植化方法学2-课件.ppt
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1、 第一节大孔吸附树脂分离纯化技术第一节大孔吸附树脂分离纯化技术 大孔吸附树脂是70年代以来发展起来的有机高聚物吸附剂,具有较好的吸附性能。它的化学结构与离子交换树脂类似,区别在于后者引入可进行离子交换的酸性或碱性基团。它的吸附作用是通过表面吸附、表面电性或形成氢键。多用于工业生产中,此外也用于临床化验以及作为气相色谱的载体。目前在中草药化学成分的分离、富集中的应用越来越受到人们的重视 大孔树脂吸附分离工艺是对中药提取工艺影响大、带动面最广的技术之一。该工艺操作简便,成本较低,树脂可反复使用,适合工业生产。按日投产3吨生药计算,增加固定资产的投资15万元,而每年因此节约的能耗、辅料、包装材料、储
2、藏、运输费用至少在百万以上。因此,它具有很强的推广应用价值,将对中药提取技术的跳跃式进步起到促进作用。一、大孔吸附树脂的性质和分离原理大孔吸附树脂的性质和分离原理 大孔吸附树脂多为白色的球状颗粒,粒度多为2060目,通常分为非极性和极性两大类,根据极性大小还可分为弱极性、中等极性和强极性。目前常用的为苯乙烯型和丙烯腈型,在树脂合成时根据需要引入极性基团则成为极性树脂从而增强吸附能力。它的理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶剂。对有机物的选择性较好,不受无机盐类及强离子低分子化合物存在的影响。吸附原理吸附原理:大孔吸附树脂为吸附和筛选原理相结合的分离材料。它的吸附性吸附性是由于范德华引力或生成氢键
3、的结果。筛选原理筛选原理是由于其本身多孔性结构所决定。由于吸附和筛选原理,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溶剂洗脱而分开。这使得有机化合物尤其是水溶性化合物的提纯得以大大简化。二二 大孔树脂吸附作用的影响因素大孔树脂吸附作用的影响因素 图1原理示意图树脂本身化学结构的影响树脂本身化学结构的影响 大孔吸附树脂是一种表面吸附剂,其吸附力与树脂的比表面积表电性、能否与被吸附物形成氢健等有关。引入极性集团可以改变表面电性或使其与某些被分离的化合物形成氢键,影响吸附作用。一般非极性化合物在水中可以被非极性一般非极性化合物在水中可以被非极性树脂吸附,极性化合物在水中被极性
4、树树脂吸附,极性化合物在水中被极性树脂吸附。脂吸附。相似者易吸附的规律:苯乙烯型树脂易吸附含有共轭双键、双键和芳香核的物质吸附作用强。非极性树脂易吸附非极性物质极性吸附树脂易吸附极性物质 孔径大小最佳比为吸附树脂孔径/吸附物质=36/1为好。树脂粒度:20 60目为宜溶剂的影响溶剂的影响 被吸附的化合物在溶剂中的溶解度对吸附性能也有很大的影响。通常一种物质在某种溶剂中溶解度大,树脂对其吸附力就弱。如有机酸盐及生物碱盐在水中的溶解度大,树脂对其吸附弱。含有多量无机盐的中草药水提取物分离时,由于无机盐在水中的溶解度很大,无机盐很快随溶剂前沿被排出,故可用大孔吸附树脂代替半透膜脱盐。有人用几种黄酮化
5、合物的碱性水溶液进行吸附实验,在D和DA-型非极性树脂上的吸附力弱,易为水所洗脱。而游离黄酮本身在树脂上的吸附力则增大。由此可见,酸性物质在酸性溶液中进酸性物质在酸性溶液中进行吸附,碱性物质在碱性溶液中进行行吸附,碱性物质在碱性溶液中进行吸附较为适宜。吸附较为适宜。被吸附的化合物的结构的影响被吸附的化合物的结构的影响 被吸附化合物的分子量大小不同,要选择适当孔径的树脂以达到有效分离的目的。在同一种树脂中,树脂对分子量大的化合物吸附作用较大。化合物的极性增加时,树脂对其吸附力也随之增加。若树脂和化合物之间产生氢键作用,吸附作用也将增强。两种分子间作用力的结果、相互竞争、相互取代、即溶质分子和溶剂
