EDTA修饰的壳聚糖磁性吸附剂对当归提取液中的重金属的去除

【前言】EDTA修饰的壳聚糖磁性吸附剂对当归提取液中的重金属的去除由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1 材料 Sirion 200型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM），荷兰FEI公司；ELAN DRC-e型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），美国PerkinElmer公司；ETHOS E型微波消解仪，意大利milestone公司；1100型高效液相色谱仪（HPLC），美国Agilent公司；Kromasil C18柱（4、6 mm ×250...

[摘要] 中药提取液中的重金属不仅含量低，而且还易与提取液中的多种有机组分产生络合作用，一般很难高效脱除。该文应用edta修饰的壳聚糖磁性吸附剂（EDTA-modified chitosan/SiO2/Fe3O4，简称EDCMS）对当归提取液中低浓度的重金属进行了吸附脱除实验。结果表明EDCMS对提取液中低浓度的重金属如铜，镉，铅等具有很高的去除效率，其中对镉、铅的去除率可分别达到90%，94、7%。此外，EDCMS对药液中的其他重金属如锌、锰等也有一定的脱除作用，但在脱除重金属过程中，药液中的含固量、阿魏酸的含量以及HPLC指纹图谱等均无显著变化。上述实验结果提示EDCMS对重金属的去除过程不会引起当归药液中主要药效成分的变化。

[关键词] EDTA修饰的壳聚糖；磁性吸附剂；当归；去除重金属；吸附

[收稿日期] 2013-07-16

[基金项目] 中央高校基本科研业务费专项（HUST-2012QN142）；武汉市科技攻关项目（201160923290）

[通信作者] *彭红，副教授， Tel：（027）87543032，E-mail：penghong811@163、com 近年来，中药中重金属的污染问题已日益严重，因而各种去除重金属的新技术研究受到了人们的广泛关注[1-3]。壳聚糖是一种天然氨基多糖，分子中含有的氨基和羟基对重金属有很好的结合能力；而磁性吸附剂在水溶液中分散性好，在外加磁场作用下容易从水溶液中分离出来，它与传统的离心、过滤等分离技术相比更方便、快捷及节省能源[4-5]。最近，作者成功合成了一种交联壳聚糖包覆的磁性硅球吸附剂，同时在其表面还进一步修饰了乙二胺四乙酸（EDTA）螯合剂，这种新型的磁性吸附剂（EDTA-modified chitosan/SiO2/Fe3O4，简称EDCMS），对水溶液中的重金属如铜、铅、镉等具有很强的螯合去除能力[6]，因此，本文将其应用于当归提取液中超低浓度的重金属的去除，以探讨EDCMS对中药提取液中超标重金属脱除的可行性。

1 材料

Sirion 200型场发射扫描电子显微镜（FE-SEM），荷兰FEI公司；ELAN DRC-e型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），美国PerkinElmer公司；ETHOS E型微波消解仪，意大利milestone公司；1100型高效液相色谱仪（HPLC），美国Agilent公司；Kromasil C18柱（4、6 mm ×250 mm，5 μm），瑞典AKZO NOBEL公司。

当归饮片，湖北金新龙中药饮片有限公司，经华中科技大学化学与化工学院韩定献研究员鉴定为伞形科植物当归Angelica sinensis（Oliv、）Diels的干燥根，在使用前用研磨机研成粉状待用；硝酸铅、铜、镉标准溶液（1 000 mg・L-1），国家有色金属及电子材料分析测试中心；阿魏酸对照品（批号110773-201313），中国食品药品检定研究院；电子级硝酸（70%）及半导体级双氧水（30%），阿拉丁试剂有限公司；色谱纯乙腈、甲醇，国药集团化学试剂有限公司；其他试剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

EDCMS磁性吸附剂参照文献方法[6]合成，其中热重分析结果表明EDTA修饰的交联壳聚糖在EDCMS上的接枝率为62、6%，EDCMS的饱和磁化强度为18、2 emu・g-1， 其场发射扫描电子显微图见图1。EDCMS形状不规则，粒径在50 μm以下。磁性硅球的粒径大约为300～500 nm，被包埋在交联壳聚糖的凝胶中。

2 方法与结果

2、1 含重金属的当归提取液的制备

首先按照2010年版《中国药典》[7]制备当归流浸膏：取当归粉1 000 g，用70%乙醇浸渍48 h后渗漉，收集初漉液850 mL另器保存，继续渗漉至无色，续漉液在60 ℃下浓缩至稠膏状，与初漉液混匀，并用70% 乙醇定容至1 000 mL。

