化工別離工程課程論文論文名稱：大孔吸附樹脂別離技術摘要大孔吸附樹脂是20世紀60年代開展起來的繼離子交換樹脂后的別離新技術之一，已在環(huán)保、食品、醫(yī)藥等領域得到了廣泛的應用。通過參考國內外的一些關于大孔吸附樹脂的文獻和書籍，對大孔吸附樹脂的別離原理，最新研究進展和應用情況以及影響因素進行了總結。并且列舉了一些在中藥別離純化中的應用，表現出了其優(yōu)越性，有著廣闊的應用前景。關鍵詞：大孔吸附樹脂；柱層析；別離原理；工業(yè)應用大孔吸附樹脂別離技術大孔吸附樹脂別離技術簡介1.1大孔吸附樹脂的簡介和根本產品大孔吸附樹脂是一類不含交換基團且有大孔結構的高分子吸附樹脂，是一種不溶于酸、堿及各種有機溶劑的有機高分子聚合物，具有良好的大孔網狀結構和較大的比外表積，可以通過物理吸附從水溶液中有選擇地吸附有機物。是20世紀60年代開展起來的繼離子交換樹脂后的別離新技術之一，已在環(huán)保、食品、醫(yī)藥等領域得到了廣泛的應用。根據其骨架材料的不同可分為極性、中性和非極性3種類型[1]美國的Kunin教授創(chuàng)造了大孔網狀聚合物吸附,并于1966年研制成功了第一個大網格吸附劑,此后大孔吸附樹脂材料成為一個嶄新的技術領域,受到歐美及日本等國的高度重視,研制開發(fā)了一批類型不同的、性能良好的吸附樹脂,并形成了商品供給。目前,美、英、法、德及日本等國均有專業(yè)公司研究生產【1】。我國在這方面也在逐步開展，也有很多性能優(yōu)良的產品問世。表1-1常用國產大孔樹脂的型號和主要特性【2】樹脂極性結構粒徑范圍(mm)比外表積(m2/g)平均孔徑(nm)用途S-8極性交聯(lián)聚苯乙烯型0.3～1.25100～12028～30有機物提取別離AB-8弱極性0.3～1.25480～52013～14有機物提取，甜菊糖、銀杏葉黃銅提取X-5非極性0.3～1.25500～60029～30抗生素、中草藥提取NKA-2極性0.3～1.25160～200145～155酚類、有機物去除NKA-9極性0.3～1.25250～29015～16.5膽紅素去除，生物堿別離、黃酮類提取H103非極性0.3～0.61000～110085～95抗生素提取別離，去除酚類，氯化物D-101非極性苯乙烯型0.3～1.25480～52013～14中草藥中皂甙、黃酮、內酯、萜類及天然色素的提取HPD100非極性苯乙烯型0.3～1.265090天然物提取別離，如人參皂苷、三七皂苷HPD400中極性苯乙烯型0.3～1.255083中藥復方提取、氨基酸、蛋白質提純HPD600極性苯乙烯型0.3～1.255085銀杏黃酮、甜菊苷、茶多酚、黃芪苷ADS-5非極性500～60020～25別離天然產物中的苷類、生物堿、黃酮等ADS-7強極性含氨基200提取別離糖苷，對甜菊苷、人參皂苷、絞股藍皂苷等具高選擇性，去除色素ADS-8中極性450～55025.0別離生物堿，如喜樹堿、苦參堿ADS-17中極性124高選擇別離銀杏黃酮苷和銀杏內酯表1-2國外HP、SP系類大孔樹脂的型號和主要特性【2】樹脂極性結構粒徑范圍(mm)比外表積(m2/g)平均孔徑(nm)用途HP-20非極性聚苯乙烯0.2～0.660046皂苷、黃酮、萜類、天然色素、蛋白質〔相對分子質量〉1000〕HP-207非極性聚苯乙烯0.2～0.663010.5HP2MG中極性甲基丙烯酸酯0.2～0.647017SP825非極性聚苯乙烯0.2～0.610005.7生物堿、黃酮、內酯、酚性苷〔相對分子質量〉1000〕SP850非極性聚苯乙烯0.2～0.610003.8SP70非極性聚苯乙烯0.2～0.68007.0SP700非極性聚苯乙烯0.2～0.612009.3XAD-1非極性苯乙烯10020別離甘