大孔吸附树脂吸附分离技术执业药师继续教育教材剪辑Word文档格式.docx
- 文档编号:22928378
- 上传时间:2023-02-06
- 格式:DOCX
- 页数:27
- 大小:879.55KB
大孔吸附树脂吸附分离技术执业药师继续教育教材剪辑Word文档格式.docx
《大孔吸附树脂吸附分离技术执业药师继续教育教材剪辑Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《大孔吸附树脂吸附分离技术执业药师继续教育教材剪辑Word文档格式.docx(27页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
大孔吸附树脂的孔径大小是不均匀的,表征孔径时常用平均孔径和孔径分布。
通常所说的孔径实际上就是指的平均孔径。
测定孔径的方法参照文献。
比表面积:
大孔吸附树脂单位质量的表面积即为比表面积,一般以m2/g表示。
大孔吸附树脂的比表面积一般可达500~1000m2/g,这是其具有良好吸附性能的基础。
测定比表面积的方法参照文献。
孔容:
也称孔体积,系指单位质量大孔吸附树脂孔的总体积,以ml/g表示。
大孔吸附树脂的孔容一般为0.5~1.1ml/g。
若以孔体积占大孔吸附树脂总体积(包括孔体积和树脂的骨架体积)的百分数表示,则称为孔隙率或孔度。
2.吸附原理与性能
大孔吸附树脂是吸附性和分子筛性原理相结合的分离材料。
它的吸附性是由于范德华引力或产生氢键的结果,分子筛性是由于其本身多孔性结构所决定的。
因此,有机化合物根据其分子量的大小及与大孔吸附树脂吸附力的不同,在大孔吸附树脂柱上实现分离。
大孔吸附树脂的性能包括许多方面,如对溶液中的溶质的吸附量、吸附率、吸附速度、吸附选择性、脱附性能等。
在实际应用工艺中,对树脂性能的要求往往是全面的,任何一项性能的缺陷都可能成为应用工艺成败的关键。
可以通过对比上柱量、比吸附量、比洗脱量、保留率、纯度等树脂吸附特性参数的测定与计算来评价大孔吸附树脂分离纯化的效果、质量与效益。
沉降密度:
干树脂重量(W)与水中沉降后的体积(V)的比值。
是树脂体积与重量的换算参数,可用于准确评价大孔吸附树脂吸附、洗脱效果。
比上柱量:
达吸附终点时,单位质量干树脂吸附夹带成分的总和。
用于评价树脂吸附、承载能力。
比上柱量越大,承载能力越强,是确定树脂用量的关键参数。
计算公式为:
S=(M上-M残)/W
其中M上为上柱溶液中指标成分的质量(上柱溶液体积×
指标成分浓度);
或以上柱溶液相当于药材质量表示,则为上柱溶液体积与单位体积浸出液相当于药材质量的乘积。
M残为过柱流出液中指标成分的质量(过柱流出液体积×
指标成分浓度)。
W为干树脂重量。
比吸附量:
单位质量干树脂吸附成分的总和。
表示树脂的真实吸附能力,比吸附量越大,吸附能力越强,是选择树脂种类、评价树脂再生效果的重要参数。
Q=(M上-M残-M水洗)/W
其中M上、M残同上,M水洗为上柱结束,最初用水洗脱下来的指标成分的质量(水洗液体积×
比吸附量的计算也可采用下面的公式:
Q=(C0—Cr)·
V/W
其中C0为指标成分起始浓度,Cr为指标成分剩余浓度,V为溶液体积,W为干树脂重量。
吸附率:
用于评价树脂对待分离组分的吸附能力。
是选择树脂种类、评价吸附工艺优劣的参数。
A%=(C0—Cr)/C0×
100%
其中A%为吸附率,C0为起始浓度(mg/ml),Cr为剩余浓度(mg/ml)。
比洗脱量:
