新吸附法修改版

1、l/o/g/o吸附分離技術(shù)和理論吸附分離技術(shù)和理論生技z級(jí)gfs班 afjhlhup吸附分離技術(shù)和理論吸附分離技術(shù)和理論 吸附概述吸附概述 吸附的基本原理吸附的基本原理12 常見吸附劑及其生產(chǎn)應(yīng)用常見吸附劑及其生產(chǎn)應(yīng)用 吸附的操作工藝吸附的操作工藝34l/o/g/o吸附概述吸附概述吸附法吸附法(adsorption method)： 利用吸附劑對(duì)活性物質(zhì)和雜質(zhì)間吸附能力的差異，將樣品中的生物活性物質(zhì)或雜質(zhì)吸附于適當(dāng)?shù)奈絼┥?，達(dá)到濃縮和提純目的的方法。吸附法典型的吸附過程包括四個(gè)步驟：待分離的料液待分離的料液通入吸附劑通入吸附劑吸附質(zhì)被吸附吸附質(zhì)被吸附在吸附劑表面在吸附劑表面料液流出料液流出吸

2、附質(zhì)解吸吸附質(zhì)解吸吸附劑再生吸附劑再生 吸附法特點(diǎn)吸附法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：(1)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、價(jià)廉、安全。(2)少用或不用有機(jī)溶劑，吸附過程中ph變化小，較少引起生物活性物質(zhì)的變性失活。缺點(diǎn)：(1) 選擇性差，收率不高。(2)一些無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定 常用的吸附劑v大網(wǎng)格樹脂聚合物吸附劑v活性碳：助濾，脫色，去熱原v氧化鋁v硅膠v羥基磷灰石（磷酸鈣） v沸石分子篩 吸附法的發(fā)展吸附法的發(fā)展吸附法在各種層析技術(shù)中應(yīng)用最早 一戰(zhàn)期間發(fā)展起來的活性炭吸附 后來使用的凝膠型離子交換樹脂、分子篩和纖維素等 近些年發(fā)展的大網(wǎng)格吸附劑l/o/g/o吸附的基本原理吸附的基本原理 吸附法基本原理 界面上的分子同時(shí)

3、受到不相等的兩相分子的作用力，界面分子的力場(chǎng)不飽和，即存在一種固體的表面力，能從外界吸附分子、原子或離子，并在吸附劑表面附近形成多分子層或單分子層。一、吸附作用、 吸附法基本原理v吸附作用力吸附作用力:定向力定向力,誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力,色散力色散力v定向力定向力:極性分子間產(chǎn)生的作用力極性分子間產(chǎn)生的作用力,分子極性越大分子極性越大,定向力越大定向力越大,與熱力學(xué)溫度成反比與熱力學(xué)溫度成反比.v誘導(dǎo)力誘導(dǎo)力:極性分子和非極性分子之間的吸引力極性分子和非極性分子之間的吸引力,與溫與溫度無關(guān)度無關(guān).v色散力色散力:非極性分子之間的引力非極性分子之間的引力,隨最外層電子數(shù)增隨最外層電子數(shù)增多而增加多而增加

4、,不取決于溫度不取決于溫度. 吸附作用：物質(zhì)從流體相（氣體或液體）濃縮到固體表面從而達(dá)到分離的過程稱為吸附作用吸附劑：在表面上能發(fā)生吸附作用的固體微粒稱為吸附劑吸附物：被吸附的物質(zhì)稱為吸附物。 吸附法的基本概念 吸附的類型（1） 物理吸附: 放熱，可逆，單分子層或多分子層，選擇性差（2） 化學(xué)吸附: 放熱量大，單分子，選擇性強(qiáng)（3） 交換吸附: 吸附劑吸附后同時(shí)放出等當(dāng)量的離子到溶液中v正吸附：吸有效成分v負(fù)吸附：吸雜質(zhì)物理吸附與化學(xué)吸附的特點(diǎn)物理吸附與化學(xué)吸附的特點(diǎn)項(xiàng)目項(xiàng)目物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附作用力作用力范德華力范德華力化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力吸附熱吸附熱較小較小, ,接近液化接近液化熱

