生物分離工程吸附分離技術(shù)與理論市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、生物工程下游技術(shù)第六章 吸附分離技術(shù)與理論第1頁(yè)第1頁(yè)學(xué)習(xí)目和要求 在理解吸附劑和離子互換劑、吸附和離子互換平衡基礎(chǔ)上，掌握吸附和離子互換操作及其設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)。 第2頁(yè)第2頁(yè)通過(guò)本章學(xué)習(xí)應(yīng)掌握下列內(nèi)容：什么是吸附過(guò)程？吸附類(lèi)型有哪些？它們是如何劃分？慣用吸附劑種類(lèi)有哪些？什么是吸附等溫線？其意義何在？影響吸附過(guò)程原因有哪些？什么是親和吸附？其特點(diǎn)有哪些？慣用吸附單元操作有哪些方式？第3頁(yè)第3頁(yè)什么是離子互換？離子互換樹(shù)脂分類(lèi)？其主要理化性質(zhì)有哪些？離子互換機(jī)理是什么？什么是離子互換選擇性？其選擇性受哪些原因影響？基本離子互換操作是如何？如何利用離子互換法分離蛋白質(zhì)？第4頁(yè)第4頁(yè)目錄引言吸附劑與

2、離子互換劑吸附平衡離子互換平衡固定床吸附操作膨脹床吸附操作第5頁(yè)第5頁(yè)一、引言吸附定義 吸附（adsorption）是溶質(zhì)從液相或氣相轉(zhuǎn)移到固相現(xiàn)象,即利用吸附劑對(duì)液體或氣體中某一組分含有選擇性吸附能力，使其富集在吸附劑表面。（1）定義第6頁(yè)第6頁(yè)吸附操作 利用固體吸附原理從液體或氣體除去有害成份或提取回收有用目的產(chǎn)物過(guò)程，普通包括待分離料液與吸附劑混合、吸附質(zhì)被吸附到吸附劑表面、料液流出、吸附質(zhì)解吸回收等四個(gè)過(guò)程料液與吸附劑混合吸附質(zhì)被吸附料液流出吸附質(zhì)解吸附Step1Step2Step3Step4第7頁(yè)第7頁(yè)（2）吸附分類(lèi)物理吸附：基于吸附劑與溶質(zhì)間范德華力，無(wú)選擇性、無(wú)需高活化能、吸附層

3、能夠是單層，也能夠是多層、吸附和解吸附速度通常較快；化學(xué)吸附：基于吸附劑與溶質(zhì)之間化學(xué)結(jié)合，吸附過(guò)程產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移；需要高活化能、只能以單分子層吸附，選擇性強(qiáng)、吸附和解吸附速度較慢；離子互換：基于吸附劑與溶質(zhì)之間靜電引力，吸附過(guò)程發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移 第8頁(yè)第8頁(yè)常見(jiàn)吸附類(lèi)型及其主要特點(diǎn)物理吸附化學(xué)吸附吸附作用力 分子間引力化學(xué)鍵合力選擇性較差較高所需活化能低高吸附層單層或多層單層達(dá)到平衡所需時(shí)間快慢第9頁(yè)第9頁(yè)二、吸附分離介質(zhì)識(shí)記：生物分離中慣用吸附劑和離子互換劑 理解：吸附劑、離子互換劑性能評(píng)估辦法 應(yīng)用：掌握典型離子互換劑滴定曲線 第10頁(yè)第10頁(yè)1、慣用吸附劑吸附劑應(yīng)具備特性：對(duì)被分離物質(zhì)含有較

