堿性大孔離子交換樹(shù)脂分離熊去氧膽酸

1、目錄1前言11.1 研究意義11.2 離子交換樹(shù)脂分離技術(shù)的原理及應(yīng)用42離子交換法精制熊去氧膽酸92.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器92.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟103 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論133.1 熊去氧膽酸的HPLC檢測(cè)133.2 吸附交換過(guò)程熱力學(xué)研究143.3 吸附交換過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究183.4 靜態(tài)條件下不同洗脫劑的選定193.5 柱操作條件研究203.6 離子交換柱分離熊去氧膽酸214 產(chǎn)物的鑒定和表征244.1 材料與方法244.2 結(jié)果與討論255 總結(jié)與展望31參考文獻(xiàn)32致謝34摘要熊去氧膽酸（Ursodeoxycholic Acid，UDCA）是FDA惟一批準(zhǔn)可用于治療原發(fā)性膽汁性肝硬化的有效

2、藥物。在化學(xué)合成工藝中，常利用牛羊膽汁中提取出的UDCA差向異構(gòu)體鵝去氧膽酸（Chenodeoxycholic Acid，CDCA），由氧化還原法合成UDCA，但中間產(chǎn)物及雜質(zhì)較多使終產(chǎn)品純度不高。本課題的研究方向是采用堿性大孔陰離子交換樹(shù)脂D201型樹(shù)脂對(duì)UDCA進(jìn)行純化，筆者主要從動(dòng)、靜兩方面考察樹(shù)脂對(duì)熊去氧膽酸的分離條件。結(jié)果表明，UDCA能良好地吸附在D201樹(shù)脂上，等溫吸附曲線擬合符合Langmiur經(jīng)驗(yàn)式，在298 318K的條件下，每克樹(shù)脂的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)吸附量為2035 mg，動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)吸附量為4050mg。在298K條件下，進(jìn)行柱層析分離，并且通過(guò)多種方法對(duì)終產(chǎn)物進(jìn)行表征，由分步洗脫

3、得到的UDCA的精制產(chǎn)品純度可達(dá)90%以上。關(guān)鍵詞：熊去氧膽酸，離子交換樹(shù)脂，高效液相色譜AbstractUrsodeoxycholic Acid (UDCA) is the only approved drug for the treatment of primary biliary cirrhosis by FDA. In chemical synthesis process, Chenodeoxycholic Acid(CDCA)，epimer of UDCA, extracted from cattle and sheep's bile, is often used for t

4、he synthesis of UDCA through oxidation reduction. Yet, a quantity of intermediate products and impurities will lead to the low purity of the final product.The research direction of this paper is to purify the UDCA by basic macroporous anion exchange resin D201, and the researcher mainly study about

5、the separation conditions of ursodeoxycholic acid resin from static and dynamic aspects. The results show that UDCA can be well adsorbed on the D201 resin. Whats more, the adsorption isotherm curve can nearly fit with Langmiur experience. At 298 318K, under the condition of static experiments, the a

6、dsorption capacity per gram of resin can reach 20 35 mg, while under the dynamic experiments,the adsorption capacity can reach 40 50mg. At 298K, separated by column chromatography through stepwise elution and characterized by a variety of methods, finally, the refined product UDCA can reach a purity

7、 of more than 90%.Keywords: Ursodeoxycholic acid, ion exchange resin, HPLC35 / 36文檔可自由編輯打印1 前言1.1 研究意義在珍貴的中醫(yī)藥材中，熊去氧膽酸（Ursodeoxycholic Acid，UDCA）是熊膽的特有成分，它是一種3,7-二羥基-5-膽甾烷-24-酸。在臨床醫(yī)學(xué)上，各種膽囊及胃腸道疾病運(yùn)用該藥材均可以獲得很好的療效。在我國(guó)以及東南亞地區(qū)，人們已經(jīng)開(kāi)始廣泛地開(kāi)發(fā)并且有效利用該種藥材的中藥制劑。我國(guó)通常采用的制備方法是較為原始的傳統(tǒng)工藝，然而隨著野生動(dòng)物越發(fā)稀有，并且有關(guān)動(dòng)物保護(hù)的法規(guī)變得日趨嚴(yán)格，

8、化學(xué)合成法的普及迫在眉睫。根據(jù)現(xiàn)有資料已經(jīng)有所報(bào)道的制備熊去氧膽酸的方法是從牛、羊的膽汁中提取、分離出牛膽酸，經(jīng)過(guò)多步反應(yīng)合成得到UDCA的差向異構(gòu)體鵝去氧膽酸（Chenodeoxycholic Acid，CDCA），由于二者僅僅在7位羥基構(gòu)型上有所差異，再經(jīng)過(guò)若干步氧化還原反應(yīng)，最終就能實(shí)現(xiàn)將CDCA轉(zhuǎn)化成為UDCA，然而此法所采用的合成路線、工藝極為復(fù)雜，并且產(chǎn)品中往往含有大量的中間產(chǎn)物以及雜質(zhì)，導(dǎo)致最終所得到的產(chǎn)品純度不高1。當(dāng)今世界，歐美廠商是UDCA的生產(chǎn)主力軍，對(duì)UDCA的主要市場(chǎng)需求為日韓、歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，就這一良好的形勢(shì)而言，膽酸類藥物出口的前景十分樂(lè)觀。現(xiàn)代有機(jī)合成工業(yè)發(fā)展迅速

9、，離子交換技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。隨著多種性能優(yōu)良的離子交換樹(shù)脂的研制成功，多種新應(yīng)用方法的開(kāi)發(fā)也日趨豐富起來(lái)，在諸多行業(yè)特別是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)以及科研領(lǐng)域中，該法均得到了廣泛地應(yīng)用。由于該法高效而又安全，筆者將其應(yīng)用于分離純化UDCA的研究中。在工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)中，由于離子交換樹(shù)脂的具備處理能力大、脫色范圍廣、脫色容量高的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠去除各種不同離子，還能反復(fù)再生使用、工作壽命也長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用較低，其他方法無(wú)法與之相媲美，在工業(yè)化生產(chǎn)中具有其他材料無(wú)法匹敵的潛在優(yōu)勢(shì)。本課題的研究方向即采用堿性大孔陰離子交換樹(shù)脂D201型樹(shù)脂對(duì)UDCA進(jìn)行純化，筆者主要從動(dòng)、靜兩方面考察樹(shù)脂對(duì)其吸附的熱動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。在29

10、8K條件下，進(jìn)行柱層析分離，并且通過(guò)多種方法對(duì)終產(chǎn)物進(jìn)行表征，由分步洗脫得到的UDCA的精制產(chǎn)品純度可達(dá)90% 以上，使得合成工藝大大簡(jiǎn)化，有效地提高了產(chǎn)率，由于可以直接在常溫下進(jìn)行，降低了成本，有望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化推廣。1.1.1 熊去氧膽酸簡(jiǎn)介熊去氧膽酸是高等動(dòng)物膽汁中最常見(jiàn)的膽汁酸之一，是一種親水膽酸，其主要成分為3,7-二羥基-5-膽甾烷-24-酸，屬于有機(jī)化合物。就其物化性質(zhì)而言，UDCA無(wú)臭，味苦，易溶于乙醇與冰醋酸，在氫氧化鈉試液中也能夠溶解，但無(wú)法在氯仿中溶解。表1.1熊去氧膽酸的物化性質(zhì)熊去氧膽酸化學(xué)式C24H40O4分子量392.58色澤白色粉末氣味無(wú)臭、味苦熔點(diǎn)介于200204

