水浴恒温振荡器在高交联大孔吸附树脂吸附性能实验中的应用
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作者:杨彦君 周立冬
摘 要：水浴恒温振荡器是一种温度可控的恒温水浴槽和振荡器相结合的生化仪器， 主要适用于各大院校、医疗、石油化工、卫生防疫、环境监测等科研部门作生物、生化、细胞、菌种等各种液态、固态化合物的振荡培养，其设备控温精度高，温度调节方便、示值准确直观，性能优越可靠。通过水浴恒温振荡器给高交联大孔吸附树脂提供一个良好的环境，让其对维生素B12进行良好的吸附，使其吸附率達到90%以上。本文采用紫外分光光度法对吸附前后的维生素B12溶液测定吸光度，并将实验结果进行对比，探究水浴恒温振荡器在吸附性能实验中的作用。液膜扩散和树脂颗粒内扩散是控制该过程中吸附速率的因素，其中树脂颗粒内扩散起主要作用;在温度、溶液浓度相同的情况下，振荡速率快的吸附量明显大于振荡速率慢的吸附量，直至达到饱和状态。
关键词：高交联大孔吸附树脂 水浴恒温振荡器 维生素B12
1 引言
吸附树脂在生物医学工程上的典型应用是血液灌流装置一一吸附型“人工肾”和吸附型“人工肝"辅助装置.血液灌流中的吸附过程可以看成液相一固相间的吸附，这样一个吸附过程包括以下四个方面[5]。
1.1 被吸附物质分子在血液中的扩散
血液可以看成是一个均匀的溶液体系，血液灌流是一个动态平衡体系。因此在模在模拟临床过程必须要给树脂跟血液提供一个动态试验系统，使其吸附效果达到最佳。
血液灌流过程中，当吸附剂与血液接触时，首先吸附血液中临近吸附剂固体表面的被吸附物质的分子，这样就产生了该物质浓度差。体系欲达到新的均匀平衡状态，就产生被吸附物质由高浓度向低浓度区扩散的平衡过程。由于血液具有较大的动力学粘度以及血细胞对被吸附物质的动力学影响，降低了被吸附物质在血液中的扩散速度。如果被吸附物质是能与蛋白相结合的大分子物质，那末对其扩散速度的响会更明显。除了血浆中纤维蛋白在树脂表面沉积影响吸附之外，主要是由于血浆中较低的扩散速度造成的。
1.2 膜扩散
在溶液中，任何固体表面和液体之间都存在着一层“液膜”。溶液中的溶质分子要达到固体表面必须通过“液膜”。通过“液膜”的扩散过程称为“膜扩散”。
“液膜”的厚度与溶液参数有关（如溶液流速和物质的扩散系数）。
1.3 孔扩散
被吸附物质分子达到吸附剂表面后，通过孔道向吸附剂固体内部的扩散称为“孔扩散”。孔扩散速度除了与吸附剂本身的化学结构及被吸附物质的性质有关外，被吸附物质的分子尺寸（分子量大小）和吸附剂孔道、孔径尺寸是影响孔扩散速度的主要物理因素，在一般情况下，孔扩散过程对整个吸附过程有着决定性影响。
1.4 在吸附剂表面活性位置上的吸附
固体表面上不同位置的吸附能力是有差别的，也就是说，固体表面是不均匀的。 固体表面并非都有活性，只有表面结构不规则才有活性，这些部位就是活性中心。吸附作用在吸附剂表面活性中心进行，它与吸附剂和被吸附物质的化学结构有关。在一般情况下，极性固体表面容易吸附极性分子，非极性固体表面容易吸附非极性分子，直链分子比支链分子更容易被吸附。
2 实验方法
2.1 吸附树脂预处理
高交联大孔吸附树脂是一种非离子型的吸附剂，骨架成分是苯乙烯-二乙烯苯的交联共聚物，用溶剂加热回流除去表面和孔内的杂质，凉干，并装入层析柱。继续用乙醇在柱上流动清洗，用岛津UV-1240紫外分光光度计在λ=254nm出测定，流出的乙醇，吸光度A≤0.03为合格。少量乙醇存在将会大大降低树脂的吸附力，然后以大量的注射用水洗去乙醇，备用，至与水混合不呈白色混浊为止（取1mL乙醇液加5mL水）。
2.2 恒温水浴振荡器特点
温控精确数字明显，振荡时运转平稳无浪花飞溅;有机械定时，在模拟临床实验室避免人为误差;万能弹簧试瓶架适合做多种对比实验，可以最大化的采集原始数据;腔体内采用不锈钢，抗腐蚀性良好，更有利于样品的完好性。