4、強(qiáng)吸附能力有較高吸附選擇性機(jī)械強(qiáng)度高再生容易、性能穩(wěn)定價(jià)格低廉。第11頁(yè)第11頁(yè)慣用吸附劑 活性炭，硅膠，金屬氧化物，有機(jī)高分子樹(shù)脂聚苯乙烯樹(shù)脂第12頁(yè)第12頁(yè)評(píng)價(jià)吸附性能參數(shù)：比表面積、孔徑比表面積：孔徑：第13頁(yè)第13頁(yè)比表面積直接影響到溶質(zhì)吸附容量，較大比表面積可使溶質(zhì)吸附量增長(zhǎng)?？讖綄?duì)吸附劑性能影響主要表達(dá)在其對(duì)溶質(zhì)在吸附劑內(nèi)擴(kuò)散影響方面。當(dāng)孔徑越大，溶質(zhì)分子擴(kuò)散越容易，反之則越困孔徑和比表面積互相制約，孔徑越大，比表面積越小。第14頁(yè)第14頁(yè)活 性 炭活性炭種類(lèi)顆粒大小表面積吸附力吸附量洗脫粉末活性炭小大大大難顆粒活性炭較小較大較小較小難錦綸活性炭大小小小易第15頁(yè)第15頁(yè)粉末活性炭

5、第16頁(yè)第16頁(yè)錦綸活性炭第17頁(yè)第17頁(yè)活性炭對(duì)物質(zhì)吸附規(guī)律活性炭是非極性吸附劑，因此在水中吸附能力大于有機(jī)溶劑中吸附能力。針對(duì)不同物質(zhì)，活性炭吸附規(guī)律遵照以下規(guī)律：（1）對(duì)極性基團(tuán)多化合物吸附力大于極性基團(tuán)少化合物（2）對(duì)芳香族化合物吸附能力大于脂肪族化合物;（3）對(duì)相對(duì)分子量大化合物吸附力大于相對(duì)分子量小化合物;（4）pH 值影響 堿性 中性吸附 酸性洗脫; 酸性 中性吸附 堿性洗脫;（5）溫度 未平衡前 隨溫度升高而增加;第18頁(yè)第18頁(yè)大孔網(wǎng)狀吸附劑特點(diǎn)：脫色去臭效果抱負(fù)；對(duì)有機(jī)物含有良好選擇性；物化性質(zhì)穩(wěn)定；機(jī)械強(qiáng)度好；吸附速度快；解吸、再生容易。但價(jià)格昂貴，吸附效果易受流速以及溶

6、質(zhì)濃度等原因影響。第19頁(yè)第19頁(yè)大孔網(wǎng)狀吸附樹(shù)脂種類(lèi)非極性吸附樹(shù)脂：苯乙烯交聯(lián)而成，交聯(lián)劑為二乙烯苯，又稱(chēng)芳香族吸附劑。中檔極性吸附樹(shù)脂：甲基丙烯酸酯交聯(lián)而成，交聯(lián)劑亦為甲基丙烯酸酯，故又稱(chēng)脂肪族吸附劑。極性吸附劑：丙烯酰胺或亞砜經(jīng)聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基團(tuán)。第20頁(yè)第20頁(yè)大孔吸附樹(shù)脂吸附機(jī)理非離子型共聚物，借助于范德華力從溶液中吸附各種有機(jī)物，其吸附能力與樹(shù)脂化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性能以及與溶質(zhì)、溶劑性質(zhì)相關(guān)。通常遵循下列規(guī)律：非極性吸附劑可從極性溶劑中吸附非極性溶質(zhì)；極性吸附劑可從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)；中檔極性吸附劑兼有以上兩種能力第21頁(yè)第21頁(yè)2、慣用解吸辦法低檔醇、酮或

7、水溶液解吸 原理：使大孔樹(shù)脂溶脹，削弱溶質(zhì)與吸附劑間 互相作用力堿解吸附 原理：成鹽，主要針對(duì)弱酸性溶質(zhì)酸解吸附原理同上水解吸附 原理：減少體系中離子強(qiáng)度，減少溶質(zhì)吸 附量第22頁(yè)第22頁(yè)3、吸附等溫線概念：當(dāng)溫度一定期，吸附量與濃度之間函數(shù)關(guān)系稱(chēng)為吸附等溫線。Langmuir吸附等溫線 qo和K是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，c代表溶液中溶質(zhì)濃度蛋白質(zhì)分離提純時(shí)適合此吸附方程第23頁(yè)第23頁(yè)Langmuir吸附等溫線第24頁(yè)第24頁(yè)4、影響吸附主要原因吸附劑性質(zhì)：比表面積、粒度大小、極性吸附質(zhì)性質(zhì)：對(duì)表面張力影響，溶解度，極性，相對(duì)分子量溫度：吸附是放熱過(guò)程，吸附質(zhì)穩(wěn)定性溶液pH值：影響吸附質(zhì)解離鹽濃度：影響復(fù)

