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        正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化離子交換樹(shù)脂靜態(tài)吸附鹽酸育亨賓的工藝研究

        2020-12-10 06:01:16郭占京黃宏妙盧澄生梁成麗鐘海藝陸春蓮
        應(yīng)用化工 2020年11期
        關(guān)鍵詞:陽(yáng)離子樹(shù)脂鹽酸

        郭占京,黃宏妙,盧澄生,梁成麗,鐘海藝,陸春蓮

        (廣西中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院,廣西 南寧 530200)

        鹽酸育亨賓(YHB),α2-腎上腺素能受體抑制劑,常用于治療男性性功能障礙。同時(shí)具有擴(kuò)張外周血管、降低血壓、抗病毒等功效[1-4]。鹽酸育亨賓與多巴胺能受體、膽堿能受體、5-羥色胺受體有一定的親和力,對(duì)精神病有很好的治療效果[5]。

        鹽酸育亨賓的來(lái)源主要是從非洲植物育亨賓的樹(shù)皮中提取[6],也可從蘿芙木的根部提取[7]。但因同時(shí)含有結(jié)構(gòu)類似的其他生物堿,提取效率不高。

        離子交換樹(shù)脂同時(shí)具有離子交換能力及吸附能力,在分離領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本研究擬以離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓進(jìn)行吸附、解吸研究,以期為提取鹽酸育亨賓提供相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 試劑與儀器

        氯型717陰離子交換樹(shù)脂、鈉型732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂均由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供;鹽酸育亨賓(批號(hào)29107)、乙腈均為色譜醇;KH2PO4、乙醇等均為分析純;實(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

        1525型高效液色譜儀;AR224CN型電子天平;pHS-25型pH計(jì);ZHWY-2118型恒溫振蕩器;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 樹(shù)脂的預(yù)處理 鈉型732陽(yáng)離子交換樹(shù)脂及氯型717陰離子交換樹(shù)脂均按照國(guó)標(biāo)《離子交換樹(shù)脂預(yù)處理方法(GB/T 5476—2013)》進(jìn)行預(yù)處理。

        1.2.2 樹(shù)脂干重的換算 市場(chǎng)所購(gòu)樹(shù)脂均為濕樹(shù)脂,而吸附解吸過(guò)程中樹(shù)脂的重量均為干重。故需建立干、濕樹(shù)脂的換算關(guān)系。精確稱量1.000 0 g 濕樹(shù)脂,干燥至恒重,再次精確稱量。上述過(guò)程重復(fù) 3次,計(jì)算樹(shù)脂含水量。樹(shù)脂使用時(shí)直接稱量濕重,由含水量換算干重。

        1.2.3 吸附實(shí)驗(yàn) 以40%乙醇為溶劑,制備濃度為12 μg/mL的鹽酸育亨賓溶液。用高效液相色譜測(cè)定其質(zhì)量濃度,記為C0。取50 mL溶液,加入1.000 0 g 732型或717型離子交換樹(shù)脂,置于恒溫振蕩器中(溫度30 ℃,轉(zhuǎn)速140 r/min)進(jìn)行吸附,時(shí)間為120 min。用高效液相色譜儀測(cè)定溶液中的鹽醇育亨賓的質(zhì)量濃度(Ct)。計(jì)算鹽酸育亨賓吸附量(q1)。

        (1)

        式中q1——吸附量,μg/g;

        C0——溶液起始質(zhì)量濃度,μg/mL;

        Ct——吸附t時(shí)后的溶液質(zhì)量濃度,μg/mL;

        V——溶液的體積,mL;

        m——干樹(shù)脂質(zhì)量,g。

        1.2.4 解吸實(shí)驗(yàn)

        1.2.4.1 吸附飽和的樹(shù)脂制備 使用40%乙醇為溶劑,在pH為7的條件下配制濃度為800 μg/mL鹽酸育亨賓溶液,加入適量離子交換樹(shù)脂,在恒溫振蕩器中(溫度40 ℃,轉(zhuǎn)速140 r/min)進(jìn)行吸附,并隨時(shí)監(jiān)測(cè)溶液濃度(Ct),當(dāng)溶液濃度恒定時(shí)認(rèn)為樹(shù)脂已經(jīng)吸附飽和,記錄溶液恒定濃度(Ct),并計(jì)算不同樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量。樹(shù)脂濾出備用。