11、0C之間比旋度介于+59.0°+62.0°之間（40 mg / ml 無(wú)水乙醇溶液測(cè)定）pKa5溶解性幾乎不溶于水，易溶于乙醇、冰醋酸等，不溶于氯仿，能溶于堿性溶液敏感性對(duì)光、氧、高溫及濕度等相對(duì)不是很敏感人類膽汁的主要成分是膽汁酸（簡(jiǎn)稱為膽酸），其首先由肝臟合成，并經(jīng)膽囊或者是小腸分泌，主要是以與牛磺酸、甘氨酸共軛的形式存在。在小腸中，初級(jí)膽汁酸、膽酸（Cholic Acid，CA）和鵝去氧膽酸，可能是由腸道細(xì)菌脫去結(jié)合形式，形成次級(jí)膽汁酸，如脫氧膽酸（Deoxycholic Acid，DCA）、石膽酸（Lithocholic Acid，LCA）和熊去氧膽酸，它們都是膽烷

12、酸的衍生物，都含有24個(gè)碳原子。隨后，為了攝取和重新分泌進(jìn)入膽汁，膽汁酸經(jīng)由門靜脈系統(tǒng)，能有效地被重新吸收并運(yùn)輸回肝臟（即膽汁酸的腸肝循環(huán)）。在腸道的膽汁酸腸肝循環(huán)過(guò)程中，腸道膽汁酸的一小部分隨糞便排出，并被肝臟從頭合成所取代。膽酸是膽汁的重要組分，在脂類物質(zhì)消化吸收及調(diào)節(jié)膽固醇代謝方面，膽酸都起到了十分重要的作用。在正常人類的膽汁中，UDCA占人體總膽酸的3%，它能夠松弛膽總管括約肌，促進(jìn)肝臟糖原蓄積，有保肝解毒的功效，是名貴中藥熊膽所蘊(yùn)含的主要有效成分，在臨床醫(yī)學(xué)上，對(duì)于各種膽疾以及消化道疾病方面都具有良好的療效2。圖1-1 熊去氧膽酸的結(jié)構(gòu)圖1-2 游離型膽汁酸和結(jié)合型膽汁酸熊去氧膽酸最

13、早是由日本岡山大學(xué)的Shoda從中國(guó)熊的膽汁中分離從而獲名。通常情況下，在正常人體中，只有少量的膽汁酸會(huì)存在于周邊血液及尿液中。然而，在肝膽、腸道疾病中，合成、代謝紊亂，以及由肝臟和小腸吸收的清潔等特殊因素，會(huì)影響在不同池室（如血清、肝臟、膽囊、尿液、糞便）中膽汁酸的分布濃度3。1985年時(shí)，Leuschner等人用UDCA治療合并肝炎的膽結(jié)石時(shí)發(fā)現(xiàn)血清轉(zhuǎn)氨酶降低，在此之后，大量的臨床醫(yī)學(xué)研究也證實(shí)了UDCA對(duì)治療一些肝病確實(shí)有著顯著的效果。UDCA在治療肝病方面的作用機(jī)制以及療效如下：膽汁淤積性肝病與鵝去氧膽酸、去氧膽酸和石膽酸的積聚有關(guān)，由于去垢作用，這些膽酸會(huì)損害肝細(xì)胞，而UDCA卻是一

14、種沒(méi)有毒性的親水膽酸，能競(jìng)爭(zhēng)性地抑制回腸吸收具有毒性的內(nèi)源性膽酸。通過(guò)激活鈣離子、蛋白激酶C組成的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，并激活分裂活性蛋白激酶，可以提高膽汁淤積肝細(xì)胞的分泌能力，同時(shí)降低血液以及肝細(xì)胞中的內(nèi)源性疏水膽酸濃度，從而起到抗膽汁淤積的效果。UDCA還能競(jìng)爭(zhēng)性地取代細(xì)胞膜和細(xì)胞器上的毒性膽酸分子，防止更多的毒性膽酸損害肝細(xì)胞和膽管細(xì)胞4-6。以上作用具體表現(xiàn)在：細(xì)胞保護(hù)作用。UDCA結(jié)合物能明顯減輕疏水膽酸誘發(fā)的肝細(xì)胞的細(xì)胞溶解，減少培養(yǎng)鼠和人類肝細(xì)胞由毒性膽酸誘發(fā)的細(xì)胞凋亡。膜穩(wěn)定作用。UDCA可防止膽酸誘發(fā)的線粒體膜滲透性改變，也就是說(shuō)可通過(guò)膜穩(wěn)定作用來(lái)防止毒性膽酸誘發(fā)的腺粒體膜、基底膜和小膽

15、管膜損害?？寡趸饔谩DCA能抑制毒性膽酸引起的枯否細(xì)胞激活，還能增加肝細(xì)胞谷胱甘肽和含硫醇蛋白的水平，防止肝細(xì)胞的氧化損傷。免疫調(diào)節(jié)作用。UDCA通過(guò)降低疏水膽酸的刺激作用間接抑制，并通過(guò)激活糖皮質(zhì)激素受體直接抑制組織相容性復(fù)合體（MHC）類和類基因的表達(dá)5。1.2 離子交換樹(shù)脂分離技術(shù)的原理及應(yīng)用在離子交換分離的操作中，其物質(zhì)基礎(chǔ)是離子交換劑，樹(shù)脂自身性能的優(yōu)劣決定了分離效果的優(yōu)良。在使用過(guò)程中，離子交換樹(shù)脂應(yīng)當(dāng)具備滿足工藝上所需要的足夠交換能力、選擇性以及交換速度。由于離子交換樹(shù)脂品種良多，而且其各自的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)也不盡相同，從而在功能以及特性上顯現(xiàn)出不同，可以分別應(yīng)用于不同的分離用

16、途中。樹(shù)脂的交換容量稱為交換能力，根據(jù)一定的生產(chǎn)規(guī)模，可以決定使用的樹(shù)脂量。選擇性用以度量樹(shù)脂的分離能力，它反映了樹(shù)脂對(duì)不同離子的親和力。樹(shù)脂工程性能的重要指標(biāo)之一是交換速度，它能體現(xiàn)出樹(shù)脂的動(dòng)力學(xué)性能4。在使用樹(shù)脂的過(guò)程中，它與水溶液構(gòu)成了固液非均相傳質(zhì)體系。因此，離子交換樹(shù)脂必須具備適宜的微觀結(jié)構(gòu)，即一定的孔隙率、孔徑以及比表面積，此外對(duì)密度、粒度以及強(qiáng)度也有一定的要求。1.2.1 原理大孔樹(shù)脂包含大孔離子交換樹(shù)脂及大孔吸附樹(shù)脂，通常情況下，大孔吸附樹(shù)脂不含有離子交換基團(tuán)，但其珠粒內(nèi)部含有與分離對(duì)象分子尺寸相對(duì)應(yīng)的吸附場(chǎng)所以及擴(kuò)散通道。離子交換樹(shù)脂是一種高分子化合物，具有功能基團(tuán)，它具有一