8、雜，要視詳細(xì)情況而定第25頁(yè)第25頁(yè)5、什么是親和吸附？親和吸附分離是利用溶質(zhì)和吸附劑之間特殊化學(xué)作用，從而實(shí)現(xiàn)分離。吸附劑由載體（Carrier）和配位體(Ligand)構(gòu)成第26頁(yè)第26頁(yè)Affinity adsorption第27頁(yè)第27頁(yè)（1）親和吸附特點(diǎn)效率高：利用親和吸附能夠從粗提液中一次性分離得到高純度活性物質(zhì)。分離精度高：可用于分離含量極低，結(jié)構(gòu)相近化合物通用性較差，洗脫條件苛刻第28頁(yè)第28頁(yè)（2）親和吸附載體種類(lèi)種 類(lèi)組 成性 能多孔玻璃載體硅酸鹽堅(jiān)硬、耐酸堿、易修飾聚丙烯酰胺凝膠載體丙烯酰胺N,N-亞甲基雙丙烯酰胺親水性好可供活化基團(tuán)多纖維素載體多糖類(lèi)物質(zhì)起源豐富，但非特

9、異性吸附及空間位阻強(qiáng)，對(duì)分離不利葡聚糖凝膠載體經(jīng)環(huán)氧丙烷交聯(lián)多糖類(lèi)理化性質(zhì)穩(wěn)定，但粒徑太小第29頁(yè)第29頁(yè)（3）載體活化和偶聯(lián)親和吸附載體通常是惰性，往往不能直接與配基連接，偶聯(lián)前需要先活化，活化辦法主要有：溴化氰活化法：瓊脂糖、葡聚糖引入亞氨基碳酸鹽高碘酸活化法：氧化多糖，生成烷基胺環(huán)氧化法：多糖類(lèi)載體與環(huán)氧氯丙烷作用生成環(huán)氧化合物，再與氨基偶聯(lián)甲苯磺酰氯法：雙功效試劑法 二乙烯砜第30頁(yè)第30頁(yè)環(huán)氧化法表氯醇Activation第31頁(yè)第31頁(yè)配基偶聯(lián)辦法載體經(jīng)活化后，就能夠進(jìn)行與配基偶聯(lián)反應(yīng)。詳細(xì)辦法下列：碳二亞胺縮合法(脫水)酸酐法疊氮化法重氮化法第32頁(yè)第32頁(yè)（4）影響親和吸附原因

10、配基濃度 配基濃度高有利；空間位阻 加入“手臂鏈”以減少空間位阻影響；配基與載體結(jié)合位點(diǎn) 就蛋白質(zhì)等大分子作為配基時(shí)，與載體連接鍵越少越好；載體孔徑：孔道大小；微環(huán)境：載體或“手臂鏈”極性、電性；第33頁(yè)第33頁(yè)6、慣用吸附單元操作方式間歇吸附 依據(jù)是吸附等溫線和物料衡算方程連續(xù)攪拌吸附固定床吸附 柱式塔 穿透點(diǎn)第34頁(yè)第34頁(yè)三、離子互換(ion exchange) 概念：利用離子互換樹(shù)脂作為吸附劑，將溶液中待分離組分，依據(jù)其電荷差別，依托庫(kù)侖力吸附在樹(shù)脂上，然后利用適當(dāng)洗脫劑將吸附質(zhì)從樹(shù)脂上洗脫下來(lái)，達(dá)到分離目的。第35頁(yè)第35頁(yè)1、離子互換樹(shù)脂構(gòu)成含有三維空間立體結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)骨架聯(lián)接在骨架上

