大孔吸附树脂分离技术

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1、大孔吸附树脂分离技术综述摘要】 对大孔吸附分离技术的产生的背景、现在的发展现状和它在中药 有效成分提取、分离和纯化中的应用以及在应用中出现的问题加以综述，并对它 未来的发展趋势进行初步的探讨。【关键词】大孔吸附树脂；有效成分；应用；发展趋势1 大孔吸附树脂分离技术的产生和应用1.1 背景条件大孔吸附树脂是在离子交换树脂的基础上发展起来的，1935年英国的Adans 和Holmes发表了又甲基、苯酚与芳香胺制备缩聚高分子材料的工作报告。20世 纪60年代末合成了大孔吸附树脂，70年代末被用应于中药化学成分的提取分离。1.2 应用大孔吸附树脂分离技术应用十分广泛，用于废水处理、化学工业、临床检验、

2、 抗生素分离，近年来用于中药、天然药物的分离纯化，主要用于提取分离中药成 分中的苷类、糖类及生物碱、黄酮类、木脂素类、香豆素类、萜类等有效成分以 及中成药的制备和质量控制等方面。 1目 前，大孔吸附树脂的应用技术已成为中 药现代化生产关键技术之一。2 大孔吸附树脂分离技术2.1 大孔吸附树脂的含义、特点2.1.1 大孔吸附树脂是一种具有大孔结构的非离子型有机高分子聚合物吸附剂，它是以苯乙烯为 致孔剂，它们相互交联聚合形成了多孔骨架结构。2.1.2 大孔吸附树脂分离法指以大孔吸附树脂为吸附剂，利用其对不同成分的选择性吸附和筛选作用， 通过选用适宜的吸附和解吸条件借以分离、提纯某种或某类有机化合物

3、的技术。2.2 大孔吸附树脂的特点2.2.1 大孔吸附树脂的优点理化性质稳定,一般不溶于水、酸、碱及常用有机溶剂，在水和有机溶剂中 可以吸收溶剂而膨胀。具有选择性好，机械强度高、吸附速度快，解吸率高、再 生处理方便等优点2。2.2.2 大孔吸附树脂的缺点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3。 2.2.3 在实际应用中的特点a. 缩小剂量，提高中药内在质量和制剂水平。经过大孔树脂吸附技术处理后得到 的精制物可使药效成分高度富集、杂质少，使有效成分含量提高，剂量减小，有 利于中药现代剂型的制备，并

4、便于质量的控制。b. 减少产品的吸潮性 经过大孔树脂吸附技术处理后，可有效出去中药的吸潮成 分，增强产品的稳定性。c. 可有效去除重金属 大孔树脂吸附技术就保证了用药的安全，又解决了中药重 金属超标的问题，为中药进入更广阔的市场提供了有利条件。d. 具有较好的安全性 因为大孔吸附树脂是一种高度交联的、具有大孔结构的非 离子型有机高分子共聚体。它一般不溶于水、酸、碱及有机溶剂，在常温下很稳 定，所以在使用过程中不会有任何物质释放出来。至于在生产过程中残留的某些 杂质可以在使用前彻底清洗出来，能够达到药用标准。2.2 大孔吸附树脂吸附原理大孔吸附树脂具有吸附性和筛选性，它所具有的吸附性，是由范德华

5、力或产 生氢键的结果，分子筛选性是有其本身多空性结构所决定的。通过吸附和分子筛 选原理，有机化合物根据吸附力的不同及分子量的大小，在大孔吸附树脂上经一 定的洗脱溶剂而达到分离、纯化、除杂、浓缩等不同目的4。对于分子量相似的 化合物，极性越小，吸附能力越强，则越难洗脱下来；极性越大，吸附能力越弱， 则越易洗脱下来。对于极性相似的化合物，分子量越大，越易洗脱下来。大孔吸附树脂对有效成分是吸附还是接吸附，取决于树脂对有效成分吸附作 用和溶剂对成分溶解作用的强弱。当树脂对成分的吸附作用占优时，有效成分吸附在树脂上；当溶剂的溶解作用占优时，有效成分从树脂上洗脱下来。2.3 大孔树脂的分类及性能大孔吸附树

6、脂根据其骨架材料所带官能基团的不同，可分为极性大孔树脂、 中等极性大孔树脂、非极性大孔树脂三类。2.3.1 极性大孔树脂含硫氧、酰胺基团，如丙烯酰胺。2.3.2 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。2.3.3 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。都具吸附力。大孔吸附树脂 根据树脂孔径、比表面积、树脂结构、极性差异等分为许多类型。如美国 Rohm-Hass公司生产AmberliteXAD（l12）、天津试剂二厂生产树脂适宜以从非 极性物质中吸附极性物质；而中性吸附树脂对上述两种情况的GDX。常用树脂型 号 D101 型、

