吸附離子交換技術(shù)

1、1姓名：許曉茗學(xué)號(hào)：1511315042吸附離子交換技術(shù)吸附離子交換技術(shù)22、蛋白質(zhì)的離子交換吸附3、離子交換在藥物生產(chǎn)的應(yīng)用4.離子交換在有機(jī)合成的應(yīng)用目 錄1、離子交換技術(shù)在植物脫色中的應(yīng)用3離子交換色譜(Ion exchange chromatography, IEC)是應(yīng)用最廣泛的色譜技術(shù),自從上世紀(jì)五十年代開始應(yīng)用于生物物質(zhì)的分離離子交換色譜以離子交換劑作為固定相,以合適的緩沖溶液作為流動(dòng)相,流動(dòng)相中的帶電溶質(zhì)與離子交換劑之間靜電作用力存在差異,從而使得目標(biāo)溶質(zhì)得以分離。IEC的簡(jiǎn)介IEC的簡(jiǎn)介IEC的簡(jiǎn)介離子交換劑緩沖溶液固定相流動(dòng)相靜電作用差分離4離子交換作用的原理是,離子交換劑

2、骨架上的功能基團(tuán)在水溶液中會(huì)發(fā)生解離,解離后的功能基團(tuán)能夠與溶液中其他帶有同種電荷的離子發(fā)生交換。這個(gè)離子交換的過(guò)程是等當(dāng)量的,離子交換劑以及溶液都始終保持電中性,交換過(guò)程是可逆的,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間最終達(dá)到平衡。由于不同離子與功能基團(tuán)的作用力大小不同,溶液中的不同的帶電溶質(zhì)通過(guò)這種可逆的離子交換作用達(dá)到對(duì)其的分離提純以及濃縮。51、離子交換技術(shù)在植物脫色中的應(yīng)用1.11.1離子交換樹脂概述離子交換樹脂概述初期應(yīng)用是以沸石類天然礦物凈化水質(zhì)開始的沸石、磺化煤、酚醛樹脂發(fā)展階段1945 年出現(xiàn)了凝膠型苯乙烯合成樹脂，標(biāo)志著近代離子交換技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了全新時(shí)期。今天，各種凝膠型苯乙烯樹脂、聚丙乙烯樹脂、

3、大孔樹脂以及各種專用樹脂，構(gòu)成了整個(gè)龐大的離子交換劑家族。離子交換樹脂是一種具有活性交換基團(tuán)的不溶性高分子共聚物，其交換基團(tuán)使用失效后，經(jīng)過(guò)再生可以恢復(fù)交換能力，然后重復(fù)使用樹脂的母體構(gòu)架，或稱骨架（framework, matrix）由高分子碳鏈構(gòu)成，是一種三維多孔海綿狀的不規(guī)則網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它一般不溶于一般酸、堿溶液及有機(jī)溶劑。6在工業(yè)應(yīng)用中，樹脂脫色的優(yōu)點(diǎn)主要是處理能力大，脫色范圍廣，脫色容量高，能除去各種不同的離子，可以反復(fù)再生使用，工作壽命長(zhǎng)，運(yùn)行費(fèi)用較低。以離子交換樹脂為基礎(chǔ)的多種新技術(shù)，如色譜分離法、離子排斥法、電滲析法等，各具獨(dú)特的功能，可以進(jìn)行各種特殊的工作，是其他方法難以做到的

4、。樹脂精制的應(yīng)用，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外制糖工業(yè)的研究的重點(diǎn)課題，是實(shí)現(xiàn)糖業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。1.2 離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用7甜菜糖廠普遍采用碳酸石灰法除雜，國(guó)外一些甜菜糖廠將二碳清汁順序通過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂，將糖汁中的非糖分除去。這種處理能除去多數(shù)鹽類和有機(jī)雜物，提純效果很好。這種方法的缺點(diǎn)是糖汁在第一樹脂柱變?yōu)樗嵝?，加大了糖的損失。1964 年前蘇聯(lián)糖廠開始使用磺酸基鈉型陽(yáng)離子樹脂，結(jié)合強(qiáng)堿性陰離子樹脂，發(fā)現(xiàn)脫色效果良好，且脫色工藝受甜菜質(zhì)量影響很小。1.2 離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用前面采用強(qiáng)酸性陽(yáng)離子樹脂（氫

