第五章：大孔吸附树脂

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
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
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
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
1.32
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
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：
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
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
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．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。
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
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
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。
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。
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。
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。
(2) 药液的上柱吸附分离
上柱终点的判断: 泄漏曲线的考察 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。
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
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。
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
流份（序号） 75 90 110
峰面积S 1019.507 2141.09 2898.4314
111
120 125 130 140
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
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。
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）
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。
1. 9
0. 4 0. 6
0
0 0
0
0 0
0
0 0
乙基乙烯基苯