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

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]。

鹽酸育亨賓的來源主要是從非洲植物育亨賓的樹皮中提取[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陰離子交換樹脂、鈉型732陽離子交換樹脂均由國藥集團(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 樹脂的預(yù)處理 鈉型732陽離子交換樹脂及氯型717陰離子交換樹脂均按照國標(biāo)《離子交換樹脂預(yù)處理方法(GB/T 5476—2013)》進(jìn)行預(yù)處理。

1.2.2 樹脂干重的換算 市場所購樹脂均為濕樹脂，而吸附解吸過程中樹脂的重量均為干重。故需建立干、濕樹脂的換算關(guān)系。精確稱量1.000 0 g 濕樹脂，干燥至恒重，再次精確稱量。上述過程重復(fù) 3次，計(jì)算樹脂含水量。樹脂使用時(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——干樹脂質(zhì)量，g。

1.2.4 解吸實(shí)驗(yàn)

1.2.4.1 吸附飽和的樹脂制備 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)測溶液濃度(Ct)，當(dāng)溶液濃度恒定時(shí)認(rèn)為樹脂已經(jīng)吸附飽和，記錄溶液恒定濃度(Ct)，并計(jì)算不同樹脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量。樹脂濾出備用。

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。高效液相儀測定濃度，記為C0。加入1.000 0 g吸附飽和樹脂，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 后溶液濃度基本無變化，故設(shè)定解吸時(shí)間為30 min。解吸完成后測定溶液濃度(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，檢測波長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圖2和圖3。

圖2 乙醇濃度對(duì)732型陽離子交換樹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型陽離子交換樹脂對(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圖4、圖5。

圖4 溫度對(duì)732型陽離子交換樹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型陽離子交換樹脂對(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圖6。

圖6 pH值對(duì)離子交換樹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型陽離子及717陰離子交換樹脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量均為最高，其中732型陽離子交換樹脂吸附量為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型陽離子交換樹脂對(duì)鹽酸育亨賓的吸附量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于717型陰離子交換樹脂，故采用732型陽離子交換樹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型陽離子交換樹脂吸附鹽酸育亨賓的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。因素水平見表1，結(jié)果見表2。

表1 吸附過程正交實(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圖7。

圖7 乙醇濃度對(duì)732型陽離子交換樹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型陽離子交換樹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圖8。

圖8 pH值對(duì)732型陽離子交換樹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型陽離子交換樹脂上的鹽酸育亨賓解吸下來，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型陽離子交換樹脂解吸鹽酸育亨賓的影響見表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 表4，結(jié)果見表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型陽離子交換樹脂比717型陰離子交換樹脂更適合作為鹽酸育亨賓的吸附介質(zhì)。

(2)732型陽離子交換樹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%。