水浴恒溫振蕩器在高交聯大孔吸附樹脂吸附性能實驗中的應用

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合的生化儀器，? 主要適用于各大院校、醫療、石油化工、衛生防疫、環境監測等科研部門作生物、生化、細胞、菌種等各種液態、固態化合物的振蕩培養，其設備控溫精度高，溫度調節方便、示值準確直觀，性能優越可靠。通過水浴恒溫振蕩器給高交聯大孔吸附樹脂提供一個良好的環境，讓其對維生素B12進行良好的吸附，使其吸附率達到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，并將實驗結果進行對比，探究水浴恒溫振蕩器在吸附性能實驗中的作用。液膜擴散和樹脂顆粒內擴散是控制該過程中吸附速率的因素，其中樹脂顆粒內擴散起主要作用;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，直至達到飽和狀態。

關鍵詞：高交聯大孔吸附樹脂? 水浴恒溫振蕩器? 維生素B12

1? 引言

吸附樹脂在生物醫學工程上的典型應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 被吸附物質分子在血液中的擴散

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試驗系統，使其吸附效果達到最佳。

血液灌流過程中，當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的分子，這樣就產生了該物質濃度差。體系欲達到新的均勻平衡狀態，就產生被吸附物質由高濃度向低濃度區擴散的平衡過程。由于血液具有較大的動力學粘度以及血細胞對被吸附物質的動力學影響，降低了被吸附物質在血液中的擴散速度。如果被吸附物質是能與蛋白相結合的大分子物質，那末對其擴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散速度造成的。

1.2 膜擴散

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

“液膜”的厚度與溶液參數有關（如溶液流速和物質的擴散系數）。

1.3 孔擴散

被吸附物質分子達到吸附劑表面后，通過孔道向吸附劑固體內部的擴散稱為“孔擴散”。孔擴散速度除了與吸附劑本身的化學結構及被吸附物質的性質有關外，被吸附物質的分子尺寸（分子量大小）和吸附劑孔道、孔徑尺寸是影響孔擴散速度的主要物理因素，在一般情況下，孔擴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，只有表面結構不規則才有活性，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行，它與吸附劑和被吸附物質的化學結構有關。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 吸附樹脂預處理

高交聯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-二乙烯苯的交聯共聚物，用溶劑加熱回流除去表面和孔內的雜質，凉干，并裝入層析柱。繼續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

溫控精確數字明顯，振蕩時運轉平穩無浪花飛濺;有機械定時，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據;腔體內采用不銹鋼，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，中國藥典規定以361nm吸收峰的比吸光系數E1%.1cm值為計算含量依據）測定濃度值。

2.4 動、靜態吸附實驗

取25mL維生素B12溶液置于50mL具塞錐形瓶中，量取3mL濕態吸附劑（折合成干態吸附劑≤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振蕩吸附2h，其余10份樣品，置于37.0℃恒溫水浴箱內吸附2h。

2.5 速率吸附實驗

用上述方法制備40份樣品并進行分組，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振蕩吸附2h。

2.6 結果計算

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? 結果

（1）動、靜態實驗檢測結果統計見表1和圖1。

（2）速率實驗檢測結果統計見表2和圖2。

4? 討論

水浴恒溫振蕩器速率制定依據：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行業標準[2]，本研究采用水浴恒溫振蕩器的速率設定為60±10r/min。

4.1 溶液狀態（動、靜態）

表1為動、靜態兩種模式下的數據分析，由表可見膜擴散隨著溶液流速（振蕩速度）的增加而增加，小分子物質粒內擴散基本不受流速（或振蕩速度）的影響。中分子通過震蕩依據物理動力學，產生物理流動性，由孔擴散到中孔、微孔，被吸附劑活性靶點抓住（吸附）。

4.2 振蕩速率

表2為速率不同模式下的數據采集，由表可見當溶液中濃度相同時，不同振蕩速率對膜擴散速度影響較大，但是吸附速率不是一直處于直線上升的趨勢，當速率達到60r/min，高交聯大孔吸附樹脂的吸附率已經達到飽和狀態，并趨于穩定（參考水浴恒溫振蕩器速率制定依據）。

5? 結語

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

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，當速率達到60r/min，高交聯大孔吸附樹脂的吸附量達到飽和狀態，并趨于穩定。

參考文獻

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

[2] 中花人民共和國醫藥行業標準--YY-0464-2009一次性使用血液灌流器[S].中國標準出版社發行，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吸附的研究[J].熱帶作物學報，2015（2）.

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

[5] 王質剛，鄭法雷.血液凈化學[M].4版.北京：北京科學技術出版社，2016.