地黄清洗致癌物工艺.docx
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地黄清洗致癌物工艺
生地污染物修复工艺的研究
一、引言
（一）生地及污染物简介
生地是生地黄的简称，它有补血，清热的功效。
主要产于我的山西、河南等省份，主要在韩国和东南亚等国家出口。
根据焦作日报报道[1]，韩国对我国出口生熟地黄产品新增了检测苯并芘的项目，规定生熟地黄中苯并芘的含量不得超过5μg/kg。
苯并芘属多环芳烃类物质，具有很强的致癌性质[2]，当苯并芘超过一定的阀值时，对人的身体造成一定的危害，而在鲜地黄加工过程中，因受热不均匀使鲜地黄碳化，并产生苯并芘。
3.4-苯并芘
（二）清除生地污染物3,4-苯并芘目前的状况
如何降低3,4-苯并芘的含量，在理论上有三种方法：
一是超声萃取法，而是索氏提取法，三是浸泡振荡法[3]。
三种方法都能有效的提取3,4-苯并芘，然而索氏提取法与浸泡振荡法用时较长，需要6h，萃取率才能达到80%以上。
超声萃取法只要40min萃取就能达到80%以上，但是成本很高。
工业处理生地污染物3,4-苯并芘，以上三种方法都不是最理想的。
（三）设计实验方案的依据
工业降低生地3,4-苯并芘的含量，应遵循高效，低廉，快速，操作简单等原则。
为了达到工业要求，我设计了氧化分解法，即利用过硫酸铵的氧化还原的性质，分解3,4-苯并芘，从而降低生地中3,4-苯并芘的含量。
依据：
赵丹，廖晓勇等人在研究不同氧化剂对焦化工业场地有机污染土壤的化学修复技术［4］时发现，化学氧化方法能够有效去除土壤中多环芳香烃（PAHs），高锰酸盐和过硫酸钠对总PAHs的去除率最高，分别达到了96%和92%。
3,4-苯并芘属于PAHs物质，可以推测过硫酸盐对3,4-苯并芘的氧化效果非常好，过硫酸铵与过硫酸钾及过硫酸钠氧化能力比较如下，而它们的溶解度相当均可以配置高浓度的水溶液，但过硫酸钠成本高。
考虑到工业成本，过硫酸铵作为氧化剂更合适。
过硫酸铵的氧化原理:
S2O82-加热SO4-·
过硫酸铵在水溶液中以过硫酸根的形式存在,被温度活化之后,以硫酸根自由基的形式存在,具有极强的氧化性,并将芳香环氧化分解。
（四）设计实验方案
设计响应面实验，探讨过硫酸铵氧化3,4-苯并芘的最佳条件，分两个步骤：
步骤一、确定过硫酸铵氧化的因素，分别是浓度（0.0003%，0.003%，0.03%，0.3%），时间（30min,40min,50min,60min,70min,80min,90min,100min,110min），温度（30℃，35℃，40℃，45℃，50℃）。
设计单因素试验，确定各因素的水平。
步骤二、设计响应面法，优化各因素水平，确定那个过硫酸铵氧化处理3,4-苯并芘最佳条件。
2、实验材料与方法
（一）实验仪器及试剂
1.实验仪器
数显恒温水浴锅江苏省金坛市仪器制造公司
调温型电热套北京科伟永兴仪器有限公司
电子天平上海精密科学仪器有限公司
预柱北京陆达恒宇科技有限公司
可见分光光度计 上海新茂仪器有限公司
玻璃比色皿上海光谱仪器有限公司
微量移液枪上海精密科学仪器有限公司
2.实验材料和试剂
生地曲沃县药材公司
苯并[a]芘标准液MarketSt.NewHaven,CT065B·USA
丙酮分析纯洛阳市化学试剂厂
95%乙醇分析纯洛阳市化学试剂厂
二氯甲烷分析纯天津市科密欧化学试剂开发中心
蒸馏水山西师范大学实验室
过硫酸铵分析纯天津市光复科技发展有限公司
（二）实验方法与步骤
1.绘制标准曲线
1.1苯并芘标准液的稀释
用微量移液器取购买的500μg/ml的3,4-苯并芘标准液100μl于容量瓶中,加丙酮至10ml,即配制成了5000ng/ml的标准稀释液,留待下一步使用。
1.2配制不同浓度的稀释液
（25ng/ml，100ng/ml，300ng/ml，500ng/ml，900ng/ml，1500ng/ml1800ng/ml，3000ng/ml）
1.3测吸光度
分别将上述不同浓度的稀释液置于石英比色皿中，以丙酮为对照，在383nm的波长下用紫外可见分光光度计测其吸光度。
1.4绘标准曲线
记录不同浓度的吸光度，以吸光度为横坐标,浓度为纵坐标，用Excel2绘制标准曲线，求出回归方程和相关系数。
2.材料处理
2.1单因素实验
取生地若干，用清水将其表面的泥土等杂质冲掉，晾干后，留待备用。
浓度对过硫酸铵氧化效果的的影响
取生地，称质量，取浓度，使v/m=5，在25℃水浴锅中静止浸泡30min控制温度、时间，变化浓度（0.3%，0.03%，0.003%，0.0003%）。