5、型），后面采用弱堿性陰離子樹脂。經(jīng)過(guò)第一樹脂柱，樹脂的氫離子置換了溶液中的陽(yáng)離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+等），置換出的氫離子使溶液的pH大幅下降。在第二樹脂柱內(nèi)，弱堿性陰離子樹脂除去陰離子和各種負(fù)電性物質(zhì)（帶負(fù)電的色素 ），交換出的離子使溶液的 pH 值恢復(fù)至中性或微堿性。8 林樂(lè)新對(duì)白糖精制工藝研究發(fā)現(xiàn)，糖液脫色適宜用兩級(jí)樹脂柱串聯(lián)組合。第一級(jí)采用丙烯胺系弱堿性陰離子樹脂，其脫色范圍廣、吸附容量大、耐污染，起主要的脫色作用；第二級(jí)采用苯乙烯系強(qiáng)堿性陰離子樹脂，其吸附能力強(qiáng)，可以徹底地去除有色物。1.2 離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用9 王元鳳研究了樹脂

6、用于茶多糖的脫色，茶多糖溶液中的色素以天然色素和生產(chǎn)中產(chǎn)生的色素為主，色值比菊粉提取液更大。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大孔吸附樹脂適宜從極性溶液中吸附非極性物質(zhì)，最后選定 D315 弱堿性陰離子樹脂，其脫色效果最好，并推測(cè)茶多糖溶液中主要以帶負(fù)電的非極性小分子量物質(zhì)為主。1.2 離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用10 曹云研究了 8 種大孔吸附樹脂和 4 種離子交換樹脂對(duì)靈芝多糖溶液的脫色影響，發(fā)現(xiàn)含特殊功能基的陰離子樹脂 D392 對(duì)靈芝多糖的脫色效果最好，該功能基能與反離子結(jié)合相對(duì)牢固，增加了反離子與色素的離子交換，同時(shí)樹脂功能基改善了骨架的親水性，增加了樹脂骨架與色素分子的接觸面

7、積，從而增強(qiáng)了脫色效果。另外研究表明，靈芝多糖色素以陰離子型分子為主，其次還有少量的弱極性和非極性分子。1.2 離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用離子交換樹脂在多糖脫色中的應(yīng)用11蛋白質(zhì)的離子交換吸附行為受到很多因素的影響,根據(jù)其吸附作用機(jī)理,主要的影響因素有被吸附蛋白質(zhì)的種類，吸附劑表面化學(xué)性質(zhì),吸附劑的結(jié)構(gòu)特性,pH,鹽濃度和溫度在確定了被吸附蛋白體系以及離子交換介質(zhì)的前提下,在進(jìn)行等溫條件下的吸附行為研究時(shí),蛋白質(zhì)種類、吸附劑、溫度一定,該體系的吸附行為主要的影響因素如下: 2、蛋白質(zhì)的離子交換吸附蛋白質(zhì)的離子交換吸附 2.1 離子交換吸附離子交換吸附的影響因素的影響因素 pH 值的影響值的

8、影響離子強(qiáng)度的影響離子強(qiáng)度的影響12蛋白質(zhì)在與離子交換介質(zhì)進(jìn)行離子交換吸附時(shí),蛋白質(zhì)所帶的電荷是由 pH值控制的。流動(dòng)相的 pH 值與蛋白質(zhì)等電點(diǎn) pI 的關(guān)系決定了蛋白質(zhì)與陽(yáng)離子交換介質(zhì)還是陰離子交換介質(zhì)作用。當(dāng) pH 值高于待分離蛋白的 pI 值時(shí),蛋白質(zhì)將帶凈的負(fù)電荷,與陰離子交換介質(zhì)作用;當(dāng) pH 值低于待分離蛋白的 pI 值時(shí),蛋白質(zhì)將帶凈的正電荷,與陽(yáng)離子交換介質(zhì)作用。蛋白質(zhì)與交換介質(zhì)的作用強(qiáng)度也與pH 值相關(guān),同種離子交換作用體系,當(dāng) pH 與 pI 相距越遠(yuǎn)則蛋白質(zhì)帶電荷越多,離子交換作用越強(qiáng)。因此,對(duì)于特定蛋白的離子交換體系的吸附,要根據(jù)需要選擇比較合適操作的 pH 值。2.