草類黃酮、甘草酸、葉綠素XAD-2非極性苯乙烯3309人參皂苷提取，去除色素XAD-4非極性苯乙烯7505麻黃堿提取，除去小分子非極性物XAD-6中極性丙烯酸酯4986.3別離麻黃堿XAD-9極性亞砜2508揮發(fā)性香料成分別離XAD-11強極性氧化氮類17021提取別離合歡皂苷XAD-16000.408000.15提取小分子抗生素和植物有效成分XAD-11800.537000.40提取大分子抗生素、維生素、多肽XAD-7HP0.565000.45提取多肽和植物色素、多酚類物質大孔吸附樹脂的分類按極性大小分類1.非極性大孔吸附樹脂如苯乙烯、二乙烯苯聚合物，也稱為芳香族吸附劑。2.中等極性大孔吸附樹脂此類樹脂中存在酯基一類的基團，整個分子具有一定的極性。3.極性大孔吸附樹脂在此類樹脂中含有一些極性較大的基團，如酰胺基、亞砜、氰基等基團，極性大于酯基。4.強極性大孔吸附樹脂含有強極性基團，如吡啶基、氨基、氮氧基團。按其骨架類型分類1.聚苯乙烯型大孔吸附樹脂大局部樹脂為此骨架，它可以引入各種極性不同的基團。2.聚丙烯酸型大孔吸附樹脂分為聚甲基丙烯酸甲酯型樹脂、聚丙烯酸甲酯型交聯(lián)樹脂和局丙烯酸丁酯交聯(lián)樹脂等。因為含有酯基，屬中等極性吸附劑。3.其他類型聚乙烯醇、聚丙烯晴、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺、纖維素衍生物等也可以作為大孔吸附樹脂的骨架。1.3大孔吸附樹脂別離柱層析技術樹脂別離在工業(yè)上應用最多的還是柱層析技術。其機理如圖1-1所示。圖1-1親和柱層析機理圖在運用打孔吸附樹脂柱色譜進行別離精制時，其操作步驟為樹脂的預處理→樹脂裝柱→藥液上柱吸附→樹脂的解析→樹脂的清洗、再生。其大致過程如圖1-2。1.樹脂的預處理由于樹脂出廠前沒有經過徹底清洗，經常殘留一些致孔劑、小分子聚合物、原料單體、分散劑以及防腐劑等有機殘留物。另外樹脂也常因失水而縮孔。因此用前必須進行預處理。可將新購的樹脂用乙醇浸泡24h，充分溶脹，裝柱，用適量乙醇沖洗，而后改用大量清水沖洗備用。2.樹脂裝柱通常以水為溶劑濕法裝柱。先在樹脂柱的底部放一些脫脂棉或玻璃絲，厚度1-2cm即可，用玻璃棒壓平。在樹脂中加少量水，攪拌后倒入保持垂直的色譜柱中，使其自然沉降，讓水流出，注意不要干柱，以免氣泡進入，影響別離效果。3.藥液的上柱吸附藥液上柱前應為澄清溶液，否那么會影響樹脂吸附，一般要從上部參加，流速也要控制好，太快會不利于吸附，太慢效率太低。4.樹脂的解析樣品滴加完畢后就可以洗脫，通常用水洗脫，繼而用醇-水洗脫，逐步加大醇的濃度，同時配合檢測，相同純度者合并，流速要適當，一般1-2BV/h。5.樹脂的再生樹脂經屢次使用后吸附能力會有所減弱，在外表和內部殘留一些雜質，需再生后才能繼續(xù)使用。圖1-2柱層析原理圖大孔吸附樹脂別離技術原理及影響因素2.1大孔吸附樹脂吸附原理大孔吸附樹脂為吸附性和篩選性原理相結合的別離材料。大孔吸附樹脂的吸附實質為一種物體高度分散或外表分子受作用力不均等而產生的外表吸附現象，

這種吸附性能是由于范德華引力或生成氫鍵的結果。同時由于大孔吸附樹脂的多孔結構使其對分子大小不同的物質具有篩選作用。通過上述這種吸附和篩選原理，有機化合物根據吸附力的不同及分子量的大小，在大孔吸附樹脂上經一定溶劑洗脫而到達別離、純化、除雜、濃縮等不同目的。吸附樹脂的外表發(fā)生吸附作用后，會使樹脂外表上溶質的濃度高于溶劑內溶質的濃度，其結果引起體系內放熱和自由能的下降。一般說來，吸附分為物理吸附和化學吸附兩大類。圖2-1親和層析法的原理圖2.2影響吸附率的因素吸附樹脂對有機物的去除效果與樹脂本身的結構性質、吸附質的結構以及吸附處理過程中的操作條件有著密切的關系。