吸附饱和后,用一定量溶剂洗脱至终点,单位质量干树脂洗脱成分的质量。
用于评价树脂的解吸附能力及洗脱溶剂的洗脱能力。
比洗脱量越大,表示树脂的解吸附能力与洗脱溶剂的洗脱能力越强,是选择树脂种类及洗脱溶剂的重要参数。
E=M洗脱/W
其中M洗脱为用洗脱溶剂洗脱出的指标成分的质量(洗脱液体积×
W为干树脂重量。
保留率:
用于评价树脂纯化的效果、范围、质量和效益。
R%=M洗脱/M上×
其中M洗脱、M上同上。
纯度:
P=M成分/M总团体×
其中M成分同上,M总固体为用洗脱溶剂洗脱出的洗脱物总量。
3.类型与规格
大孔吸附树脂按其化学结构,即根据骨架材料是否带功能基团,可分为非极性、中等极性、极性和强极性四种类型。
非极性大孔吸附树脂:
一般是指电荷分布均匀,在分子水平上不存在正负电荷相对集中的极性基团的树脂,大部分为苯乙烯、二乙烯苯聚合物。
中等极性大孔吸附树脂:
此类树脂内存在酯基一类的极性基团,具有一定的极性。
常见的是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。
极性大孔吸附树脂:
此类树脂多具有酰基、亚砜、腈等基团,极性较大。
如以丙烯酸胺、亚砜等作为聚合单体的树脂。
强极性大孔吸附树脂:
此类树脂含有极性很强的极性基团,如吡啶基、氨基等。
以氧化氮类作为聚合单体的树脂也属于此类型。
目前国内外可用于医药行业的大孔吸附树脂的种类很多,一些常见的大孔吸附树脂的性能指标见表13-l、表13-2。
表13—1国外主要大孔吸附树脂性能表
4.质量要求和质量评价
大孔吸附树脂的质量对中药纯化效果和安全性起着决定性作用。
在使用以前,充分了解各种树脂的结构、组成、性能和适用范围,选择适宜的树脂,并控制严格的质量标准,对提高纯化效果、保证纯化产物的安全有效至关重要。
药用大孔吸附树脂的质量标准应包括名称、牌(型)号、结构(包括聚合单体、交联剂、致孔剂)、外观性状、极性,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)、比表面积、平均孔径、孔容(孔体积)、孔度(孔隙率)、刚性、溶胀系数(水—乙醇)等物理参数,未聚合单体、交联剂、致孔剂等添加剂残留量限度等参数,主要用途、该质量标准的级别、贮藏及相关批准文号等。
药用大孔吸附树脂的使用说明书应包括以下内容:
(1)树脂性能简介。
(2)主要添加剂种类与名称。
(3)树脂残留物总量限量及检查方法,未聚合单体、交联剂、致孔剂等主要添加剂残留量控制方法及限量检查方法。
(4)树脂安全性动物试验资料,包括树脂及其粉碎物、预处理前后洗脱溶剂浓缩液等的急性毒性试验、长期毒性试验结果,或其他能证明其安全性的试验资料。
(5)使用注意事项、可能出现的异常情况的处理方法。
(6)树脂的预处理、吸附、洗脱、再生、贮存方法。
(7)树脂有效使用期。
(8)生产厂家及生产许可证。
目前市售的大孔吸附树脂中大都含有未聚合的单体、交联剂、致孔剂、分散剂及防腐剂等。
这些有机物可能会在生产过程中带入药品而影响人体健康。
因此根据大孔吸附树脂的结构、组成、性能和适用范围,建立适宜的质量评价标准及方法是十分必要的。
质量评价的标准及方法应包括以下两方面的内容。
①树脂残留物检查
为保证树脂的安全可靠,应对树脂中未聚合的单体和交联剂、致孔剂、分散剂、防腐剂等各种添加剂的残留物总量进行检查,建立树脂残留物及裂解产物的检测方法,并制订合理的限度。
苯乙烯骨架型大孔吸附树脂多以苯乙烯为聚合单体,二乙烯苯为交联剂,甲苯(工业用规格常含有苯、二甲苯等杂质)、汽油(主要为烷烃类成分)为致孔剂,其残留物检查项目暂定为:
