ספיחה יעילה ביותר של גליקוזידים פנילתנואידים על פחמן מזופורי

מבוא

Cistanche tubulosa היה צמח טפיל Orobanchaceae (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), והוא גדל בעיקר על שורשיהם של צמחי Tamarix ומינים Calotropis (Zhang W. et al., 2016; Yan et al. אל., 2017).Cistanche tubulosaתועד במקור ב-Shen Nong של Materia Medica הסינית בערך. 100 לפני הספירה הגידול והטיפוח של Cistanche tubulosa דרשו תנאים סביבתיים קשים, והיא נטועה רבות בארצות צחיחות ומדבריות של חצי הכדור הצפוני, כמו מחוזות שינג'יאנג, מונגוליה הפנימית, גאנסו, צ'ינגהאי והאזור האוטונומי נינגשיה בסין. (You et al., 2016). Cistanche tubulosa היה צמח מרפא סיני יקר בעל תפקידים של הזנת הכליה, אנטי-אייג'ינג, חיזוק תמצית הדם והלחמת המעי הגס לשחרור צואה (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al., 2018), ויש לו במוניטין של "ג'ינסנג של המדבריות" (Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubulosa תועד באופן רשמי בפרמקופיה הסינית כמקור האותנטי שלCistanches Herba(שם סיני: Roucon-strong) ממהדורת 2005 (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).

NATURAL CISTANCHE TUBULOSA לשיפור התפקוד המיני PHGS75% ECH 30% ACT 12%

מחקרים קודמים חשפו כמה מרכיבים כימיים עיקריים של Cistanche tubulosa, כולל PhGs, אירידואידים ופוליסכרידים (Li et al., 2018a). המבנים של PhGs הורכבו בעיקר מחומצה קינמית ופניל אתילי אלכוהול שהיו מחוברים ל-glucopyranose באמצעות קישורים אסטרים וגליקוזידיים (Luo et al., 2010), ו-PhGs נחשבו למרכיבים הפעילים העיקריים של Cistanche tubulosa שיש להם שונים פעילויות פרמקולוגיות (Liao et al., 2018). המחקר הראה של-PhGs יש מגוון תכונות רפואיות, כגון הגנה עצבית, ויסות חיסוני, אנטי דלקתי, הגנה על הכבד ונוגדי חמצון (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). על פי הערכות פיטוכימיות, PhGs כגוןechinacoside, ו-acteosideנחשבו למרכיבים הפעילים והסמנים העיקריים של Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), שנבחרו בדרך כלל כתרכובות סמן להערכת האיכות של Cistanche tubulosa והמינים של Cistanche הובחנו באמצעות תרכובות אלו. PhGs היו תרכובות מסיסות במים באופן טבעי מכיוון שהיו להן קבוצות הידרוקסיל רבות וקבוצות הידרוקסיל פנוליות במולקולה. לפיכך, ניתן להפריד את ה- PhG מ- Cistanche tubulosa בתמיסה מימית.

פותחו שיטות רבות להפרדה וטיהור של מוצרים טבעיים, כולל ספיחה (Liu et al., 2016), הפרדת ממברנה (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) ומיצוי ממסים וכן הלאה (Li. et al., 2015a,b; Wang S. et al., 2016; Zhang H. et al., 2016). עם זאת, הפרדת ממברנות ומיצוי ממס לא התאימו להכנה בקנה מידה גדול והיה קשה להשיג התאוששות גבוהה של המוצרים (Zhang et al., 2018a). ספיחה הייתה אחת השיטות המאומצות ביותר להפרדה של מוצרים טבעיים (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). בשל מבני הנקבוביות הייחודיים והניתנים לכיוון שלהם, שטחי הפנים הגבוהים והיציבות המכנית, פחמנים מזופוריים (גודל נקבוביות בין 2 ל-50 ננומטר) הוכחו כמעין סופחים יעילים למוצרים טבעיים סופחים. המחקר הראה שפחמנים מזופוריים מתאימים יותר לספיחת מקרומולקולות, כגון פחמנים מזופוריים שימשו על ידי Qin וחב'. להעשרת חומצה כלורוגנית מעלי eucommia ulmoides (Qin et al., 2018). לי וחב'. סינתזה שני פחמנים מזופוריים באמצעות גישת טיפול הידרותרמי והעריך את ביצועי הספיחה של שני פחמנים מזופוריים עבור ברברין הידרוכלוריד וימי ממים (Li et al., 2018b). זה נחשב לסוג של חומר מבטיח כחומר סופח יעיל ביותר (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). בנוסף, פחמנים מזופוריים יושמו גם להסרה ספיחה של תרכובות ארומטיות, צבעים ומתכות כבדות ממי שפכים (Kong et al., 2016). בעבודות שפורסמו בעבר, Liu et al. השתמשו בשרף מקרופורוס לספיחת PhGs מ- Cistanche tubulosa, וטוהר ה- PhGs עלה אך יכולת הספיחה וקצב הספיחה היו נמוכים. בהשוואה לשרף מאקרו-פורוס, לפחמנים מזופוריים היו מאפיינים של שטח פנים ספציפי גדול, גודל נקבוביות מתאים ונפח נקבוביות גבוה. לכן, פחמן מזופורי נחשב לחומר סופח יעיל ביותר עבור PhGs. במחקר זה, שלושת סוגי הפחמן המזופורי נבחרו כסופחים להפרדה וטיהור של PhG מ- Cistanche tubulosa.

