层析技术在天然产物高纯度精制中的应用和相关理论研究
【摘要】：将传统的化工分离技术引入到天然产物的深度加工中,对于提高其附加值、促进现代农业的发展具有重要意义。我国天然产物资源丰富,天然产物的粗提手段比较成熟,但缺乏高纯度产品的精制技术。层析分离技术是目前应用最广的一种天然产物精制技术,但是国内对于层析技术在天然产物制备型分离中的应用研究却很少,也存在着不少问题,如层析分离过程存在着流动阻力与分离效率之间的矛盾,以及缺乏完善的过程模拟计算方法,不利于工程化等。本课题以两个天然产物体系,即竹叶黄酮和茄尼醇体系的高纯度精制为案例,针对层析分离技术的分离剂(层析填料)的改进和建立层析分离过程的模拟计算方法,对过程进行预测及工程放大进行了研究。主要工作如下: 对于竹叶黄酮的精制,研制了一种流动阻力小、透水性和吸附性能都比较好的聚酰胺复合填料,并将其应用于竹叶黄酮的常压柱层析精制。通过工艺条件的优化,在实现了产品精制的同时,实现了聚酰胺层析常压下的流量提高。在常压下,复合填料柱的最大流量是纯聚酰胺柱的近12倍。这对解决层析柱流动阻力与分离效率之间的矛盾,实现常压下流动相流量的工程放大进行了有益的探索。对于茄尼醇的高纯度精制,选用了硅胶柱层析结合结晶的方法进行了研究。首次利用合成法精确测定了茄尼醇在乙腈、乙醇和正己烷等溶剂中的溶解度数据,并分别使用TLC和HPLC法建立了茄尼醇定性和定量的分析方法。为了描述柱层析过程的动力学,深入研究了非线性液相色谱速率模型的数值解法和程序实现,优化了模型的数值算法,提高了模型计算的收敛速度和运算效率。对茄尼醇硅胶柱层析精制的工艺进行了研究,首次建立了描述茄尼醇硅胶柱层析洗脱的液相色谱速率模型,并应用模型对茄尼醇的硅胶柱层析洗脱过程进行了模拟和预测,结果表明,所建立的模型能很好的描述茄尼醇的柱层析洗脱过程。使用模型模拟,对柱层析过程中各工艺条件对分离效果的影响进行了考察。最后,在实现茄尼醇柱层析实验室放大的基础上,实现了中试规模的放大,通过工业实验,得到了97%的茄尼醇纯品。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TQ28
【目录】：
· 摘要3-4
· Abstract4-13
· 第1章引言13-40
· 1.1 课题研究的意义13-14
· 1.2 选题背景和研究体系14-15
· 1.3 文献综述15-38
· 1.3.1 天然产物分离方法概述15-28
· 1.3.1.1 液-固萃取法（SLE）15-16
· 1.3.1.2 水蒸气蒸馏法16-18
· 1.3.1.3 液-液萃取法(LLE)18
· 1.3.1.4 大孔树脂吸附法18-19
· 1.3.1.5 制备色谱技术19-25
· 1.3.1.6 超（亚）临界萃取技术（SFE）25-27
· 1.3.1.7 几种其它天然产物分离技术27-28
· 1.3.2 天然产物分离技术简评28
· 1.3.3 液－固色谱及其在天然产物分离中的应用和制备型放大28-34
· 1.3.3.1 液－固色谱法原理28-30
· 1.3.3.2 经典液－固色谱30-33
· 1.3.3.3 高效液相色谱（HPLC）33-34
· 1.3.4 制备型液－固色谱的研究进展34-37
· 1.3.4.1 制备型与分析型液相色谱的差异34
· 1.3.4.2 提高柱效的几种途径34-35
· 1.3.4.3 目前文献中制备色谱研制的主要方向35-37
· 1.3.5 本课题针对液－固色谱技术放大的研究方向37-38
· 1.4 论文的结构安排38-40
· 第2章聚酰胺复合填料的制备和竹叶黄酮的精制40-61
· 2.1 竹叶提取物及其精制方法概述40-43
· 2.2 竹叶提取物总黄酮含量的测定方法43-49
· 2.2.1 仪器、材料和试剂44-45
· 2.2.2 实验方法45
· 2.2.2.1 芦丁标准曲线的绘制45
· 2.2.2.2 过滤法测定总黄酮含量45
· 2.2.3 结果和分析45-48
· 2.2.3.1 芦丁标准曲线45-46
· 2.2.3.2 滤纸对芦丁的吸附实验46-47
· 2.2.3.3 过滤法测定竹叶黄酮稳定性的考察47-48
· 2.2.3.4 重现性及准确性检验48
· 2.2.4 小结和讨论48-49
· 2.3 聚酰胺复合填料的制备和表征49-54
· 2.3.1 实验材料、试剂和工艺49-51
· 2.3.1.1 实验用材料、试剂49
· 2.3.1.2 复合填料制备工艺49-51
· 2.3.2 复合填料的表征51-54