5、熱較大較大, ,接近反應(yīng)接近反應(yīng)熱熱選擇性選擇性較差較差有選擇性有選擇性吸附速度吸附速度較快，需要的活較快，需要的活化能很小化能很小慢，需要一定慢，需要一定的活化能的活化能吸附分子層吸附分子層單分子層或多分單分子層或多分子層子層單分子單分子 吸附的類型發(fā)酵工業(yè)常用的吸附劑可分為發(fā)酵工業(yè)常用的吸附劑可分為:v疏水或非極性吸附劑疏水或非極性吸附劑:從極性溶媒從極性溶媒(如水如水)內(nèi)吸附溶內(nèi)吸附溶質(zhì)質(zhì),典型吸附劑是活性炭典型吸附劑是活性炭.v親水或極性吸附劑親水或極性吸附劑:適用于非極性或極性較小的溶適用于非極性或極性較小的溶媒媒,如硅膠如硅膠,氧化鋁氧化鋁,活性土等活性土等.v離子交換樹脂吸附劑離

6、子交換樹脂吸附劑:屬于極性吸附劑屬于極性吸附劑,因?yàn)槭莾尚砸驗(yàn)槭莾尚曰衔锘衔?具有離子交換劑的性質(zhì)具有離子交換劑的性質(zhì). 影響吸附的因素影響吸附的因素1.吸附劑的特性吸附劑的特性v吸附容量吸附容量 吸附劑表面積越大，吸附量越多 活化可增加吸附劑的吸附容量 活化：通過處理使其表面具有一定的吸附特性或增加表面積v吸附速度：顆粒度、孔徑吸附速度：顆粒度、孔徑v機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度（使用壽命）（使用壽命） 2.吸附物的性質(zhì)吸附物的性質(zhì)（1）能使）能使表面張力降低表面張力降低的物質(zhì)易為表面吸附的物質(zhì)易為表面吸附（2）極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)，非極性吸附劑易吸）極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)，非極性吸附劑易吸附

7、非極性物質(zhì)附非極性物質(zhì)（3）溶質(zhì)從較易溶解的溶劑中被吸附時(shí)，吸附量較少。）溶質(zhì)從較易溶解的溶劑中被吸附時(shí)，吸附量較少。（4）同系列物質(zhì)分子越大，極性越差，易為非極性吸）同系列物質(zhì)分子越大，極性越差，易為非極性吸附劑吸附，越難為極性吸附劑吸附附劑吸附，越難為極性吸附劑吸附（5）吸附物）吸附物-溶劑形成氫鍵，不易吸附溶劑形成氫鍵，不易吸附 吸附物吸附物-吸附劑形成氫鍵，易于吸附吸附劑形成氫鍵，易于吸附 影響吸附的因素影響吸附的因素3.吸附的條件吸附的條件 溫度（吸附熱，溶解度） ：經(jīng)驗(yàn) ph（解離度） ：兩性物質(zhì)，等電點(diǎn)附近 鹽的濃度：可能阻止、可能促進(jìn)，經(jīng)驗(yàn) 溶劑：?jiǎn)稳軇┮孜剑旌先軇┮捉馕?

8、影響吸附的因素影響吸附的因素吸附物濃度：吸附物濃度： 濃度高吸附量大，但選擇性下降 適當(dāng)稀釋調(diào)高選擇性 濃度1%4.吸附物濃度與吸附劑用量吸附劑用量：吸附劑用量： 用量大，吸附總量大-每克吸附劑吸附物質(zhì)的量變小-成本增高-選擇性下降v綜合各因素，實(shí)驗(yàn)確定綜合各因素，實(shí)驗(yàn)確定 影響吸附的因素影響吸附的因素l/o/g/o常見吸附劑及其生產(chǎn)應(yīng)用常見吸附劑及其生產(chǎn)應(yīng)用 大網(wǎng)格大網(wǎng)格樹脂的網(wǎng)絡(luò)骨架大網(wǎng)格樹脂吸附法大網(wǎng)格樹脂吸附法v大網(wǎng)格樹脂吸附法：將多孔的大網(wǎng)格吸附樹脂大網(wǎng)格樹脂吸附法：將多孔的大網(wǎng)格吸附樹脂作為吸附劑，利用表面分子與物質(zhì)分子間作為吸附劑，利用表面分子與物質(zhì)分子間范德范德華引力華引力，把

