大孔树脂吸附原理及应用

解吸效果的评价：根据洗脱曲线，选择洗脱峰最集中的条件，如喜 树碱的不同洗脱剂的洗脱曲线见图。
利用吸附剂对液体或气体某一组分选择性吸附的能力， 使其富集在吸附剂表面的过程。
待分离料液与 吸面
吸附质 解吸回
料液流 出
物理吸附：吸附作用力为分子间引力。无选择性、无须高活化 能、吸附层可为多层或单层，吸附和解吸速度较快。
化学吸附：吸附作用力为化学键合力。需要高活化能、只能以 单层吸附、选择性强、吸附和解吸速度慢。
4、 树脂的解吸
解吸时，通常先用水，继而以醇—水洗脱，逐步加大醇的 浓度，同时配合适当理化反应和薄层层析(如硅胶薄层层析、 纸层析、聚酰胺薄层层析及HLPC等)作指导，洗脱液的选择 及其浓度、用量对解吸效果有着显著影响。如在赤芍总苷生 产工艺条件研究时发现，在用大孔吸附树脂进行分离、解析 时，先用水洗脱至还原糖反应显阴性(Molish反应检测)，改 用10％、20％、30％、50％、95％浓度的乙醇梯度洗脱，结 合高效液相色谱法检测，发现10％、20％乙醇洗脱液中均含 有芍药苷，而30％以上浓度的乙醇中未检出，故选用30％乙 醇洗脱，即可将柱上的芍药苷全部解吸。
• 大孔树脂的吸附力是由于范德华力或产生氢键的结果。其 中，范德华力是一种分子间作用力，包括定向力、色散力、 诱导力等。同时由于树脂的多孔性结构使其对分子大小不 同的物质具有筛选作用。因此，有机化合物根据吸附力的 不同及分子量的大小，在树脂的吸附机理和筛分原理作用 下实现分离。
4 大孔树脂的性质及类型 大孔树脂按其极性大小和所选用的单体分子结构不同，可分为非
• 方法：吸附树脂的预处理应在树脂柱中进行。一般 是将树脂装至柱高的2/3处，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，至水面略高于树脂的层面。 接着，用酒精以适当的流速淋洗，至流出的酒精中 无油溶性杂质为止。最后用水洗出酒精即可使用。 这样可洗出小分子有机物。
• 5. 溶剂用量少 • 溶剂法是液液萃取，溶剂消耗大，回收较难，而大孔树脂吸
附法仅用少量溶剂洗脱即达到分离目的，不仅溶剂用量少，而 且又避免了严重的乳化现象，提高了效率。
• 6. 可重复使用，降低成本
• 大孔吸附树脂再生容易，一般用水、稀酸、稀碱或有机溶剂如 低浓度乙醇、丙酮对树脂进行反复清洗，即可再生重复使用。 大孔吸附树脂价格较贵，吸附效果易受流速和溶质浓度的影响； 品种有限，不能满足中药多成分、多结构的需求；操作较为复 杂，对树脂的技术要求较高
• 有时因长期存放变干，或要求更严格的清洗，可用 水→乙醇→甲苯→乙醇→水依次淋洗，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。
• （1）静态吸附
• 可在带搅拌的釜或槽中进行。溶液黏度较大，悬 浮物较多或分配比较大时可用此方式。
• 如果加入吸附树脂后不进行搅拌，这时靠近吸附 树脂的色素逐渐被吸附，离吸附树脂较远的色素 逐渐向吸附树脂附近扩散，这种静止的扩散较慢， 吸附树脂的吸附速度和水的颜色变浅的速度也就 较慢。若进行适当的搅拌（这仍然称为静态吸 附），吸附的速度会大大加快。
一、大孔树脂的结构、组成、原理、类型
• 1. 结构 • 大孔吸附树脂是近20余年发展起来的，它是一
种新型非离子型高分子聚合物吸附剂，一般为白 色球形颗粒，粒度为20～60目。 • 大孔树脂的宏观小球系由许多彼此间存在孔穴的 微观小球组成。如果把一个宏观小球比做远看的 一簇葡萄，那么每一个微观小球就相当于近看的 一颗小葡萄，小葡萄间存在孔穴的总体积与一簇 葡萄体积之比，称为孔度，小葡萄之间的距离称 孔径。所有小葡萄的面积之和就是一簇葡萄的表 面积，亦即树脂的表面积。如果以单位质量计算， 将此表面积除以一簇葡萄的质量，即得比表面积 (m2／g)。
吸附树脂的多数品种是由悬浮聚合法制得的。孔的 形成是一个渐变的过程。聚合开始后，生成的高分 子链溶解在单体与致孔剂组成的混合体系中。当高 分子链逐步增大后，便会从混合体系中析出，这就 是“相分离”。最初分离出的聚合物形成5~20nm 的微胶核，微胶核又互相聚集成60~500nm的微球。 随着聚合反应的继续进行，微胶核与微胶核及微球 与微球都互相连接在一起，而致孔剂（特别是不良 溶剂）则最终残留在核与核或微球与微球之间的孔 隙中。当致孔剂被去除之后，留下的空间便是孔。
四、大孔吸附树脂吸附分离技术要求
在运用大孔树脂进行分离精制工艺时，其大致操 作步骤为：
树脂预处理→树脂上柱→药液上柱→树脂的解吸 →树脂的清洗、再生。
由于每一个操作单元都会影响到树脂的分离效果， 因此对树脂的精制工艺和分离技术的要求就相对 较高。
1 . 树脂的预处理
除去未聚合单体、致孔剂、分散剂、防腐剂等有 机残留物，提高树脂洁净度。经预处理的树脂方可使 用。
（2）. 药液上柱前的预处理