处理时间对过硫酸铵氧化效果的影响
取生地，称质量，取浓度0.003%，使v/m=5，在25℃水浴锅中静止浸控制温度、浓度，变化时间（30min,40min,50min,60min,70min,80min,90min,100min,110min）。
处理温度对过硫酸铵氧化效果的影响
取其生地，称质量，取浓度0.003%，使v/m=5，在水浴锅中静止浸泡30min。
控制浓度、时间，变化温度（30℃，35℃，40℃，45℃，50℃）。
2.2浓缩
用量筒取清洗（浸泡）液120ml置于烧杯中,在调温型电热套上加热浓缩，当体积浓缩至5ml左右时，转移到小烧杯中继续浓缩，快干时将其取出，往小烧杯中加入1ml的丙酮使其溶解。
2.3预柱净化
用微量移液器取浓缩液200μl加到预柱中，待其完全渗入后，用针管吸取4ml的蒸馏水进行第一次洗脱（控制流速为40-50滴/分钟），弃去洗脱液，然后用针管吸取4ml60%的丙酮进行第二次洗脱（控制流速为40-50滴/分钟），弃去洗脱液，用针管吸取4ml80%的丙酮进行第三次洗脱（控制流速为40-50滴/分钟），弃去洗脱液，最后用4ml的纯丙酮洗脱，保留洗脱液，重复上述步骤直至把1ml的浓缩液全部净化，将保留的洗脱液合并后再次浓缩，供下一步使用。
2.4纸层析分离
取滤纸一张，将其裁成长20cm宽18cm的长方形，在纸的一端3cm处用铅笔画一条横线，做四个标记，用微量移液器分别取三种浓缩液200μl于前三个标记处进行点样（每次点一滴于滤纸上，拿吹风机在滤纸背面用冷风吹干后，继续点样，要保证样点的直径不超过3mm）,与此同时用微量移液器取标准液10μl在第四个标记处进行点样。
然后用针线将滤纸缝成筒状，放入盛有扩展剂（80%的乙醇和二氯甲烷以五比一的比例混合）的层析筒中，进行层析，三个小时后取出滤纸，拆线后用吹风机在滤纸背面用冷风吹干，在波长为254nm的紫外分析仪上观察吹干后的滤纸，分别用铅笔画出和标准液同一水平线上的蓝紫色斑点及一块同样大小的空白斑点，用剪刀剪下各斑点，分别放入小烧杯中，加入4ml的丙酮振荡浸泡10min。
2.5测定
将各斑点的浸泡液，分别移入石英比色皿中，以空白斑点的浸泡液为对照，在383nm的波长下，用紫外可见分光光度计测其吸光度。
2.6响应面试验
分别取其生地，称其质量，取浓度，使v/m=5，在水浴锅中静止浸泡分别控制两种条件，变化另一种条件进行静止浸泡处理：
浓度（%）（0.3,0.03,0.003）温度（℃）（30,35,40）时间（min）（40,50,60）。
三、结果与分析
（一）标准曲线的绘制与分析
将测得的结果用Excel分析，得到以下的标准曲线和回归方程：
由上图可知，在25ng/ml-3000ng/ml的浓度范围内，3,4-苯并芘标准液的浓度和吸光度呈良好的线性关系，得到的回归方程为y=6005.1x-96.814，相关系数为0.9993,校正系数为1/1000（其中y代表浓度（μg/kg），x代表吸光度abs）。
图一3，4-苯并芘标准曲线
（二）过硫酸铵单因素处理结果与分析
1.过硫酸铵浓度对清除生地污染物效果的影响
固定其它条件即在30℃,60min时考察过硫酸铵浓度对氧化效果的影响，其结果如表一所示。
表一不同浓度过硫酸铵对氧化效果的影响
过硫酸铵浓度（%）
吸光度
浓度（ug/kg）
修复率（%）
0.3
0.372
10.685
91.10
0.03
0.369
10.595
91.17
0.003
0.397
11.436
90.47
0.0003
0.552
16.090
86.60
图2-1过硫酸铵浓度对氧化效果的影响
图2-2过硫酸铵浓度对氧化效果的影响
由表一、图二可知，氧化效果先随过硫酸浓度增大而增强，后随过硫酸铵浓度增大的改变渐趋平缓，在浓度为0.03%时效果最好。
故确定过硫酸铵氧化的最适浓度为0.03%。
2.不同处理时间对清除效果的影响
固定其它条件即在过硫酸铵浓度为0.03%温度为30℃是，考察不同过硫酸铵处理时间对氧化效果的影响，其结果如表二所示：
表二不同处理时间对氧化效果的影响
时间（min）
吸光度
浓度（ug/kg）
修复率（%）
30
0.625
18.282
84.77
40
0.540
15.730
86.90
50
0.490
14.228
88.14
60
0.553
16.120
86.57
70
0.681
19.963
83.37
80
0.623
18.222
84.82
90
0.608
17.771
