大孔吸附树脂吸附分离技术

中药有效部位分离纯化新技术——大孔吸附树脂吸附分离技术2011年度医药初级专业技术人员远程教育中药有效成分或有效部位的提取分离与纯化，是实现中药现代化的关键技术之一。自20世纪70年代以来，中药的提取纯化工艺及设备基本没有明显的改进和突破，致使我国目前的中药制药技术远远滞后于国际制药工业水平。作为中成药生产过程中最关键的环节，落后的提取纯化工艺已成为影响中成药质量和临床疗效的关键问题，也是制约中药产业化发展和拓展国际市场的主要因素之一。大孔吸附树脂吸附分离技术是采用大孔吸附树脂，通过物理吸附从中药及其复方提取液中有选择性地吸附其中的有效部分，去除无效部分的一种提取纯化的新工艺，可以达到分离、富集中药有效部位或有效成分的目的。目前，该技术在日本已被广泛应用于“汉方药”的生产中，且日本生产有“药用标准”的、性能良好的树脂产品。近年来在我国，该技术也逐渐被应用于中药活性部位或活性成分的提取分离、中药新药的开发研制与中成药的生产中。该技术作为我国中药制药工业目前亟须推广的高新技术之一，它的大力推广应用，将有利于解决中药提取分离与纯化中长期以来存在的诸多问题，可大大加快中药产业现代化发展的进程。一、大孔吸附树脂简介大孔吸附树脂(MacroporousAdsorptionResin)是20世纪60年代发展起来的、继离子交换树脂之后的一类新型分离材料，是一类没有可解离基团，具有多孔结构，不溶于水的固体高分子物质。它具有选择性好、吸附性强、吸附速度快、机械强度高、再生处理方便等特点。大孔吸附树脂吸附分离技术的核心是吸附树脂的性能及其相关的应用工艺，两者对分离效果均有重要影响。因此使用该技术进行中药成分提取分离的时候，首先应该了解大孔吸附树脂的性能及其使用方法。1．组成与结构大孔吸附树脂主要以苯乙烯、二乙烯苯等为原料，在0.5％的明胶溶液中，加入一定比例的致孔剂聚合而成。其中，苯乙烯为聚合单体，二乙烯苯为交联剂，甲苯、二甲苯等作为致孔剂，他们互相交联聚合形成了大孔吸附树脂的多孔骨架结构。此外，大孔吸附树脂的聚合单体还有2—甲基苯乙烯、乙基苯乙烯、丙烯腈、丙烯酸酯、甲基丙烯酸、α—甲基丙烯酸酯、丙烯酸胺、亚砜、氧化氮类等，交联剂有双（α—甲基丙烯酸）乙二醇酯、甲基丙烯酸等，致孔剂有石蜡、溶剂汽油、煤油、碳醇、聚乙烯醇等。大孔吸附树脂一般为白色球形颗粒，粒度为20－60目。大孔吸附树脂的宏观小球系有许多彼此间存在孔穴的微观小球组成，其结构的主要特点是多孔性。因此，孔径、孔体积及孔的比表面积作为表征其结构的参数，对其吸附性能具有重要影响。大孔吸附树脂孔的形状是不规则的。为了能相对表征孔的大小，在大孔吸附树脂孔参数的测定与计算中，一般采用圆筒形孔模型，孔的半径（r）与孔体积（V）、比表面积（S）之间有以下关系：r＝2V／S此式可作为孔参数测定与计算的依据。孔径：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。计算公式为：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×指标成分浓度）。W为干树脂重量。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。计算公式为：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。计算公式为：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×指标成分浓度）；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。计算公式为：R％＝M洗脱／M上×100％其中M洗脱、M上同上。纯度：用于评价树脂纯化的效果、范围、质量和效益。