17、般聚合物沒(méi)有的新功能離子交換功能，本質(zhì)上屬于反應(yīng)性聚合物。根據(jù)基體的種類7，離子交換樹(shù)脂可以分為苯乙烯系樹(shù)脂和丙烯酸系樹(shù)脂；根據(jù)樹(shù)脂的物理結(jié)構(gòu)，則可分為凝膠型、大孔型以及載體型。強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂：此類樹(shù)脂含有大量的強(qiáng)酸性基團(tuán)，如磺酸基SO3H，由于易在溶液中離解出H+離子，故呈現(xiàn)強(qiáng)酸性。當(dāng)樹(shù)脂離解后，其本體含有的負(fù)電基團(tuán)，如SO3，可以吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子。在這兩個(gè)反應(yīng)中，溶液中的陽(yáng)離子與樹(shù)脂中的H+實(shí)現(xiàn)了互相交換的目的。由于強(qiáng)酸性樹(shù)脂極強(qiáng)的離解能力，在酸性或堿性溶液中均能發(fā)生離解和并進(jìn)行離子交換。樹(shù)脂在使用了一段時(shí)間后，需要用化學(xué)藥品使此前的離子交換反應(yīng)以相反方向進(jìn)行，此即樹(shù)脂的再生處

18、理，這個(gè)操作能使樹(shù)脂的官能基團(tuán)恢復(fù)到初始狀態(tài)，以便再次投入使用。上文中提及的陽(yáng)離子樹(shù)脂其再生處理采用的是強(qiáng)酸，此前被吸附的陽(yáng)離子從樹(shù)脂中釋放出來(lái)，隨后與H+結(jié)合，從而恢復(fù)原來(lái)的組成。弱酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂：此類樹(shù)脂含弱酸性基團(tuán)，如羧基COOH，由于在水中可離解出H+呈現(xiàn)酸性。樹(shù)脂離解后，剩下的負(fù)電基團(tuán)，如R-COO（R代表碳?xì)浠鶊F(tuán)），可以吸附結(jié)合溶液中的其他陽(yáng)離子，以達(dá)到陽(yáng)離子交換的目的。此類樹(shù)脂的離解性即酸性較弱，因此難以在低pH下發(fā)生離解以及離子交換，只能用于pH514的弱酸性、中性或堿性的溶液中。此類樹(shù)脂的再生也采用酸處理，較之強(qiáng)酸性樹(shù)脂也更容易再生。強(qiáng)堿性陰離子樹(shù)脂：此類樹(shù)脂含有強(qiáng)堿性基團(tuán)，

19、如四級(jí)胺基（即季胺基）NR3OH（R代表碳?xì)浠鶊F(tuán)），由于在水中能夠離解出OH而呈現(xiàn)強(qiáng)堿性。此類樹(shù)脂的正電基團(tuán)能吸附結(jié)合溶液中的陰離子，從而實(shí)現(xiàn)陰離子交換的目的。這種樹(shù)脂的離解性很強(qiáng)，因此可應(yīng)用于不同的pH環(huán)境中。其再生處理操作采用強(qiáng)堿（如NaOH）。弱堿性陰離子樹(shù)脂：此類樹(shù)脂含有弱堿性基團(tuán)，如一級(jí)胺基（即伯胺基）NH2、二級(jí)胺基（即仲胺基）-NHR、或三級(jí)胺基（即叔胺基）NR28，由于其在水中能夠離解出OH而呈現(xiàn)弱堿性。此類樹(shù)脂的正電基團(tuán)能吸附結(jié)合溶液中的陰離子，從而實(shí)現(xiàn)陰離子交換的目的。在大多數(shù)情況下，此類樹(shù)脂吸附的是溶液中的整個(gè)酸分子，只能應(yīng)用于pH19的中性或酸性環(huán)境中。其再生處理操作可

20、采用Na2CO3、NH4OH進(jìn)行再生。離子交換樹(shù)脂應(yīng)用于很廣泛的領(lǐng)域9：水處理。水處理領(lǐng)域離子交換樹(shù)脂的需求量很大，約占離子交換樹(shù)脂產(chǎn)量的90%，用于水中的各種陰陽(yáng)離子的去除。目前，離子交換樹(shù)脂的最大消耗量是用在火力發(fā)電廠的純水處理上，其次是原子能、半導(dǎo)體、電子工業(yè)等。食品工業(yè)。離子交換樹(shù)脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工業(yè)裝置上。例如：高果糖漿的制造是由玉米中萃出淀粉后，再經(jīng)水解反應(yīng)，產(chǎn)生葡萄糖與果糖，而后經(jīng)離子交換處理，可以生成高果糖漿。離子交換樹(shù)脂在食品工業(yè)中的消耗量?jī)H次于水處理。制藥行業(yè)。制藥工業(yè)離子交換樹(shù)脂對(duì)發(fā)展新一代的抗菌素及對(duì)原有抗菌素的質(zhì)量改良具有重要作用。鏈霉素的開(kāi)發(fā)

21、成功即是突出的例子。近年還在中藥提成等方面有所研究。合成化學(xué)和石油化學(xué)工業(yè)。在有機(jī)合成中常用酸和堿作催化劑進(jìn)行酯化、水解、酯交換、水合等反應(yīng)。用離子交換樹(shù)脂代替無(wú)機(jī)酸、堿，同樣可進(jìn)行上述反應(yīng)，且優(yōu)點(diǎn)更多。如樹(shù)脂可反復(fù)使用，產(chǎn)品容易分離，反應(yīng)器不會(huì)被腐蝕，不污染環(huán)境，反應(yīng)容易控制等。甲基叔丁基醚（MTBE）的制備，就是用大孔型離子交換樹(shù)脂作催化劑，由異丁烯與甲醇反應(yīng)而成，代替了原有的可對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染的四乙基鉛。環(huán)境保護(hù)；離子交換樹(shù)脂已應(yīng)用在許多非常受關(guān)注的環(huán)境保護(hù)問(wèn)題上。目前，許多水溶液或非水溶液中含有有毒離子或非離子物質(zhì)，這些可用樹(shù)脂進(jìn)行回收使用。如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢

22、液里的有用物質(zhì)等。濕法冶金及其他；離子交換樹(shù)脂可以從貧鈾礦里分離、濃縮、提純鈾及提取稀土元素和貴金屬。1.2.3 發(fā)展歷史離子交換樹(shù)脂最早出現(xiàn)于1935年，當(dāng)時(shí)，英國(guó)人亞當(dāng)斯與霍姆斯發(fā)現(xiàn)苯酚磺酸甲醛逐步聚合物可以進(jìn)行陽(yáng)離子交換，在此之后，兩人又發(fā)現(xiàn)間苯二胺與甲醛的聚合物能夠進(jìn)行陰離子交換10。德國(guó)法本公司以及美國(guó)的樹(shù)脂產(chǎn)品和化學(xué)品公司分別于1939年和1941年開(kāi)始進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，并分別將商品命名為Wofatit和Amberlite。1944年，美國(guó)人G.F.達(dá)萊利奧成功合成了苯乙烯系離子交換樹(shù)脂。在第二次世界大戰(zhàn)期間，德國(guó)的法本公司除了將Wofatit應(yīng)用于精制水之外，還實(shí)現(xiàn)了從人造絲工廠廢