7、 DA201 型、 SIP 系列、 X-5 型、 GDX104 系列、 LD605 型、 LD601 型、 AB-8、 D1-8、 NKA 系列为南开大学化工厂生产的树脂型号。在实际应用中，要根 据分离而且非极性吸附树脂适宜于从极性溶剂中（如水）中吸附非极性物质；极 性要求加以选择5。3 大孔吸附树脂分离纯化的操作步骤确定所用树脂类型一筛选树脂一树脂前处理一上样（吸附）一考察吸附量一 洗脱（解吸）确定洗脱剂、洗脱流速树脂使用周期树脂再生存放 4 大孔吸附树脂吸附性能的影响因素41 树脂结构的影响大孔树脂的吸附性能主要取决于吸附剂的表面性质，即树脂的极性（功能基） 和空间结构（孔径、比表面积、孔

8、容）是影响吸附性能的重要因素，一般非极性化 合物在水中可以被非极性树脂吸附，极性树脂则易在水中吸附极性物质。在一定 条件下，化合物的体积越大，其吸附力越强。4.2 被吸附的化合物结构的影响一般来说，被吸附化合物的分子量大小和极性的强弱直接影响到吸附结果。 在同一种树脂中，树脂对体积较大的化合物的吸附作用较强。当化合物的极性基 团增加时，树脂对其吸附力已随之增强。如果树脂和化合物之间能发生氢键作用， 吸附已将增强。4.3 溶剂的影响被吸附的化合物在溶剂中的溶解度对吸附性能也有一定的影响。通常一种 物质在某种溶剂中的溶解度大，树脂对此物质的吸附力就弱。如有机酸盐或生物 碱盐在水中的溶解度就大，树脂

9、对其吸附力就弱7。4.4 洗脱剂的影响根据极性“相似相溶”的原理，对非极性大孔树脂来说，洗脱剂极性越小， 其洗脱能力越强。而对于中极性大孔吸附树脂和极性较大化合物，则用极性较大 的溶剂较为适合。4.5上样液的PH值根据溶质结构的特点调整上样液的PH值，可达到较为理想的吸附效果。溶 液 PH 值变化可以改变有效成分在溶液中存在的形式、溶解度及溶液极性，直接 影响有效成分和大孔吸附树脂间的分子作用力。一般情况下，酸性物质在适当酸 性溶液中进行吸附，碱性物质在适当 碱性溶液中进行吸附较为适宜。如黄酮类 物质为多羟基酚类，呈弱酸性，在酸性条件下进行吸附能达到较好的效果。4.6 上样液的浓度树脂吸附量一

10、般与上样液浓度成反比。如果上样液浓度太小，则上样液黏度 小，在一定上样流速下，溶液通过柱床流速较快，使传质过程未进行彻底，可能 泄漏；如果上样液浓度太大，被吸附物质在树脂内部扩散速度变慢，使某些树脂 局部周围被吸附物质分子过多，使得某些没来得及被吸附就流出来，这两种情况 均未达到树脂的最大吸附量。确定最大上样液的量，即可减少药材的损 耗，又 可避免树脂的浪费。侯世祥等 对影响大孔吸附树脂吸附纯化黄连提取液的因素 进行了研究 认为提取液的浓度及外环境的温度都会不同 ,程度地影响吸附纯化 的过程和结果, 浓度增加,小檗碱在树脂上的比吸附量也相应增加 ,且比吸附量 与小檗碱的浓度之间满足 Frend

11、lich 经验公式和 Langmuir 吸附公式。另外 , 温度升高 , 树脂的比上柱量下降 ,说明中药成分在树脂上的吸附为放热过程 , 低温有利于吸附容量的提高 ,但在室温下,温度对比吸附量的影响较小8。 4.7 其他方面的影响除树脂和化合物性质外，树脂和样品预处理方法, 样品与树脂用量比等都能 影响分离纯化的效果。所以，在实际应用中，应充分考虑到影响吸附纯化的诸多 因素, 结合适当的统计学设计考察不同因素的作用, 洗脱分离时,测定上柱量、 吸 附量、洗脱量 等参数 , 描绘洗脱曲线，并进行因素优化和重复要的手段来检 测树脂处理是否符合要求，确保用药安全。样品验证，以获得最佳的分离效果。 5