6、之间的作用力必须小于溶质分子和树脂表面的作用力。这种物质才能被吸附,故溶质在溶剂中的溶解度愈小,愈易被吸附。吸附量与吸附质的浓度大小有较大关系,吸附量随吸附质的浓度增加而增加。溶液pH的影响:通过实验确定,但有规律,即pH值不同在溶剂中的溶解度和解离度不同可估计出来吸附规律。温度的影响:吸附作用是一个放热过程,因而升高温度对吸附不利,而对脱吸附有利,特别有些中药成分在温度升高时溶解度增大,同样不利于吸附。温度影响:通过静态试验证实以2535较好,温度太高或太低均有所下降。解吸(洗脱)是吸热过程因此温度高一些比较好,解吸温度以5080为最宜。流速:18倍树脂体积每hr基本可行。采用DA-201型
7、大孔吸附树脂:试验条件:吸附柱:2.4cm,玻璃柱填充高度(h)48.9cm。树脂:弱极性DA-201型吸附树脂25g(干)。水溶胀后体积104.8m1。流速:4.8ml/毫升树脂/小时洗脱方式:自上而下顺流实例:Morin (桑色素)为例:吸附曲线 图3吸附曲线(流出体积与含Morin量关系)试验结果洗脱树脂吸附Morin饱和后(以排出Morin量超过0.3mg/l为标准)用甲醇洗脱。(甲醇中加入0.1的苛性碱调pH值为11)当甲醇用量为树脂体积0.5倍时洗脱Morin量达最高值 图4洗脱曲线 吸附柱径()高(h)比:图5 平均排出口浓度与h/比之间关系由上图可知,随着树脂柱的h/比增大,排
8、出Morin的含量明显下降,说明吸附越好,但太大的(h/)比将增大流体阻力,以10201为宜。串联柱与单柱吸附效果比较以试验说明串联和单柱,同一径高比处理效果基本一致三三 大孔吸附树脂分离条件的确立大孔吸附树脂分离条件的确立 要想达到较好的分离效果,必须根据被分离化合物的大致结构特征来确定分离条件。首先首先要根据被分离化合物的分子体积的大小通过预实验或查文献资料获得所应选用的树脂的适当孔径。其次其次,要根据分子中是否含有酚羟基、羧基或碱性氮原子来确定树脂的型号和分离条件。一般来说要达到满意的分离效果,还应注意以下几方面的影响。上样溶液的上样溶液的pHpH值值 酸性物质在酸性溶液中进行吸附,碱性
9、物质在碱性溶液中进行吸附较为适宜。如:酚性化合物山奈酚的提取洗脱液的选择洗脱液的选择 洗脱液可使用甲醇、乙醇、丙酮及乙酸乙酯。根据吸附力强弱选用不同的洗脱剂及浓度。对非极性大孔吸附树脂,洗脱剂极性越小,洗脱能力越强。对中等极性大孔树脂和极性较大的化合物来说,则用极性较大的洗脱剂为佳。为达到满意的效果,可通过几种洗脱剂浓度的比较来确定最佳洗脱浓度。实际工作中甲醇、乙醇、丙酮应用较多。树脂柱的清洗树脂柱的清洗 化合物经树脂柱吸附之后,在树脂表面或内部还残留着许多非极性成分或吸附性杂质成分,这些杂质必须在清洗过程中尽量洗除。非极性成分一般用水即可洗除,而吸附性杂质根据情况可用一定浓度的酸或碱液除去。
10、一般情况下洗至近无色即可。四、产品特性及使用方法:四、产品特性及使用方法:1)由于吸附树脂的性能可以人为调节,故可因交联剂、致孔剂、pH等因素不同,人为调整,加强适应性,扩大各种中药成分的应用范围。2)由于吸附树脂物化性能稳定,耐酸碱,且不受无机盐存在的影响,所以对工业废水的处理,中药的酸碱化后的有效成分提取,有很大应用前景。3)可以反复应用,经济再生,(而活性炭,硅胶等不能经济再生),是它最突出的优点。4)使用寿命长:可长达5年之久,(10001800余次),直到变成粉未状、流速影响为止。建议操作:建议操作:步骤流速流量备注填 充 装柱湿法装柱,树脂装填高度小于3米逆 流 洗柱水洗除去小粒子
11、及破碎树脂前处理1-5BV/h3BV用乙醇等进行予处理。水洗脱1-5BV/h3BV必要时根据吸附剂的PH值使用缓冲溶液吸附1-4BV/h根据吸附量应在吸附容量以下。PH=5-8,温度50度。上柱药液加入 NACL有利于提高吸附容量。水洗2-3BV/h0.5-1BV将吸附在树脂上的杂质洗出解吸0.5-3BV/h2-3BV/h乙醇、丙酮等的(含水)溶液溶出有效成份。温度高有利于解吸再生0.5-3BV/h3-4BV/h多次应用乙醇、丙酮、碱+乙醇、碱+异丙醇等溶剂水洗2-3BV/h3-4BV/h碱再生后加入酸中和1)树脂含水70%左右,湿态0以上保存。严防冬季将球体冻裂。2)使用前,进行程度不同的予
