水浴恒溫振蕩器在高交聯(lián)大孔吸附樹脂吸附性能實驗中的應(yīng)用

楊彥君 周立冬

摘? ?要：水浴恒溫振蕩器是一種溫度可控的恒溫水浴槽和振蕩器相結(jié)合的生化儀器，? 主要適用于各大院校、醫(yī)療、石油化工、衛(wèi)生防疫、環(huán)境監(jiān)測等科研部門作生物、生化、細(xì)胞、菌種等各種液態(tài)、固態(tài)化合物的振蕩培養(yǎng)，其設(shè)備控溫精度高，溫度調(diào)節(jié)方便、示值準(zhǔn)確直觀，性能優(yōu)越可靠。通過水浴恒溫振蕩器給高交聯(lián)大孔吸附樹脂提供一個良好的環(huán)境，讓其對維生素B12進(jìn)行良好的吸附，使其吸附率達(dá)到90%以上。本文采用紫外分光光度法對吸附前后的維生素B12溶液測定吸光度，并將實驗結(jié)果進(jìn)行對比，探究水浴恒溫振蕩器在吸附性能實驗中的作用。液膜擴(kuò)散和樹脂顆粒內(nèi)擴(kuò)散是控制該過程中吸附速率的因素，其中樹脂顆粒內(nèi)擴(kuò)散起主要作用;在溫度、溶液濃度相同的情況下，振蕩速率快的吸附量明顯大于振蕩速率慢的吸附量，直至達(dá)到飽和狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：高交聯(lián)大孔吸附樹脂? 水浴恒溫振蕩器? 維生素B12

1? 引言

吸附樹脂在生物醫(yī)學(xué)工程上的典型應(yīng)用是血液灌流裝置一一吸附型“人工腎”和吸附型“人工肝"輔助裝置.血液灌流中的吸附過程可以看成液相一固相間的吸附，這樣一個吸附過程包括以下四個方面[5]。

1.1 被吸附物質(zhì)分子在血液中的擴(kuò)散

血液可以看成是一個均勻的溶液體系，血液灌流是一個動態(tài)平衡體系。因此在模在模擬臨床過程必須要給樹脂跟血液提供一個動態(tài)試驗系統(tǒng)，使其吸附效果達(dá)到最佳。

血液灌流過程中，當(dāng)吸附劑與血液接觸時，首先吸附血液中臨近吸附劑固體表面的被吸附物質(zhì)的分子，這樣就產(chǎn)生了該物質(zhì)濃度差。體系欲達(dá)到新的均勻平衡狀態(tài)，就產(chǎn)生被吸附物質(zhì)由高濃度向低濃度區(qū)擴(kuò)散的平衡過程。由于血液具有較大的動力學(xué)粘度以及血細(xì)胞對被吸附物質(zhì)的動力學(xué)影響，降低了被吸附物質(zhì)在血液中的擴(kuò)散速度。如果被吸附物質(zhì)是能與蛋白相結(jié)合的大分子物質(zhì)，那末對其擴(kuò)散速度的響會更明顯。除了血漿中纖維蛋白在樹脂表面沉積影響吸附之外，主要是由于血漿中較低的擴(kuò)散速度造成的。

1.2 膜擴(kuò)散

在溶液中，任何固體表面和液體之間都存在著一層“液膜”。溶液中的溶質(zhì)分子要達(dá)到固體表面必須通過“液膜”。通過“液膜”的擴(kuò)散過程稱為“膜擴(kuò)散”。

“液膜”的厚度與溶液參數(shù)有關(guān)（如溶液流速和物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)）。

1.3 孔擴(kuò)散

被吸附物質(zhì)分子達(dá)到吸附劑表面后，通過孔道向吸附劑固體內(nèi)部的擴(kuò)散稱為“孔擴(kuò)散”。孔擴(kuò)散速度除了與吸附劑本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)及被吸附物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)外，被吸附物質(zhì)的分子尺寸（分子量大?。┖臀絼┛椎?、孔徑尺寸是影響孔擴(kuò)散速度的主要物理因素，在一般情況下，孔擴(kuò)散過程對整個吸附過程有著決定性影響。

1.4 在吸附劑表面活性位置上的吸附

固體表面上不同位置的吸附能力是有差別的，也就是說，固體表面是不均勻的。 固體表面并非都有活性，只有表面結(jié)構(gòu)不規(guī)則才有活性，這些部位就是活性中心。吸附作用在吸附劑表面活性中心進(jìn)行，它與吸附劑和被吸附物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。在一般情況下，極性固體表面容易吸附極性分子，非極性固體表面容易吸附非極性分子，直鏈分子比支鏈分子更容易被吸附。

2? 實驗方法

2.1 吸附樹脂預(yù)處理

高交聯(lián)大孔吸附樹脂是一種非離子型的吸附劑，骨架成分是苯乙烯-二乙烯苯的交聯(lián)共聚物，用溶劑加熱回流除去表面和孔內(nèi)的雜質(zhì)，凉干，并裝入層析柱。繼續(xù)用乙醇在柱上流動清洗，用島津UV-1240紫外分光光度計在λ=254nm出測定，流出的乙醇，吸光度A≤0.03為合格。少量乙醇存在將會大大降低樹脂的吸附力，然后以大量的注射用水洗去乙醇，備用，至與水混合不呈白色混濁為止（取1mL乙醇液加5mL水）。