11、活性基團(tuán)活性基團(tuán)所帶相反電荷活性離子（可互換離子）第36頁(yè)第36頁(yè)樹(shù)脂網(wǎng)絡(luò)骨架第37頁(yè)第37頁(yè)第38頁(yè)第38頁(yè)2、離子互換劑分類(lèi)離子互換劑陽(yáng)離子互換劑（活性基團(tuán)為酸性）強(qiáng)陽(yáng)離子：磺酸基、磺丙基、膦酸基弱陽(yáng)離子：羧甲基、羧基陰離子互換劑（活性基團(tuán)為堿性）強(qiáng)陰離子：三甲胺基、季胺乙基、二乙胺乙基弱陰離子：氨基第39頁(yè)第39頁(yè)3、慣用離子互換劑生物小分子回收 種類(lèi)：苯乙烯-二乙烯基苯型，丙烯酸-二乙烯苯型，多乙烯多胺-環(huán)氧氯丙烷型樹(shù)脂 特點(diǎn)：疏水性高、交聯(lián)度大、孔隙率小及電荷密度高生物大分子回收 種類(lèi)：葡聚糖凝膠，瓊脂糖凝膠，醋酸纖維素凝膠： 特點(diǎn)：親水性好、非特異性吸附小 第40頁(yè)第40頁(yè)4、離子

12、互換劑之互換容量定義 互換容量是單位質(zhì)量干燥離子互換劑或單位體積濕離子互換劑所能吸附一價(jià)離子毫摩爾數(shù)。 吸附容量是表征離子互換能力主要參數(shù) 互換容量測(cè)定陽(yáng)離子互換劑 轉(zhuǎn)化為氫型 陰離子互換劑 轉(zhuǎn)化為氯型 第41頁(yè)第41頁(yè)5、離子互換普通過(guò)程第42頁(yè)第42頁(yè)6、慣用離子互換樹(shù)脂強(qiáng)酸性陽(yáng)離子互換樹(shù)脂：活性基團(tuán)是-SO3H（磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；弱酸性陽(yáng)離子互換樹(shù)脂：活性基團(tuán)有-COOH, -OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基團(tuán)；強(qiáng)堿性陰離子互換樹(shù)脂：活性基團(tuán)為季銨基團(tuán)，如三甲胺基或二甲基-羥基乙基胺基；弱堿性陰離子互換樹(shù)脂：活性基團(tuán)為伯胺或仲胺，堿性較弱；第43頁(yè)第4

13、3頁(yè)7、新型離子互換樹(shù)脂大孔離子互換樹(shù)脂 大孔離子互換樹(shù)脂含有和大孔吸附劑相同骨架結(jié)構(gòu)，在大孔吸附劑合成后（加入致孔劑），再引入化學(xué)功效基團(tuán)，便可得到大孔離子互換樹(shù)脂第44頁(yè)第44頁(yè)大孔離子互換樹(shù)脂長(zhǎng)處經(jīng)過(guò)在合成時(shí)加入惰性致孔劑，克服了普通凝膠樹(shù)脂因?yàn)槿苊洭F(xiàn)象，產(chǎn)生“暫時(shí)孔”現(xiàn)象，從而強(qiáng)化了離子互換功效；降低了凝膠樹(shù)脂在離子互換過(guò)程中“有機(jī)污染”現(xiàn)象（大分子不易洗脫）；能夠經(jīng)過(guò)致孔劑選擇調(diào)整孔徑大小、樹(shù)脂比表面積，以適應(yīng)不同分離要求。慣用致孔劑有：良溶劑（能與單體互溶）甲苯、四氯化碳；不良溶劑 長(zhǎng)鏈醇（碳4-10） 煤油；高分子聚合物 聚苯乙烯、聚丙烯酸酯第45頁(yè)第45頁(yè)其它離子互換樹(shù)脂類(lèi)型兩