23、液中回收銅氨，甚至是從影印廠的工業(yè)廢液中回收得到了貴金屬銀。在此期間，美國(guó)將離子交換樹(shù)脂應(yīng)用于從貧鈾礦中提取鈾，除此之外，在分離核裂變生成物、超鈾元素以及稀土元素等方面，Amberlite也起到了極為重要的作用。一直到二戰(zhàn)以后，合成與應(yīng)用離子交換樹(shù)脂的技術(shù)得到了更進(jìn)一步的發(fā)展，在水純化的領(lǐng)域中，人們采用混合床脫鹽法，制得了電阻率為1800萬(wàn)·cm的高純水。上世紀(jì)50年代以后，膜狀離子交換樹(shù)脂的研究得以開(kāi)展，這為電化學(xué)領(lǐng)域開(kāi)辟了新的紀(jì)元。在60年代初期，為了適應(yīng)尖端科學(xué)的發(fā)展，耐壓、耐磨、高交換速度、能交換或吸著高分子量化合物（如水中的腐植酸）的大孔離子交換樹(shù)脂研制成功，此后，這些樹(shù)脂

24、被廣泛應(yīng)用于選擇分離稀有金屬、貴重金屬，環(huán)境保護(hù)，醫(yī)藥，仿生高分子，選擇性膜，金屬絡(luò)合催化等方面。在70年代之后，各種大孔吸附樹(shù)脂以及新型的特種樹(shù)脂又涌現(xiàn)在世人面前。本實(shí)驗(yàn)使用的是D201樹(shù)脂，屬于大孔強(qiáng)堿季銨I型系陰離子交換樹(shù)脂。大孔吸附樹(shù)脂是在離子交換樹(shù)脂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。1935年英國(guó)的B.A.Adams和Holmes發(fā)表了由甲醛、苯酚與芳香胺制備的縮聚高分子材料及其離子交換性能的工作報(bào)告，從此開(kāi)創(chuàng)了離子交換樹(shù)脂領(lǐng)域。20世紀(jì)50年代末合成了大孔離子交換樹(shù)脂，是離子交換樹(shù)脂發(fā)展的一個(gè)里程碑。上世紀(jì)60年代末合成了大孔吸附交換樹(shù)脂，并于70年代末用于中草藥有效成分的分離，但我國(guó)直到 80

25、年代后才開(kāi)始有工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用11。大孔吸附樹(shù)脂目前多用于工業(yè)廢水處理、食品添加劑的分離精制、中草藥有效成分、維生素和抗菌素等的分離提純和化學(xué)制品的脫色、血液的凈化等方面10,12。大孔吸附樹(shù)脂（Macroporous Absorption Resin）屬于功能高分子材料，是近30余年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類有機(jī)高聚物吸附劑13，是吸附樹(shù)脂的一種，由聚合單體和交聯(lián)劑、致孔劑、分散劑等添加劑經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)制備而成。聚合物形成后，致孔劑被除去，在樹(shù)脂中留下了大大小小、形狀各異、互相貫通的孔穴。因此大孔吸附樹(shù)脂在干燥狀態(tài)下其內(nèi)部具有較高的孔隙率，且孔徑較大，在1001000nm之間，故稱為大孔吸附樹(shù)脂。大

26、孔樹(shù)脂的表面積較大、交換速度較快、機(jī)械強(qiáng)度高、抗污染能力強(qiáng)、熱穩(wěn)定好，在水溶液和非水溶液中都能使用14。 大孔吸附樹(shù)脂具有很好的吸附性能，它的理化性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于酸、堿及有機(jī)溶媒，對(duì)有機(jī)物的選擇性較好，不受無(wú)機(jī)鹽類及強(qiáng)離子低分子化合物存在的影響，可以通過(guò)物理吸附的方式從水溶液中有選擇地吸附有機(jī)物質(zhì)。大孔樹(shù)脂是將吸附性和篩選性原理相結(jié)合在一起的分離材料，基于該原理，有機(jī)化合物根據(jù)吸附力的不同以及分子量的大小，在大孔吸附樹(shù)脂上經(jīng)過(guò)一定的溶劑洗脫可以達(dá)到分離的目的15。由于大孔吸附樹(shù)脂的固有特性，它能富集、分離不同母核結(jié)構(gòu)的藥物，可用于單一或復(fù)方的分離與純化。但大孔吸附樹(shù)脂型號(hào)很多，性能用途各異，而

27、中藥成分又極其復(fù)雜，尤其是復(fù)方中藥，因此必須根據(jù)功能主治明確其有效成分的類別和性質(zhì)，根據(jù)“相似相溶”的原則16，即一般非極性吸附劑適用于從極性溶液（如水）中吸附非極性有機(jī)物；而高極性吸附劑適用于從非極性溶液中吸附極性溶質(zhì)；中等極性吸附劑，不但能夠從非水介質(zhì)中吸附極性物質(zhì)，同時(shí)它們具有一定的疏水性，所以也能從極性溶液中吸附非極性物質(zhì)17。1.2.4 前景膽酸類藥物的原料十分容易獲得，生產(chǎn)工藝也很簡(jiǎn)單，僅花費(fèi)少量的投資即可在短期內(nèi)見(jiàn)效，產(chǎn)品亦可出口，尤為適合中小型企業(yè)的初期發(fā)展，因此國(guó)內(nèi)諸多中小型及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)紛紛投資生產(chǎn)膽酸，隨著生產(chǎn)廠家的數(shù)量上升，其產(chǎn)量也相應(yīng)地不斷擴(kuò)大。我國(guó)膽酸類藥物生產(chǎn)的主要問(wèn)

28、題是收率不高，為此，各相關(guān)企業(yè)、大專院校和科研單位正在積極研究與開(kāi)發(fā)新興的膽酸類藥物制備技術(shù)，使得膽酸類藥物的合成工藝日臻改進(jìn)、完善，抑或通過(guò)尋求更為經(jīng)濟(jì)合理的生產(chǎn)工藝路線，以提升收率和終產(chǎn)品品質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)成本的降低，并拓展市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力18。當(dāng)今世界，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)膽酸類藥物、以及生產(chǎn)和消費(fèi)的群體主要集中在歐美、日本和韓國(guó)等這些科技發(fā)達(dá)的國(guó)家19，此外，我國(guó)臺(tái)灣及東南亞一帶也有不容小覷的市場(chǎng)有待拓展。全世界最大的膽酸類藥物消費(fèi)國(guó)為美國(guó)，現(xiàn)如今，全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，人類的生活水平也有了顯著提升，各個(gè)國(guó)家對(duì)于膽酸的需求均會(huì)有不同程度的升高，需求量將漸漸擴(kuò)大。同時(shí)，隨著人們不斷深化研究膽酸類藥物的應(yīng)用，其可適