2.2 恒溫水浴振蕩器特點

溫控精確數(shù)字明顯，振蕩時運轉(zhuǎn)平穩(wěn)無浪花飛濺;有機(jī)械定時，在模擬臨床實驗室避免人為誤差;萬能彈簧試瓶架適合做多種對比實驗，可以最大化的采集原始數(shù)據(jù);腔體內(nèi)采用不銹鋼，抗腐蝕性良好，更有利于樣品的完好性。

2.3 維生素B12溶液配制及測定

將維生素B12按所需濃度以緩沖液（0.01M磷酸鹽，0.14M氯化鈉，pH=7.4）配制。

用島津UV-1240紫外分光光度計在λ=361nm（維生素B12在361nm的吸收峰干擾因素少，吸收強，中國藥典規(guī)定以361nm吸收峰的比吸光系數(shù)E1%.1cm值為計算含量依據(jù)）測定濃度值。

2.4 動、靜態(tài)吸附實驗

取25mL維生素B12溶液置于50mL具塞錐形瓶中，量取3mL濕態(tài)吸附劑（折合成干態(tài)吸附劑≤1.0g），吸干吸附劑表面的水分投入瓶中。用上述方法制備20份樣品，取10份樣品置于37.0℃以60r/min的速率在水浴恒溫振蕩器內(nèi)振蕩吸附2h，其余10份樣品，置于37.0℃恒溫水浴箱內(nèi)吸附2h。

2.5 速率吸附實驗

用上述方法制備40份樣品并進(jìn)行分組，每組10份。把每一組樣品分別置于以37.0℃20r/min、37.0℃40r/min、37.0℃60r/min、37.0℃80r/min的速率在恒溫水浴振蕩器內(nèi)振蕩吸附2h。

2.6 結(jié)果計算

用紫外分光光度法[4]在λ=361nm處測定吸附前后的維生素B12溶液濃度，按以下公式進(jìn)行計算下降率：

式中：cr2——維生素B12溶液下降率。

c0——吸附前維生素B12溶液濃度，mg/L。

A0——吸附前維生素B12溶液的吸光度。

ct——吸附2h后維生素B12溶液濃度，mg/L。

At ——吸附2h后維生素B12溶液的吸光度。

注：根據(jù)朗伯—比爾定律：A=lg（1/T）=Kbc，則C=A/Kb帶入公式，則可使用吸光度A的變化計算吸附下降率。

3? 結(jié)果

（1）動、靜態(tài)實驗檢測結(jié)果統(tǒng)計見表1和圖1。

（2）速率實驗檢測結(jié)果統(tǒng)計見表2和圖2。

4? 討論

水浴恒溫振蕩器速率制定依據(jù)：何炳林院士70年代曾提出對于中大分子檢測使用水浴恒溫振蕩器[1]，同時參考YY-0464-2009行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]，本研究采用水浴恒溫振蕩器的速率設(shè)定為60±10r/min。

4.1 溶液狀態(tài)（動、靜態(tài)）

表1為動、靜態(tài)兩種模式下的數(shù)據(jù)分析，由表可見膜擴(kuò)散隨著溶液流速（振蕩速度）的增加而增加，小分子物質(zhì)粒內(nèi)擴(kuò)散基本不受流速（或振蕩速度）的影響。中分子通過震蕩依據(jù)物理動力學(xué)，產(chǎn)生物理流動性，由孔擴(kuò)散到中孔、微孔，被吸附劑活性靶點抓?。ㄎ剑?。

4.2 振蕩速率

表2為速率不同模式下的數(shù)據(jù)采集，由表可見當(dāng)溶液中濃度相同時，不同振蕩速率對膜擴(kuò)散速度影響較大，但是吸附速率不是一直處于直線上升的趨勢，當(dāng)速率達(dá)到60r/min，高交聯(lián)大孔吸附樹脂的吸附率已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，并趨于穩(wěn)定（參考水浴恒溫振蕩器速率制定依據(jù)）。

5? 結(jié)語

液膜擴(kuò)散和樹脂顆粒內(nèi)擴(kuò)散是控制該過程中吸附速率的因素，其中樹脂顆粒內(nèi)擴(kuò)散起主要作用，水浴恒溫振蕩器完全可以為高交聯(lián)大孔吸附樹脂吸附性能實驗提供一個穩(wěn)定良好的動態(tài)系統(tǒng)。

在溫度、溶液濃度相同的情況下，振蕩速率快的吸附量明顯大于振蕩速率慢的吸附量，當(dāng)速率達(dá)到60r/min，高交聯(lián)大孔吸附樹脂的吸附量達(dá)到飽和狀態(tài)，并趨于穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1] 何炳林.X-5吸附樹脂的合成和應(yīng)用研究南開大學(xué)高分子化學(xué)研究所[D].南開大學(xué)化工廠，1985.

[2] 中花人民共和國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)--YY-0464-2009一次性使用血液灌流器[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社發(fā)行，2009.

[3] 董鐵山，陳墨.大孔吸附樹脂對橡膠乳清中白堅木皮醇靜態(tài)吸附的研究[J].熱帶作物學(xué)報，2015（2）.

[4] 中華人民共和國藥典2015年版四部——光譜法[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2015.

[5] 王質(zhì)剛，鄭法雷.血液凈化學(xué)[M].4版.北京：北京科學(xué)技術(shù)出版社，2016.