14、性樹(shù)脂：同時(shí)含有酸、堿兩種基團(tuán)樹(shù)脂；均孔型離子互換樹(shù)脂：主要是陰離子型凝膠離子互換樹(shù)脂，孔徑均勻，互換容量高、機(jī)械強(qiáng)度好；螯合樹(shù)脂：樹(shù)脂上含有含有螯合能力集團(tuán)，既能夠形成離子鍵，又能夠形成配位鍵；主要用于脫除金屬離子；*多糖基離子互換樹(shù)脂：固相載體為多糖類(lèi)物質(zhì)，親水性強(qiáng)、互換空間大、對(duì)生物大分子物致變性作用第46頁(yè)第46頁(yè)主要多糖基離子互換樹(shù)脂離子互換纖維素 樹(shù)脂骨架為纖維素，依據(jù)活性基團(tuán)性質(zhì)可分為陽(yáng)離子互換纖維素和陰離子互換纖維素兩類(lèi) 特點(diǎn)：骨架松散、親水性強(qiáng)、表面積大、互換容量大、吸附力弱、互換和洗脫條件溫和、分辨率高 慣用離子互換纖維素有： 甲基磺酸纖維素、羧甲基纖維素、二乙基氨基乙基纖

15、維素第47頁(yè)第47頁(yè)葡聚糖凝膠離子互換樹(shù)脂骨架為葡聚糖凝膠，如sepharose、sephadex，依據(jù)功效基團(tuán)不同，亦可分為陽(yáng)離子互換和陰離子互換樹(shù)脂命名方法：互換活性基團(tuán)+骨架+原骨架編號(hào)特點(diǎn)：除了含有離子互換功效以外，兼有分子篩功效，提升了分離效率慣用葡聚糖凝膠離子互換樹(shù)脂：CM-sephadex C-25、DEAE-sephadex A-25等第48頁(yè)第48頁(yè)DEAE anion exchanger第49頁(yè)第49頁(yè)CMC Cation Exchanger第50頁(yè)第50頁(yè)第51頁(yè)第51頁(yè)離子互換樹(shù)脂命名辦法第52頁(yè)第52頁(yè) 離子互換樹(shù)脂命名法中分類(lèi)代號(hào)和骨架代號(hào)代號(hào)分類(lèi)名稱(chēng)骨架名稱(chēng)0強(qiáng)酸

16、性苯乙烯系1弱酸性丙烯酸系2強(qiáng)堿性酚醛系3弱堿性環(huán)氧系4螯合性乙烯哌啶系5兩性脲醛系6氧化還原氯乙烯系第53頁(yè)第53頁(yè)8、離子互換樹(shù)脂制備加聚法和縮聚法（依聚合辦法分類(lèi)）加聚：指含有一個(gè)或一個(gè)以上雙鍵單體為原料，在分散相中進(jìn)行聚合縮聚法是基于縮合反應(yīng)聚合過(guò)程；共聚法和均聚法（以單體分類(lèi)）共聚是指兩個(gè)或兩個(gè)以上單體進(jìn)行聚合均聚是指以一個(gè)單體進(jìn)行聚合第54頁(yè)第54頁(yè)幾種主要離子互換樹(shù)脂制備辦法苯乙烯型離子互換樹(shù)脂 單體：苯乙烯、二乙烯苯 酸性樹(shù)脂引入磺酸基，堿性樹(shù)脂引入季 銨，伯、叔胺酚醛樹(shù)脂 單體：水揚(yáng)酸、苯酚、甲醛經(jīng)縮聚而成第55頁(yè)第55頁(yè)離子互換樹(shù)脂理化性能外觀：球形、淺色為宜，粒度大小為1