9、液相中物質(zhì)吸附到吸附樹脂表面。，把液相中物質(zhì)吸附到吸附樹脂表面。v特點(diǎn)1、選擇性好選擇性好、解吸容易解吸容易、理化性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械、理化性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度好、可反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)度好、可反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。2、其孔隙大小、骨架結(jié)構(gòu)和極性，可按照需要，、其孔隙大小、骨架結(jié)構(gòu)和極性，可按照需要，根據(jù)不同的原料和合成條件而改變，因此可根據(jù)不同的原料和合成條件而改變，因此可適適用于吸附各種有機(jī)化合物用于吸附各種有機(jī)化合物。3、適合、適合弱電解質(zhì)及非離子型化合物弱電解質(zhì)及非離子型化合物分離。分離。24一、大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑的類型和結(jié)構(gòu) 據(jù)骨架極性強(qiáng)弱分為據(jù)骨架極性強(qiáng)弱分為非極性、中等極性、極性、強(qiáng)極性吸附劑

10、非極性、中等極性、極性、強(qiáng)極性吸附劑美國(guó)羅姆美國(guó)羅姆-哈斯公司：哈斯公司：amberlite系列；系列； 日本三菱化成公司：日本三菱化成公司：diaion系列。系列。25二、大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑吸附機(jī)理 樹脂骨架和溶質(zhì)分子間的分子吸附（范德華樹脂骨架和溶質(zhì)分子間的分子吸附（范德華力）力）“類似物容易吸附類似物”的原則：v一般非極性吸附劑適宜于從極性溶劑(水)中吸附非極性物質(zhì)。v一般極性吸附劑適宜于從非極性溶劑(有機(jī)溶劑)中吸附極性物質(zhì)。v 而中等極性的吸附劑則對(duì)上述兩種情況都具有吸附能力。v吸附法提取的生化物質(zhì)大多是弱極性或非極性，吸附法提取的生化物質(zhì)大多是弱極性或非極性，一般選非極性或中等極

11、性。一般選非極性或中等極性。 操作過程操作過程預(yù)處理上樣吸附洗雜洗脫再生三、操作過程1.樹脂選擇：樹脂選擇：v類似物容易吸附類似物（類似物容易吸附類似物（吸附法提取的生化吸附法提取的生化物質(zhì)大多是弱極性或非極性，一般選非極性物質(zhì)大多是弱極性或非極性，一般選非極性或中等極性）或中等極性）v孔徑：樹脂孔徑為溶質(zhì)分子直徑的孔徑：樹脂孔徑為溶質(zhì)分子直徑的6倍較宜倍較宜v預(yù)處理：甲醇洗滌預(yù)處理：甲醇洗滌v再生：一種溶劑或多種溶劑清洗，甲醇、丙再生：一種溶劑或多種溶劑清洗，甲醇、丙酮、乙酸乙酯酮、乙酸乙酯 2.吸附條件選擇吸附條件選擇（1無機(jī)鹽的影響無機(jī)鹽的影響v 無機(jī)鹽存在，對(duì)吸附不僅無干擾，還有無機(jī)鹽