苯<2mg/g、甲苯<890mg/g、二甲苯<2170mg/g,苯乙烯、烷烃类、二乙烯苯等的限量不能高于国家标准或国际通用标准,其中烷烃类的检查可将重点放在残留物较高及毒性较大的成分(如正己烷)上。
不同型号的树脂残留物检查种类除规定的种类以外,可根据其在实际生产过程中所用致孔剂及其他化合物的种类而有所差异。
非苯乙烯型大孔吸附树脂及特殊型号的苯乙烯型大孔吸附树脂(包括骨架上连有特殊基团以改变极性的,或采用其他有毒性的溶剂为致孔剂,或对树脂进行了后交联反应的等),应对相应的未聚合的单体、交联剂、有毒性的致孔剂及树脂合成过程中使用的有可能带入产品的化合物等进行限量检查,必要时列入质量标准。
另外,需注意供药用的大孔吸附树脂生产过程中所用致孔剂应避免使用一类溶剂,慎用二类溶剂。
一类和二类溶剂的具体品种见表13-3。
若因某些原因确实需要使用二类溶剂,应对相应的溶剂进行限量检查,并制订合理的限量标准。
树脂残留物的检查方法多采用将树脂研成细粉,溶剂革取,GC、GC-MS定性和顶空进样毛细管气相色谱定量方法。
表13-3药品中的一、二类溶剂
一类溶剂
二类溶剂
苯、四氯化碳、l,l—二氯乙烷、l,2—二氯乙烷、1,l,l—三氯乙烷
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、l,4—二恶烷、2—乙氧基乙醇、甲酰胺、正己烷、吡啶、2—甲氧基乙醇、甲基丁酮、甲基正己烷、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—二甲亚砜
②安全性试验
苯乙烯型大孔吸附树脂稳定性一般较高,目前暂不要求进行动物安全性考察。
但须根据树脂残留物可能产生的毒性反应,在做药物成品的毒理学试验时,适当延长观察周期,增加观察项目与指标,如神经系统、骨髓、肝肾功能等生化指标。
同时对定型产品抽样进行安全性动物试验,以保证产品的安全性符合药用要求。
对非苯乙烯型大孔吸附树脂,因使用时间相对较短,其稳定性亦低于苯乙烯型树脂,一般情况下,应进行动物安全性试验,以证明其安全性。
5.预处理
商品大孔吸附树脂在出厂前一般未进行彻底清洗,含有较多的未聚合单体与交联剂、致孔剂、分散剂、防腐剂等各种有机残留物。
如果直接使用,会影响药品的质量和安全,因此在使用前必须进行预处理,以去陈树脂所含的杂质,提高树脂洁净度。
同时,合理的预处理方法还可使树脂的孔得到最大限度的恢复,提高树脂的吸附性能。
树脂预处理的方法可以采用回流提取法、渗漉法或水蒸气蒸馏法,预处理的溶剂可以选择乙醇、丙酮、异丙醇、2%~5%盐酸或2%~5%氢氧化钠等。
(1)渗漉法
采用玻璃或不锈钢色谱柱(径高比为1:
3-1:
7),湿法装柱。
洗脱溶剂为乙醇—2%~5%盐酸—2%~5%氢氧化钠—水,具体操作为:
乙醇浸泡12小时—2倍树脂体积(2BV,下同)洗脱—浸泡3~5小时—2BV洗脱—浸泡3~5小时—3~5BV洗脱—浸泡3~5小时—3~5BV洗脱—2~3BV盐酸浸泡2~4小时—洗脱—水洗脱—2~3BV氢氧化钠浸泡2~4小时—洗脱—水洗脱。
在用乙醇浸泡树脂前,也可先用水进行反洗,使树脂层松散、展开,将树脂的微细粉末及一些机械杂质洗去,然后放出水,再加乙醇浸泡。
若大孔吸附树脂因长期存放变干,或要求更严格的清洗,可用水——乙醇——甲苯——乙醇——水依次洗脱,这样不仅能洗出有机杂质,还可洗出线型聚合物。
对于变干缩孔的吸附树脂还能使其孔结构恢复至最佳状态。