17、660目90%；機(jī)械強(qiáng)度：90%；含水量：0.30.7g/g 樹(shù)脂；互換容量：重量互換容量、體積互換容量、工作互換容量或稱(chēng)表觀互換容量（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(tuán)性質(zhì)與數(shù)量、活性離子性質(zhì)、介質(zhì)性質(zhì)和濃度、骨架結(jié)構(gòu)；濕真密度：?jiǎn)挝惑w積濕樹(shù)脂重量；孔度、孔徑、比表面積第56頁(yè)第56頁(yè)離子互換過(guò)程離子互換過(guò)程是可逆多相化學(xué)反應(yīng) 式中 A1，A2液相中離子 吸附離子 Z1，Z2 A1，A2價(jià)數(shù) 液相和樹(shù)脂相中溶劑 ns 離子互換時(shí)，溶劑從樹(shù)脂移入液相毫摩爾數(shù)第57頁(yè)第57頁(yè)離子互換機(jī)理A+自溶液中擴(kuò)散到樹(shù)脂表面A+從樹(shù)脂表面進(jìn)入樹(shù)脂內(nèi)部活性中心A+與RB在活

18、性中心上發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)解吸附離子B+自樹(shù)脂內(nèi)部擴(kuò)散至樹(shù)脂表面B+離子從樹(shù)脂表面擴(kuò)散到溶液中互換速度控制步驟是擴(kuò)散速度，不同分離體系可能由內(nèi)部擴(kuò)散或外部擴(kuò)散控制第58頁(yè)第58頁(yè)互換速度方程外部擴(kuò)散控制內(nèi)部擴(kuò)散控制K1外擴(kuò)散速度常數(shù)F時(shí)間為t時(shí)，樹(shù)脂飽和度r0為樹(shù)脂顆粒半徑D1為液相中擴(kuò)散系數(shù)為吸附常數(shù)第59頁(yè)第59頁(yè)9、影響互換速度原因顆粒大?。河≡娇旖宦?lián)度：交聯(lián)度小，互換速度快溫度：越高越快離子化合價(jià)：化合價(jià)與高，互換越快離子大小：越小越快攪拌速度：在一定程度上，越大越快溶液濃度：當(dāng)互換速度為外擴(kuò)散控制時(shí)， 濃度越大，互換速度越快第60頁(yè)第60頁(yè)10、離子互換選擇性離子互換常數(shù)：互換勢(shì)或互換

19、系數(shù)R-A、R-B表示結(jié)合在樹(shù)脂上A離子和B離子濃度AS、BS表示溶液中A離子和B離子越大B越易被互換第61頁(yè)第61頁(yè)11、影響離子互換選擇性原因水合離子半徑：半徑越小，親和力越大；離子化合價(jià)：高價(jià)離子易于被吸附；溶液pH：影響互換基團(tuán)和互換離子解離程度，但不影響互換容量；離子強(qiáng)度：越低越好；有機(jī)溶劑：不利于吸附；交聯(lián)度、膨脹度、分子篩：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(shù)脂與粒子間輔助力：除靜電力以外，尚有氫鍵和范德華力等輔助力；第62頁(yè)第62頁(yè)離子互換操作辦法樹(shù)脂預(yù)處理離子互換吸附洗脫第63頁(yè)第63頁(yè)第64頁(yè)第64頁(yè)樹(shù)脂預(yù)處理物理處理：水洗、過(guò)篩，去雜，以

20、取得粒度均勻樹(shù)脂顆粒；化學(xué)處理：轉(zhuǎn)型（氫型或鈉型） 陽(yáng)離子樹(shù)脂 酸堿酸 陰離子樹(shù)脂 堿酸堿 最后以去離子水或緩沖液平衡第65頁(yè)第65頁(yè)離交操作方式靜態(tài)：操作簡(jiǎn)樸、不過(guò)度批操作，互換不完全動(dòng)態(tài)：離子互換柱，操作連續(xù)、互換完全，適宜多組份分離 柱式固定床（FixedBed） 模擬移動(dòng)床（SMB）第66頁(yè)第66頁(yè)模擬移動(dòng)床（SMB）第67頁(yè)第67頁(yè)第68頁(yè)第68頁(yè)第69頁(yè)第69頁(yè)洗脫方式離子互換完畢后，將樹(shù)脂吸附物質(zhì)重新轉(zhuǎn)入溶液辦法洗脫辦法（1）改變?nèi)芤簆H值（2）改變?nèi)芤弘x子強(qiáng)度第70頁(yè)第70頁(yè)樹(shù)脂再生是指使離子互換樹(shù)脂重新含有互換能力過(guò)程酸性陽(yáng)離子樹(shù)脂 酸-堿-酸-緩沖溶液淋洗堿性陰離子樹(shù)脂 堿