12、处理,将树脂内孔残存的惰性溶剂浸除。方法是在提取器内加入高于树脂层10cm的乙醇浸渍4小时,然后用乙醇淋洗,洗至流出液在试管中用水稀释不浑浊时为止。最后用水反复洗涤至乙醇含量小于1%或无明显乙醇气味后即可用于生产。3)生产中,建议树脂装填高度2米左右,吸附流速4-10米/小时(1-4BV/小时)。解吸剂可选用乙醇、甲醇、丙酮等。4)树脂强化再生方法:当树脂使用一定周期后,吸附能力降低或受污染严重时需强化再生,其方法是在容器内加入高于树脂层10CM的3%-5%盐酸溶液浸泡2-4小时,然后进行淋洗通柱。继用3-4倍树脂体积同浓度的盐酸溶液通柱,然后用净水洗至接近中性;再用3%-5%的氢氧化钠溶液浸
13、泡4小时。最后淋洗通柱,用同浓度的3-4倍树脂体积的氢氧化钠溶液通柱,最后用净水清洗至PH值为中性,备用。五、在中草药有效成分的分离、富五、在中草药有效成分的分离、富集中的应用集中的应用 大孔吸附树脂对中草药化学成分如生物碱、黄酮、皂苷、香豆素及其他一些苷类成分都有一定的吸附作用。对糖类的吸附能力很差,对色素的吸附能力较强。在皂苷类化合物分离、富集中的应用在皂苷类化合物分离、富集中的应用 在测定人参总皂苷的含量时应用D101型大孔吸附树脂对样品进行处理,人参皂苷可完全吸附在树脂柱上,且易于解吸回收,回收率为 94.58,而且此树脂柱经充分淋洗后即可重复使用,方法简便。用大孔吸附树脂法提取蒺藜总
14、皂苷。将蒺藜的提取液上D-101型大孔吸附树脂柱,用水洗至流出液无色后,用800mLL乙醇洗脱至薄层检查无蒺藜总皂苷为止。这样制得的蒺藜黎总皂苷可有效去除糖类等水溶性杂质及大部分脂溶性杂,皂苷的得率也明显优于传统方法。黄酮类化合物分离、富集中的应用黄酮类化合物分离、富集中的应用 用大孔树脂分离葛根中的总黄酮,将葛根的70乙醇提取的浓缩液加到大孔树脂柱上,先用水洗脱,再用70乙醇洗脱至TLC检查无葛根素斑点为止。这样制得的葛根总黄酮的收率为9.92(占生药总黄酮的84.58),高于正丁醇法的 5.42,2种方法的主要成分基本一致。用大孔吸附树脂对黄酮类吸附效果较好,具有操作简便、树脂再生容易、有
15、机溶剂用量小、提取率高的特点。在苷类化合物分离、富集中的应用在苷类化合物分离、富集中的应用 在对赤芍总苷的生产工艺进行研究中发现赤芍的70乙醇提取液浓缩后上大孔吸附树脂柱,水洗脱后用20乙醇洗脱,收集洗脱液,浓缩即得赤芍总苷,收率为5以上,且其中所含的芍药苷占75以上。具有操作简便、树脂再生容易、得率恒定、产品质量稳定等特点。在酚性和酸性化合物的分离、富集中在酚性和酸性化合物的分离、富集中的应用的应用 在川芎提取、纯化工艺条件的实验研究中发现乙醇回流提取,浓缩提取液后上大孔吸附树脂柱,先用水洗脱,再用30乙醇洗脱,所得洗脱液浓缩即为川芎总提取物,其中川芎嗪和阿魏酸的含量约占2529,总收率为0
16、.6。此法简便、准确,适用于生产。六味地黄丸的水煎液过D101型大孔吸附树脂柱,其中的丹皮酚约98可被吸附,马钱素86被吸附。此法有效地减少服用时的剂量。在生物碱类分离、富集中的应用在生物碱类分离、富集中的应用 传统分离纯化生物碱一般用阴离子交换树脂。因解吸时需要用酸、碱或盐类洗脱剂,引人杂质,给后来的分离带来不便。换用吸附树脂则可避免此类问题。如用AB8型树脂提取喜树碱,可直接得到含量约为50的产品。小檗碱、莨菪碱可用非极性吸附树脂吸附纯化。因吸附树脂可用有机溶剂进行解吸,蒸干溶剂后不会给产品中引入杂质,且解吸容易,洗脱峰集中。是富集生物碱类物质的较好方法。另外,对大孔吸附树脂吸附富集不同中
17、草药有效部位的特性研究表明,其吸附力强弱的规律是:黄酮生物碱酚性成分无机物。因此提示使用同一种树脂富集不同中草药的有效部位是可行的,但是应选择适宜的树脂型号和合适的条件,调整上柱药液与树脂用量的比例,保证比上柱量较低的有效部位和成分也能保留在树脂上。是充分利用大孔吸附树脂的一种新的思路。六、大孔吸附树脂六、大孔吸附树脂在新药研究中的应用在新药研究中的应用 应在成品中建立树脂残留物或裂解物的检测方法,制订合理的限量(二类以上新药可仅控制原料),并列入质量标准正文。若为苯乙烯骨架型大孔吸附树脂残留物检查项目暂定为:苯(2ppm)、甲苯(890ppm)、二甲苯(2170ppm)、苯乙烯、烷烃类、二乙
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