔树脂富集纯化人参总皂苷工艺条件优选,采用均匀设计考察药液浓度、药液pH值、洗脱流速、吸附流速等参数对人参总皂苷得率、纯度效果的影响，优选D101大孔吸附树脂富集纯化人参总皂苷的最佳工艺条件。 表7-4 大孔树脂吸附容量的确定,吸附容量=（上柱液中总皂

18、含量苷过柱液中总皂苷含量）/干树脂重量,2020/7/23,54,表7-5 因素水平表,实例1 大孔树脂富集纯化人参总皂苷工艺条件优选,2020/7/23,55,2、黄酮类化合物的分离,黄酮类化合物是广泛存在于自然界的一类重要的天然有机化合物，具有多样的生物活性。 大孔吸附树脂已应用于银杏黄酮、黄芩总黄酮、大豆异黄酮、山楂叶总黄酮、葛根黄酮、荠菜总黄酮、地锦草总黄酮、金莲花总黄酮等的分离纯化。由于黄酮类化合物结构中带有酚羟基，易溶于碱溶液中，因酚羟基数目与位置的不同，其酸性强度不同，所以在应用大孔吸附树脂时应考察pH对吸附和解吸附的影响。,2020/7/23,56,2020/7/23,57,银

19、杏黄酮类化合物的分离,2020/7/23,58,实例 应用AB-8 大孔树脂纯化新乌头碱和乌头总碱,1.大孔吸附树脂的筛选 2.吸附因素的考察 3.洗脱条件的考察 4.验证实验,三、生物碱的分离,2020/7/23,59,1.大孔吸附树脂的筛选 不同型号树脂对乌头总碱和新乌头碱的吸附容量比较,X-5和AB-8较好,实例 应用AB-8 大孔树脂纯化新乌头碱和乌头总碱,2020/7/23,60,2.吸附因素的考察,图7-5 吸附等温曲线 图7-6 吸附动力学曲线 图7-7 样品溶液pH影响,2 g AB-8 树脂吸附两种成分的最佳条件为样品液浓度为1 g 生药/ mL，pH10，吸附时间为6 h。

20、在洗脱条件筛选中，为了减少乌头总碱的浪费，我们选择上样量为8 mL，即树脂重量与样品液的体积比为14。,实例 应用AB-8 大孔树脂纯化新乌头碱和乌头总碱,分别取10ml 稀释液，加2g树脂柱上，以24BV/h流速重复吸附2次，收集吸附残液。,2020/7/23,61,3、洗脱条件的考察,洗脱液浓度考察,洗脱液pH的考察,实例 应用AB-8 大孔树脂纯化新乌头碱和乌头总碱,洗脱液体积的考察,洗脱的最佳条件：乙醇浓度95%，pH6，7BV。,2020/7/23,62,4验证实验,实例 应用AB-8 大孔树脂纯化新乌头碱和乌头总碱,2020/7/23,63,二、在中药复方精制中的应用,中成药多是中

21、药复方制剂，传统的中药复方制剂提取纯化工艺相对都较粗糙，一般而言，中药复方经水煮后收膏率为30%，水提醇沉后约为15%。此类方法，出膏率高，服用量大，所含成分不明确 。 实现中药现代化的关键就是中药复方制剂的有效部位（群）及有效成分的提取、分离及纯化。通过现代分离技术对中药复方进行纯化后，可除去大量无效杂质，可使中药复方有效部位（群）或有效成分（群）的含量（纯度）提高1014倍，临床用药剂量下降67倍，有非常显著的“去粗取精”效果。,第三节 大孔吸附树脂分离技术的应用,2020/7/23,64,通过大孔吸附树脂技术得到的中药复方中间体不仅体积小，不易吸潮，而且更易制成剂量小、服用方便、便于携带

22、、外观较好，而且制剂质量易于控制。,二、在中药复方精制中的应用,第三节 大孔吸附树脂分离技术的应用,实例12 右归煎液用大孔树脂D1300精制的工艺研究,右归煎液是由地黄、肉桂等10味中药组成。,2020/7/23,65,三、在海洋天然产物分离纯化中的应用,海洋天然产物是指海洋生物中的代谢产物，它们大多数具有生物活性。海洋天然产物的化学结构类型主要分为：聚醚类、大环内酯、萜类、生物碱、多肽、甾醇、苷类、多糖类和不饱和脂肪酸等。 随着近年来海洋药物的研究和开发，大孔吸附树脂已开始应用于海洋生物中水溶性成分的提取和分离，并取得了良好的分离效果。,第三节 大孔吸附树脂分离技术的应用,2020/7/23,66,2020/7/23,67,问题：,1、在进行柱层析制备分离某物质洗脱时，如何判断所需物质是否被洗脱下来，说明原理。,可采用测定紫外光谱和薄层色谱的方法。在进行柱层析时，随着洗脱剂的加入，被分离混合物逐渐被分离，在柱的下端分别收集洗脱液，一般以一定的体积为一个单位，收集数份，通过对这些洗脱液测定紫外吸收，当一个组分分离完全时，则吸收峰会消失或改变，则认为该组分被分离完全，即到达终点。 同理可用薄层色谱进行判断，分别将洗脱液点样在一块薄层板上，进行展开，观察斑点情况，判断是否到达终点。,2020/7/2