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大孔吸附树脂纯化右旋龙脑的效果分析

2021-02-18 467 上传者：管理员

摘要：研究洗脱剂乙醇体积分数、洗脱流速、上样液浓度对D101大孔吸附树脂纯化右旋龙脑效果的影响,确立右旋龙脑纯化工艺。通过单因素考察实验和正交实验,确立的最佳工艺条件为:洗脱剂乙醇体积分数为80%,洗脱流速为3.5BV/h,上样液浓度为0.55g/mL。在此条件下,右旋龙脑收率可达81.6%,纯度为98.32%。考察的因素对分离效果的影响程度为:洗脱剂乙醇的体积分数>洗脱流速>上样液浓度。建立的右旋龙脑精制工艺操作简便、收率高,适合扩大化生产。

关键词：
D101大孔吸附树脂
化学工业
右旋龙脑
洗脱剂乙醇
纯化工艺
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天然龙脑指右旋龙脑比例大于95%的天然植物提取物,其广泛应用于医药、日化用品等方面,市场紧俏,被称为“植物黄金”[1,2,3]。目前我国所产的右旋龙脑的主要来源是从植物龙脑樟中提取分离得到,由于受到种源、种植地域和精制技术的限制,国内生产规模较小,生产技术相对落后,天然龙脑长期处于供不应求状态,远远满足不了市场的需求[4,5]。因此,建立一套操作简便、经济、产率更高生产工艺迫在眉睫。

目前,我国所产龙脑主要是从龙脑樟的枝叶中提取,其提取精制工艺主要为水蒸气蒸馏法或水蒸气蒸馏后晶析分离[3,6,7,8,9]。但晶析分离收率并不高(一般低于70%)[7,9],母液中残留的右旋龙脑较多,往往需要进一步的分离纯化才能满足含量要求。大孔吸附树脂是一种吸附性与筛分性分离原理相结合的分离材料,分离效果好,稳定性好,安全、操作简便,可重复使用,生产成本低,在分离工程中应用十分广泛[10,11]。本研究拟采用单因素考察实验、正交实验研究D101大孔吸附树脂纯化右旋龙脑工艺,建立一套提纯率高、成本低、对环境污染少的右旋龙脑的提纯生产工艺,以期为天然龙脑的工业生产提供技术支持。

1、材料

1.1 试剂

天然龙脑粗品(54.5%,为晶析分离右旋龙脑残留的母液浓缩制成),贵州浙商农林科技有限公司;右旋龙脑标准物质(99.6%),中国食物药品检定研究院;D-101大孔吸附树脂,天津市光复精细化工研究所;无水乙醇(分析纯),天津市富宇精细化工有限公司;乙酸乙酯(分析纯),天津市富宇精细化工有限公司。

1.2 仪器设备

TRACE1310气相色谱仪,宁波海曙恒隆实验器材有限公司;DK-98-II电子调温万用电炉,天津市泰斯特仪器有限公司;WGL-230B电热鼓风干燥箱,天津市泰斯特仪器有限公司;H20899电子分析天平,北京恒奥德仪器仪表有限公司;RE-2000A旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂。

2、方法

2.1 标准溶液的制备

准确称取右旋龙脑标准品13.75mg,用乙酸乙酯溶解定容,制成浓度为1.375mg·mL-1,作为测定样品的标准溶液。

2.2 气相色谱条件

TR-5毛细管色谱柱,氢火焰离子检测器(FID),350℃,载气温度250℃,进样量5μL,进样口温度250℃,柱温程序升温50～250℃,初始温度保持2min后,先每分钟升60℃,升至150℃后保持5min,再每分钟升60℃即可,升至250℃保持。

2.3 标准曲线的绘制

准确移取1.375mg/mL的右旋龙脑标准溶液0.25,0.5,1,2,3和4mL,乙酸乙酯定容至10mL,配制成标准系列溶液。按照“2.2”项色谱条件,分别吸取上述溶液进样5μL,每一个浓度重复测定3次。以浓度c(mg/mL)为横坐标,峰面积A为纵坐标,绘制标准曲线方程为:A=6.209c+0.0284,R2=0.9998。

2.4 D-101大孔吸附树脂的预处理

用5%的盐酸水溶液浸泡D-101大孔吸附树脂12h,用大量水冲洗大孔吸附树脂,直到流出液从酸性变为中性;再用2%的氢氧化钠水溶液浸泡大孔吸附树脂12h,然后用大量水冲洗树脂,直到流出液从碱性变为中性。用无水乙醇冲洗树脂,直到流出液中加水(流出液:水=1:5)不再变浑浊,最后用水洗直到流出液无乙醇味,表明树脂处理完毕。

2.5 D-101大孔吸附树脂静态吸附与解吸效果确定

称取3份经预处理的D-101树脂1g,分别置于100mL的锥形瓶中。量取50mL右旋龙脑重结晶母液浓缩液(以30%乙醇溶解)至各锥形瓶中,具塞后置于110r/min在25℃恒温摇床下振荡24h。取出后抽滤,按照“2.2”项色谱条件,测定吸附后滤液中的右旋龙脑的含量,计算出吸附量。将抽滤过的树脂用一定量的蒸馏水冲洗、抽滤干后,置于原来的锥形瓶中,分别加入40%、50%、60%、70%、80%乙醇,具塞后,放置于110r/min在25℃恒温摇床中充分振荡解吸24h。过滤后检测滤液中右旋龙脑含量,计算解吸量和解吸率。