图1 EDCMS的场发射扫描电子显微图

Fig、1 FE-SEM image of EDCMS 将制得的当归流浸膏静置3 d后，取若干份100 mL的上清液，分别加入不同浓度及不同体积的铜（Cu），镉（Cd），铅（Pb）重金属溶液（注：各重金属溶液的pH已分别调节至5、27， 与当归流浸膏上清液的pH一致），再分别用70%乙醇定容至1 000 mL，即得到若干份含有不同浓度的重金属的当归药液，分别称为药液II及药液III，这2种药液中的各种重金属浓度见表1；不外加重金属的当归药液被称为药液I，其制备方法是取100 mL的流浸膏上清液，直接用70%乙醇定容至1 000 mL，药液I中的各种重金属浓度见表1。

表1 EDCMS对当归提取液中重金属的去除

Table 1 Removal of heavy metals from the extracts of Angelica sinensis by EDCMSμg・L-1

不同重金属浓度的当归药液当归药液中重金属含量CuCdPbZnMn药液I 去除前151、752、847、74190、0176、34 去除后39、301、802、62113、5013、78药液II 去除前324、5061、3598、39207、3282、28 去除后72、256、2821、76111、3110、87药液III 去除前590、3869、95623、72191、5269、94 去除后86、156、6133、25109、6512、28

2、2 重金属含量的测定

将各种脱除重金属前后的当归药液浓缩至稠膏，然后参照文献[8]所述方法微波消解至无色，浓缩至1～2 mL后加去离子水定容至25 mL，用ICP-MS测其重金属含量。

2、3 当归提取液中重金属的静态吸附去除

精密称取1 g EDCMS分散于200 mL上述当归药液中，在25 ℃恒温水浴摇床内振摇24 h，磁性分离EDCMS，得上清液；磁性分离出的EDCMS用70%乙醇洗涤数次，合并上清液和洗涤液，将其浓缩至稠膏后按2、2的方法测定脱除重金属前后，当归药液中重金属的含量见表1。

结果表明，没有外加重金属的当归药液（药液I）中，各种重金属的含量是很低的，特别是Cd的浓度只有约2、84 μg・L-1，EDCMS对它的去除效率较低，但对浓度较高的Cu，Pb的去除效率相对较高。通过在提取液中外加重金属，进一步提高药液中Cu，Cd，Pb的浓度（即为药液II和药液III）后，EDCMS对它们的去除效率也继续增大，特别是对重金属浓度较高的药液III， Cu，Cd，Pb的去除效率分别达到85、4%，90、6%及94、7%。此外，从表1还可以看出，EDCMS对药液中原有的一些其他重金属元素如锌（Zn）和锰（Mn）等也有一定的脱除作用，但与其他重金属相比，Zn的去除效率明显较低（只有40%左右），这可能与EDCMS表面修饰的EDTA螯合基团与Zn的络合常数较低有关。根据相关文献[9]报道，EDTA与Cu，Pb及Zn形成的络合物的稳定常数（lgK）分别为18、8，18、0，16、5。这些数据说明EDCMS对重金属的脱除具有一定的选择性。

与传统的吸附剂相比，EDCMS吸附重金属时，可均匀分散在当归药液中，见图2。 吸附过程结束后，将小瓶靠近磁铁，在半分钟内吸附了重金属的EDCMS迅速与药液分离，溶液变得澄清，这说明EDCMS在当归药液中具有非常好的磁分离性能。

2、4 药液脱除重金属前后化学成分的变化

2、4、1 含固量 以药液II为研究对象，将脱除重金属前后的药液分别置于已干燥至恒重的蒸发皿中，在沸水浴上蒸干，随后转移至真空干燥箱，于100 ℃下真空干燥3 h，冷却30 min后，称重即得。脱除重金属前后药液的含固量分别为1、233 9，1、228 7 g，回收率为99、6%，说明当归药液在用EDCMS脱除重金属前后含固量无明显差别。

图2 当归药液中EDCMS的磁性分离

Fig、2 Magnetic separation of EDCMS from the extract solution of Angelica sinensis

2、4、2 阿魏酸含量 以药液II为研究对象，精密移取脱除重金属前后药液各1 mL，分别置于10 mL量瓶中，用甲醇定容至刻度，分别得到脱除重金属前后2种供试品溶液。阿魏酸（10 mg・L-1）对照品按照2010年版《中国药典》[7]的方法制得，并进行HPLC分析。色谱条件参照2010年版《中国药典》[7]，流动相甲醇（含0、4% 醋酸，A）-0、4%醋酸水溶液（B）；梯度洗脱（0～15 min，38% A；15～20 min，38%～70% A；20～40 min，70% A；40～45 min，70%～38% A）；检测波长323 nm；柱温35 ℃；流速1 mL・min-1；进样量0、01 mL。HPLC图见图3。

a、脱除重金属前药液；b、脱除重金属后药液；c、阿魏酸标准溶液。

图3 重金属脱除前后当归药液的HPLC图

Fig、3 HPLC determination of ferulic acid in the extracts of Angelica sinensis before and after removal of heavy metals by EDCMS