21、-酸-堿-緩沖溶液淋洗方式有：順流再生和逆流再生第71頁(yè)第71頁(yè)硬水軟化第72頁(yè)第72頁(yè)離子互換應(yīng)用實(shí)例離子互換法提取蛋白質(zhì)較無(wú)機(jī)離子離子互換平衡復(fù)雜，其吸附行為與離子間靜電引力、氫鍵、疏水作用以及范德華力相關(guān)蛋白質(zhì)是生物大分子物質(zhì)，因此，其擴(kuò)散行為也較無(wú)機(jī)離子復(fù)雜第73頁(yè)第73頁(yè) Some of the charged regions which will influence ion exchange Different proteins have different charges and different patterns of surface chargeBasis for sele

22、ctivity第74頁(yè)第74頁(yè)NH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-Low pHPositive chargeHigh pHNegative chargeHydrogen gainedHydrogen lostEffect of pH on charge第75頁(yè)第75頁(yè)-+Overall charge on proteinNH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-acid isoelectric point alkalineexcess positive charge balanced positive and negative charge excess negati

23、ve chargepH310Titration curves第76頁(yè)第76頁(yè)第77頁(yè)第77頁(yè)蛋白質(zhì)離子互換分離基本環(huán)節(jié)平衡上樣吸附洗脫再生第78頁(yè)第78頁(yè)+-anion exchange beadEquilibration第79頁(yè)第79頁(yè)Sample applicationand wash-+-第80頁(yè)第80頁(yè)Elution-+-第81頁(yè)第81頁(yè)Regeneration-+第82頁(yè)第82頁(yè)Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+-第83頁(yè)第83頁(yè)慣用于蛋白質(zhì)提取分離離子互換劑要求：良好親水性、含有較大均勻網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、粒

24、度越小分辨率越高種類(lèi)：多糖類(lèi) 離子互換纖維素 交聯(lián)葡聚糖 交聯(lián)瓊脂糖 聚乙烯醇類(lèi) Mono系列 Amersham Pharmacia第84頁(yè)第84頁(yè)四、吸附平衡-學(xué)習(xí)要點(diǎn)識(shí)記：吸附平衡概念 理解：用蘭格繆爾單分子層吸附理論解釋溶質(zhì)吸附現(xiàn)象 第85頁(yè)第85頁(yè)概念 當(dāng)吸附劑達(dá)到吸附平衡后，固相表面溶質(zhì)濃度q與液相中溶質(zhì)濃度c存在一定關(guān)系， 第86頁(yè)第86頁(yè)吸附平衡形式低濃度下高濃度下m 分派系數(shù)，C 濃度第87頁(yè)第87頁(yè)-蘭格繆爾單分子吸附理論 吸附劑上有多個(gè)活性位點(diǎn)；每個(gè)活性含有相同能量；并只能吸附一個(gè)分子溶質(zhì)；吸附分子間無(wú)互相作用； 依據(jù)蘭格繆爾理論，可得第88頁(yè)第88頁(yè)離子互換平衡-學(xué)習(xí)要點(diǎn)