12、 大孔吸附树脂的预处理和再生方法5.1 预处理普通商品大孔吸附树脂常含有一定量未聚合的单体、致孔剂、分散剂及交 联剂等，既影响其吸附性能，又具有毒性，造成药品的不安全性，使用前必须经 过预处理以除去树脂中的有机残留物。通常的预处理方法包括回流法、渗漉法和 水蒸气蒸馏法等，所用溶剂主要有乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇及稀酸、稀碱溶液。 此类方法溶剂用量大、树脂预处理时间长、环境污染较大，我们发明了一种高效、 快的大孔吸附树脂预处理方法，已申请了专利。其基本方法是，将大孔吸附树脂 装柱，先用少量稀碱溶液浸泡、洗脱、离子水洗至 ph 中性，有机溶在适当温度 下浸泡、洗脱得到药用要求的树脂，可直接用于中药研

13、究和生产。树脂有机残留物的检测方法，可采用气相色谱法和紫外可见分光光度法。许 兴臣9 等用 D5 法检测了处理后树脂 ，结果是处理后的树脂不含苯乙烯、二乙 烯苯等有机残留物；袁铸人10 等研究了以气相色谱法检测大孔附树脂残留物的 可行性，认为该法简便、灵敏，可用于检测大孔吸附树脂残留物。但目前还没有 一种通用和法定的树脂有机残留物检测方法，尚需研究、制定出科学、简捷、有 效的有机残留物检测方法。5.2 树脂的再生树脂使用一定周期后会受污染以致吸附能力下降，需再生以恢复其吸附性能。 卢锦花11等用树脂纯化银杏黄酮时，认为树脂使用次后需要再生。树脂再生所用 的溶剂有乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇及稀酸、

14、稀碱溶液等。树脂再生可分为简单 再生和强化再生。简单再生的方法是用不同浓度的溶剂按极性从大到小梯度洗 脱，再用 稀酸、稀碱溶液浸泡洗脱，水洗至ph值中性即可使用。树脂经过几 次简单再生使用后，如果吸附性能下降较多时需强化再生。强化再生的方法是先 用不同浓度的有机溶剂洗脱后，反复用大体积稀酸、稀碱溶液交替强化洗脱后， 水洗至ph中性即可使用。应该指出的是，目前很多人在树脂再生时，往往未经 系统的试验就直接用 乙醇进行洗脱，这是不科学的，其再生效果也会很差。因 为不同的中药提取物对树脂的污染物质也不同，如果污染物质属水溶性杂质，在 乙醇中溶解度差，其再生效果也会很差。根据我们的经验，应该先进行梯度

15、洗脱， 考察树脂再生的乙醇浓度，或先用低浓度的乙醇洗脱，再采用高浓度的乙醇效果 较好，如采用大孔吸附树脂进行红花黄色素的纯化，其树脂再生先采用 乙醇洗 脱，再采用乙醇洗脱。另外，对于难再生的树脂，亦可先用稀碱浸泡、洗脱后， 再用不同浓度的乙醇洗脱，仍能取得较好的效果。对于再生的树脂，其吸附能力 是否达到使用要求，需要科学、简捷的测定方法和指标，但目前还未见报道12。6 大孔吸附树脂技术的在中药领域的实际应用6.1 大孔吸附树脂在中药成分精制中的应用6.1.1 黄酮精制纯化张纪兴等13 对地锦草的提取工艺进行了研究，旨在提高总黄酮的收率，选 用 D101 型大孔树脂，以地锦草总黄酮含量为考察指标

16、，采用正交试验表，以直 接影响地锦草总黄酮收率的上柱量、吸附时间及洗脱液的浓度为实验因素，每个 因素取3个水平。结果10毫升样品液 每一毫升乙醇液含地锦草干浸膏0.5克上 柱、静置吸附时间 30 分钟、用 95%乙醇洗脱地锦草总黄酮为最佳工艺；洗脱液 干燥后的总固体物中的地锦草总黄酮含量大于 16%，高于醇提干浸膏的 7.61%， 且洗脱率大于 93%。高红宁14等 采用紫外分光光度法测定苦参中总黄酮的含量， 使用 AB-8 型大孔吸附树脂对苦参总黄酮的吸附性能及原液浓度、 PH 值、流速、 洗脱剂的种类对吸附性能的影响进行了研究，结果 AB-8 型型树脂对苦参总黄酮 的适宜吸附条件为原液浓度为0.285mg/ml、PH值4、流速每小时3倍树脂体积、 洗脱剂用 50%乙醇时，解吸效果较好，表明