结果表明，在该测定条件下，重金属脱除前后，当归药液中阿魏酸的质量浓度分别为31、84，31、80 mg・L-1，阿魏酸回收率为99、9%。这说明EDCMS对当归药液中的阿魏酸没有明显的吸附作用。

2、4、3 HPLC指纹图谱 以药液II为研究对象，脱除重金属前后的药液即为供试品溶液。将其进行HPLC分析，色谱条件参照文献[10]。流动相1%乙酸水溶液（A）-乙腈（B）；梯度洗脱（0～18 min，8%～13% A；18～20 min，13%～18% A；20～28 min，18%～20% A；28～50 min，20%～49%A；50～55 min，49% A）。检测波长280 nm；柱温35 ℃；流速1 mL・min-1；进样量5 μL。HPLC图见图4。

a、脱除重金属前药液；b、脱除重金属后药液。

图4 重金属脱除前后当归药液的HPLC指纹图谱

Fig、4 Comparison of the HPLC fingerprints of the extracts of Angelica sinensis before and after removal of heavy metals by EDCMS

从图4可以看出，当归药液在用EDCMS脱除重金属前后的指纹谱图对比中，各吸收峰的数量和面积都没有明显变化。将这2个HPLC图导入“中药色谱指纹图谱相似度评价系统2004版A”（国家药典委员会）中，并选取“时间窗”宽度为0、5 min进行相似度处理[10]，经过比对，发现脱除重金属前后各个吸收峰相互匹配，且指纹图谱相似度为99、1%。这说明EDCMS对当归药液中的成分没有明显的吸附或脱除作用。

3 讨论

近年来，国内学者广泛采用超临界流体萃取[2]、大孔吸附树脂柱[3]等方法对中药中的重金属进行脱除，但这些方法都存在一些缺陷如需要昂贵的仪器设备，或容易产生柱堵塞等问题。通常在中药药液中，不仅重金属含量很低，而且重金属还会与各种中药成分产生络合作用，使得高效去除低浓度的重金属难度增大。本实验采用一种新型的磁性吸附剂EDCMS，其表面修饰有大量的EDTA螯合基团，对各种重金属离子都具有高效的螯合作用，因此特别适用于中药中低浓度重金属的去除。此外，EDCMS在较低的pH条件下对重金属仍有很高的去除效率[6]，因此，对pH较低的中药提取液可以直接应用，不需要再调节药液的pH。另一方面，由于EDCMS具有较高的饱和磁化强度，与传统的分离方法相比，在外磁场作用下，能快速方便地与处理后的药液分离，而不会产生柱堵塞等现象。

作者利用EDCMS对pH 5、2左右的当归药液中的重金属进行了脱除实验。本研究表明，即使在各种重金属的浓度都很低时，EDCMS也能对药液中的重金属进行高效脱除，且在脱除重金属前后，药液的总含固量、主要药效成分-阿魏酸的含量以及HPLC指纹图谱等均没有显著变化。这说明EDCMS在脱除重金属的同时，对当归药液中的主要药效成分不会起吸附作用或者破坏其有机化学结构。

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Removal of heavy metals from extract of Angelica sinensis by

EDTA-modified chitosan magnetic adsorbent

REN Yong， SUN Ming-hui， PENG Hong*， HUANG Kai-xun

（School of Chemistry and Chemical Engineering， Huazhong University of

Science and Technology， Wuhan 430074， China）

[Abstract] The concentrations of heavy metals in the extracting solutions of traditional Chinese medicine are usually very low、 Furthermore， a vast number of organic components contained in the extracting solutions would be able to coordinate with heavy metals， which might lead to great difficulty in high efficient removal of them from the extracting solutions、 This paper was focused on the removal of heavy metals of low concentrations from the extracting solution of Angelica sinensis by applying an EDTA-modified chitosan magnetic adsorbent （EDTA-modified chitosan/SiO2/Fe3O4，abbreviated as EDCMS）、 The results showed that EDCMS exhibited high efficiency for the removal of heavy metals， such as Cu， Cd and Pb， e、g、 the removal percentage of Cd and Pb reached 90% and 94、7%， respectively、 Besides， some amounts of other heavy metals like Zn and Mn were also removed by EDCMS、 In addition， the total solid contents， the amount of ferulic acid and the HPLC fingerprints of the extracting solution were not changed significantly during the heavy metal removal process、 These results indicate that EDCMS may act as an applicable and efficient candidate for the removal of heavy metals from the extracting solution of A、sinensis、

[Key words] EDTA modified chitosan； magnetic adsorbent； Angelica sinensis； removal of heavy metal； adsorption

doi：10.4268/cjcmm20132121