为避免大孔树脂被污染堵塞，药液上柱前一般需经过滤，除 去较多的悬浮颗粒杂质，保证树脂的使用完全、顺利。
（3 ）. 上柱工艺条件的筛选
①影响树脂吸附性能的因素有诸多方面，其中最基本的是树 脂自身因素，包括树脂的]骨架结构、功能基性质及其极性等。 此外，样品浓度、pH、吸附柱径高比及上样流速等条件，均 不同程度地影响树脂的吸附性能。 ②上样溶液pH值对吸附和分离效果至关重要，根据化合物结 构特点，灵活改变溶液pH值，可使提纯工作达到理想效果。 一般情况下，酸性化合物在适当酸性溶液中充分被吸附，碱性 化合物则在适当碱性条件下较好地被吸附，中性化合物可在大 约中性的条件下被吸。 ③药液浓度、流速及树脂柱径高比等因素也直接影响了大孔 吸附树脂的吸附性能。
极性、中等极性、极性和强极性四种类型。
类型
非极性大孔树脂 苯乙烯、二乙烯苯聚合 物，也称芳香族吸附剂。
中等极性大孔树脂 聚丙烯酸酯型聚合物， 多功能团的甲基丙烯酸酯作为交联剂，
极性大孔树脂 含硫氧、酰胺基团，丙烯酰胺
强极性大孔树脂 含氮氧基团，如氧化氮类。
二、吸附树脂的使用方法
• 1、吸附树脂的预处理 • 原因：吸附树脂的孔体积一般来说小于其合成时
3. 药液的上柱吸附
（1）泄漏曲线与吸附容量的考察 大孔吸附树脂的吸附作用主要是通过表面吸附、
表面电性或氢键等，有一定吸附容量。当吸附量达 到饱和时，其对化学物质吸附减弱甚至消失，此时 化学成分即泄漏流出，故需要考察树脂的泄漏曲线， 为预算树脂用量与可上柱药液量提供依据。有人用 大孔树脂D1300精制当归煎液时，对其泄漏曲线作 了如下考察研究。
三、大孔吸附树脂的优点
•应用范围广
•分离性能优良
溶剂用量少
传统防晒 霜的主要
缺陷
•使用方便
理化性质稳定
•可重复使用，降低成本
• 1. 应用范围广 • 大孔吸附树脂的应用范围比离子交换树脂广，表现在: • 其一，许多生物活性物质对pH较为敏感，易受酸碱作用
而失去活性，限制了离子交换法的应用，而采用大孔吸附 树脂，既能选择性吸附，又便于溶剂洗脱，整个过程pH 不变；其二，对于存在有大量无机盐的发酵液，离子交换 树脂受严重阻碍无法使用，而大孔树脂却能从中分离提取 抗菌素等物质。
• （2）固定床吸附装置
• 该装置实际上是一种常规的离子交换柱，常用的为 几百升至几百立方米的不锈钢或搪瓷柱，下部或上、 下部装有80目的滤网（实验室则常用玻璃柱）。
• 这种吸附树脂是固定的，溶液是流动的，因而被称 为动态吸附。固定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，部分吸附质从柱子随溶剂漏出时，柱子 底部的树脂层尚未达到吸附平衡，因而柱式吸附时 树脂的负载量可能会有些变化。
聚合 单体
交联 剂
致孔剂
各成分主要作用
苯乙烯
二乙烯苯
明胶溶液 致孔剂
原料组成
• 3. 树脂的特性及分离原理 • 大孔吸附树脂是通过物理吸附从溶液中有选择地吸附
有机物质，从而达到分离提纯的目的。
• 其理化性质稳定，不溶于酸、碱及有机溶剂，对有机物选 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。大孔吸附树脂为吸附性和筛选性原理相结合的分离 材料。由于其本身具有吸附性，能吸附液体中的物质，故 称之为吸附剂。树脂吸附的实质是一种物体高度分散或表 面分子受作用力不均等而产生的表面吸附现象。
根据以上孔的形成过程，可以想像孔的形状是不规则的， 孔径大小也是不均匀的。
• 2. 组成
• 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，它们互相交联聚合形成了大孔树脂 的多孔骨架结构。
对非极性大孔树脂，洗脱剂极性越小，洗脱能力越强；
对于中性大孔树脂和极性较大的化合物来说，则用极性较大的 溶剂洗脱较为合适。为达到满意的效果，可设几种不同浓度的 洗脱剂，确定洗脱浓度。实际工作中，甲醇、乙醇、丙酮应用 较多，流速一般控制在0.5～5ml／min为好。
根据吸附力强弱选用不同的洗脱剂及浓度。对弱碱性化合物， 如生物碱类，则用酸性洗脱剂，解吸效果较为理想。例、如小 檗碱的洗脱，分别以50％、70％甲醇与含0.5％硫酸的50％甲醇 洗脱，用薄层色谱法检测，表明后者有较好的洗脱、解吸能力。
预处理方法：取市售大孔树脂，加丙酮或甲醇浸 泡24h，加热回流洗脱（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，一般为3～4d， 甚至长达7～8d，洗至洗脱液蒸干后无残留物，溶剂 挥尽后保存备用。
检查：取干树脂0.5g，加70％乙醇5ml振摇，滤液 蒸干不得有残留物。
2. 装柱
以蒸馏水湿法装柱，并用乙醇在柱上流 动清洗，检查流出的乙醇与水混合不呈白浊 色为止（取lml流出液加5ml水），然后以大 量蒸馏水洗去乙醇，注意少量乙醇的存在会 大大降低树脂的吸附力。