12、存在，對(duì)吸附不僅無干擾，還有促進(jìn)作用（鹽析）。促進(jìn)作用（鹽析）。（2吸附吸附ph（ ph影響離解程度，影響吸影響離解程度，影響吸附量）附量）v 弱酸物質(zhì)：弱酸物質(zhì)：phpk （呈分子狀態(tài)）（呈分子狀態(tài)）v 中性物質(zhì)：中性物質(zhì)：ph無影響（不會(huì)電離）。無影響（不會(huì)電離）。 3.洗脫條件選擇洗脫條件選擇v最常用低級(jí)醇、酮或其水溶液解吸最常用低級(jí)醇、酮或其水溶液解吸v解吸溶劑能使大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑解吸溶劑能使大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑溶脹溶脹;選用溶劑應(yīng)容易選用溶劑應(yīng)容易溶解吸附物溶解吸附物。v對(duì)弱酸性物質(zhì)可用堿來解吸對(duì)弱酸性物質(zhì)可用堿來解吸 ，弱堿性物質(zhì)，弱堿性物質(zhì)可用酸來解吸可用酸來解吸 v吸附在高

13、濃度鹽類溶液中進(jìn)行時(shí)，水洗即吸附在高濃度鹽類溶液中進(jìn)行時(shí)，水洗即可解吸可解吸31四、大孔吸附樹脂的應(yīng)用：抗生素分離純化（再生容易、產(chǎn)品灰分少）：-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、氨基糖苷類、肽類、博萊霉素類、含氮雜環(huán)類及其他新抗生素維生素的提取純化： vb12，vb2，vc 天然產(chǎn)物的分離：生物堿，黃酮，多糖，苷類 、紅景天甙等生化藥物：酶, 氨基酸, 蛋白質(zhì), 肽,甾體32紅霉素的分離純化33sip-1300大孔吸附劑分離純化超氧化物歧化酶 活性炭v一種被廣泛應(yīng)用的優(yōu)良的吸附劑。一種被廣泛應(yīng)用的優(yōu)良的吸附劑。吸附能力吸附能力很強(qiáng)的非極性吸附劑很強(qiáng)的非極性吸附劑v對(duì)色素、細(xì)菌和熱源等雜質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能對(duì)

14、色素、細(xì)菌和熱源等雜質(zhì)有很強(qiáng)的吸附能力。力。v一般用木屑、獸骨、獸血或煤屑等為原料高一般用木屑、獸骨、獸血或煤屑等為原料高溫（溫（800）碳化成。）碳化成。v分類分類 粉末碳：比表面積大吸附力強(qiáng) 顆粒碳：吸附能力較差，但易裝柱 錦綸活性炭：吸附能力較兩者弱粉狀活性炭粉狀活性炭 o 不定型顆料活性炭 纖維狀活性碳 o 園柱形活性炭 顆粒活性炭o 球形活性炭 v吸附物分子結(jié)構(gòu)對(duì)吸附性能影響：吸附物分子結(jié)構(gòu)對(duì)吸附性能影響：1）對(duì)極性基團(tuán)多的化合物的吸附力大于極性基團(tuán)少對(duì)極性基團(tuán)多的化合物的吸附力大于極性基團(tuán)少的化合物的化合物（2）對(duì)芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物）對(duì)芳香族化合物的吸附能力大于

15、脂肪族化合物（3）對(duì)相對(duì)分子量大的化合物的吸附力大于相對(duì)分）對(duì)相對(duì)分子量大的化合物的吸附力大于相對(duì)分子量小的化合物子量小的化合物（4）ph 值的影響值的影響 堿性堿性 中性吸附中性吸附 酸性洗脫酸性洗脫 酸性酸性 中性吸附中性吸附 堿性洗脫堿性洗脫（5）溫度）溫度 未平衡前未平衡前 隨溫度升高而增加隨溫度升高而增加v溶劑中吸附能力：（溶劑中吸附能力：（活性炭是非極性吸附劑活性炭是非極性吸附劑） 水乙醇甲醇乙酸乙酯丙酮二氯甲烷37輔酶a制備 磷酸鈣凝膠v在蛋白質(zhì)的分離、精制中，較為常用在蛋白質(zhì)的分離、精制中，較為常用v形式：磷酸鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石形式：磷酸鈣、磷酸氫鈣、羥基磷灰石v活性部位