85.19
100
0.491
14.258
88.12
110
0.453
13.109
89.01
图3-1浸泡时间对氧化效果的影响
图3-2浸泡时间对氧化效果的影响
由表二、图三可知，氧化效果先随氧化时间的增加而增强，后随氧化时间的增加而减弱后一段时间有波动但是时间越长工业耗费越大，所以虽然在氧化时间为110min时，氧化效果最好；但是我选择50min为最好。
故确定过硫酸铵的最适氧化时间50min。
3.不同温度对清除生地污染物效果的影响
固定其它条件即在过硫酸铵浓度为0.03%，时间为50min时，考察不同温度对氧化效果的影响，其结果如表三，图四所示：
表三不同处理温度对氧化效果的影响
温度（℃）
吸光度
浓度（ug/kg）
修复率（%）
30
0.625
18.282
84.77
35
0.396
11.406
90.49
40
0.415
11.977
90.02
45
0.476
13.808
88.50
50
0.677
19.843
83.47
图4-1不同温度对氧化处理效果的影响
图4-2不同温度对氧化处理效果的影响
由表三、图四可知，过硫酸铵氧化效果先随温度的升高而增强，后随温度的升在温度为35℃时，氧化效果最好，故将35℃作为过硫酸铵氧化的最适温度。
（三）过硫酸铵响应面实验及结果分析
表四过硫酸铵的单因素影响因子和响应面软件中的实验因子对照表
A过硫酸铵浓度（%）
B浸泡时间（min）
C浸泡温度（℃）
-1
0.003
40
30
0
0.03
50
35
1
0.3
60
40
表五响应面设计软件综合试验及结果
试验号
因素1
A:
过硫酸铵浓度（%）
因素2
B:
浸泡时间
（min）
因素3
C:
浸泡温度
（℃）
吸光度（abs）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
0.00
1.00
0.00
1.00
0.00
0.00
0.00
-1.00
-1.00
-1.00
-1.00
0.00
0.00
1.00
0.00
0.00
1.00
0.00
1.00
0.00
1.00
0.00
0.00
0.00
-1.00
-1.00
-1.00
-1.00
0.00
0.00
1.00
0.00
0.00
1.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
-1.00
1.00
1.00
0.00
0.00
-1.00
1.00
-1.00
1.00
0.00
0.00
-1.00
0.283
0.477
0.356
0.435
0.402
0.423
0.44
0.427
0.352
0.384
0.421
0.48
0.448
0.424
表六多因子之间的交互作用结果分析（平方和和方差分析）
项目总述
（Sumof
Source）
平方和
（Sumof
Squares）
自由度
（df）
均方
（Mean
Square）
F值
（F
Value）
P值
概率>F
（p-value
Prob>F）
评价
模型（Model）
0.030
7
4.331E-003
4.36
0.0461
significant
A-A
4.095E-003
1
4.095E-003
4.13
0.0885
B-B
4.851E-003
1
4.851E-003
4.89
0.0691
AB
2.722E-004
1
2.722E-004
0.27
0.6193
BC
1.444E-003
1
1.444E-003
1.45
0.2732
A2
7.334E-003
1
7.334E-003
7.39
0.0347
B2
9.812E-003
1
9.812E-003
9.89
0.0200
C2
0.010
1
0.010
10.34
0.0183
剩余值和
5.956E-003
6
9.926E-004
欠合度
3.291E-003
5
6.582E-004
0.25
0.8996
notsignificant
纯误差
2.665E-003
1
2.665E-003
总和
0.036
13
图五响应面交互作用平面图
图5-1时间和浓度交互关系图5-2时间和图温度交互关系
图六、响应面交互作用立体图
图6-1时间和浓度交互关系图6-2时间和温度交互关系
2.最后的分析方程归纳：
得到Design-Expert分析方程为：
Abs=+0.31950+0.022625*A+0.024625*B-8.25000E-003*A*B-0.019000*B*C+0.047875*A2+0.055375*B2+0.056625*C2
