大孔吸附树脂技术

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1、第六章 大孔树脂吸附技术一、 大孔树脂的结构、组成、原理、类型与规格1. 结构 大孔吸附树脂是近20余年发展起来的，它是一 种新型非离子型高分子聚合物吸附剂，一般为白色 球形颗粒，粒度为2060目。大孔树脂的宏观小球 系由许多彼此间存在孔穴的微观小球组成。如果把 一个宏观小球比做远看的一簇葡萄，那么每一个微 观小球就相当于近看的一颗小葡萄，小葡萄间存在 孔穴的总体积与一簇葡萄体积之比，称为孔度，小 葡萄之间的距离称孔径。所有小葡萄的面积之和就 是一簇葡萄的表面积，亦即树脂的表面积。如果以 单位质量计算，将此表面积除以一簇葡萄的质量， 即得比表面积(m2g)。2. 组成大孔吸附树脂主要以苯乙烯、

2、二乙烯苯等为原料 ，在05的明胶溶液中，加入一定比例的致孔剂 聚合而成。其中，苯乙烯为聚合单体，二乙烯苯为 交联剂，甲苯、二甲苯等作为致孔剂，它们互相交 联聚合形成了大孔树脂的多孔骨架结构。3. 树脂的特性及分离原理 大孔吸附树脂是通过物理吸附从溶液中有选择 地吸附有机物质，从而达到分离提纯的目的。其 理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，对有 机物选择性较好，不受无机盐类及强离子、低分 子化合物存在的影响。不同于以往使用的离子交换树脂，大孔吸附树 脂为吸附性和筛选性原理相结合的分离材料。由于 其本身具有吸附性，能吸附液体中的物质，故称之 为吸附剂。树脂吸附的实质是一种物体高度分散或 表面分子

3、受作用力不均等而产生的表面吸附现象。 大孔树脂的吸附力是由于范德华力或产生氢键的结 果。其中，范德华力是一种分子间作用力，包括定 向力、色散力、诱导力等。同时由于树脂的多孔性 结构使其对分子大小不同的物质具有筛选作用。因 此，有机化合物根据吸附力的不同及分子量的大小 ，在树脂的吸附机理和筛分原理作用下实现分离。4 大孔树脂的性质及类型大孔树脂按其极性大小和所选用的单体分子结构 不同，可分为非极性、中等极性、极性和强极性四 种类型。(1)非极性大孔树脂 苯乙烯、二乙烯苯聚合物，也 称芳香族吸附剂。(2)中等极性大孔树脂 聚丙烯酸酯型聚合物，以多 功能团的甲基丙烯酸酯作为交联剂，也称脂肪族吸 附剂

4、。(3)极性大孔树脂 含硫氧、酰胺基团，如丙烯酰胺 。(4)强极性大孔树脂 含氮氧基团，如氧化氮类。5 规格大孔吸附树脂用于医药的规格品种，如美国 Rohm和Haas公司生产的Amberlite XAD系列，日 本三菱化成工业公司生产的DiaionHP-10、HP-20 、HP-30、HP-40、HP-50，以及中国南开大学生 产的D2、D6、D8，沧州宝恩HPD系列，天津制胶 厂生产Dl0l型等。它们的规格及物理特性见表型号 HPD-100 HPD-100A 主要用途人参皂甙、三七皂甙、绞股蓝皂甙、薯蓣 皂甙 、罗汉果甜甙、黄芪皂甙、积雪草甙、 红景天甙、蒺藜皂甙、刺五加甙、栀子甙、淫 羊霍

5、黄酮甙，灯盏花素、蜕皮激素，栀子黄、 辣椒红、紫苏色素、紫薯色素、紫甘蓝色素、 红曲色素、高粱红、黑米红、黑豆红，石蒜生 物碱的提取 国内外对应牌号 XAD-2 HP-20型号HPD-300主要用途广泛应用于各种皂甙、色素提取国内外对应牌号XAD-4型号HPD-400 HPD-400A主要用途中药复方药物提取，尿激酶、氨基酸、蛋白质 提纯，甜菊糖、生物碱的提取国内外对应牌号AB-8型号HPD-450主要用途银杏黄酮内酯、绿原酸、橙皮甙、柚皮甙 、甘草酸、茶多酚等的提取国内外对应牌号DM130型号HPD-600主要用途银杏黄酮、大豆异黄酮、山楂黄酮、沙棘黄酮 、葛根素、竹叶黄酮、甜菊甙、茶多酚、

