第五章：大孔吸附树脂

目前主要应用于
1．天然植物中活性成份的提取分离 如：皂苷、黄酮、内酯、鞣质、生物碱 2．中药复方药物提取及质量标准制定 如：生脉注射液、六味地黄颗粒、舒肝止痛片 3．生物化学制品的净化、分离、回收 4．工业废水、废液的处理
合成方法（以聚苯乙烯系列为例）
苯乙烯
+
二 乙 烯苯 +
甲苯 二甲苯
悬 浮 共聚
流份（序号） 75 90 110
峰面积S 1019.507 2141.09 2898.4314
111
120 125 130 140
26298.84
25466.47 34935.99 29823.14 31768.29
上柱工艺条件的筛选
1、上样溶液的pH值
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 大孔树脂对中药有效成份的吸附应遵循类似物容易 吸附类似物的原则，即一般情况下，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 吸附。
③药液浓度 大孔树脂的吸附量与药液浓度符合 Frendlich 经典吸附式和 Langmuir 经典吸附式，即药液浓度增加，吸附量增加。但药液 浓度增加有一定限度，即不能超过树脂的吸附容量。 ④溶剂 一种物质在某种溶剂中溶解度越大，树脂对该物质的吸附力 就越小。 ⑤上柱药液的温度 上柱药液的温度升高，树脂的比上柱量下降，说明中药成 分在树脂上的吸附过程为-放热反应。低温有利于树脂吸附容量 的提高，温度太高会影响吸附效果。 实践证明，室温对试验几乎无影响，超过 50℃时，吸附量 明显下降，而在一定的温度范围内，上柱药液的温度越高，洗 脱效果越好，故应注意上柱药液温度
⑥盐浓度
无机盐的加入降低了吸附质在介质的溶解度，从而有利于大孔 树脂的吸附。
⑦树脂柱径高比
合适的径高比可为分离提供较高的柱效，从而更有利于大孔树 脂的吸附与分离
⑧洗脱液的选择及解吸
常用的方法是用低级醇、酮或其水溶液解吸。 对弱酸性物质可用碱来解吸，对弱碱性物质则宜在酸性溶液中
解吸 吸附若在高浓度盐类溶液中进行时，则常常仅用水洗就能解 吸。对于易挥发溶质可用热水或蒸汽解决。
600
1. 3 260 1.01 680
400
1. 0 >500 1.01
1050
1. 6 57 1.01 690
1260
2. 3 93 1.01 690
880
1. 7 81 1.01
630
1. 1 105 1.18 780
470
1. 2 170 1.09 720
甲苯
甲醇 丙酮 乙酸丁酯 吸附量g/l 头孢菌素 适宜分离 成分群
三菱化学树脂性能表征
类型 品名 聚苯乙烯二乙烯基苯类 DIAION HP系列 HP20 水含量% 56 HP50 49 SEPABEDS SP系列 SP825 58 SP700 SP70 SP207 50 聚甲基丙烯酸酯类 DIAION HP系列 HP2MG 61
比表面㎡/g
孔体积ml/g 频度孔半径Å 比重 外观密度G/L 溶胀
大孔吸附树脂分离优势：
1．应用范围广 其应用范围比离子交换树脂广
2．理化性质稳定 3．分离性能优良 4．使用方便 5．溶剂用量少 6．可重复使用，降低成本 7．其它方面
大孔吸附树脂的分离工艺：
树
原料 溶液
脂 柱
水 溶 液 溶出剂
泵
检测器
再生剂
分段收集器
大致操作步骤如下： 树脂→预处理→上样→吸附→洗脱→收集洗脱液→ 回收、浓缩→干燥→成品
5．树脂的强度
大孔树脂强度与孔隙率有直接关系，也和制备工艺有关，一般地树脂孔 隙率越高，孔体积越大，则强度越差，树脂的强度直接影响树脂的使用寿命 ，从而影响着树脂工艺法的成本。
6.吸附物质的性质与树脂极性的关系
遵从类似物质吸附类似的原则，根据吸附物质的极性大 小选择不同类型的树脂 极性较大的化合物一般适用于中极性的树脂上分离 极性较小的化合物一般适用于非极性的树脂上分离
2．影响树脂纯化效果的因素及工艺条件
①树脂性质
树脂的理化性质对吸附效果的影响很大，一般要求树脂的 吸附容量大、吸附速度快和机械强度好。