1．大孔吸附樹脂極性的影響遵從類似物吸附類似物的原那么，根據吸附物質的極性大小選擇不同類型的大孔吸附樹脂。極性較大的化合物一般適用于在中極性的樹脂上別離；極性小的化合物適用于在非極性的樹脂上別離。極性大小是一個相對概念，要根據分子中基團(如羥基)與非極性基團(如烷基、苯環(huán)、環(huán)烷母核等)的數量與大小來確定；對于未知化合物，可通過一定的預試驗及TLC而大致確定。2．大孔吸附樹脂孔徑的影響大孔吸附樹脂是多孔性物質，其孔徑特性可用比外表積(S)、孔體積(V)和計算所得的平均半徑(r)來表征。假定孔道為圓柱形，那么三者關系r=2V/S，V可由壓汞儀測得，S可由比外表積測定儀測得。被別離成分通過樹脂的孔道而擴散到樹脂的內外表而被吸附。大孔吸附樹脂孔徑的大小，直接影響不同大小的分子自由進入，從而使樹脂具有選擇性。因此，只有當孔徑對于被別離成分足夠大時，比外表積才能充分發(fā)揮作用，即大孔吸附樹脂比外表積越高，而平均孔徑小。其吸附速度越慢，解吸越不夠集中，雜質的別離效果也就越差。3．大孔吸附樹脂強度的影響大孔吸附樹脂強度與孔隙率有直接關系，也和制備工藝有關。這類樹脂在酸堿中體積變化不大，在溶媒中那么有一定程度的溶脹。一般大孔吸附樹脂孔隙率越高，孔體積越大，那么強度越差。大孔吸附樹脂的強度直接影響樹脂的使用壽命，從而影響著大孔吸附樹脂法工藝的本錢。4．吸附流速的影響對于同一濃度的上樣溶液，吸附流速過大，樹脂的吸附量就會降低。但吸附流速過小，吸附時間就會增加，在實際應用中，應綜合考慮來確定最正確吸附流速，既要使大孔吸附樹脂的吸附效果好，又要保證較高的工作效率。5．溫度的影響物理吸附和化學吸附都是放熱過程，所以只要吸附已經到達平衡，增加溫度無論是物理吸附量還是化學吸附量都會降低。但是由于化學吸附在低溫時往往末到達平衡，而升高溫度會使吸附速度增快，所以對于化學吸附來說，在低溫時常會出現吸附量隨溫度升高而增加的情況，直到真正到達平衡以后，吸附量才又隨溫度升高而下降。6．其它組分存在時的影響當溶液中存在二種以上溶質時，往往會引起一種溶質易吸附而使另一種溶質的吸附量降低，一般來講，對混合溶質的吸附較純溶質的吸附效果差。3.大孔吸附樹脂的應用3.1對中草藥有效成分的提取3.1.1黃酮(甙)類最有代表性的是銀杏葉提取物(GBE)。國外用溶劑萃取法提取[3]，工藝步驟較長，溶劑消耗量大，其質量標準是黃酮甙含量≥24%,萜內酯含量≥6%[4]。陳沖等[5]應用大孔樹脂提取GBE,既到達其質量標準，又降低了本錢。他們將銀杏葉用65%乙醇回流提取，減壓濃縮，加ZTC澄清劑水沉降后，再將水沉降液上大孔樹脂柱，用pH=3水洗滌13倍量，pH=3的25%乙醇洗滌7.5倍量，然后用70%乙醇洗脫，減壓濃縮，噴霧干得到淡黃色的銀杏葉提取物，其黃酮含量穩(wěn)定在26%以上，內酯含量穩(wěn)定在6%以上。史作清等[6]又研制出ADS-17、ADS-21、ADS-F8等大孔樹脂，使GBE的生產具有更大的靈活性，其中ADS-17對黃酮類化合物具有很好的選擇性，可得到黃酮甙含量較高的3.1.2皂甙類和其它甙類此類物質應用大孔樹脂提取別離的文獻報道比擬多。劉中秋等[7]研究了用大孔樹脂富集純化毛冬青總皂甙的工藝條件及參數，他們取毛冬青樣品液47ml(6.43g/ml)上大孔樹脂柱，用蒸餾水100ml，50%乙醇100ml依次洗脫，毛冬青總皂甙富集于50%乙醇洗脫液中，且除雜質能力強，洗脫率達95%，50%乙醇洗脫液枯燥后總固物中毛冬青總皂甙純度可達57.5%3.1.3生物堿類生物堿的提取可用陽離子交換樹脂，但酸、堿或鹽類洗脫劑會給后面的別離造成麻煩，用大孔樹脂可防止引入外來雜質的問題[8]。如用AB-8大孔樹脂提取喜樹堿，可直接得到含量約50%左右的產品，重結晶后喜樹堿的含量可達90%[8]。