25、識(shí)記：離子互換平衡概念 理解：離子互換分派系數(shù)推導(dǎo) 第89頁(yè)第89頁(yè)離子互換平衡在沒(méi)有待分離溶質(zhì)存在時(shí)，離子互換劑表面離子基團(tuán)始終被其反離子所覆蓋。 由于溶質(zhì)與反離子帶有相同電荷，典型離子互換過(guò)程下列：陰離子互換劑： 陽(yáng)離子互換劑： 第90頁(yè)第90頁(yè)離子互換平衡-完全解離電解質(zhì)分派平衡 對(duì)于完全解離電解質(zhì)XH而言，其在固液之間分派系數(shù)為 平衡常數(shù)代入溶液中反離子濃度越高，離子互換分派系數(shù)越小 第91頁(yè)第91頁(yè)離子互換平衡-不完全解離電解質(zhì)分派平衡單價(jià)弱電解質(zhì)XH存在著下列解離平衡，弱電解質(zhì)在溶液中分派系數(shù)可表示為 第92頁(yè)第92頁(yè)離子互換平衡-通用分派平衡模型普遍化離子互換反應(yīng)可表示為達(dá)到平衡

26、后，分派平衡常數(shù)為 第93頁(yè)第93頁(yè)離子互換平衡-蛋白質(zhì)離子互換平衡伴隨分子量升高，互換劑對(duì)蛋白質(zhì)分子空間排阻作用增大，蛋白質(zhì)分子進(jìn)入離子互換劑困難，無(wú)法與所有離子互換劑活性中心接觸吸附于吸附劑上蛋白質(zhì)分子會(huì)阻礙其它蛋白與游離離子互換活性中心接觸，同時(shí)阻礙分子擴(kuò)散 蛋白質(zhì)帶多價(jià)電荷，可與多個(gè)離子互換基發(fā)生作用。其在離子互換劑上吸附受到反離子濃度影響，可用下列公式表示 第94頁(yè)第94頁(yè)固定床吸附操作 -學(xué)習(xí)要點(diǎn)識(shí)記：穿透曲線、穿透點(diǎn)和穿透時(shí)間等概念 理解：固定床吸附過(guò)程理論基礎(chǔ) 應(yīng)用：掌握固定床操作過(guò)程以及多床串聯(lián)吸附操作優(yōu)缺點(diǎn) 第95頁(yè)第95頁(yè)固定床吸附操作 -吸附操作模式 間歇攪拌槽 一級(jí)吸

27、附平衡，效率低，用于吸附動(dòng)力學(xué)和機(jī)理研究 固定床吸附塔 多級(jí)吸附平衡，分離效率高 第96頁(yè)第96頁(yè)固定床吸附基本環(huán)節(jié)平衡上樣吸附洗脫再生第97頁(yè)第97頁(yè)+-anion exchange beadEquilibration第98頁(yè)第98頁(yè)Sample applicationand wash-+-第99頁(yè)第99頁(yè)Elution-+-第100頁(yè)第100頁(yè)Regeneration-+第101頁(yè)第101頁(yè)Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+-第102頁(yè)第102頁(yè)固定床吸附操作 -吸附過(guò)程吸附塔內(nèi)填充著活性炭等吸附劑或者離子互換劑。當(dāng)料液連續(xù)輸入吸附塔中，溶質(zhì)被吸附劑吸附。從吸附塔人口開(kāi)始，吸附劑吸附質(zhì)濃度不斷上升，其飽和（最大）吸附濃度q0與入口料液濃度c0相平衡，即當(dāng)吸附塔內(nèi)溶質(zhì)吸附靠近飽和時(shí)，溶質(zhì)開(kāi)始從塔中流出，出口處溶質(zhì)濃度升高，最后達(dá)到入口料液濃度，即吸附達(dá)到完全飽和。第103頁(yè)第103頁(yè)固定床吸附操作 -穿透曲線及相關(guān)概念穿透曲線 吸附過(guò)程中吸附塔出口溶質(zhì)濃度改變曲線稱(chēng)為穿透曲線 穿透點(diǎn) 出口處溶質(zhì)濃度開(kāi)始上升點(diǎn)稱(chēng)為穿透點(diǎn) 穿透時(shí)間 達(dá)到穿透點(diǎn)所用操作時(shí)間稱(chēng)為穿透時(shí)間