המטרה העיקרית של עבודה זו הייתה לחקור את ביצועי הספיחה של CMK-3 להפרדה וטיהור של PhGs מ-Cistanche tubulosa. ההשפעות של ריכוזים שונים, pH וטמפרטורה על ביצועי הספיחה של CMK- 3 נחקרו ותנאי ספיחה אופטימליים של PhG נבדקו. פחמנים מזופוריים אופיינו על ידי FT-IR, BET, TEM ו-TGA, ובוצעו איזותרמיות ספיחה וקינטיקה של ספיחה ונותחו בפירוט.

NATURAL CISTANCHE TUBULOSA לשיפור התפקוד המיני PHGS75% ECH 30% ACT 12%

ניסויים

חומרים וריאגנטים

גזע Cistanche tubulosa נרכש מחברת Congrongtang Biological Technology Co., Ltd (Xinjiang). הסטנדרטים שלechinacoside(טהרות גדולה מ-98%) ואקטאוזיד (טהרות גדולה מ-98%) נרכשו מחברת Sunny Biotech Co., Ltd (Shanghai). אצטוניטריל, מתנול וחומצה אצטית של HLPC נרכשו מ-Thermo Fisher Scientific Co., Ltd (Shanghai). האתנול בדרגה אנליטית נרכש מ-Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (טיאנג'ין). פחמן מזופורי מוסדר (CMK-3), פחמן מזופורי לא מסודר (DMC), ופחמן מזופורי מסודר תלת מימדי (CMK-8) נרכשו מ-Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nanjing).

אִפיוּן

המורפולוגיה והמיקרו-מבנים של הדגימות המוכנות נחקרו באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים העברה (TEM, Tecnai G2 F20) המופעלת ב-200 KV. דגימות ה-TEM הוכנו בתנאי סביבה על ידי הפקדת טיפות של תמיסת האתנול עם החומרים המזופוריים על גבי סרטי פחמן הנתמכים על ידי רשתות Cu. בדרך כלל, מקור אור עם אורך גל קצר יותר נבחר כדי להגביר את הרזולוציה של המיקרוסקופ, וניתן לראות את המבנה של הפחמנים המזופוריים. הקבוצות הפונקציונליות של פני השטח נמדדו בצורה איכותית על ידי ספקטרוסקופיה אינפרא אדום טרנספורמציה של פורייה (FT-IR, AVATAR360) תוך שימוש באינטראקציה בין קרינת אינפרא אדום למולקולות החומר. FT-IR משתמש בבדיקת שיטת השתקפות כוללת מוחלשת, התנאים היו גודל צעד של 2 ס"מ-1 וטווח הסריקה היה 4,000-400 ס"מ-1. נתוני המבנה הפיזי כגון שטח הפנים הספציפי, גודל הנקבוביות ונפח הנקבוביות של הפחמנים המזופוריים שחושבו על ידי Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). ההליך עבור הסופח היה כדלקמן: פחמנים מזופוריים הוציאו את הגז בטמפרטורה של 60◦C למשך 12 שעות, ועקומות הספיחה-הספיחה של N2 נבדקו ב-196◦C כדי לחשב את שטח הפנים הספציפי, גודל הנקבוביות ונפח הנקבוביות של פחמן מזופורי. מנתח תרמו גרבימטרי (TGA, STA 449 F3) הוא מכשיר המשתמש בתרמו גרבימטרי כדי לזהות את יחסי הטמפרטורה-מסה של חומר, ו-TGA מודד את המסה של החומר כפונקציה של הטמפרטורה תחת בקרת הטמפרטורה של התוכנית. נתוני TGA התקבלו באמצעות TGA בטמפרטורה הנעה בין 30 ל-800◦C בקצב חימום של 10◦C/min תחת אטמוספרה אווירית.