        1.2.4.2 解吸實(shí)驗(yàn) 以濃度70%乙醇作為解吸液,調(diào)節(jié)pH值為1。高效液相儀測(cè)定濃度,記為C0。加入1.000 0 g吸附飽和樹(shù)脂,在恒溫振蕩器中(溫度30 ℃,轉(zhuǎn)速140 r/min)進(jìn)行解吸。解吸 30 min 后溶液濃度基本無(wú)變化,故設(shè)定解吸時(shí)間為30 min。解吸完成后測(cè)定溶液濃度(Ct)、計(jì)算解吸量(q2)、解吸率(E)。

        (2)

        (3)

        1.3 分析方法

        1.3.1 高效液相色譜測(cè)定條件 色譜柱為Hypersil-ODS2 C18(4.6 mm×250 mm,5 μm),流動(dòng)相為乙腈(A)-20 mmol/L磷酸二氫鉀溶液(B)(VA∶VB=40∶60),流速1 mL/min,進(jìn)樣量10 μL,檢測(cè)波長(zhǎng)270 nm,柱溫30.0 ℃。

        1.3.2 鹽酸育亨賓線性關(guān)系曲線的繪制 分別配制含鹽酸育亨賓為2.6,5.2,10.5,20.8,41.6,83.2,104,124.8,166.2,208 μg/mL的溶液。分別吸取上述溶液10 μL,手動(dòng)進(jìn)樣,進(jìn)行HPLC測(cè)定,歸一化法積分,以峰面積為縱坐標(biāo)Y,以濃度(mg/L)為橫坐標(biāo)X,進(jìn)行線性回歸。

        圖1 鹽酸育亨賓的線性關(guān)系曲線Fig.1 The standard curve of yohimbine hydrochloride

        由圖1可知,鹽酸育亨賓線性回歸方程為Y=40 521X+125 860,R2=0.999 2,表明鹽酸育亨賓在2.6~208 μg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 吸附實(shí)驗(yàn)

        2.1.1 乙醇濃度對(duì)離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的影響 乙醇濃度對(duì)吸附鹽酸育亨賓的影響見(jiàn)圖2和圖3。

        圖2 乙醇濃度對(duì)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on 732 cationexchange resin in adsorption YHB

        由圖2可知,在不同濃度乙醇中,732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量范圍為434.097 6~864.439 9 μg/g,在40%乙醇溶液中吸附量最高,為864.439 9 μg/g。

        圖3 乙醇濃度對(duì)717型陰離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的影響Fig.3 Effect of ethanol concentration on 717 anionexchange resin in adsorption YHB

        由圖3可知,在不同濃度乙醇中,717型陰離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量不高,在40%乙醇溶液中吸附量最高,為109.736 0 μg/g。

        綜合考慮,后續(xù)提取均選用40%乙醇作溶劑。

        2.1.2 溶液溫度對(duì)離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的影響 溫度對(duì)吸附鹽酸育亨賓的影響見(jiàn)圖4、圖5。

        圖4 溫度對(duì)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的影響Fig.4 Effect of temperature on 732 cation exchangeresin in adsorption YHB

        由圖4可知,在不同溫度下,732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量為800 μg/g左右,且在10 min左右基本達(dá)到吸附平衡。吸附溫度為 40 ℃ 時(shí),吸附量最高。故后續(xù)吸附溫度均設(shè)定為40 ℃。

        圖5 溫度對(duì)717型陰離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的影響Fig.5 Effect of temperature on 717 anionexchange resin in adsorption YHB

        由圖5可知,在不同溫度下,717型陰離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量約為100 μg/g左右,且在10 min左右基本達(dá)到吸附平衡。

        2.1.3 溶液pH對(duì)離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的影響 pH對(duì)吸附鹽酸育亨賓的影響見(jiàn)圖6。

        圖6 pH值對(duì)離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的影響Fig.6 Effect of pH on 732 cation exchange resin or 717 anionexchange resin in adsorption YHB process

        由圖6可知,在pH=7條件下,732型陽(yáng)離子及717陰離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量均為最高,其中732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附量為1 031.75 μg/g。故后續(xù)吸附pH均設(shè)定為7。