一般地对分子量小的物质，选择比表面积高及孔径较小的吸 附剂。
②药液pH值
pH值影响某些药物的解离度，亦即影响该化合物与溶剂 的亲和力，从而影响到被大孔树脂吸附的难易程度。一般情况 下，酸性物质应在酸性溶液中吸附，碱性物质在碱性溶液中吸 附。
1.32
1.28 1.29 1.30 38
1.34
1.29 1.30 1.30 25
1.20
1.19 1.18 1.20 76
-
-
1.18
1.15 1.15 1.18 101
1.04
1.05 1.06 1.06
皂甙、黄酮、萜类 天然色素、内酯
酚性甙、黄酮、弱极性生物碱、皂甙、内 酯
生物碱、酚性甙、 黄酮、低聚糖
大孔树脂的一些性质：
1．大孔吸附树脂理化性质稳定，但在水和有机溶剂中可吸收 溶剂而膨胀，在室温下对稀酸、稀碱稳定。
2．大孔吸附树脂通过物理吸附和分子筛作用而实现分离。 3．一般地，比表面积越大，吸附容量也越大
4．吸附质的分子大小与树脂孔径的关系
吸附质通过树脂的孔道而扩散到树脂的内表面被吸附，其吸附能力的大 小除取决于比表面积外，还与吸附质的分子量和构型有关，树脂孔径的大小 直接影响不同大小分子的自由出入，从而使树脂具有选择性。因此，只有当 孔径对于吸附质足够大时，比表面积才能充分发挥作用。 以头孢素C为例，用Amberlite XAD-4和 SIP-7300型进行比较，尽管前者 比表面积大，但平均孔径小，因此吸附速度较慢，解吸不够集中，杂质的分 离效果也较差。
乙醇丙酮等的（含水）溶液溶出酸、碱、缓冲液 等调节PH值或两者并用使有效成分溶出
流 速
流 量
备
注
必要时根据吸附液的PH值应用缓冲液 多次应用乙醇，丙酮，碱+乙醇等溶剂 碱再生后加入酸中和
应用大孔树脂分离纯化应注意的关键问题: 1．大孔吸附树脂规格的选择 2．影响树脂纯化效果的因素
3．纯化工艺条件的确定
4．树脂的再生
其方法是一般用无水乙醇或 95% 乙醇洗脱至无色后，树脂柱 即已再生。然后用大量水洗去醇，可用于相同植物成分的分离 。若树脂颜色变深，可试用稀碱或稀酸溶液清洗，最后水洗至 中性。 树脂再生的评价指标应从树脂的吸附性能、稳定性等方面综 合判断。具体可用比吸附量、比洗脱量、有效成份保留率及纯 度等指标评价。
2、 药液浓度、流速及树脂柱径高比
上述因素也直接影响了大孔吸附树脂的吸附性能，可用 正交实验考察上述三因素的不同水平对结果的影响。
3．树脂的解吸分离
洗脱剂选择基本要求依据“相似相溶”原理。对于非极性大 孔树脂来讲，洗脱剂极性越小，其洗脱能力越强；而对于中等 极性大孔树脂和极性较大的化合物来讲，则用极性较大的溶剂 洗脱较为合适。
4．评价指标与方法的建立 5．树脂稳定性考察
1．大孔树脂规格的选择
首先要确定处方或天然植物的有效成分或组分种 类； 通过文献资料查阅了解和掌握需分离化合物或组 分的类别（如多糖类、皂苷类、黄酮、有机酸、生 物碱等）、分子体积的大小、酸碱性的强弱、溶解 性能等参数，获得所选用的适当孔径的大孔树脂； 最后通过试验研究筛选树脂的种类、型号及其树 脂分离纯化的工艺条件。
(2) 水洗终点的判断: TLC检视、理化检测及洗脱成分的测定
解吸终点的判断：解析曲线的考察
对于大孔树脂吸附技术争议的热点： 致孔剂和降解物的毒性问题 。
人们往往担心，在使用前，致孔剂去除的不彻底，在长期 使用中，树脂会不会降解，造成有毒物质的污染。
大孔吸附树脂分离技术
湖南农业大学 中药资源与开发系
大孔树脂（macroporous resin）是一种具有 多孔立体结构，人工合成的有机高分子聚合物。 由于大孔吸附树脂能吸附液体中的物质，故 又称为大孔吸附树脂 (macroporous absorbing resin )。
大孔吸附树脂是 20 世纪 60 年代未在离 子交换剂和其它吸附剂应用的基础上发展起 来的一种新型树脂。大孔树脂的多孔网状结 构，巨大的比表面积使其具有良好的吸附性 能。
1．树脂的预处理