ניתוח HPLC

התוכן של echinacoside ו-acteoside זוהה על ידי כרומטוגרפיה נוזלית בעלת ביצועים גבוהים (HPLC, Waters Co., ארה"ב). המערכת כללה דגימה אוטומטית, משאבת לחץ גבוה וגלאי אולטרה סגול (UV). הניתוח בוצע על עמודת סימטריה C18 (100Å, 5µm, 4.6 × 250 מ"מ). HPLC השתמש בשיטת elution gradient כדי להפריד ולזהות דגימות. נפח לולאת ההזרקה היה 10 מיקרומטר, טמפרטורת העמודה הייתה 30◦C, אורך הגל של ספקטרופוטומטר UV היה 330 ננומטר, קצב הזרימה היה 1 מ"ל/דקה והפאזה הניידת הייתה (A) אצטוניטריל ו-(B) אצטית. חומצה/מים (1:44, v/v).

שיווי משקל ספיחה

ניסוי האופטימיזציה של תנאי הספיחה עבור CMK- 3 בוצע באמצעות תערובת שלאקטאוזיד ואנצ'נוסידובתנאים האופטימליים, התמצית הגולמית של Cistanche tubulosa בוצעה בניסוי מחזור הספיחה וכל ניסויי הספיחה בוצעו שוב ושוב לפחות 3. באותה קבוצת ניסויים, פחמנים מזופוריים של CMK-8 ו-DMC הופעלו במקביל ל-CMK-3. שלושת הסוגים של פחמן מזופורי (CMK- 3, DMC ו-CMK-8) כל 10 מ"ג נוספו לשלושת הבקבוקים, בהתאמה. לאחר מכן נוספה לבקבוק תמיסה של 15 מ"ל עם ריכוז ראשוני של C0 (מ"ג/מ"ל). הבקבוק הונח במנערת טמפרטורה קבועה של 30◦C למשך 24 שעות עד שהושג שיווי משקל הספיחה. לאחר מכן 1 מ"ל של תמיסת ספיחה סונן דרך מסנן בגודל 0.22 מיקרומטר וריכוז שיווי המשקל Ce (מ"ג/מ"ל) של תמיסת הדגימה נקבע על ידי HPLC.

ניסוי ספיגה

לאחר מכן בוצע ניסוי הספיחה של פחמן מזופורי. הפחמן המזופורי שנספג מתחת ל-15 מ"ל של מתנול/חומצה אצטית (9:1, v/v) פתרון מעורב, שהונח באמבט המים של קולי למשך שעה אחת ב-30}◦C. תמיסת הספיחה שהתקבלה סוננה על ידי מסנן 0.22 לפני ניתוח על ידי HPLC.

יכולת הספיחה qe (מ"ג/מ"ל) הוערכה באופן הבא:

כאשר V הוא נפח התמיסה (mL) ו-W הוא משקל הפחמנים המזופוריים (g).

תוצאות ודיון

אִפיוּן

איור 1 מציג TEM של שלושת סוגי הפחמנים המזופוריים. DMC הייתה רשת נקבוביות לא מסודרת, CMK-8 היה מבנה רשת של נקבובי תלת מימדי, ו-CMK-3 היה מבנה פסים עם נקבוביות חד-ממדיות מסודרות, שהיה דומה לתוצאות המדווחות (Wang et al., 2006; Luo et al., 2010).

איור 2 מציג את ספקטרום ה-FT-IR של הפחמנים המזופוריים (CMK-3, DMC ו-CMK-8) ואת ספקטרום ה-FT-IR לפני ואחרי ספיחה של CMK-3. ניתן לראות מאיור 2A שהקבוצות הפונקציונליות על משטחי הפחמנים המזופוריים היו בעיקר מכילות חמצן. הצורות הכוללות של הספקטרום עבור שלושת סוגי הפחמנים המזופוריים היו דומות. הפחמנים המזופוריים הראו פס שיא של 3,423 ס"מ-1 המתייחס לרצועת הרטט המתיחה של OH. הרצועות באזור של 1,580 ו-1,629 ס"מ-1 מתאימות לתנודות מתיחה של הקרבוניל והקרבוקסיל C=O. בנוסף, נמצא שהשיא המתרחש ב-1,384 ס"מ-1 הוא תנודות מתיחה של CO אלכוהולי, ורטט המתיחה ב-2,922 ו-2,852 ס"מ-1 תואם את ה-CH בקבוצות מתילן ומתיל, בהתאמה. זה הצביע על כך שהקבוצות המכילות חמצן הקיימות על משטחי הפחמנים המזופוריים עלולות להוביל לאינטראקציה כימית חלשה בין מולקולות PhGs לבין הפחמנים המזופוריים.