2.6 D-101大孔吸附树脂动态分离纯化右旋龙脑的单因素试验

以静态吸附与解吸结果为基础,依次进行上样质量浓度、解吸液乙醇体积分数、洗脱流速影响因素的单因素试验,分析各因素对D-101树脂分离纯化右旋龙脑的影响,并筛选较优参数。

上样质量浓度单因素试验:固定好3根干净层析柱,准确加入40mL预处理好的D-101树脂。配制0.25、0.5、0.75g/mL共3个质量浓度梯度的样液,按2BV/h的上样流速上样,按1.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、……(BV)收集,达到泄漏点即停止上样;静置20min后,用水洗2BV除去杂质。分别用5BV70%乙醇,以3BV/h流速解吸,检测并计算吸附率和解吸率。

解吸液乙醇体积分数、洗脱流速等影响因素的单因素试验分别按上述操作进行,并由前面单因素试验确定的水平作为后面单因素试验中使用的水平条件。

2.7 D-101大孔吸附树脂动态分离纯化右旋龙脑的正交实验

根据单因素实验结果,设计正交实验。以右旋龙脑得率和纯度为考察指标,筛选最优工艺技术参数。

得率及纯度计算公式如下:公式1.

2.8 最优正交组合的验证性实验

根据单因素实验结果,确定每个因素的较优水平,在此基础上,设计正交实验。根据右旋龙脑的收率和纯度,综合评价分离效果,判断因素的影响程度。

3、结果与讨论

3.1 D-101大孔吸附树脂静态吸附与解吸效果

D101型大孔吸附树脂是苯乙烯型非极性共聚体,属于非极性大孔吸附树脂,适用范围比较广,对于非极性、弱极性有机化合物吸附能力强,适合用于分离纯化挥发油类物质[12]。D-101大孔吸附树脂静态吸附与解吸效果如表1所示。从表1可以看出,D-101大孔吸附树脂在吸附量、解析量上较高,适合分离纯化右旋龙脑。

3.2 D-101大孔吸附树脂动态分离纯化右旋龙脑的单因素实验结果

3.2.1 解吸液乙醇体积分数对分离效果的影响

解吸液乙醇体积分数对分离效果的影响试验结果如表2所示。由结果可知,当乙醇体积分数达到80%时,得率和纯度均较高,因此选用80%乙醇洗脱较为适合。

3.2.2 洗脱流速对分离效果的影响

洗脱流速对分离效果的影响试验结果如表3所示。由结果可知,洗脱流速为3BV/h时,右旋龙脑的得率和纯度均比其它流速高,因此流速为3BV/h左右比较合适。

3.2.3 上样质量浓度对分离效果的影响

上样质量浓度对分离效果的影响试验结果如表4所示。结果表明,当龙脑上样液质量浓度为0.5g/mL时,得率和纯度值最优,说明上样液质量浓度为0.5g/mL左右比较合适。

3.3 D-101大孔吸附树脂动态分离纯化右旋龙脑的正交实验结果

通过单因素的试验,确定了各个因素的最优波动范围,设计3因素3水平的L9(33)正交试验,检测3个因素对分离效果的影响。以洗脱剂乙醇质量分数(A)、洗脱流速(B)、上样液的质量浓度(C),列出正交实验水平因素表(见表5)和建立正交试验分组表(见表6)。以右旋龙脑的得率和纯度为考察指标,筛选最优工艺技术参数。

由表6可得知,洗脱剂浓度、洗脱流速、上样液的质量浓度这三个因素对右旋龙脑得率及纯度的影响程度顺序均为为:洗脱剂乙醇的体积分数>洗脱流速>上样液浓度,综合三个因素对得率和纯度的影响,最佳工艺确定为A2B3C3,即洗脱剂乙醇体积分数为80%,洗脱流速为3.5BV/h,上样液浓度为0.55g/mL。

3.4 最优正交组合的验证性实验结果

根据正交实验中所得的最优组合进行3次验证性实验,结果如表7所示,GC结果如图1所示。结果表明,该工艺条件下,右旋龙脑的得率及纯度均较高,GC图上几乎看不出杂质峰,优选的工艺条件适合分离纯化右旋龙脑。

4、结论

通过单因素考察实验和正交实验,确立的D101大孔吸附树脂纯化重结晶母液中右旋龙脑最佳工艺条件为:洗脱剂乙醇体积分数为80%,洗脱流速为3.5BV/h,上样液浓度为0.55g/mL。在此条件下,右旋龙脑收率可达81.6%,纯度为98.32%。本研究建立的D101大孔吸附树脂精制右旋龙脑方法,收率和纯度较高,操作简便,成本低,污染小,适合工业化生产。

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