树脂使用前，需根据使用要求进行程度不同的预处理，目的 是将树脂内孔残存的未聚合单体与致孔剂、分散剂、防腐剂等 有机残留物除去，提高树脂洁净度，提高树脂使用的安全性。 ①用水除去水溶性杂质 ②用有机溶剂除去脂溶性杂志 ③再用吸附介质除去残留的其它溶剂，以免影响树脂的吸附 量
大孔树脂HP-20（柱中）
第一步 第二步 第三步 第四步 水洗脱 95%乙醇洗脱 水洗脱 95%乙醇洗脱 反复多次 3倍树脂量 反复多次 5倍树脂量
第五步 水洗脱 反复多次
弃
弃
弃
回收
检查
检查：取第五步水洗脱液100ml，水浴蒸干后，取1-2ml加乙醇溶解，滴加水到 乙醇溶液中，溶液中无白色浑浊现象。本检查主要针对树脂中残留交联剂、制 孔剂是否洗脱完全。
3．纯化条件的规范
(1) 树脂前处理与树脂再生的合理方法和标准
树脂的前处理及检查方法: 有机物限量的检查; 残留物限量的检查
树脂再生合格的检测指标: 可用比吸附量、比洗脱量或吸附容量的稳定性作为衡量和 控制指标。纯化同一品种的树脂，当其吸附分量下降 30% 以上时 ，则应视为不宜使用。
树脂的污染,树脂污染的几种情况 原水中有机物和胶体硅 重金属污染 树脂运行中高分子的裂解造成破碎或交换容量下降
2．装柱与药液的上柱吸附
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处 理，除去较多的悬浮颗粒杂质，保证树脂的使用完全顺利。 （1) 泄漏曲线与吸附容量的考察 树脂吸附容量 = 泄漏点前上柱样品体积（ ml)× 样品浓度（ mg.L-1 ) 有人用大孔树脂D1300精制当归煎液时，对其泄漏曲线做了如 下考察研究：
再生条件 HP20未使用产品 HP20已使用产品 99%甲醇（3BV）
比表面积（m2/g-resin） 约700 96 246
95%异丙醇（3BV）
95%丙酮（2BV）
406
563
75% 异丙醇＋ 4%NaOH （ 4BV ）
562
5．大孔吸附树脂分离的工艺流程
工程 填充 逆流洗脱 前处理 水洗脱 吸附 水洗 溶出 水洗脱 再生 水洗脱 SV=1-5 SV=1-5 SV=0.5-3 SV=1-5 SV=0.5-3 SV=1-5 SV=0.5-3 SV=1-5 5-10BV 3-4BV 根据吸附量 0.5-1BV 2-10BV 3-4BV 3-4BV 3-4BV 除去小粒子及破碎树脂 用（含水）乙醇等进行洗脱 必要时根据吸附剂的PH值使用缓冲液 应在吸附容量以下 将吸附液洗出
可用GC-MS法检测残留物。
合成吸附剂HP20残留物检测报告
残留物名称 甲苯 洗净前浓度 ppm 251.8 0 2.5BV洗涤 ppm 0 5.0BV洗涤 ppm 0 7.5BV洗涤 ppm
苯乙烯
对 二乙基苯 邻 二乙基苯
12.4
4. 8 6. 4
0
0 0
0
0 0
0
0 0
间 二乙基苯
二丙基苯 甲基茚满
0.5%的明胶溶液
抽提出甲苯 二甲苯
树脂珠体
溶剂抽提
室温晾干
25℃真空干燥
成品
其中：苯乙烯为聚合单体 二乙烯苯为交联剂 甲苯、二甲苯为致孔剂
大孔树脂的类型：
大孔树脂按其极性大小的不同和所选用单体分子结构的不同，可 分为： 1．非极性吸附树脂：为苯乙烯-二乙烯聚合物，也称芳香族吸附 剂。 如：Amberlite XAD-4 Diaion HP-20 上海试剂厂的D101、D102、D401 南开大学的D1、D2、D3、D4 2．中等极性吸附树脂：为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，也称脂肪族吸附剂：如： Amberlite XAD-6、Amberlite XAD-7、Amberlite XAD-8等 3．极性吸附树脂：含硫氧、酰胺等基团 如Amberlite XAD-9 南大化工厂的X-5、S-8 天津试剂二厂的GDX-501、GDX-601等 4．强极性吸附树脂：含氨基、吡啶、氧化氮等极性基因 如： Amberlite XAD-11 、 Amberlite XAD-12 、天津试剂二厂的 GDX-402、GDX-403等
1. 9
0. 4 0. 6
0
0 0
0
0 0
0
0 0
乙基乙烯基苯