איור 2B מציג את ספקטרום ה-FT-IR של CMK-3 לפני ואחרי ספיחה, אקטאוזיד ואנקנוסיד. השיא האופייני ב-1,697 ס"מ-1 נגזר מה-C=C של olefin באקטאוזיד ובאנצ'נוסיד, בעוד שהרצועות באזור 1,519-1,423 ס"מ-1 התאימו לשיא הרטט המתמתח של הטבעת הארומטית C{ {12}}C באקטאוזיד ובאנצ'נוסיד. רטט המתיחה ב-1,604 ס"מ-1 היה הקשר C=O והשיא ב-1,157 ס"מ-1 נגרם על ידי רטט המתיחה של קשר האתר באקטאוזיד ובאנצ'נוסיד. בהשוואה לספקטרום ה-FT-IR של CMK-3 לפני הספיחה, ספקטרום ה-FT-IR של CMK-3 לאחר הספיחה הופיעו הפסגות החדשות, שהיו שייכות לפסגות האופייניות של אקטאוזיד ואנקנוסיד.

האיזותרמיות של ספיחה-ספיחה של N2 היו פרמטר חשוב לספיחת PhGs על CMK-3 והשוואה של מבנה הסופח. איור 3 מציג את האיזותרמיות ספיחה-פיזור N2 של CMK-3, CMK-8, DMC ו-CMK-3 לאחר ספיחת PhGs, בהתאמה. כפי שניתן לראות מאיור 3, האיזותרם של הפחמנים המזופוריים היה דומה לאיזותרם מסוג IV בכך שסוג זה של איזותרם היה בעיקר מזופורי, שבו טווח גודל הנקבוביות היה בין 2 ל-50 ננומטר (Sanz Pérez et al. , 2019). הפער בין הספיחה לאיזותרמית הספיחה הופנה ללולאת היסטרזיס הנגרמת מתגובת עיבוי נימי. עבור תגובות עיבוי נימי, עיבוי נימי מתרחש ראשון בנקבוביות הקטנות ביותר (Barsotti et al., 2016). זה מראה של-CMK-3 היה מזופורה קטנה יותר מאשר ל-DMC ו-CMK-8, מה שהיה עקבי עם התוצאות של טבלה 1. האיזותרמה של CMK-3 מציגה לולאת היסטרזיס H1 שהייתה מעיד על מילוי הנקבוביות המהיר הקשור לעיבוי נימי ועל מבנה הנקבוביות של CMK-3 היה מסודר למדי. האיזותרמה של DMC מציגה לולאת היסטרזיס H3, לסוג זה של היסטרזה היו נקבוביות לא מסודרות עקב רשת של נקבוביות שגרמה למבנה לא מוגדר של סופח נקבובי. איזותרמיות CMK-8 מציגות לולאת היסטרזיס H2, מה שמצביע על כך שמבנה הנקבוביות היה מסובך ופיזור גודל הנקבוביות לא אחיד.

האיזותרמיות של ספיחה-ספיחה N2 של CMK-3 הושוו לפני ואחרי הספיחה של PhGs. האיזותרם של ה-CMK-3 לאחר הספיחה היה דומה גם לאיזותרם מסוג IV באיור 3B. זה הצביע על כך שה-CMK-3 שמר על המבנה המזופורי שלו לאחר הספיחה. כפי שניתן לראות מטבלה 1, פני השטח ונפח הנקבוביות הספציפיים של CMK-3 לאחר הספיחה הראו ירידה ניכרת, שטח הפנים הספציפי של CMK-3 לפני ואחרי הספיחה ירד מ-1,{{18 }}98.02 ל-227.75 m2/g, ונפח הנקבוביות של זה ירד מ-1.32 ל-0.42 cm3/g. זה הצביע על כך שמולקולות PhGs נספגו ב-CMK-3.

Table 1 summarizes the BET-specific surface area, pore volume, and pore size of the four samples. The BET surface areas of CMK-3, DMC, and CMK-8 were 1,098.02, 430.42, and 596.00 m2 /g and the pores volume were 1.32, 0.70, and 0.85 m3 /g, respectively. The pore size of CMK-3 was 4.31 nm, lower than that of CMK-8 (9.58 nm) and DMC (5.18 nm). It can be seen that the pore volume and specific surface area follow the order: CMK-3 >CMK-8 >DMC, while pore size follows the order: DMC >CMK-8 >CMK-3.