(2)回流提取法
大孔吸附树脂加丙酮或甲醇浸泡24小时,加热回流提取(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,一般需3~4天,甚至长达7~8天。
另外,也有研究尝试采用醋酸纤维素膜截留大孔吸附树脂残留物。
l万分子截留量的醋酸纤维素膜对苯乙烯有较好的截留作用,其对水溶液中苯乙烯的清除率为50.5%。
在新药研究开发与药品生产时,应建立大孔吸附树脂预处理的方法及相应的合格标准。
适宜的预处理方法应能将树脂残留物控制在安全范围内。
目前多以醇洗脱液加数倍量水不显浑浊作为树脂预处理的合格标准,不够全面,应进一步研究,建立更科学合理的标准。
对于苯、甲苯、二甲苯等含共轭双键的残留物可用紫外吸收作为指标。
对于不挥发性有机残留物的检查可参照美国联邦条例第170~199部分3卷21条“食品和药品:
对可用作食品处理的离子交换树脂的规定(1998年修订)”,以洗脱液中有机残留物总量为指标,进行限量检查。
方法采用重量法:
取50ml树脂装柱,用蒸馏水、95%乙醇、5%醋酸依次洗脱,控制流速为350~400m1/h,弃去1L初洗液,收集2L续洗液,挥干,于105℃干燥至恒重,测定浸出物质量,然后再于850℃灼烧至完全灰化,恒重,测定灰分质量,二者之差即为不挥发性有机物残留量。
利用气相色谱法对树脂残留物进行检查是一种较好的方法,目前应用较多。
例:
AB-8型大孔吸附树脂
树脂预处理方法:
乙醇浸泡24小时后的树脂14g装柱(内径14mm,树脂柱长150mm)—水120ml洗脱—乙醇50ml洗脱—5%盐酸40ml洗脱—水60ml洗至流出液呈中性—5%氢氧化钠40ml洗脱—水80ml洗至流出液呈中性。
残留物检测方法:
气相色谱法。
HP-17毛细管色谱柱;
载气:
氢气,流量6mL/min;
汽化温度:
170℃对苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯进行检测。
6.再生
大孔吸附树脂使用一定周期后,吸附能力降低,需要强化再生。
树脂再生用的溶剂可以选择乙醇(50%→95%)、甲醇(50%→100%)、异丙醇、丙酮(50%→100%)、碱性乙醇溶液、2%~5%盐酸和2%~5%氢氧化钠,洗脱方法可以选择正洗脱,也可选择逆流洗脱。
若树脂污染不严重,一般用95%乙醇洗脱至无色止,树脂即已再生,用大量水洗去乙醇,可用于相同样品的分离纯化。
若树脂污染严重,颜色较深,则需用酸碱强化再生。
具体方法为用3%~5%盐酸浸泡树脂2~4小时—3~4BV3%~5%盐酸洗脱—水洗脱至流出液呈中性—3%~5%氢氧化钠浸泡树脂2~4小时—3~4BV3%~5%氢氧化钠洗脱—水洗脱至流出液呈中性。
树脂经多次使用,柱上方沉积有悬浮不溶物,或柱床挤压过紧,或树脂颗粒破碎,都会影响流速,此时可选择逆流洗脱方法,用水或醇从柱下进行反洗,以便使柱床变松,悬浮不溶物或树脂破碎颗粒从柱上方被顶出。
也可自柱中取出树脂,用水漂洗,除去悬浮不溶物或树脂破碎颗粒,再重新装柱使用。
由于树脂再生后的性能会影响到下一轮的纯化分离,故在新药研究开发与药品生产时,需建立评价树脂再生是否合格的指标与方法,以证明树脂经多次反复再生后其纯化效果保持一致。
树脂再生合格的检测指标可以选择比吸附量、洗脱量或吸附容量。
原则上,对纯化同一品种的树脂,当其吸附容量下降30%以上时,则应视为不宜再使用。
树脂再生次数(即树脂使用寿命)与树脂的组成、结构以及纯化对象和工艺条件有关。