16、：鈣離子，與蛋白質(zhì)負(fù)電基團(tuán)結(jié)合活性部位：鈣離子，與蛋白質(zhì)負(fù)電基團(tuán)結(jié)合 在無機(jī)吸附劑中，磷酸鈣是唯一的適用于生物活在無機(jī)吸附劑中，磷酸鈣是唯一的適用于生物活性高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、核酸）的分離的吸附性高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、核酸）的分離的吸附劑。羥基磷灰石主要適用于蛋白質(zhì)的層析分離，劑。羥基磷灰石主要適用于蛋白質(zhì)的層析分離，也適用于較小的核酸，如轉(zhuǎn)移也適用于較小的核酸，如轉(zhuǎn)移rna的分離的分離。39胰島素純化 三氧化鋁三氧化鋁 氧化鋁的吸附能力很強(qiáng)，可以活化到不同程度，氧化鋁的吸附能力很強(qiáng)，可以活化到不同程度，重演性好，再生容易，故是常用的吸附劑之一。重演性好，再生容易，故是常用的吸附劑之一。分酸

17、性、堿性和中性三種，分酸性、堿性和中性三種，v酸性氧化鋁酸性氧化鋁(ph4-5)(ph4-5)適合于分離酸性化合物，適合于分離酸性化合物，v堿性氧化鋁堿性氧化鋁(ph9-10)(ph9-10)適合于分離堿性化合物，適合于分離堿性化合物，v中性氧化鋁中性氧化鋁(ph7)(ph7)適合于分生物堿、揮發(fā)油、萜類、適合于分生物堿、揮發(fā)油、萜類、甾體及在酸、堿中不穩(wěn)定的甙類、酯類等化合物。甾體及在酸、堿中不穩(wěn)定的甙類、酯類等化合物。 硅膠硅膠v硅膠是應(yīng)用很廣的一種極性吸附劑?？膳c極硅膠是應(yīng)用很廣的一種極性吸附劑?？膳c極性化合物或不飽和化合物形成氫鍵而使硅膠性化合物或不飽和化合物形成氫鍵而使硅膠具較強(qiáng)的吸

18、附力。具較強(qiáng)的吸附力。 v主要優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)惰性，具有較大的吸附量，主要優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)惰性，具有較大的吸附量，易制備。易制備。 沸石分子篩沸石分子篩v是結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物。是結(jié)晶鋁硅酸金屬鹽的水合物。v由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)由于分子篩能將比其孔徑小的分子吸附到空穴內(nèi)部，而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外，起到部，而把比孔徑大的分子排斥在其空穴外，起到篩分分子的作用，故得名分子篩。篩分分子的作用，故得名分子篩。（a a）a a 型型 （b b）x x 型型兩種常用沸石分子篩的結(jié)構(gòu)兩種常用沸石分子篩的結(jié)構(gòu)l/o/g/o吸附分離的常見應(yīng)用方式吸附分離的常見應(yīng)用方式1) 分批操作法分批操作法2) 吸附劑片過濾吸附法吸附劑片過濾吸附法3) 柱式法柱式法靜態(tài)操作法靜態(tài)操作法動(dòng)態(tài)操作法動(dòng)態(tài)操作法 分批式與連續(xù)式吸附分批式與連續(xù)式吸附分批式吸分批式吸附附操作過程：操作過程：1）攪拌含生物分子和吸附劑的溶液）攪拌含生物分子和吸附劑的溶液1015分分鐘鐘2）沉降吸附劑，傾出上清液）沉降吸附劑，傾出上清液3）將下層漿液注入）將下層漿液注入布氏漏斗中真空過濾布氏漏斗中真空過濾4）用緩沖液洗滌吸附劑）用緩沖液洗滌吸附劑5）抽干濕吸附劑，倒入燒杯）抽干濕吸附劑，倒入燒杯6）用）用洗滌的緩沖液洗滌的緩沖液再將吸附劑制