איור 4 מציג את עקומות ה-TGA של שלושת סוגי הפחמנים המזופוריים (CMK-3, CMK-8 ו-DMC). כפי שניתן לראות מאיור 4, לשלושת סוגי הפחמנים המזופוריים יש שני שלבים נפרדים של אובדן מסה: השלב הראשון של אובדן מסה נבע מאיידוי הלחות בפחמנים המזופוריים לפני 100◦C, שלב איבוד המסה השני של CMK- 3, DMC ו-CMK-8 מתרחשים בערך ב-660, 427 ו-615◦C, בהתאמה, מה שמתאים לפירוק התרמי החמצוני של חומרי פחמן מזופוריים. ניתן לראות שטמפרטורת הפירוק התרמי של CMK-3 הייתה גבוהה יותר מ-CMK-3 ו-CMK-8, והיציבות התרמית של CMK-3 הייתה טובה מזו של CMK -8 ו-DMC.

השוואה בין ביצועי הספיגה של שלושת הפחמנים המזופוריים מכיוון ששלושת הסופחים מורכבים בעיקר מפחמן, אינטראקציית הספיחה בין PhGs לבין הפחמנים המזופוריים נחשבה זהה. לכן, נחשב שההבדל בביצועי הספיחה נגזר מההבדל במבנה הפיזי של פחמנים מזופוריים. טבלה 2 מציגה את ביצועי הספיחה של שלושת סוגי הפחמנים המזופוריים. ניתן לראות מטבלה 2 ששלושת סוגי הפחמנים המזופוריים יכולים כולם לספוח PhG, ול-CMK-3 היו ביצועי ספיחה טובים יותר מ-CMK-8 ו-DMC. זה מצביע על כך שגודל הנקבוביות של פחמנים מזופוריים היה גדול יותר ממולקולות PhGs, וגודל הנקבוביות לא היה הגורם העיקרי להשפיע על יכולת הספיחה של שלושה פחמנים מזופוריים. יכולת הספיחה ושיעורי הספיחה של CMK-3 היו עד 189.37 מ"ג/ג ו-94.96%, בהתאמה. יכולת הספיחה של CMK-3 הייתה גבוהה מזו של CMK-8. מכיוון שנפח הנקבוביות ושטח הפנים הספציפי של CMK-3 היו גדולים יותר מ-DMC ו-CMK-8, זה הצביע על כך שנפח הנקבוביות ושטח הפנים הספציפי היו הגורמים העיקריים להשפיע על ביצועי הספיחה.

אופטימיזציה של תנאי ספיחה האופטימיזציה של ניסוי הספיחה עבור CMK-3 בוצעה תוך שימוש בשילוב של שניהםאקטאוזיד ואנצ'נוסיד. טמפרטורה, pH וריכוז היו הגורמים המשפיעים העיקריים על ביצועי ספיחה של CMK-3. לפיכך, נחקרו ההשפעות של שלושת הגורמים המשפיעים הללו על ביצועי ספיחה של CMK-3.

השפעת ריכוז המדגם על ביצועי הספיחה של CMK-3

השפעת ריכוז המדגם על ביצועי הספיחה של CMK{{0}} מוצגת באיור 5. ככל שהריכוז עולה, קיבולת הספיחה עולה. כושר הספיחה אינו עולה עוד עם עליית ריכוז הדגימה כאשר ריכוז הדגימה הגיע ל-0.41 מ"ג/ג'. בריכוזים ראשוניים נמוכים של הדגימה, האתרים הפעילים של הסופח הספיקו לספיחת כמות קטנה יחסית של מולקולות PhGs. לעומת זאת, בריכוז ראשוני גבוה של הדגימה, הכמות הקבועה של האתרים הפעילים על הסופחים לא הייתה מסוגלת לספוח ולהגדיל את כמות מולקולות PhGs. לפיכך, יכולת הספיחה של CMK-3 עבור מולקולות PhGs נוטה להיות מאוזנת.