一般而言,树脂的稳定性顺序为非极性>中等极性>极性>强极性。
树脂经几百次的吸附与解吸附,有裂解的可能性,尤其在碱性条件下或与氧化剂作用,稳定性会明显下降,裂解为苯乙酮或苯二乙酮类。
因此需要通过实践,制订合理的树脂再生次数或树脂使用期限。
7保存
大孔吸附树脂应湿态保存,不宜干燥,原因是易引起缩孔,使树脂吸附性能下降。
如果树脂暴露在空气中失水,可用乙醇或丙酮浸渍,使其充分溶胀后使用。
大孔吸附树脂应在0℃以上保存,因商品树脂含水量约在70%左右,温度低于0℃,会使球体胀裂,破坏强度。
二、大孔吸附树脂吸附分离技术基本操作程序
运用大孔吸附树脂吸附分离技术分离纯化中药有效成分或有效部位时,首先应根据待分离组分或部位的理化性质,筛选出适宜的树脂。
在此基础上,按下面的基本操作程序进行:
树脂预处理—树脂吸附—树脂解吸附(树脂洗脱)—树脂再生。
前面已经讨论了树脂预处理与再生的有关问题,此处重点介绍树脂筛选、吸附和解吸附。
树脂选择是否合适,树脂吸附和解吸附工艺是否合理,是大孔吸附树脂吸附分离技术的核心问题,对中药有效成分或有效部位的纯化分离效果影响很大。
1.树脂筛选
针对具体的分离纯化目的,首先需要选择适宜的大孔吸附树脂,以保证大孔吸附树脂对待分离组分的高选择性和高吸附性,从而满足分离纯化的要求,提高分离纯化的效率。
大孔吸附树脂对物质的分离纯化取决于它的吸附性和分子筛性。
吸附性的大小又取决于树脂的极性和被分离组分的极性,分子筛性则取决于树脂本身的多孔性结构和待分离组分的分子大小。
因此,树脂本身的极性大小与孔结构对待分离组分的选择性吸附是非常重要的
吸附性:
大孔吸附树脂对物质的吸附遵从类似物吸附类似物的原则,即极性大的树脂对极性大的组分吸附性强,对极性小的组分吸附力弱,反之亦然。
因此,应根据待分离组分的极性大小选择相应极性的树脂。
一般而言,极性较大的组分适于在中极性的树脂上分离,极性小的组分适于在非极性树脂上分离。
吸附性的大小可通过测定吸附量来评价,吸附量大则意味着吸附性强。
10种不同类型的大孔吸附树脂对银杏叶黄酮的吸附量见表13-4。
表13—410种大孔吸附树脂对银杏叶黄酮的吸附量(20℃,mg/g)
树脂
吸附量
S-8
AB-8
R-A
SIP-1400
X-5
126.7
102.8
96.1
82.3
75.9
NKA-9
D3520
H107
SIP-1300
D4006
59.4
49.1
47.7
36.6
19.0
由表13-4可见,极性的S-8树脂与弱极性的AB-8树脂对银杏叶黄酮吸附量大,而非极性的H107树脂吸附量小。
这是由于银杏叶黄酮具有多酚结构和糖甙链,具有一定的极性和亲水性,生成氢键的能力较强,有利于弱极性和极性树脂的吸附。
对于非极性树脂,即使有较大孔径(如X-5),对黄酮的吸附量也偏小。
分子筛性:
有机物通过树脂的网孔扩散到树脂网孔内表面而被吸附,树脂孔径大小直接影响不同大小分子的自由出入,从而使树脂吸附具有一定的选择性。
树脂吸附能力大小与树脂孔径大小、组分分子大小密切相关。
分子较大的组分宜选择较大孔径的树脂,否则将直接影响到分离效果。
例如,银杏总黄酮的平均分子量为760,其分子体积较大,使用孔径较大的树脂S-8(孔径为28.0~30.0nm)进行吸附,吸附量为126.7mg/g,而使用孔径较小的树脂D4006(孔径为6.5-7.5nm)时,吸附量仅为19.0mg/g。