生物堿的提取還可以采用醇沉法、澄清法和超濾法，張保獻等[9]采用這三種方法與大孔樹脂法對苦參水提取液進行了精制，其中大孔樹脂法為：取苦參水提液上清液900ml，均分為9份，每份100ml，相當于100g生藥，分別離心(2500r/min)后傾出上清液，加適量蒸餾水返溶沉淀局部，離心，合并兩次離心液，參加適量蒸餾水，混勻后上大孔樹脂柱。待藥液流完后，參加一倍生藥量蒸餾水沖柱，待蒸餾水流完后，用4倍生藥量的不同濃度乙醇洗脫，乙醇濃度分別為50%、60%、70%，每一濃度平行各做3份。洗脫液回收乙醇，濃縮并真空枯燥成干浸膏。他們以苦參總生物堿的含量為指標，對4種精制方法進行了比擬研究，結果4種方法精制后，苦參總生物堿的含量的上下順序為：醇沉法(10.61mg/g)>澄清法(4.40mg/g)>超濾法(3.05mg/g)>大孔樹脂法(2.11mg/g)，因此3.1.4其它有效成分的提取膽紅素：劉榮華等研究了CDA-40大孔樹脂提取膽紅素的工藝。他們采用正交試驗法，以膽紅素的提取率為考查指標，對提取工藝進行了篩選，得出最正確工藝流程為3.2其他方面的應用對于甜菊糖的別離純化，國外有很多利用XAD-7樹脂去除色素的報道[11]。此外，大孔吸附樹脂在血液灌流、酶的固定化、氨基酸蛋白質的別離[12]、抗生素的別離提純、廢水處理、升化物質的別離、葡萄糖的別離[13]、醫(yī)療衛(wèi)生、食品應用等也有很多應用。4.大孔吸附樹脂別離技術的展望大孔樹脂吸附別離工藝所得提取物體積小、不吸潮，容易制成外型美觀的各種劑型，尤其適用于顆粒劑、膠囊劑和片劑，使中藥的粗、大、黑制劑升級換代為現代制劑。就大孔樹脂吸附技術自身而言，它工藝操作簡便，不十分繁瑣，難度不大，并且樹脂可屢次使用，也可再生反復使用，本錢不是很高，設備較簡單，而且這種工藝可以節(jié)約大量的能耗、輔料、包裝材料、貯藏、運輸等費用。目前，大孔樹脂吸附技術廣泛地應用于西藥的生產中，在我國，中藥研究和生產中探索應用大孔樹脂吸附技術企業(yè)也越來越多，像四川泰華堂制藥，成都地奧制藥股份就已應用。揚子江藥業(yè)集團也運用該技術生產銀杏制劑。北京市生產西藥的廠家應用較為普遍，同仁堂制藥廠也正在試用。應該有很廣闊的推廣前景。參考文獻[1]王躍生王洋.大孔吸附樹脂研究進展[J].中國中藥雜志,2006，31〔12〕：961-965[2]周晶,馮淑華.中藥提取別離新技術[M].北京:科學出版社,2023[3]SchwabeW,KlossP.VasoactivedrugsfromGinkgobilobaleaves[P].DE：1767098，1971-10-12[4]TerisA,VanBeek.AnalysisandqualitycontrolofGink-gobilobaleavesandstandarisedextracts[A].Proceed-ingsof97internationalseminaronGinkgo[C].China:beijing,1997.158.[5]陳沖,羅思齊.銀杏葉提取物的生產工藝條件研究[J].中草藥,1997,(07)[6]史作清,施榮富,范云鴿,王春紅,孫江曉.樹脂吸附法在中草藥有效成分提取中的應用[J].中草藥,2001,(07)[7]劉中秋,蔡雄,賴小平,王培訓,劉良.大孔吸附樹脂富集純化毛冬青總皂苷工藝研究[J].中藥新藥與臨床藥理,2001，(01)[8]張紅，童明容，潘繼倫，俞耀庭，王永耀，黃杏林，黃加斗，胡雄軍.大孔吸附樹脂提取喜樹堿的研究[J].離子交換與吸附，1995，(02)[9]張保獻,逵應坤,馮青然,趙小妹,臧琛,聶其霞,馬振山,王元瑜.不同精制方法對苦參水提取液中苦參總生物堿含量的影響[J].中國