        2.1.4 吸附正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果 單因素實(shí)驗(yàn)表明,732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于717型陰離子交換樹(shù)脂,故采用732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂作為吸附鹽酸育亨賓的吸附材質(zhì),并采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。因素水平見(jiàn)表1,結(jié)果見(jiàn)表2。

        表1 吸附過(guò)程正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Levels and factors of orthogonal experimentdesign in adsorption process

        表2 吸附實(shí)驗(yàn)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of orthogonal test in adsorption YHB

        由表2可知,影響732型離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓吸附率因素的主次順序?yàn)椋篈>C>B,即乙醇濃度>pH>溫度,最佳吸附條件為A2B2C2,即鹽酸育亨賓溶液乙醇濃度40%,溫度40 ℃,pH=7。

        按照正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),平均吸附量為1 132.785 4 μg/g。

        2.2 解吸實(shí)驗(yàn)

        2.2.1 乙醇濃度對(duì)解吸鹽醇育亨賓的影響 乙醇濃度對(duì)解吸鹽醇育亨賓的影響見(jiàn)圖7。

        圖7 乙醇濃度對(duì)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂解吸鹽酸育亨賓的影響Fig.7 Effect of ethanol concentration on 732 cationexchange resin in desorption HYB

        由圖7可知,乙醇濃度對(duì)鹽酸育亨賓的解吸有明顯的影響,乙醇濃度增加時(shí),吸附在732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的鹽酸育亨賓解吸率增大。70%乙醇的解吸量最大,解吸率71.39%,故選擇70%的乙醇作為解吸液。

        2.2.2 pH對(duì)解吸鹽酸育亨賓的影響 pH值對(duì)解吸鹽酸育亨賓的影響見(jiàn)圖8。

        圖8 pH值對(duì)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂解吸鹽酸育亨賓的影響Fig.8 Effect of pH on 732 cation exchangeresin in desorption HYB

        由圖8可知,pH對(duì)鹽酸育亨賓的解吸有明顯的影響,解吸液pH值降低時(shí),能夠更好地將吸附在732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂上的鹽酸育亨賓解吸下來(lái),pH=0.5時(shí)解吸能力最強(qiáng),解吸率75.24%,但與pH=1的解吸率73.84%相差不大。為了環(huán)保及方便后續(xù)廢液處理,選擇pH=1。

        2.2.3 溫度對(duì)解吸的影響 溫度對(duì)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂解吸鹽酸育亨賓的影響見(jiàn)表3。

        表3 溫度對(duì)解吸鹽酸育亨賓的影響Table 3 Effect of temperature on desorption HYB

        由表3可知,溫度對(duì)鹽酸育亨賓解吸的影響不明顯,不同溫度下的解吸量相差不大,解吸率為72.89%~77.55%(解吸量平均為720 μg/g左右)。為了方便操作,選擇30 ℃作為解吸溫度。

        2.2.4 解吸條件正交實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,精密稱取1.000 0 g飽和樹(shù)脂對(duì)溫度、乙醇濃度、pH值進(jìn)行解吸實(shí)驗(yàn),解吸時(shí)間為30 min,因素水平見(jiàn) 表4,結(jié)果見(jiàn)表5。

        表4 解吸正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 4 Levels and factors of orthogonal experimentdesign in desorption process

        表5 解吸正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 5 Result of orthogonal test in desorption process

        由表5可知,影響732離子交換樹(shù)脂對(duì)鹽酸育亨賓解吸的因素主次順序?yàn)镃>A>B,即pH值>溫度>乙醇濃度,最佳解吸條件為A1B2C2為最好,即鹽酸育亨賓解吸溫度30 ℃,乙醇濃度70%,pH=1。

        按照正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),平均解吸率為89.49%。

        3 結(jié)論

        (1)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂比717型陰離子交換樹(shù)脂更適合作為鹽酸育亨賓的吸附介質(zhì)。

        (2)732型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂吸附鹽酸育亨賓的最佳吸附條件為:乙醇濃度40%,溫度40 ℃,pH=7,吸附量1 132.785 4 μg/g。最佳解吸條件為:解吸溫度30 ℃,溶液乙醇濃度70%,pH=1,解吸率89.49%。

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