29、用的領(lǐng)域也將不斷拓展。不難預(yù)測(cè)，膽酸類藥物的生產(chǎn)和應(yīng)用必然會(huì)有極為樂(lè)觀的發(fā)展前景。在熊去氧膽酸的合成工藝中，CDCA的重要性可見(jiàn)一斑既是重要的中間體，又是重要的原料，曾經(jīng)有報(bào)道20選用CDCA作為原料，經(jīng)過(guò)氧化得到3-5-羥基-7-羰基膽烷酸（7K-LCA），再通過(guò)還原反應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)合成熊去氧膽酸的目的，張國(guó)平21報(bào)道了在丙酮和水中采用NBS氧化CDCA，從而制得7K-LCA的方法，通過(guò)此法成品的收率可達(dá)89%。歐洲專利報(bào)道中有提到，當(dāng)7K-LCA在KOCMe3，Me2CHOH同時(shí)存在的情況下，于常壓下400C，用金屬鎳氫化可以得到UDCA，該法產(chǎn)率更是高達(dá)95%。日本專利22有報(bào)道7K-LC

30、A在高壓釜中加熱到1000C，NaOH、BuOH和Pd/C同時(shí)存在的情況下，氫化5h，通過(guò)該法獲得的UDCA純度可達(dá)88.2%。此外，還有報(bào)道稱可通過(guò)其他原料合成UDCA。由上述事例中不難看出，CDCA始終都是生產(chǎn)UDCA的重要中間體。 1.2.4 離子交換樹(shù)脂的熱動(dòng)力學(xué)離子交換熱力學(xué)是研究離子交換平衡理論的主要內(nèi)容，離子交換平衡與許多因素有關(guān)，主要是離子交換劑的性質(zhì)、溶質(zhì)的種類、溶質(zhì)及交換劑的用量以及溶質(zhì)的濃度。此外，溫度也影響離子交換平衡。表征離子交換平衡的手段主要有離子交換等溫線和各種參數(shù)。在離子交換分離過(guò)程中，主要的平衡分配關(guān)系有線性平衡關(guān)系（Henry型）、雙曲線型（Langmuir

31、型）平衡關(guān)系和冪函數(shù)型（Freundlich型）平衡關(guān)系。離子交換動(dòng)力學(xué)模型按照不同的角度區(qū)分有各種類型，按表達(dá)交換過(guò)程動(dòng)力學(xué)定律的性質(zhì)可以劃分為化學(xué)動(dòng)力學(xué)型和物理動(dòng)力學(xué)型兩類。其中，后者又有膜擴(kuò)散型、孔擴(kuò)散型與表面擴(kuò)散型等不同的類型。若按照理論基礎(chǔ)區(qū)則可分為機(jī)理模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢深?。機(jī)理模型是由交換過(guò)程的微觀反應(yīng)機(jī)理入手導(dǎo)出的理論模型，如Fiek模型、Nernst-Planck模型、Stefan.Maxwell模型及縮核模型23。此類模型概念清晰，有明確的物理意義，但由于實(shí)驗(yàn)條件的不同與限制，直接應(yīng)用于復(fù)雜的實(shí)際交換體系很不方便。而經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪怯蓪?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直接回歸得到的，如簡(jiǎn)單線性推動(dòng)力模型、平方

32、推動(dòng)力模型、修正平方推動(dòng)力模型、雙參數(shù)模型及多項(xiàng)式模型等，此類模型，推導(dǎo)容易，應(yīng)用方便，但無(wú)明確的物理意義，不能外推。擬均相擴(kuò)散模型是應(yīng)用廣泛的動(dòng)力學(xué)模型，它包括Fick模型、Nemst-Planck模Stefan-Maxwell模型。這些模型之所以稱做擬均相擴(kuò)散模型，是因?yàn)樗鼈兌技俣üδ芑系姆措x子是全部解離的、并均勻的分散在樹(shù)脂顆粒相。1992年，Bhand等人24對(duì)弱堿離子交換樹(shù)脂吸附強(qiáng)酸的離子交換過(guò)程進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，礦被排斥在樹(shù)脂相外的程度比預(yù)想的要小得多。Bhandari分析這種原因，認(rèn)為樹(shù)脂相中的反離子沒(méi)有全部解離，而是以雙電層的形式分布在孔道中。1996年，Hasnat等人

33、對(duì)強(qiáng)酸離子交換樹(shù)脂的離子交換動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了深入研究。并在Bhandari等人的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善了非均相顆粒擴(kuò)散模型。Hasnat等人把樹(shù)脂顆粒中復(fù)雜曲折的孔道簡(jiǎn)化成從顆粒外表面一直到中心處的直孔，擴(kuò)散系數(shù)用無(wú)限稀釋溶液中的擴(kuò)散系數(shù)除以曲折因子。把孔道分成環(huán)狀的雙電層和呈電中性的孔中心區(qū)域兩部分。在雙電層內(nèi)，大部分的反離子與骨架上的功能基團(tuán)緊密結(jié)合在一起，形成緊密層。緊密層中的反離子不能直接參與擴(kuò)散過(guò)程，只有分散層中的反離子可以自由移動(dòng)。緊密層和分散層中的反離子保持動(dòng)態(tài)平衡。擴(kuò)散通量由分散層和孔中心區(qū)域兩部分離子的擴(kuò)散組成。另外，Hasnat等人認(rèn)為反離子在樹(shù)脂相與溶劑相的分配界限不在樹(shù)脂顆粒的

34、外表面，而是在樹(shù)脂顆粒內(nèi)部雙電層的外邊界處。Hasnat利用動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)回歸了一些一價(jià)反離子在強(qiáng)酸離子交換樹(shù)脂中的解離度，大約在4%-10%之間。許多離子交換過(guò)程都伴有化學(xué)反應(yīng)。這種化學(xué)反應(yīng)，對(duì)于離子交換平衡與離子交換動(dòng)力學(xué)都有顯著影響?？s核模型認(rèn)為，起始時(shí)的離子交換反應(yīng)，只是在樹(shù)脂顆粒外表面進(jìn)行。隨著交換過(guò)程的不斷進(jìn)行，反應(yīng)位置逐漸向樹(shù)脂顆粒內(nèi)部推移。即交換離子通過(guò)反應(yīng)層以后，在未反應(yīng)核的表面逐漸進(jìn)行。大孔離子交換樹(shù)脂是上個(gè)世紀(jì)60年代在凝膠型樹(shù)脂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一類新型樹(shù)脂。它的特點(diǎn)是在整個(gè)樹(shù)脂內(nèi)部，無(wú)論干、濕或收縮、溶脹都存在著比一般凝膠型樹(shù)脂更多、更大的孔道。因此，在離子交換過(guò)程中，其