NATURAL CISTANCHE TUBULOSA לשיפור התפקוד המיני PHGS75% ECH 30% ACT 12%

השפעת ה-pH על ביצועי הספיחה של CMK-3

איור 6 מציג את ההשפעה של pH על ביצועי הספיחה של CMK-3. ניתן לראות מאיור 6 שערך ה-pH האופטימלי היה 6 עבור ספיחה של PhGs על ידי CMK-3. הסיבות הן כדלקמן: ל- PhG היה מספר רב של קבוצות הידרוקסיל פנוליות והשתייכו למולקולות חומציות חלשות, וערכי ה- pH השונים השפיעו על היינון והיציבות של מולקולות ה- PhGs. היינון של קבוצות הידרוקסיל פנוליות יעוכב בערך pH נמוך, בעוד שהיציבות של קבוצות הידרוקסיל פנוליות על PhGs תפחת בערך pH גבוה. היינון המעוכב של קבוצות הידרוקסיל פנוליות על PhGs הביא לירידה באינטראקציות האלקטרוסטטיות בין PhGs ו-CMK-3, והפחית את ביצועי הספיחה של CMK-3 עבור PhGs. לפיכך, ה-pH האופטימלי היה 6 עבור ספיחה של CMK- 3.

השפעת הטמפרטורה על ביצועי הספיחה של CMK-3

הטמפרטורה הייתה פרמטר חשוב בתהליך הספיחה. הטמפרטורה לא רק משפיעה על הדיפוזיה של מולקולות PhGs בממשק שכבת הגבול החיצונית אלא גם בתוך נקבוביות הספיחה. איור 7 מציג את השפעת הטמפרטורה על יכולת הספיחה של CMK-3. יכולת הספיחה של CMK-3 עולה עם עליית הטמפרטורה מ-30 ל-60◦C. דווח כי הסיבה העיקרית הייתה שהאתר הפעיל עולה עם עליית הטמפרטורה בשל האופי האנדותרמי של התהליך, והדיפוזיה התוך-חלקיקית של הסופחים גדלה עם עליית טמפרטורת הספיחה (Peng et al., 2015) . בנוסף, הניידות של מולקולות ה-PhGs עלתה והתנגדות הדיפוזיה שלהן ירדה עם עליית הטמפרטורה. יכולת הספיחה יורדת עם עליית הטמפרטורה כאשר הטמפרטורה היא 60-80◦C. זה הצביע על כך שלטמפרטורת הספיחה יש ערך אופטימלי וכי מולקולות PhGs עשויות להיות חוסר יציבות בטמפרטורות גבוהות. לכן, טמפרטורת הספיחה האופטימלית נבחרה להיות 60◦C.

תנאי הספיחה האופטימליים של CMK{{0}} היו כדלקמן: ריכוז הדגימה היה 0.41 מ"ג/ג', ה-pH של התמיסה היה 6 וטמפרטורת הספיחה הייתה 60◦C. בתנאים אופטימליים, יכולת הספיחה של PhGs בתמצית גולמית ב-CMK-3 הייתה 358.09 ± 4.13 מ"ג/ג, שזה יותר מפי שלושה מיכולת הספיחה של PhGs על שרפים מאקרו-פוריים (HPD300, 94.93 מ"ג/ג) (Liu et al., 2013). בינתיים, קצב הפירוק של CMK-3 היה גבוה ב-94.67% מזה של שרף מאקרו-פורוס.

איזותרמיות ספיחה

איזותרמיות הספיחה מוצגות באיור 8A. עם העלייה בריכוז שיווי המשקל, כושר הספיחה של PhGs גדל והגיע למצב רוויה. כדי להבין יותר את ביצועי הספיחה של PhGs ב-CMK-3, האיזותרמיות של הספיחה של CMK-3 נחקרו באמצעות מודלים של Langmuir ו-Freundlich. הפרמטרים של ספיחה המתקבלים ממודלים שונים מספקים מידע שימושי על מנגנוני הספיחה. איורים 8B ו-C תיארו את איזותרמיות הספיחה של CMK-3 במודל של מודל Langmuir ו-Freundlich.

מודל Langmuir התבסס על ההנחות שהספיחה מתרחשת באתרים הומוגניים ספציפיים בתוך הסופח, לא מתרחשת אינטראקציה משמעותית בין מינים נספחים, והסופח היה רווי לאחר שכבה אחת של

מולקולות סופח נוצרות על פני השטח הסופח. ניתן לכתוב את משוואת האיזותרמית לנגמייר הלינארית באופן הבא:

מודל Freundlich היה נפוץ בשימוש לתיאור מאפייני הספיחה של משטחים רב-שכבתיים ומשטחים הטרוגניים (Wu et al., 2017). הצורה הלינארית שלו ניתנת באופן הבא:

כאשר qm (mg/g) הוא קיבולת הספיחה החד-שכבתית המקסימלית התיאורטית, KL (mL/mg) הוא הקבוע של Langmuir הקשור לאנרגיית הספיחה המשקפת את הזיקה בין הסופח לסופח (Wu et al., 2017; He et al. , 2019), KF [(mg/g)•(mL/mg)1/n ] ו-n הם הקבועים של Freundlich. KF הוא אינדיקטור ליכולת הספיחה היחסית, n קשור לגודל כוח המניע של הספיחה וההטרוגניות של אתרי הקישור, ו-1/n מציין את העדיפות של הספיחה.