6、黄芪 甙、尿激酶、喜树碱提取国内外对应牌号型号HPD-700 HPD-750主要用途大豆异黄酮、银杏黄酮、原花青素提取。维 生素B12及抗生素提取，辅酶精制 国内外对应牌号编号 极性 比表面 平均孔径 用途 D3520 非极性 480520 8590 蛋白质提取，脱色、脱盐等 。 D4006 非极性 400440 6575 酒类除去高级脂肪酸酯类等 。 H103 非极性 10001100 8595 抗生素提取分离，去除酚 类、氯化物、农药等。X-5 非极性 500600 290300 抗生素、中草药分离提取 ，有机废水处理，制备固定相 。 NKA 非极性 570590 200220 皂甙提取等

7、。AB-8 弱极性 480520 130140 甜菊糖提取，有机物提取 。 NKA-9 极性 250290 155165 胆红素去除，生物碱分离 ，黄酮类提取等。 S-8 极性 100120 280300 有机物提取分离。南开大学树脂二、 大孔吸附树脂的优缺点1. 应用范围广大孔吸附树脂的应用范围比离子交换树脂广 ，表现在，其一，许多生物活性物质对pH较为敏 感，易受酸碱作用而失去活性，限制了离子交换 法的应用，而采用大孔吸附树脂，既能选择性吸 附，又便于溶剂洗脱，整个过程pH不变；其二， 对于存在有大量无机盐的发酵液，离子交换树脂 受严重阻碍无法使用，而大孔树脂却能从中分离 提取抗菌素等物质

8、。2 理化性质稳定 大孔树脂稳定性高，机械强度好，经久耐用， 且又避免了溶剂法对环境的污染和离子交换法对设 备的腐蚀等不良影响。3分离性能优良大孔树脂对有机物的选择性良好，分离效能 高，且脱色能力强，效果不亚于活性炭。4. 使用方便大孔树脂一般系小球状，直径在0.20.8mm之 间，因此流体阻力小于粉状活性炭，使用方便。5. 溶剂用量少溶剂法是液液萃取，溶剂消耗大，回收较难， 而大孔树脂吸附法仅用少量溶剂洗脱即达到分离目 的，不仅溶剂用量少，而且又避免了严重的乳化现 象，提高了效率。 6. 可重复使用，降低成本大孔吸附树脂再生容易，一般用水、稀酸 、稀碱或有机溶剂如低浓度乙醇、丙酮对树脂 进行

9、反复清洗，即可再生重复使用。7. 其他方面大孔吸附树脂价格较贵，吸附效果易受流 速和溶质浓度的影响；品种有限，不能满足中 药多成分、多结构的需求；操作较为复杂，对 树脂的技术要求较高。 三、 大孔吸附树脂的质量要求和质量评价 1. 质量要求树脂自身的规格标准与质量要求对中药提取液 的纯化效果和安全性起着决定性作用，因此，在购 买大孔树脂时，应向树脂提供方索取资料，以便充 分了解各种树脂的结构、性能和适用范围。 (1)大孔吸附树脂规格标准 标准内容应包括名称、 牌(型)号、结构(包括交联剂)、外观、极性，以及 粒径范围、含水量、湿密度(真密度、视密度)、干 密度(表观密度、骨架密度)、比表面、平

10、均孔径、 孔隙率、孔容等物理参数，还包括未聚合单体、交 联剂、致孔剂等添加剂残留量限度等参数，写明主 要用途，并说明该规格标准的级别与相关标准文号 等。 (2)使用说明书 说明书内容包括：所用树脂性能简介、主要 添加剂种类与名称；未聚合单体、交联剂、主要 添加剂种类与名称；树脂安全性动物实验资料， 包括树脂及其粉碎物(XX目)、预处理前后洗脱溶 剂浓缩液等样品的规范化急性、长期毒性试验结果 ，或其他能证明其安全性的资料；使用注意事项 ，根据树脂的物理化学性能及其影响吸附的因素， 明确指出新树脂的预处理、上柱吸附、洗脱、再生 、贮存等正确操作方法，及可能出现异常情况的处 理方法，以保障树脂的正常

11、使用；树脂有效使用 期的参考值；生产厂家及生产许可证合法证件。 2. 质量评价根据大孔树脂的技术要求，对其作出相应的质量 评价，主要包括以下几方面内容。(1)残留物总量检查，为保证药用树脂的安全可靠 ，应对树脂的交联剂、致孔剂、分散剂、防腐剂及 添加剂等残留物总量进行检查。在新药研究时，一 般应在成品中建立树脂残留物及裂解产物的检测方 法，制订合理的限量，并列入质量标准正文，用以 控制树脂质量。使用苯乙烯型大孔树脂，其残留物 检查项目(质量分数)及限度暂定为：苯2X10-6、甲 苯890X10-6、二甲苯2170X10-6；苯乙烯、烷烃 类、二乙烯苯类(二乙烯基)，其限量不能高于国家 标准或国