9、1.1 pH 值的影響13離子強(qiáng)度對(duì)蛋白質(zhì)離子交換吸附行為的影響主要體現(xiàn)在:通常,相同的離子交換體系,在保持其他條件不變的情況下,蛋白質(zhì)的離子交換吸附隨著離子強(qiáng)度的增大而減弱。溶液的離子強(qiáng)度主要取決于其鹽的種類以及鹽濃度的大小。鹽的類型對(duì)蛋白質(zhì)保留行為的影響主要包括強(qiáng)的頂替作用、弱的頂替作用以及中間頂替作用,通過(guò)影響蛋白質(zhì)的離子交換而影響蛋白質(zhì)在離子交換色譜中的保留行為、分離度以及回收率。故在具體蛋白質(zhì)的離子交換色譜的應(yīng)用中,強(qiáng)頂替作用的鹽將降低蛋白質(zhì)的保留時(shí)間,弱頂替作用的鹽將影響蛋白質(zhì)的回收率,故一般選擇中間頂替作用的鹽。2.1.2.1.2 2 離子強(qiáng)度的影響離子強(qiáng)度的影響 143.1 3

10、.1 肝素的提取肝素的提取肝素屬于黏多糖，在體內(nèi)與蛋白質(zhì)結(jié)合成復(fù)合體，這種復(fù)合體無(wú)抗凝血活性；當(dāng)除去蛋白質(zhì)后，其藥用功能顯示出來(lái)。肝素提取一般包括肝素一蛋白質(zhì)復(fù)合物的提取、肝素一蛋白質(zhì)復(fù)合物的分解和肝素的分級(jí)分離3步，其中分級(jí)分離采用離子交換法。肝素鈉生產(chǎn)工藝流程如下：3、離子交換在藥物生產(chǎn)的應(yīng)用15酶解、過(guò)濾后得到的產(chǎn)物，含有其他黏多糖，也含有未除盡的蛋白質(zhì)和核酸類物質(zhì)，要用陰離子交換劑或長(zhǎng)鏈季銨鹽進(jìn)行分級(jí)分離。其操作過(guò)程是將濾液冷卻至50以下，用6molL氫氧化鈉溶液調(diào)至pH7，加入5kg D-254強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂，攪拌5h，交換完畢，棄去液體；用自來(lái)水漂洗樹脂至水清；用約與樹脂體積

11、等量的2molL氯化鈉溶液攪拌洗滌15min，棄去洗滌液；再加2倍量的1.2molL氯化鈉溶液同法洗滌兩次；用半倍量的5molL氯化鈉溶液洗脫1h，收集洗脫液；然后用樹脂體積13量的3molL氯化鈉溶液同時(shí)洗脫兩次，合并洗脫液，得肝素鈉的鹽溶液，再經(jīng)醇沉、干燥，即得粗成品。 D-254樹脂是一種聚苯乙烯二乙烯苯、三甲胺季銨型強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂。按此工藝生產(chǎn)的肝素鈉產(chǎn)品，最高效價(jià)可達(dá)140Umg以上，收率平均約2104Ukg腸黏膜。樹脂經(jīng)洗脫后浸泡于4molL氯化鈉溶液中，下次使用前用水洗滌數(shù)遍，即可使用。16鏈霉素為一強(qiáng)堿性生物活性藥物，在pH45時(shí)穩(wěn)定。鏈霉素在中性溶液中為三價(jià)正離子，故宜

12、在中性和酸性條件下用陽(yáng)離子交換樹脂提取。強(qiáng)酸性樹脂吸附比較容易，但洗脫比較困難，故宜用弱酸性樹脂。在中性條件下，氫型弱酸性樹脂交換作用差，故應(yīng)預(yù)先將樹脂處理成鈉型。料液的濃度宜適當(dāng)稀釋，使樹脂利于吸附鏈霉素這種高價(jià)離子，而不易吸附低價(jià)雜質(zhì)離子。洗脫時(shí)，因弱酸性樹脂對(duì)氫離子的親和力很大，故用酸即可將鏈霉素完全洗脫，酸洗脫的濃度控制在1molL，洗脫液濃度較高，交換層較窄，洗脫高峰集中。3.2 3.2 抗生素的提取及轉(zhuǎn)型抗生素的提取及轉(zhuǎn)型17新霉素是六價(jià)堿性物質(zhì)，可以用強(qiáng)酸或弱酸性樹脂提取。用弱酸性樹脂提取時(shí)，其流程與鏈霉素相似，所不同的是可以用氨水將新霉素從磺酸基樹脂上洗脫下來(lái)，故常用磺酸基樹脂來(lái)提取。因在堿性條件下，新霉素由正離子變?yōu)橛坞x堿，使溶液中新霉素正離子濃度降低，即解吸離子的濃度降低，故有利于洗脫。選用的樹脂交聯(lián)度要合適，交聯(lián)度過(guò)大，會(huì)使換容量降低；過(guò)小會(huì)使選擇性不好。氨水洗脫液可用羥型強(qiáng)堿樹脂脫色，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)去除氨水，不留下灰分，可省去脫鹽工序。3.2 3.2 抗生素的提取及轉(zhuǎn)型抗生素的提取及轉(zhuǎn)型18在