הפרמטרים של המודלים האיזותרמיים מסוכמים בטבלה 3. מודל Langmuir היה טוב יותר ממודל Freundlich לתיאור נתוני הספיחה של PhGs על CMK-3, מה שהצביע על כך שהספיחה של PhGs על CMK{{2 }} היה תהליך ספיחה חד-שכבתי פשוט (Wang F. et al., 2017). בנוסף, נוכחות של חמצן המכיל

קבוצות פונקציונליות על פני השטח של CMK{{0}} שיפרו את הספיחת PhGs. כמות הספיחה המקסימלית (ק"מ) יכולה להגיע ל-380.70 מ"ג/ג' שהיה דומה לערך הניסוי. בנוסף, ערך 1/n של PhGs חושב להיות 0.22, וזה היה<0.5. It indicated that the adsorption of the PhGs on the CMK-3 could take place easily (Fu et al., 2007; Gan et al., 2018). This indicated that the adsorption of PhGs on CMK-3 was not completely a physical adsorption process. PhGs contain multiple hydroxyl groups which might form hydrogen bonds with the oxygen-containing functional groups on the CMK-3 and offer weak chemical adsorption for the adsorption. Therefore, CMK-3 adsorption of PhGs was a complex adsorption process combining physical adsorption with chemisorption. 

קינטיקה של ספיחה

יכולות ספיחה של CMK-3 נחקרו כפונקציה של זמן כדי לקבוע את זמן שיווי משקל הספיחה באיור 9A. החקירה מראה כי קצב הספיגה בשיווי המשקל יורד בהדרגה ומתיישר בהדרגה ככל שכושר הספיחה מתקרב לשיווי משקל. נמצא ששיווי משקל הספיחה הושג לאחר 14 שעות. קצב הספיחה הראשוני המהיר יכול לנבוע משיפוע הריכוז הגבוה בין ה-PhGs ו-CMK-3 בתמיסה ולפני השטח של CMK-3 היה זמינות גדולה של אתרים פעילים.

קינטיקה של ספיחה הוערכה על ידי יישום המודלים של פסאודו-מסדר ראשון, פסאודו-מסדר שני ומודלים של דיפוזיה תוך-חלקיקים. הגרפים המשורטים של מודלים פסאודו מסדר ראשון, פסאודו מסדר שני ומודלים של דיפוזיה תוך-חלקיקים לספיחת PhGs על CMK-3 מוצגים באיורים 9B-D, בהתאמה.

הצורה הליניארית של המודלים הקינטיים באה לידי ביטוי באופן הבא:

פסאודו-מסדר ראשון (Li et al., 2017a):

פסאודו מסדר שני (Tang et al., 2018):

כאשר K1 (1/min) ו-K2 (g/mg·min−1) הם קבועי הקצב של משוואת קצב פסאודו-מסדר ראשון ומשוואת קצב פסאודו-שני, בהתאמה. qe (mg/g) הוא יכולת הספיחה התיאורטית בשיווי משקל.

מודל דיפוזיה תוך חלקיקי:

כאשר Kp הוא קבוע הדיפוזיה התוך-חלקיקי (mg/g min) ו-C הוא השתקפות של אפקט שכבת הגבול (mg/g).

הערכים המחושבים של qe, קבועי קצב ומקדם מתאם מוצגים בטבלה 4. המודל הפסאודו-שני נתן ערך R 2 של 0.998, בעוד שערך R 2 של הפסאודו-ראשון- דגם ההזמנה היה 0.84. זה מרמז שהמודל הפסאודו מסדר שני מציג קשר ליניארי טוב יותר מהמודל הפסאודו מסדר ראשון. איור 9C מראה שהערימות הליניאריות של t/qe לעומת t מראים התאמה טובה עם הנתונים הניסויים מהמודל הפסאודו-שני. ה-qe המחושב של מסדר פסאודו שני היה די דומה לנתונים ניסיוניים (טבלה 4). תוצאות אלו הצביעו על כך שפסאודו-מסדר שני היה מודל קינטיקה מתאים יותר מאשר פסאודו-מסדר ראשון.