35、具有交換速度快、應(yīng)用范圍廣的顯著優(yōu)勢(shì)。大孔離子交換樹(shù)脂根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為兩種：一種是大網(wǎng)型（Macroreticular）樹(shù)脂，另外一種是大型（Macroporous）樹(shù)脂。在制備過(guò)程中，如果所用的致孔劑是單體的溶劑，那么將形成由微球狀的簇所組成的大網(wǎng)樹(shù)脂。如果所使用的致孔劑不是單體的溶劑，則會(huì)形成內(nèi)部有許多大孔的凝膠顆粒（大孔型樹(shù)脂）。在這兩種樹(shù)脂中，大網(wǎng)型樹(shù)脂較為常見(jiàn)。離子在大孔樹(shù)脂中的擴(kuò)散過(guò)程既包括大孔中的擴(kuò)散也包括微球內(nèi)的擴(kuò)散，因此，在動(dòng)力學(xué)模型的建立上要更為復(fù)雜一些。Bricio等人25曾利用淺床技術(shù)，分別用六種適合凝膠型離子交換樹(shù)脂的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)K+H+在大孔離子交換樹(shù)脂中的交換

36、過(guò)程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)按這些模型計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均不相符。通常，大孔離子交換樹(shù)脂內(nèi)的擴(kuò)散模型可分為并行擴(kuò)散模型和連續(xù)擴(kuò)散模型兩種。2 離子交換法精制熊去氧膽酸2.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑表2.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑名稱規(guī)格生產(chǎn)廠商熊去氧膽酸粗品實(shí)驗(yàn)室電解還原產(chǎn)物熊去氧膽酸標(biāo)準(zhǔn)品99%阿拉丁試劑有限公司鵝去氧膽酸標(biāo)準(zhǔn)品99%阿拉丁試劑有限公司氫氧化鈉AR江蘇永華精細(xì)化學(xué)品有限公司氯化鈉AR江蘇永華精細(xì)化學(xué)品有限公司磷酸二氫鉀AR江蘇永華精細(xì)化學(xué)品有限公司磷酸AR國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司HPLC乙腈色譜純上海星可生化有限公司HPLC甲醇色譜純上海星可生化有限公司無(wú)水甲醇AR上海凌峰化學(xué)試

37、劑有限公司無(wú)水乙醇AR上海凌峰化學(xué)試劑有限公司濃鹽酸AR國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器表2.2 主要實(shí)驗(yàn)儀器名稱生產(chǎn)廠商島津SPD-20A高效液相色譜儀島津公司電熱恒溫水浴鍋上海醫(yī)療器械五廠水浴恒溫振蕩器DSHZ-300江蘇太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠202-1型電熱干燥箱上海市上?？h第二五金廠電子天平JA1003上海精密科學(xué)儀器有限公司真空干燥箱DZ60上海醫(yī)療器械七廠自動(dòng)液相色譜分離層析儀MC993上海滬西儀器廠SHZ-IIID循環(huán)水真空泵上海亞榮生化儀器廠2.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟2.2.1 樹(shù)脂的預(yù)處理本次實(shí)驗(yàn)采用的是D201堿性陰離子交換樹(shù)脂，在使用之前，根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB

38、/T5476-1996規(guī)定的離子交換樹(shù)脂預(yù)處理方法，按以下方法進(jìn)行預(yù)處理操作：將樹(shù)脂置于燒杯中，加入500C的去離子水浸泡，并不時(shí)攪拌，使樹(shù)脂充分溶脹，10分鐘后倒去液體，更換新的500C去離子水再次浸泡，過(guò)濾掉樹(shù)脂中的雜質(zhì)，反復(fù)該步驟若干次。隨后，將已經(jīng)充分溶脹的樹(shù)脂進(jìn)行裝柱，將23倍柱體積的1mol/L NaOH溶液通過(guò)樹(shù)脂層，隨后再將23倍柱體積的1mol/L HCl溶液通過(guò)樹(shù)脂層，最后將23倍柱體積的1mol/L NaOH溶液通過(guò)樹(shù)脂層。預(yù)處理好的樹(shù)脂貯存于飽和食鹽水中，以保鮮膜封口待用。2.2.2 HPLC法定量檢測(cè)熊去氧膽酸含量液相條件：采用島津SPD-20A高效液相檢測(cè)儀，選用A

39、lltech Prevail Select C18柱 （250mm× 4.6 mm， 5m） ，UV檢測(cè)器，波長(zhǎng)選用208nm，以KH2PO4（需用磷酸調(diào)節(jié)pH值到2.0，再抽濾2次）和乙腈體積比為1:1的混合液作為流動(dòng)相26，流速為1.0 mL/min，進(jìn)樣量選定為20L。標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：分別配制濃度為1mg/mL、2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL、5mg/mL 的UDCA標(biāo)準(zhǔn)品甲醇溶液，通過(guò)HPLC檢測(cè)結(jié)果，以溶液濃度為橫軸、出峰面積為縱軸作圖，即可得到UDCA標(biāo)準(zhǔn)曲線。2.2.3 吸附等溫線的研究靜態(tài)實(shí)驗(yàn)：取一定量的樹(shù)脂，置于一定質(zhì)量濃度的UDCA溶液中，恒溫振蕩3

40、h，每隔一段時(shí)間取清液分析UDCA的濃度，根據(jù)qe = ( c0 - ce ) V / m （2-1）計(jì)算平衡吸附量 qe (mg/g)。式中的 c0 和 ce 分別代表吸附前以及吸附平衡后溶液中UDCA的質(zhì)量濃度 (mg/L)，V為溶液體積 (L)，m為樹(shù)脂質(zhì)量 (g)。吸附過(guò)程中，在不同時(shí)間取樣分析溶液的濃度，計(jì)算得到不同時(shí)刻的吸附量 qt (mg/g)，即可獲得吸附動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。吸附等溫線的測(cè)定：取D201樹(shù)脂濕重 m = 20.000 g ，UDCA標(biāo)準(zhǔn)品甲醇溶液濃度 c0 = 20 mg/ml， V = 20ml ， t = 3h 時(shí)，分別在298 K、308 K和318 K下于氣浴搖

41、床上恒溫振蕩，測(cè)定樹(shù)脂對(duì)UDCA的等溫吸附數(shù)據(jù)。2.2.4 不同溫度下的吸附動(dòng)力學(xué)曲線研究在靜態(tài)條件下，取濕重 m = 20.000 g 的D201樹(shù)脂，UDCA標(biāo)準(zhǔn)品甲醇溶液濃度 c0 = 20mg/ml，V = 20ml 時(shí)測(cè)定不同溫度下的吸附動(dòng)力學(xué)曲線。2.2.5 不同洗脫劑的研究在小錐形瓶中，稱取濕重為20.000 g的D201樹(shù)脂，加入 20 ml 的 c0 = 20mg/ml 的UDCA標(biāo)準(zhǔn)品甲醇溶液，在氣浴搖床上恒溫振蕩3h，每隔一段時(shí)間取樣 1ml ，通過(guò)HPLC分析檢測(cè)洗脫液中UDCA的濃度，待其飽和吸附后，過(guò)濾掉液體，用濾紙吸去多余水分，用去離子水沖洗樹(shù)脂若干遍，再加入 2

