摘要吸附和扩散特性是进行色谱过程的基础，本文测定了紫杉醇及其类似物三尖杉磷碱在多孔硅胶上的吸附及扩散特性，结果表明：紫杉醇和三尖杉磷碱在硅胶上的吸附不符合Langmuir单分子层吸附理论，但在低浓度下可用溶剂调整型Langmuir模型描述。扩散研究表明：紫杉醇和三尖杉磷碱在硅胶上吸附较弱，表面扩散可以忽略。相同条件下，紫杉醇的吸附量受强溶剂影响较大，强溶剂组成的增加会造成紫杉醇吸附量很快下降，这和在正相色谱中紫杉醇先于三尖杉磷碱流出色谱柱的事实是相符的。

Studies on the Adsorption and Diffusivity of Paclitaxel and Cephalomanine on Porous Gel

Yang Jun, Hao Yalin and Yuan Yingjin

(The Natural Product Research Center of Tianjin University,Tianjin 300072)

AbstractAdsorption and diffusivity behavior of paclitaxel and cephalomanine on porous gel during chromatographic separation were studied. Results showed that their adsorption did not follow Langmuir model, but at low concentrations of the solute, the solvent modulated Langmuir model could be followed and gave satisfactory results. As to their diffusivity, the rate on the surface of the absorbent could be negelected due to the fact that both paclitaxel and cephalomanine were very little adsorbed. Under the same condition, the increase of strong solvent resulted in a greater influence on the adsorption of paclitaxel by decreasing its adsorption rapidly as compared with cephalomanine.

Key wordspaclitaxelcephalomanineadsorptiondiffusivity

紫杉醇是目前世界范围内广泛开展研究的一种新型抗癌药物^［1］，在自然界分布稀少，分离纯化非常困难，色谱过程是这一问题的关键步骤。Wu^［2］等人研究了反相系统中紫杉醇和三尖杉磷碱在树脂上的吸附特性，指出低浓度时可用溶剂调整型Langmuir模型描述，但没有报道正相系统的研究结果。吸附特性和多孔介质内的扩散行为是溶质进行色谱过程的基础，由于硅胶柱正相色谱的广泛应用(本实验室采用正相色谱提纯了紫杉醇及其一系列类似物)，我们对紫杉醇及其类似物三尖杉磷碱于有机溶剂中在硅胶上的吸附和扩散行为进行了研究。紫杉醇和三尖杉磷碱是紫杉烷类中分子结构最为接近的两个物质，这两种物质的分离也是紫杉醇分离纯化的主要问题。因此，本文的研究对于紫杉醇的正相色谱行为具有指导意义。

1参数估计理论

为进行固定相粒子的表面和孔内扩散参数的预测，可做以下假设：①假定粒子中孔扩散和表面扩散同时存在；②孔扩散系数和表面扩散系数在吸附过程中保持恒定；③粒子的孔径和孔隙率在吸附过程中保持不变；④孔内溶质的浓度和孔壁上溶质浓度保持平衡；⑤吸附过程中液相主体浓度保持恒定。

根据上述假设，可得下面的物料衡算方程：

(1)

令X=C/C₀,τ_p=D_pt/r²₀,ρ=r/r₀,α=q₀/εC₀,β=αDs/D_p,Y=q/q₀，将(1)式无因次化〔其中C为硅胶孔中溶质的浓度(mg/L)，r₀为硅胶颗粒半径(m)，D_p为孔扩散系数(m²/s)，q为吸附量(mg/g)，Ds为表面扩散系数(m²/s)，τ_p为D_pt/r²₀，ρ为r/r₀，ε为硅胶孔隙率，β为αDs/D_p，α为q₀/εC₀，q₀是和溶质主体浓度(mg/L)C₀成平衡的固相浓度(mg/g)〕，可得：

(2)

吸附等温线用Langmuir表示，则可得：

(3)

初始条件：τ_p=0,Y=0

边界条件：ρ=0时，时，Y=1

由于能检测的一般是溶质在粒子内总的浓度Q，因此，可以通过下式定义一个平衡分数F：

Q=q+εC

(4)

(式Q为按式5定义的吸附量)

(5)

(式中Q₀按式6定义的吸附量)

其中Q₀=q₀+εC₀

如果假定具有孔扩散和表面扩散的过程可以用一个具有有效扩散系数的费克扩散来代替，则可获得在时间较短时平衡分数的解为：

(6)

(式中F为平衡分数)

式(6)显示在短时间内F和t^1/2成正比，D_eff可以通过对t^1/2作图的斜率获得。

根据平行扩散(孔扩散和表面扩散同时存在的扩散)和费克扩散可以近似获得下式：

(7)

(D_eff为孔内有效扩散系数，m²/s)

如果近似以C₀/q₀代替dc/dq，并将α=q₀/εC₀代入，则可得：

(8)

(D_pa为按斜率计算的近似孔扩散系数)

因为C₀/q₀并不等于dc/dq，所以上式中用D_pa代替D_p。如果等温线线性，则有D_pa=D_p。

如果式(8)描绘的直线截距是0，则为孔扩散控制，如果斜率是0，则为表面扩散控制。

2材料与方法

2.1材料：实验用的多孔硅胶购自青岛海洋化工厂，平均粒径为250目。紫杉醇和三尖杉磷碱由本实验室提供，纯度超过99%。有机溶剂二氯甲烷和乙酸乙酯工业级，用时自行蒸馏除去不挥发物并用氯化钙脱水。

2.2实验方法

2.2.1吸附等温线测定方法：在电子天平上精确称取定量溶质置于锥形瓶中，在其中加入定量溶剂，配成2，1，0.5，0.3，0.1和0.05 g/L浓度的溶液，HPLC上测定其吸收峰，做一条标准曲线，用于计算吸附后溶液中溶质的含量。将锥形瓶置于恒温摇床内，间隔取样直至溶液中溶质浓度不变为止。实验过程中发现，紫杉醇和三尖杉磷碱在硅胶上吸附很快，约5 min就可达到平衡。将初始浓度减去平衡后浓度，乘以溶液体积可得吸附量，进而可得单位量硅胶上的平衡吸附量。

2.2.2扩散系数计算方法：同样将不同量溶质溶于一定量溶剂配成不同浓度的溶液，内加适量硅胶，间隔1 min取样测定，计算不同时间的吸附量，按照上述理论计算平衡分数F，得出有效扩散系数D_eff，从而可以作图计算孔扩散系数和表面扩散系数。

3结果与讨论

3.1硅胶的空隙率：硅胶空隙率用液氮法测定，利用氮气低温下在毛细管内凝结的特性可以测定定量硅胶的总孔体积，再根据硅胶的真密度可以算出硅胶的空隙率。实验用的硅胶经测定空隙率为0.39%。

3.2紫杉醇和三尖杉磷碱的吸附等温线：见图1，2。

图1紫杉醇的吸附等温曲线

图2三尖杉磷碱的吸附等温曲线

上两图是紫杉醇和三尖杉磷碱在硅胶上的吸