计算公式为：P=M成分／M总团体×100％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生产厂家(品牌）型号树脂结构极性比表面积m2/g孔径nm孔度%孔容ml／g交联剂美国Robin－Haas公司（Amberlite)XAD－l苯乙烯非极性1002037二乙烯苯XAD－2苯乙烯非极性330942XAD－3苯乙烯非极性5264.438XAD－4苯乙烯非极性750551XAD－5苯乙烯非极性4156.843生产厂家(品牌）型号树脂结构极性比表面积m2/g孔径nm孔度%孔容ml／g交联剂美国Robin－Haas公司（Amberlite）XAD－6丙烯酸酯中极性4986.349双（α-甲基丙烯酸）乙二醇酯XAD－7α-甲基丙烯酸酯中极性450855XAD－8α-甲基丙烯酸酯中极性1402552XAD－9亚砜极性250845XAD－10丙烯酰胺极性6932.5XAD－11氧化氮类强极性1702141XAD－12氧化氮类强极性2513045生产厂家(品牌）型号树脂结构极性比表面积m2/g孔径nm孔度%孔容ml／g交联剂日本三菱化学公司(Diaion)HP－10苯乙烯非极性560301.16二乙烯苯HP－20苯乙烯非极性600261.3HP－21苯乙烯非极性57081.1HP－30苯乙烯非极性410251.0HP－40苯乙烯非极性530250.76HP－50苯乙烯非极性400901.0HP－1MG甲基丙烯酸中极性330171.05甲基丙烯酸HP－2MG甲基丙烯酸中极性4701.2生产厂家(品牌）型号树脂结构极性比表面积m2/g孔径nm孔度%孔容ml／g交联剂日本三菱化学公司(SePaheads)SP700苯乙烯非极性120092.3二乙烯苯SP800苯乙烯非极性8200.93SP825苯乙烯非极性10001.4SP850苯乙烯非极性10005.71.2SP900苯乙烯非极性5803.80.67SP206溴代苯乙烯非极性56010.50.94SP207溴代苯乙烯非极性6301.3表13－2国内主要大孔吸附树脂性能表生产厂家型号树脂结构极性比表面积m2／g孔径nm孔度%孔容ml／g上海试剂厂101苯乙烯非极性102苯乙烯非极性南开大学化工厂DS2苯乙烯非极性4625.9DS2苯乙烯非极性41510.4ADS－3苯乙烯非极性10005-6ADS－5苯乙烯非极性55020-25X－5苯乙烯非极性500-60029-30生产厂家型号树脂结构极性比表面积m2／g孔径nm孔度%孔容ml／g南开大学化工厂D－3520苯乙烯非极性480-5208.5-9D－4006苯乙烯非极性400-4406.5-7.5D－4020苯乙烯非极性540-58010-10.5H－107苯乙烯非极性1000-1300D－l苯乙烯非极性55-591.20-1.24D－2乙基苯乙烯非极性38213.365-702.10-2.15D－3乙基苯乙烯非极性43-480.73-0.77D－4乙基苯乙烯非极性74-782.88-2.92D－5乙基苯乙烯非极性62-661.25-1.29D－6乙基苯乙烯非极性4667.3D－8乙基苯乙烯非极性7126.6生产厂家型号树脂结构极性比表面积m2／g孔径nm孔度%孔容ml／g南开大学化工厂DS5乙基苯乙烯非极性41510.4DM2乙基苯乙烯非极性2662.4DM5α－甲基苯乙烯非极性4133.2AB－8苯乙烯弱极性480－52013－1450-600.73-0.77ADS－8丙烯酸酯中极性14025NKA－9苯乙烯极性250－29015.5-16.546-50NKA－2苯乙烯极性160-20014.5-15.50.62-0.66S－8苯乙烯强极性100-12028-300.78-0.82生产厂家型号树脂结构极性比表面积m2／g孔径nm孔度%孔容ml／g天津制胶厂MDα－甲基苯乙烯非极性300Dα－甲基苯乙烯非极性40010D101苯乙烯非极性40010DA丙烯腈弱极性200-300生产厂家型号树脂结构极性比表面积m2／g孔径nm孔度%孔容ml／g河北沧州宝恩化工有限公司HPD－100苯乙烯非极性650955-650.48HPD－300苯乙烯非极性8005.5HPD－400苯乙烯中极性5508HPD—500苯乙烯极性5005HPD－600苯乙烯极性5508.5抚顺逐泰精细化工公司DA101苯乙烯非极性6509DA101A苯乙烯非极性8005.5DA101B苯乙烯中极性5508DA101C苯乙烯极性5005DA101D丙烯酸甲酯极性5508.5生产厂家型号树脂结构极性比表面积m2／g孔径nm孔度%孔容ml／g华东理工大学HZ－802苯乙烯非极性450-55010HZ－803苯乙烯非极性500-6006HZ－806HZ－807丙烯酸酯中极性4986.5α－甲基丙烯酸酯中极性上海医药工业研究院SIP－1100非极性400-5009.0SIP－1200非极性5