12、际通用标准。 (2)安全性检查苯乙烯型大孔树脂已经过一段时间的使用考 察，且其稳定性较高，可暂不要求进行动物安全 性考察。非苯乙烯型大孔树脂使用时间相对较短，稳 定性低于苯乙烯型大孔树脂，一般情况下应进行 动物安全性实验，并根据树脂残留物可能产生的 毒理反应，在做药物成品的毒理学实验时，适当 延长观察时间，增加观察项目与指标，如神经系 统、骨髓、肝脏功能等生化指标；同时对定型产 品抽样进行安全性动物实验，以保证产品的安全 性符合药用要求。供药用的大孔树脂生产过程中所用致孔剂应避 免使用一类溶剂。一类溶剂：苯、四氯化碳、1,1二氯乙烷、1,1,1 三氯乙烷、1,2二氯乙烷。慎用二类溶剂二类溶剂：

13、乙腈、甲醇、甲苯、二甲苯、氯苯、氯 仿、环氧乙烷、二氯甲烷、N,N二甲乙酰胺、N ，N二甲基甲酰胺、乙二醇、1,4二噁烷、2 乙氧基乙醇、甲酰胺、正己烷、吡啶、2甲氧基 乙醇、甲基丁酮、甲基环己烷、N甲基吡咯烷酮 、硝基甲烷二氧噻吩烷、四氢萘、1，2二氯乙烯 、1,1,2-三氯乙烯、1,2二甲基亚砜。若因某些原因确实需用二类溶剂，则应对相应 的溶剂进行限量检查，制订合理的限量标准。总之，限度的规定，应是在树脂生产工艺 成熟、质量稳定的基础上，以前处理合格的树 脂为样品，配合安全试验，积累数据，确定适 宜的限度。 三、 大孔吸附树脂吸附分离技术要求在运用大孔树脂进行分离精制工艺时，其大致 操作步

14、骤为：树脂预处理树脂上柱药液上柱 树脂的解吸树脂的清洗、再生。由于每一个操作 单元都会影响到树脂的分离效果，因此对树脂的精 制工艺和分离技术的要求就相对较高。1 . 树脂的预处理为除去树脂中未聚合单体与致孔剂、分散剂、 防腐剂等有机残留物，提高树脂洁净度，需对市售 树脂进行预处理。预处理方法：取市售大孔树脂，加丙酮或甲醇浸 泡24h，加热回流洗脱(或用改良索氏提取器加热洗 脱)，视树脂中可溶性杂质的多寡，一般为34d， 甚至长达78d，洗至洗脱液蒸干后无残留物，溶 剂挥尽后保存备用。检查：取干树脂0.5g，加70乙醇5ml振摇，滤液 蒸干不得有残留物。经预处理的树脂方可使用。2. 装柱以蒸馏水

15、湿法装柱，并用乙醇在柱上流动 清洗，检查流出的乙醇与水混合不呈白浊色为 止(取lml流出液加5ml水)，然后以大量蒸馏水洗 去乙醇，注意少量乙醇的存在会大大降低树脂 的吸附力。3. 药液的上柱吸附（1） 泄漏曲线与吸附容量的考察大孔吸附树脂的吸附作用主要是通过表面吸 附、表面电性或氢键等，有一定吸附容量。当吸附 量达到饱和时，其对化学物质吸附减弱甚至消失， 此时化学成分即泄漏流出，故需要考察树脂的泄漏 曲线，为预算树脂用量与可上柱药液量提供依据。 有人用大孔树脂D1300精制右归煎液时，对其泄漏 曲线作了如下考察研究。 取D1300树脂100ml置树脂床上，加入浓度为 0.51g/ml的药液，并控制药液上样流速为24 1000(V/min，V为树脂床体积)，径高比为1:40，每 2.0ml收集一份，薄层检测后，选择不同馏分定量 测定右归煎液中有效成分5-HMF(5-HMF为方中熟 地黄成分)斑点的峰面积，见图1，泄漏曲线见图2 。扫描结果显示，第111分峰面积高于110分峰7.48 倍，明显表现出泄露现象，按每2.0mL计算，总上 样体积220.0mL相当于110.0g生药量，由计算公式 ：树脂吸附容量泄露点前上柱样品体积(m1)X样品浓度 (mgL)可得出该树脂对右归煎液的吸附容量，即每lml 树脂最大吸附量为1.10g生药。2. 药液上柱前的预处理