第六章吸附與離子交換2

1、離子交換樹脂的理化性能離子交換樹脂的理化性能外觀：球形、淺色為宜，粒度大小為1660目90%；機械強度：90%；含水量：0.30.7g/g 樹脂；交換容量：重量交換容量、體積交換容量、工作交換容量或稱表觀交換容量（在某一條件下）；穩(wěn)定性：化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性；膨脹度：交聯(lián)度、活性基團的性質(zhì)與數(shù)量、活性離子的性質(zhì)、介質(zhì)的性質(zhì)和濃度、骨架結(jié)構(gòu)；濕真密度：單位體積濕樹脂的重量；孔度、孔徑、比表面積第三節(jié) 吸附平衡和離子交換平衡 3.1 吸附平衡 概念：當(dāng)溫度一定時，吸附量與濃度之間的函數(shù)關(guān)系稱為吸附等溫線 當(dāng)吸附劑與溶液中的溶質(zhì)達到平衡時，其吸附量q*同溶液中溶質(zhì)的平衡應(yīng)與溫度有關(guān)。當(dāng)溫度一定時，吸

2、附量只和濃度有關(guān)，q* = f(c) - 吸附等溫線。生物分離中至少有四種等溫吸附線:亨利型吸附平衡:q*=mc 一般在低濃度范圍內(nèi)成立。Freundlich型吸附平衡: q*=kc1/n ,n=1-10 用于描述抗生素、類固醇及激素的吸附。 Langmuir型吸附平衡方程： 常用于關(guān)聯(lián)蛋白質(zhì)的分離提純。矩形 q*=kc1/n，n10時，q*=常數(shù)，吸附等溫線為矩形。 如在固定化單克隆抗體的免疫親和吸附中，一般存在 n 10cKcqq0* 3.2 離子交換平衡 除上述四種生物吸附中常見的吸附等溫線外，如果使用離子交換樹脂為吸附劑，這時呈現(xiàn)出來的吸附等溫線就是離子交換等溫線。 離子交換平衡 A強

3、電解質(zhì)XH的分配系數(shù)m B弱電解質(zhì)XH的分配系數(shù)m 影響因素： 離子強度; KAX的影響，當(dāng)KAX時，同強電解質(zhì)m pH的影響C 蛋白質(zhì)的分配系數(shù)m 離I為離子強度，Z為吸附一個蛋白質(zhì)分子所交換的反離子數(shù)。影響因素： |pH-pI| Z I 反離子m14.1 常用的吸附單元操作方式:間歇吸附 依據(jù)是吸附等溫線吸附等溫線和物料衡算物料衡算方程連續(xù)攪拌吸附固定床吸附 柱式塔柱式塔 穿透點穿透點第四節(jié) 吸附和離子交換操作過程及其應(yīng)用 固定床固定床:一根簡單的、充滿吸附劑顆粒的豎直圓管，含目標(biāo)產(chǎn)物的液體從管子的一端進入，流經(jīng)吸附劑后，從管子的另一端流出。穿透曲線穿透曲線:吸附過程中吸附塔出口溶質(zhì)濃度的

4、變化曲線穿透點穿透點:出口處溶質(zhì)濃度開始上升的點穿透時間穿透時間:達到穿透點所用的操作時間 由于穿透點難于準(zhǔn)確測定，故一般習(xí)慣上將出口濃度達到入口濃度的510的時間稱為穿透時間。 固定床吸附當(dāng)吸附操作達到穿透點時，應(yīng)停止吸附操作，轉(zhuǎn)入吸附質(zhì)洗脫和吸附劑再生操作。利用固定床吸附操作過程中溶質(zhì)的穿透曲線可測定溶質(zhì)的吸附平衡關(guān)系，這種方法稱為動態(tài)法.利用不同濃度的溶液反復(fù)進行吸附操作，即可獲得吸附平衡關(guān)系 :q*=f(c)。4.2 離子交換機理A+自溶液中擴散到樹脂表面A+從樹脂表面進入樹脂內(nèi)部的活性中心A+與離子交換樹脂在活性中心上發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)解吸附離子B+自樹脂內(nèi)部擴散至樹脂表面B+離子從樹脂

5、表面擴散到溶液中交換速度的控制步驟是擴散速度，不同的分離體系可能由內(nèi)部擴散或外部擴散控制影響離子交換速度的因素顆粒大?。河≡娇旖宦?lián)度：交聯(lián)度小，交換速度快溫度：越高越快離子化合價：化合價與高，交換越快離子大?。涸叫≡娇鞌嚢杷俣龋涸谝欢ǔ潭壬?，越大越快溶液濃度：當(dāng)交換速度為外擴散控制時， 濃度越大，交換速度越快影響離子交換選擇性的因素水合離子半徑水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；離子化合價離子化合價：高價離子易于被吸附；溶液溶液pHpH：影響交換基團和交換離子的解離程度，但不影響交換容量；離子強度離子強度：越低越好；有機溶劑有機溶劑：不利于吸附；交聯(lián)度、膨脹度、分子篩交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：

6、交聯(lián)度大，膨脹度小，篩分能力增大；交聯(lián)度小，膨脹度大，吸附量減少； 樹脂與粒子間的輔助力樹脂與粒子間的輔助力：除靜電力以外，還有氫鍵和范德華力等輔助力；4.3 離子交換操作方法n樹脂預(yù)處理n離子交換吸附n洗脫樹脂預(yù)處理物理處理：水洗、過篩，去雜，以獲得粒度均勻的樹脂顆粒；化學(xué)處理：轉(zhuǎn)型（氫型或鈉型） 陽離子樹脂 酸堿酸 陰離子樹脂 堿酸堿 最后以去離子水或緩沖液平衡4.4 離子交換操作方式靜態(tài)：操作簡單、但是分批操作，交換不 完全動態(tài)：離子交換柱，操作連續(xù)、交換完 全，適宜多組份分離 柱式固定床洗脫方式離子交換完成后，將樹脂吸附的物質(zhì)重新轉(zhuǎn)入溶液的方法洗脫方法（1）改變?nèi)芤簆H值（2）改變?nèi)芤?/p>

7、離子強度樹脂再生是指是離子交換樹脂重新具有交換能力的過程酸性陽離子樹脂 酸-堿-酸-緩沖溶液淋洗堿性陰離子樹脂 堿-酸-堿-緩沖溶液淋洗方式有：順流再生和逆流再生4.5 離子交換應(yīng)用實例離子交換法提取蛋白質(zhì)較無機離子的離子交換平衡復(fù)雜，其吸附行為與離子間的靜電引力、氫鍵、疏水作用以及范德華力有關(guān)蛋白質(zhì)是生物大分子物質(zhì)，因此，其擴散行為也較無機離子復(fù)雜cKcqq0*一些影響離子交換的帶電荷區(qū)域不同的蛋白質(zhì)帶有不同的電荷,并具有不同的表面電荷模式選擇性分離的基礎(chǔ)選擇性分離的基礎(chǔ)NH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-較低較低 pH正電荷正電荷較高較高 pH負電荷負電荷獲得氫獲得氫失掉氫

8、失掉氫PH值對電荷的影響-+Overall charge on proteinNH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-acid isoelectric point alkalineexcess positive charge balanced positive and negative charge excess negative chargepH310滴定曲線滴定曲線蛋白質(zhì)離子交換分離的基本步驟n平衡n上樣吸附n洗脫n再生+-anion exchange bead平衡上樣吸附-+-洗脫-+-再生-+Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+NoImage-常用于蛋白質(zhì)提取分離的離子交換劑要求：良好的親水性、具有較大的均勻網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、粒