· 2.3.2.1 复合填料的微观结构51-52
· 2.3.2.2 复合填料对于竹叶黄酮的吸附能力52-53
· 2.3.2.3 复合填料稳定性考察53-54
· 2.4 复合聚酰胺填料柱层析精制竹叶黄酮的研究54-60
· 2.4.1 实验原料和器材54-55
· 2.4.2 最佳实验条件的选择55-58
· 2.4.2.1 洗脱速率对产品纯度和收率的影响56
· 2.4.2.2 洗脱液乙醇浓度对产品纯度和收率的影响56-57
· 2.4.2.3 上样量对产品纯度和收率的影响57-58
· 2.4.3 复合填料柱和纯聚酰胺柱的比较实验58
· 2.4.4 分段收集洗脱液的实验结果58-59
· 2.4.5 复合填料柱的再生实验59-60
· 2.5 本章小结60-61
· 第3章非线性多组分液相色谱速率模型及其优化求解61-85
· 3.1 描述液相色谱过程的数学模型61-63
· 3.1.1 平衡理论61
· 3.1.2 塔板理论61-62
· 3.1.3 速率理论62-63
· 3.2 非线性多组分液相色谱速率模型的建立63-68
· 3.2.1 主体流动相传质方程的推导63-64
· 3.2.2 颗粒相传质方程的推导64-68
· 3.3 液相色谱速率模型的数值求解及其优化68-79
· 3.3.1 模型的求解方法和程序实现68-76
· 3.3.1.1 主体相方程离散化69-72
· 3.3.1.2 颗粒相方程的离散化72-75
· 3.3.1.3 模型求解中的插值问题75-76
· 3.3.2 插值方式对模型计算收敛速度的影响暨求解优化76-79
· 3.4 模型计算所需物理参数的获得79-84
· 3.5 本章小结84-85
· 第4章茄尼醇分离精制的基础工作85-102
· 4.1 茄尼醇简介85-86
· 4.2 茄尼醇在常用溶剂中溶解度的测定86-93
· 4.2.1 茄尼醇标准品的制备86
· 4.2.2 溶解度测定装置和方法86-90
· 4.2.2.1 实验装置88-89
· 4.2.2.2 实验过程和方法89-90
· 4.2.3 溶解度数据及其拟合90-93
· 4.3 茄尼醇的定性和定量检测93-100
· 4.3.1 茄尼醇分析方法选择93-95
· 4.3.2 茄尼醇的定性检测95-97
· 4.3.3 茄尼醇的HPLC 定量检测97-100
· 4.3.3.1 HPLC 色谱条件的选择97-98
· 4.3.3.2 线性关系98-100
· 4.3.3.3 准确度的测定100
· 4.3.3.4 精密度的测定100
· 4.4 本章小结100-102
· 第5章层析法精制茄尼醇工艺及其数学模型102-129
· 5.1 茄尼醇提取、精制方法概述102-104
· 5.1.1 茄尼醇粗提方法102-103
· 5.1.2 茄尼醇精制方法103-104
· 5.2 层析法精制茄尼醇的工艺研究104-109
· 5.2.1 柱层析流动相的选择104-106
· 5.2.1.1 实验材料和仪器105
· 5.2.1.2 实验步骤105-106
· 5.2.1.3 实验结果与讨论106
· 5.2.2 硅胶柱再生性能考察106-107
· 5.2.3 柱层析的实验室放大107-108
· 5.2.4 结晶条件实验108-109
· 5.2.5 洗脱溶剂的回收109
· 5.3 液相色谱速率模型对精制过程的描述和模型放大109-123
· 5.3.1 前言109-110
· 5.3.2 茄尼醇吸附等温线的测定110-113
· 5.3.2.1 实验材料和设备111-112
· 5.3.2.2 实验方法112
· 5.3.2.3 实验结果112-113
· 5.3.3 液相色谱速率模型中各参数的求解113-116
· 5.3.4 色谱模型对分离过程的预测及讨论116-123
· 5.3.4.1 色谱模型对分离过程的理论放大116-118
· 5.3.4.2 分离过程中各参数的变化对流出曲线的影响118-123
· 5.4 茄尼醇柱层析精制的工业放大123-127
· 5.4.1 工艺参数的确定124-126
· 5.4.2 工艺步骤126
· 5.4.3 结果和讨论126-127
· 5.5 本章小结127-129
· 结论129-131
· 参考文献131-139
· 致谢139-140
· 附录140-147
· 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果147
