第七章大孔吸附树脂

2020/2/71第七章大孔树脂吸附分离技术2020/2/72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2020/2/73第一节概述大孔树脂(macroporousresin)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100~1000nm之间，故称为大孔吸附树脂。2020/2/74第一节概述吸附剂的组成：2020/2/75第一节概述2020/2/76第一节概述一、吸附与吸附作用吸附性能物理吸附化学吸附作用力分子引力（范德华力）剩余化学键力选择性没有选择性有选择性吸附层单分子或多分子吸附层只能形成单分子吸附层吸附热较小，⋖41.9kj/mol较大，相当于化学反应热，83.7-418.7kj/mol吸附速度快，几乎不要活化能较慢，需要活化能温度放热过程，低温有利于吸附温度升高，吸附速度增加可逆性可逆，较易解析化学键大时，吸附不可逆吸附作用有物理吸附和化学吸附两大类。1、吸附2020/2/77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2020/2/78第一节概述一、吸附与吸附作用对于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：2020/2/79第一节概述二、大孔吸附树脂2020/2/710第一节概述二、大孔吸附树脂2020/2/711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。2020/2/712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2020/2/713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2020/2/714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2020/2/715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2020/2/716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），2~4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不混浊，用大量蒸馏水洗去乙醇，交替2~3次。必要时用酸、碱洗，最后用蒸馏水洗至中性，备用。2020/2/717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1~2cm，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。2020/2/718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2020/2/719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2020/2/720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。2020/2/721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：2020/2/722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2020/2/723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2020/2/724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2020/2/725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2020/2/726考察终点判断：①上柱（吸附）终点的判断：泄漏（穿透）曲线的考察。②水洗终点的判断：TLC检识、理化检识及水洗成分的测定。③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2020/2/727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，可进行再生；2020/2/728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：2020/2/729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2020/2/730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）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2020/2/731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性的情况下被吸附。2020/2/7324、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2020/2/733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６、上样温度7、上样盐浓度2020/2/734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2020/2/735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2020/2/736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；而流速过慢，又会延长生产周期，导致生产成本提高。一般控制在0.5～5ml/min为宜。2020/2/737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，2020/2/738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2020/2/739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2020/2/740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xH+Na+cH+=001.0c/c0cH+=c0ab流出体积00.51.0穿透体积c/c0图5-2离子交换柱的穿透曲线图5-1H+与Na+发生交换示意图泄漏（穿透）曲线四、大孔树脂色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。2020/2/741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2020/2/742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2020/2/743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2020/2/744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2020/2/745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2020/2/746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2020/2/747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。2020/2/748四、大孔树脂色谱柱分离工艺条件的确定2020/2/749五、大孔树脂色谱柱分离技术在应用中存在的问题2020/2/750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2020/2/7511、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，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。2020/2/7522020/2/753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NO.上柱液中总皂苷含量（mg）过柱液中总皂苷含量（mg）X±SDRSD（%）树脂吸附总量（mg）