在树脂孔径适合条件下,树脂的吸附量随比表面积的增大而增大,如NKA-9树脂孔径为15.5-16.5nm,虽然与AB-8树脂接近,但由于比表面积显著小于AB-8树脂(NKA-9树脂的比表面积为250~290m2/g,AB-8树脂的比表面积为480~520m2/g),其吸附量显著小于AB-8树脂。
孔容的大小直接影响树脂的体积比表面积(每lml湿树脂所具有的表面积),在实际应用中,体积比表面积对吸附量起着重要作用,树脂孔体积增大会引起体积比表面积下降,反而使吸附量降低。
大孔吸附树脂的性能包括许多方面。
因此在选择树脂时,必须综合考虑树脂的极性、孔径、比表面积、孔容等性能参数,以及对待分离组分或部位的吸附量、吸附率、吸附速度、吸附选择性和解吸率等。
实际应用时,可以通过对树脂比上柱量、比吸附量、比洗脱量、保留率、纯度等反映树脂吸附特性的参数测定与综合评价,来选择适当的大孔吸附树脂用于组分或部位的分离纯化。
2.树脂吸附
2.1吸附方式
大孔吸附树脂的吸附方式可分为静态吸附与动态吸附两种。
静态吸附可在带搅拌的釜和槽中进行。
溶液黏度较大,悬浮物较多时可用此法。
如果加入吸附树脂后不进行搅拌,吸附树脂的吸附速度较慢,为了提高吸附速度,进行适当的搅拌是必要的(这仍然称为静态吸附)。
动态吸附多在不锈钢或搪瓷柱中进行,柱下部或上、下部装有80目的滤网。
实验室则常用玻璃柱。
将树脂装在层析柱中,是固定的,药液是流动的,因而被称为动态吸附。
在动态吸附中,树脂床因装填的不均匀性、气泡、壁效应或沟流的存在,吸附饱和层面的下移常是不整齐的,即存在所谓“偏流”现象。
并且当吸附过程临近结束,部分组分从柱子漏出时,柱子底部的树脂层尚未达到吸附平衡,因此动态吸附时,树脂的吸附容量可能会有些变化。
2.2吸附动力学和吸附速率
在有充分时间进行吸附的情况下,不同型号的大孔吸附树脂可能具有相近的饱和吸附量,但是由于各树脂化学和物理结构的差别,其吸附动力学过程是有差异的。
如根据不同大孔吸附树脂对银杏叶黄酮的吸附动力学过程,可将树脂分为三类。
第一类为慢速吸附树脂,如H107、SIP-1300,起始阶段吸附量较小,达到平衡时间长,饱和吸附量不大;
第二类为中速吸附树脂,如S-8、AB-8、R-A、SIP-1400、X-5,起始阶段吸附量较大,然后吸附量逐渐增加,达到平衡时间较长;
第三类为快速吸附树脂,如NKA-9、D3520、D4006,起始阶段吸附量有大有小,但均迅速达到平衡。
大孔吸附树脂的吸附速度与粒径、孔隙率有关。
Langmuir提出的吸附速率方程可初步用于各树脂的比较分析:
LnQe/(Qe-Qt)=Kt或-ln(1一Qt/Qe)=Kt
式中,Qt为t时刻树脂的吸附量;
Qe为平衡时刻树脂的吸附量;
K为吸附平衡速率常数。
对于各种型号的树脂,用其In(1-Qt/Qe)对时间t作直线回归,即可求得各自的吸附平衡速率常数K。
2.3吸附树脂柱
大孔吸附树脂柱一般采用蒸馏水湿法装柱,在上样以前,需要用水反复冲洗平衡,使树脂床沉降均匀,没有气泡。
否则会因为壁效应或沟流存在,在上样时产生“偏流”现象,导致泄露点提前,吸附容量降低。
树脂柱径高比(树脂柱内径与树脂床高度的比值)对树脂的吸附性能也有影响,合适的径高比可为分离提供较高的柱效,从而更有利于树脂的吸附与分离。
树脂柱径高比一般可控制在1:
3~7。
另外,在选择树脂柱径高比时,还需要考虑树脂的强度和溶胀系数。
树脂的孔隙率越高,孔体积越大,则强度越差
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 吸附 树脂 分离 技术 执业 药师 继续教育 教材 剪辑