我们可以根据这个线性多项式计算各个因素和最后结果（吸光值）之间的计算关系，更加直观的作出分析判断。
3.最后结果分析
表七结果分析表
序号
（Number）
A浓度（%）
B时间（min）
C温度（℃）
吸光度
（Abs）
最高期望值
（Desirability）
选择项
1
-1.00
-0.32
-0.17
0.338248
0.848
Selected
2
-1.00
-0.33
-0.19
0.338244
0.848
有图表可知，当过硫酸铵的浓度为0.003%；浸泡时间为46.8min；浸泡温度为34.15℃时所得的吸光度（abs）最佳abs=0.338248，对应的浓度是9.6720μg/kg它的去除率是91.94%,实际测量按条件为过硫酸铵的浓度为0.003%；浸泡时间为46.8min；浸泡温度为34.15℃实测时所得的吸光度（abs）最佳abs=0.335，误差不大。
四、讨论
采用过硫酸铵氧化法清除生地污染物3,4-苯并芘。
单因素的实验结果表明：
1.在固定条件浸泡温度为30℃,浸泡时间为60min时，从浓度的影响可以看出，在过硫酸铵浓度很小为0.0003%时，虽然有一定的影响效果但是氧化效果弱。
当浓度达到0.003%时氧化能力有显著增强，随后再加大浓度对氧化能力影响很小。
2.在固定条件浸泡温度为30℃，过硫酸铵浓度0.03%时，在30min到70min的范围内修复率开始在上升后来又下降后又有波动上升的趋势；综合分析，浸泡时间和过硫酸铵的浓度的影响不同不是简单的量的影响，由于地黄表面有色素存在，而色素本身也具有发色基团会影响吸光值得测定，它们也与PHA的性质相似可以和过硫酸根及硫酸根自由基反应，推测随时间的增加色素会参与到反应中来，为准确我们只取前60min的测量值。
3.在固定条件浸泡时间为60min过硫酸铵的浓度为0.03%时，温度对修复率的影响同时间的影响相似先上升后下降，考虑相同的影响因素色素，同时温度还是过硫酸铵激活剂所以它的影响更复杂一些，有待进一步的实验数据证实，本文只做到次。
交互因子的影响分析：
1.回归分析，在回归方程中，A、B、变量的正系数表明，该变量的正向变化能引起响应值的降低；负的二次项系数表明，方程的抛物面开口向上，具有极小值点，能够进行最优分析。
观察一、二次项系数可以发现：
对PHAs的影响因素从大到小顺序为：
浸泡时间>过硫酸铵浓度。
2.图像分析，利用RSM三维图综合反映了各变量与两个响应之间、响应与响应之间、变量与变量之间的关系。
比较3组图并结合表中P值可知：
模型的一次项C极不显著，A、B显著，交互项都显著，二次项AC，BC显著，表明C影响因素对得率的影响不是简单的线性关系。
总体来看，C因素即浸泡温度未形成交互因子说明C因素对修复率的影响很复杂，有待进一步的实验证实。
最后结果：
氧化条件，浓度0.003%，时间46.8min，温度34.15℃。
清除结果：
生地表面污染物3,4-苯并芘的量已从120.000μg/kg降到了9.6720μg/kg。
从实验数据来看过硫酸铵氧化法与索氏提取法、浸泡振荡法相比，效率更高，处理时间更短；与其他传统的处理方法相比，成本更低些。
总体上，过硫酸铵氧化法达到了工业处理生地污染物的要求：
高效，低廉，快速，操作简单。
不过，生地处理残留量并未达到出口标准，有待进一步改善。
这次试验结果没达到预期值，原因如下，影响过硫酸铵氧化生地污染物3,4-苯并芘的因素除了过硫酸铵浓度、氧化时间以及氧化温度外，还有体积质量比、溶液酸碱度。
这次试验为进一步改善过硫酸铵氧化法打下了基础。
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51-58.
致谢
他严肃认真但不缺乏风趣幽默，他勇于创新敢于突破常规，他知识渊博对工作兢兢业业对学生无私奉献，他就是恩师王文科。
感谢王老师几个月以来精心指导。
回想起来，无论是论文的开题、实验还是论文的编写，王老师都给于了我极大地帮助。
从王老师的身上我不仅学到了很多实验技能，还学到了他那种大胆创新的进取精神和思维方式，这一切，都会让我今后的人生受益匪浅，在此论文即将完成之际，我要对王老师说声谢谢。
感谢山西师范大学四年来的培养，感谢生命科学学院给我提供的这些条件，最后，我要对所有关心和帮助过我的人说一声：
谢谢。
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