42、0 ml 洗脫劑III：由0.8mol/L NaCl 與 0.2mol/L NaOH 按照1 : 1的比例配制而成，于相同的溫度條件下進(jìn)行 3h 的恒溫振蕩洗脫，每隔一段時(shí)間取樣 1ml ，通過(guò)HPLC分析檢測(cè)洗脫液中UDCA的濃度。2.2.6 動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線研究取濕重 m = 1.500 g 的D201樹(shù)脂，UDCA標(biāo)準(zhǔn)品溶液濃度 c0 = 2.000 g/ L，在 T = 298 K 的溫度條件下，以流速分別為0.5、1、1.5mL/ min 通過(guò)離子交換柱進(jìn)行交換吸附，作出動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線。2.2.7 離子柱分離熊去氧膽酸將預(yù)處理好的吸附劑裝入石英玻璃吸附柱（規(guī)格：15×20

43、0mm），裝柱高度為150mm，吸附劑裝柱體積為26.5mL。裝柱方法為濕法裝柱，具體的操作步驟如下：在裝柱之前，先在柱中加入一定量的0.1mol/L NaOH溶液，然后將0.1mol/L NaOH溶液浸泡過(guò)夜的吸附劑D201樹(shù)脂倒入柱中，把過(guò)量的NaOH溶液通過(guò)柱底放出，保持液面高度始終在吸附劑的平面之上約23cm處，直至所有的吸附劑全部轉(zhuǎn)移到柱中。配制UDCA粗品樣液（濃度為2mg UDCA/mL）：稱取0.5g UDCA粗品于燒杯中，加入200mL 濃度為0.1mol/L的NaOH溶液，攪拌使其溶解（由于其中含有部分難溶解雜質(zhì)，可用恒溫水浴鍋對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)加熱），過(guò)濾掉懸浮的雜質(zhì)，用0.1

44、mol/L的NaOH溶液定容到250mL，儲(chǔ)存于錐形瓶中密封待用。分別配制如下洗脫劑：表2.3 洗脫劑名稱濃度規(guī)格洗脫劑I0.3 mol/L NaCl100ml洗脫劑II0.5 mol/L NaCl + 0.2mol/L NaOH各50ml洗脫劑III0.8 mol/L NaCl + 0.2mol/L NaOH各50ml按照下圖連接好自動(dòng)液相色譜分離層析儀，以0.3mL/min的流速將0.1mol/L NaOH溶液通入柱內(nèi)開(kāi)始走平衡，洗至所有導(dǎo)管中的氣泡消失，樹(shù)脂顆粒得以充分舒展，即可進(jìn)行下一步的吸附。調(diào)節(jié)T為100，A為0，待示數(shù)基本平穩(wěn)，即可通入U(xiǎn)DCA粗品樣液。圖2-1 自動(dòng)液相色譜分離

45、層析儀將配制好的UDCA粗品樣液以1mL/min的流量通過(guò)離子交換柱，并不時(shí)地對(duì)流出液進(jìn)行取樣，用2mol/L HCl做定量滴定分析，待流出液生成的沉淀量較多時(shí)，可以基本認(rèn)定樹(shù)脂已經(jīng)吸附飽和。此時(shí)，用去離子水以2mL/min的流量過(guò)柱，洗去吸附柱內(nèi)殘余的流動(dòng)相，約耗時(shí)20min ，把自動(dòng)收集分布器設(shè)置為每隔5min收集一管，將配制好的洗脫劑I、II、III以1mL/min的流量依次通過(guò)吸附柱，約耗費(fèi)40余支10 ml試管，將流出液過(guò)膜并做HPLC檢測(cè)，用液出液各組分的HPLC檢測(cè)出峰面積與洗脫時(shí)間作圖，即可得到洗脫曲線，不同時(shí)間段內(nèi)收集到的流出液對(duì)應(yīng)不同組成的精制產(chǎn)品。3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論3.1

46、 熊去氧膽酸的HPLC檢測(cè)3.1.1 UDCA標(biāo)準(zhǔn)品標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制以UDCA的濃度為橫坐標(biāo)，HPLC檢測(cè)出峰峰面積為縱坐標(biāo)，繪制UDCA的標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖3-1所示，其對(duì)應(yīng)的回歸方程為：y =21613x - 45858，R2 =0.999（3-1） 圖3-1熊去氧膽酸標(biāo)準(zhǔn)曲線3.1.2 UDCA標(biāo)準(zhǔn)品與粗品HPLC檢測(cè)圖譜對(duì)比UDCA標(biāo)準(zhǔn)品的HPLC檢測(cè)圖如圖3-2所示，于6min后接近7min處有出峰的物質(zhì)即為熊去氧膽酸。圖3-2熊去氧膽酸標(biāo)準(zhǔn)品檢測(cè)圖譜UDCA與7K-LCA（純?cè)噭┑?:1混合模擬粗品的HPLC檢測(cè)圖如圖3-3所示，相較于圖3-2，多了89min處的出峰物質(zhì)，該物質(zhì)為UDC

47、A的電還原前體7K-LCA（7-酮石膽酸）。圖3-3熊去氧膽酸粗品檢測(cè)圖譜UDCA粗品的HPLC檢測(cè)圖如圖3-4所示，相較于圖3-3，多了1213min處的出峰物質(zhì)，該物質(zhì)為為UDCA的差向異構(gòu)體鵝去氧膽酸（CDCA）。CDCA與7K-LCA這兩種物質(zhì)在工業(yè)上作為電解氧化還原法制備UDCA的中間體和初級(jí)原料，大部分針對(duì)UDCA粗品的分離提純技術(shù)，實(shí)際上就是圍繞這三種物質(zhì)的分離而展開(kāi)。圖3-4熊去氧膽酸粗品檢測(cè)圖譜3.2 吸附交換過(guò)程中熱力學(xué)研究3.2.1 Langmuir等溫吸附曲線擬合Langmuir等溫方程式： （3-2） 可變換為：（3-3） 根據(jù)方程式（3-3），其中K和q0 是常數(shù)，

48、以ce（mg/ml）為橫軸，qe（mg/g）為縱軸作圖，對(duì)其進(jìn)行擬合得到等溫吸附曲線，如圖3-5所示：圖3-5 Langmuir等溫吸附曲線擬合得到的Langmuir等溫吸附曲線擬合方程如表3.1所示：表3.1 Langmuir等溫吸附曲線擬合方程T/K擬合的Langmiur等溫吸附曲線方程R2298Ce/qe=0.00718Ce+1.84510.9967308Ce/qe=0.00732Ce+1.22630.9952318Ce/qe=0.00748Ce+1.25870.99603.2.2 Freundlich等溫吸附曲線擬合Freundlich等溫方程式：q0 = KC1/nf （3-4）兩邊

49、取對(duì)數(shù)，得：log q = log Kf + nf -1log C（3-5） 根據(jù)Freundich等溫方程式：qe=KCe1/n （3-6）進(jìn)行擬合得到圖3-6：圖3-6 Freundlich等溫吸附曲線擬合得到的Freundlich等溫吸附曲線方程如表3.2所示：表3.2 Freundlich等溫吸附曲線擬合方程T/K擬合Freundlich方程R2298qe=8.4265Ce0.38170.9728308qe=8.1315Ce0.39360.9721318qe=8.0020Ce0.39260.97103.2.3 吸附過(guò)程熱力學(xué)參數(shù)由Vant-Hoff和Gibbs-Helmholtz方程可