2.3 维生素B12溶液配制及测定
将维生素B12按所需浓度以缓冲液（0.01M磷酸盐，0.14M氯化钠，pH=7.4）配制。
用岛津UV-1240紫外分光光度计在λ=361nm（维生素B12在361nm的吸收峰干扰因素少，吸收强，中国药典规定以361nm吸收峰的比吸光系数E1%.1cm值为计算含量依据）测定浓度值。
2.4 动、静态吸附实验
取25mL维生素B12溶液置于50mL具塞锥形瓶中，量取3mL湿态吸附剂（折合成干态吸附剂≤1.0g），吸干吸附剂表面的水分投入瓶中。用上述方法制备20份样品，取10份样品置于37.0℃以60r/min的速率在水浴恒温振荡器内振荡吸附2h，其余10份样品，置于37.0℃恒温水浴箱内吸附2h。
2.5 速率吸附实验
用上述方法制备40份样品并进行分组，每组10份。把每一组样品分别置于以37.0℃20r/min、37.0℃40r/min、37.0℃60r/min、37.0℃80r/min的速率在恒温水浴振荡器内振荡吸附2h。
2.6 结果计算
用紫外分光光度法[4]在λ=361nm处测定吸附前后的维生素B12溶液浓度，按以下公式进行计算下降率：
式中：cr2——维生素B12溶液下降率。
c0——吸附前维生素B12溶液浓度，mg/L。
A0——吸附前维生素B12溶液的吸光度。
ct——吸附2h后维生素B12溶液浓度，mg/L。
At ——吸附2h后维生素B12溶液的吸光度。
注：根据朗伯—比尔定律：A=lg（1/T）=Kbc，则C=A/Kb带入公式，则可使用吸光度A的变化计算吸附下降率。 3 结果
（1）动、静态实验检测结果统计见表1和图1。
（2）速率实验检测结果统计见表2和图2。
4 討论
水浴恒温振荡器速率制定依据：何炳林院士70年代曾提出对于中大分子检测使用水浴恒温振荡器[1]，同时参考YY-0464-2009行业标准[2]，本研究采用水浴恒温振荡器的速率设定为60±10r/min。
4.1 溶液状态（动、静态）
表1为动、静态两种模式下的数据分析，由表可见膜扩散随着溶液流速（振荡速度）的增加而增加，小分子物质粒内扩散基本不受流速（或振荡速度）的影响。中分子通过震荡依据物理动力学，产生物理流动性，由孔扩散到中孔、微孔，被吸附剂活性靶点抓住（吸附）。
4.2 振荡速率
表2为速率不同模式下的数据采集，由表可见当溶液中浓度相同时，不同振荡速率对膜扩散速度影响较大，但是吸附速率不是一直处于直线上升的趋势，当速率达到60r/min，高交联大孔吸附树脂的吸附率已经达到饱和状态，并趋于稳定（参考水浴恒温振荡器速率制定依据）。
5 结语
液膜扩散和树脂颗粒内扩散是控制该过程中吸附速率的因素，其中树脂颗粒内扩散起主要作用，水浴恒温振荡器完全可以为高交联大孔吸附树脂吸附性能实验提供一个稳定良好的动态系统。
在温度、溶液浓度相同的情况下，振荡速率快的吸附量明显大于振荡速率慢的吸附量，当速率达到60r/min，高交联大孔吸附树脂的吸附量达到饱和状态，并趋于稳定。
参考文献
[1] 何炳林.X-5吸附树脂的合成和应用研究南开大学高分子化学研究所[D].南开大学化工厂，1985.
[2] 中花人民共和国医药行业标准--YY-0464-2009一次性使用血液灌流器[S].中国标准出版社发行，2009.
[3] 董铁山，陈墨.大孔吸附树脂对橡胶乳清中白坚木皮醇静态吸附的研究[J].热带作物学报，2015（2）.
[4] 中华人民共和国药典2015年版四部——光谱法[M].北京：中国医药科技出版社，2015.
[5] 王质刚，郑法雷.血液净化学[M].4版.北京：北京科学技术出版社，2016.
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