עם זאת, תוצאות ההערכה של מודל פסאודו-סדר שני אינן יכולות לקבוע את מנגנון הספיחה הפוטנציאלי. מקובל היה כי קינטיקה של ספיחה נשלטת על ידי מנגנון הדיפוזיה, המורכב מדיפוזיה חיצונית, דיפוזיה של שכבת גבול ודיפוזיה תוך-חלקיקית (Wong et al., 2019). מודל הדיפוזיה התוך-חלקיקי שימש כדי לקבוע אם דיפוזיה תוך-חלקיקית היא השלב המגביל את הקצב.

נאמר שהדיפוזיה התוך-חלקיקית היא השלב המגביל את הקצב כאשר ה-qt לעומת t1/2 היה ליניארי. הדיפוזיה התוך-חלקיקית הייתה השלב השולט בקצב היחיד כאשר העקומה עברה דרך המקור. ניתן לראות מאיור 9D, הדיפוזיה התוך-חלקיקית נשלטה על ידי שני שלבים שונים. השלב הראשון של העקומה מייצג ספיחה של פני השטח. השלב השני מצביע על דיפוזיה תוך-חלקיקית בנקבוביות ה-CMK-3. מכיוון שחלקת הדיפוזיה התוך-חלקיקית לא עברה דרך המקור, המודל הצביע על כך שמנגנון הספיחה היה יותר ממנגנון אחד ודיפוזיה תוך-חלקיקית לא הייתה השלב המגביל את הקצב היחיד. לפיכך, ניתן להסיק שהמנגנון של ספיחת PhGs ב-CMK-3 היה מורכב שהן ספיחה של פני השטח החיצוניים והן דיפוזיה תוך-חלקיקית התרחשו בו זמנית.

ניסוי חוזר

שימוש חוזר היה גורם חשוב בבחינת השימוש והערך של סופחים ביישומים מעשיים. לכן, ביצועי הספיחה המחזורית של CMK-3 עבור התמצית הגולמית נבדקו. איור 10 מציג את התוצאות של ספיחה מחזורית של CMK-3 עבור תמצית גולמית של Cistanche tubulosa. ניתן לראות באיור 10 שכושר הספיחה של CMK-3 השתנה מ-358.09 ± 4.13 מ"ג/ג ל-320.78 ± 5.62 מ"ג/ג לאחר שלושה מחזורי ספיחה, מה שהצביע על כך שה-CMK-3 היה טוב חזרתיות, ו-CMK-3 יכול לשמש שוב ושוב כדי לספוח PhGs.

מסקנות

תכונות הספיחה של PhGs על שלושת סוגי הפחמנים המזופוריים נחקרו ואופיינו הפחמן המזופורי לפני ואחרי הספיחה. התוצאות הראו של-CMK-3 יש את שטח הפנים הספציפי ונפח הנקבוביות הגדולים ביותר מבין שלושת הסופחים (CMK- 3, DMC ו-CMK-8), והוא יכול לספוח מולקולות PhGs בצורה יעילה יותר מאשר DMC ו-CMK-8 מה-תמציות של Cistanche tubulosa.מכיוון שהקבוצות הפונקציונליות המכילות חמצן על פני השטח של CMK-3 יכולות לספק מספר רב של אתרי ספיחה פעילים עבור מולקולות PhGs. בנוסף, נוצרו קשרי מימן בין קבוצות הידרוקסיל של PhGs לבין הקבוצות הפונקציונליות המכילות חמצן של CMK- 3. יכולת הספיחה של תמצית גולמית ל-PhGs הייתה 358.09 ± 4.13 מ"ג/ג' בתנאים האופטימליים של 0.41 מ"ג/ליטר, pH=6 ו-60◦C, וקצב הספיחה המתאים של CMK -3 היה 95.02%. נתוני הספיחה הראו שספיחה של PhGs עקבה מקרוב אחר מודל Langmuir ומודלים מסדר שני, מודל הדיפוזיה התוך-חלקיקית הציע שהשלבים המגבילים את הקצב של הספיחה היו מודל דיפוזיה תוך-חלקיקי. ה-CMK-3 יכול לשמש כסופח פוטנציאלי לספיחת PhG יעילה ביותר מ-Cistanche tubulosa.

תמצית CISTANCHE TUBULOSA טבעית CISTANCHE עשב תמצית PHGS75% ECH 30% ACT 12%