50、以進(jìn)一步的求的吸附達(dá)到平衡時(shí)的吉布斯自由能，焓變和熵變，進(jìn)而可以對(duì)吸附過(guò)程有更為理論層面的認(rèn)識(shí)。lnK = S / R - H / RT （3-7）ln K與1/T作圖得到：圖3-7 吸附過(guò)程熱力學(xué)參數(shù)擬合得到直線公式：y=242.37x + 1.3137（3-8）根據(jù)斜率和截距得到S、H、由S << H·G / T得到G，其熱力學(xué)參數(shù)見(jiàn)于表3.3表3.3 吸附過(guò)程熱力學(xué)參數(shù)TG (kJ·mol-1)H (kJ·mol-1)S (J·K-1·mol-1)298k-5.277-2.0210.93308k-5.386-2.0210.93

51、318k-5.496-2.0210.933.2.4 吸附等溫線及吸附過(guò)程熱力學(xué)分析結(jié)果從得到的等溫吸附線擬合方程，單比較相關(guān)系數(shù)而言，Langmiur等溫吸附方程能夠更好地描述D201離子樹(shù)脂對(duì)熊去氧膽酸的吸附過(guò)程，可以初步推測(cè)該吸附是一種單分子層的吸附，而Freundlich方程中， qe << KC1/ne的1/n介于0.1到0.5之間，說(shuō)明該吸附是一種優(yōu)惠吸附，熊去氧膽酸吸附到樹(shù)脂上這個(gè)過(guò)程比較容易進(jìn)行。從熱力學(xué)參數(shù)的研究可以更加進(jìn)一步明確樹(shù)脂對(duì)UDCA的吸附過(guò)程是一個(gè)放熱的過(guò)程，溫度的升高不利于吸附的進(jìn)行。由于吸附過(guò)程中，在不同溫度下G始終小于零，說(shuō)明該過(guò)程是可以自發(fā)的進(jìn)行

52、的。S大于零則說(shuō)明在吸附的過(guò)程中固液表面兩相自由度增加，由此可以推測(cè)該吸附并不是單一的化學(xué)吸附，在以離子交換為主導(dǎo)的化學(xué)吸附同時(shí)，還存在著物理吸附。3.3 吸附交換過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)研究3.3.1 不同溫度下的吸附動(dòng)力學(xué)曲線在靜態(tài)條件下，稱取濕重為20.000g的D201樹(shù)脂，用吸水紙吸去多余水分，配制濃度c0 = 20mg /ml的UDCA標(biāo)準(zhǔn)品溶液，V = 20ml時(shí)，測(cè)定不同溫度下的吸附動(dòng)力學(xué)曲線。 圖3-8 不同溫度下吸附動(dòng)力學(xué)曲線從圖3-8上可看出D201樹(shù)脂于298K到318K條件下飽和吸附量為4050mg左右，吸附飽和所需時(shí)間為100min左右。同時(shí)還可以看到樹(shù)脂的飽和吸附量隨著溫度

53、的增加而降低，驗(yàn)證了之前熊去氧膽酸于D201樹(shù)脂吸附交換過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程的假設(shè)。3.3.2 不同溫度下的吸附動(dòng)力學(xué)曲線控制機(jī)理的初步判斷根據(jù)Kannan -Sundaram 顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型qi << kt0.5 + b（3-9）由不同溫度下的吸附動(dòng)力學(xué)曲線數(shù)據(jù)擬合： 圖3-9 吸附動(dòng)力學(xué)曲線擬合其相關(guān)系數(shù)大于0.98線性關(guān)系良好，顆粒內(nèi)擴(kuò)散是主要吸附速率的控制步驟。但直線并沒(méi)有直接過(guò)原點(diǎn)說(shuō)明吸附還受其他因素影響，例如膜擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)。一般情況下，樹(shù)脂的交換容量高，交聯(lián)度較低，樹(shù)脂相中的擴(kuò)散系數(shù)較大，樹(shù)脂的粒度較細(xì)，而液相中的分子濃度又較低。同時(shí)，液流的攪動(dòng)作用又不十分強(qiáng)烈，這時(shí)一

54、般表現(xiàn)為液膜擴(kuò)散控制；若所用樹(shù)脂的粒度較粗，交聯(lián)度較高，攪動(dòng)作用強(qiáng)烈，這時(shí)往往表現(xiàn)為顆粒擴(kuò)散控制。3.4 靜態(tài)條件下不同洗脫劑的選定在對(duì)熊去氧膽酸的HPLC檢測(cè)的時(shí)候提到，UDCA粗品中含有其他兩種可回收的組分，分別為7K-LCA和CDCA，在電解氧化還原合成UDCA的工藝之中CDCA是作為原料，7K-LCA是CDCA電解氧化的產(chǎn)物，UDCA是7K-LCA電解還原的產(chǎn)物。選定有效的洗脫方案使粗品中的不同組分分離開(kāi)來(lái)對(duì)UDCA的化學(xué)合成工藝有著重大的意義。選擇在靜態(tài)實(shí)驗(yàn)條件下對(duì)洗脫條件進(jìn)行摸索，最終選定分步洗脫的方案，使用三種不同成分濃度的洗脫劑使粗品中的組分依次洗脫下來(lái)。三種洗脫劑分別為I：0

55、.3mol/LNacl溶液100ml，II：0.5mol/LNacl 0.2mol/LNaOH各50ml的1:1混合溶液，III：0.8mol/LNacl 0.2mol/LNaOH各50ml的1:1混合溶液。分步洗脫出液HPLC檢測(cè)圖如下：圖3-10 洗脫劑I洗出液檢測(cè)圖譜首先由洗脫劑I洗脫下來(lái)的組分是于12.5min處明顯出峰，其洗出液主要成分含有CDCA。圖3-11 洗脫劑II洗出液檢測(cè)圖譜其次由洗脫劑II洗出液的主要組份為7K-LCA，同時(shí)還參雜了少量的UDCA圖3-12 洗脫劑III洗出液檢測(cè)圖譜最后由洗脫劑III洗出液中可以得到比較純的UDCA，至此可以借由分部洗脫可基本達(dá)到依次將粗品中各組分洗脫下來(lái)的目的。3.5 柱操作條件研究3.5.1 動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線研究在樹(shù)脂1. 500 g ，c0 = 2. 000 g/ L，T = 298 K, 以流速分別為0.5、1、1.5ml/ min 通過(guò)樹(shù)脂柱進(jìn)行交換吸附，作出動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線。圖3-13 不同流速下動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線由圖上可以看出加快流速使穿透體積提前。加快流速雖然加快傳質(zhì)（液膜傳質(zhì)系數(shù)增大），但是會(huì)使飽和吸附量減少，慢流速比較適合離子柱分離操作但是考慮到效率問(wèn)題，在實(shí)際的柱操作中采用了中檔的流速1 ml/min。3.5.2 溫度對(duì)柱操作影響由吸附過(guò)程的熱力學(xué)研究結(jié)果顯示，D201型