沉淀法和吸附法

關(guān)于沉淀法和吸附法第1頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三(一)鹽析法(二)有機溶劑沉淀法(三)等電點沉淀法(四)生成鹽復(fù)合物沉淀法一、沉淀法第2頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三一、沉淀法沉淀是通過改變條件或加入某種試劑，使溶液中的溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔辔龀龅倪^程。成本低設(shè)備簡單收率高濃縮倍數(shù)高操作簡單優(yōu)點：第3頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三①鹽析法:多用于分離純化各種蛋白質(zhì)和酶。②有機溶劑沉淀法：多用于生物小分子、多糖及核酸等產(chǎn)品的分離純化，也有用于蛋白質(zhì)的沉淀。③等電點沉淀法：用于氨基酸、蛋白質(zhì)及其他兩性物質(zhì)的沉淀。④生成鹽復(fù)合物沉淀法：用于多種化合物，特別是小分子物質(zhì)的沉淀。第4頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三(一)鹽析法

高濃度的中性鹽能破壞蛋白質(zhì)、酶等的膠體性質(zhì)，中和微粒上的電荷，促使蛋白質(zhì)等發(fā)生沉淀或絮凝現(xiàn)象。logS＝β-Ks?Ⅰ

S—離子強度為Ⅰ時的蛋白質(zhì)的溶解度；

Ks—鹽析常數(shù)，與溫度和pH無關(guān)；

β值—是溶質(zhì)的特征常數(shù)，對于蛋白質(zhì)而言，其大小主要取決于不同蛋白質(zhì)的性質(zhì)，它也與溶液的溫度和pH值有關(guān)，但與鹽的種類無關(guān);為便于計算，用鹽的摩爾數(shù)m代替離子強度I，則

logS＝β-Ks?m1、鹽析原理第5頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三鹽析機理示意圖

第6頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三第7頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三第8頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三鹽離子與蛋白質(zhì)分子爭奪水分子，降低了用于溶解蛋白質(zhì)的有效水量，減弱了蛋白質(zhì)的水合程度，破壞了蛋白表面的水化膜，導致蛋白質(zhì)溶解度下降；鹽離子電荷的中和作用，使蛋白質(zhì)溶解度下降；鹽離子引起原本在蛋白質(zhì)分子周圍有序排列的水分子的極化，使水活度降低。第9頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三碳氧血紅蛋白的溶解度與硫酸銨離子強度的關(guān)系圖pH6.6，溫度25℃，logS0=17g·L-1第10頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三不同蛋白質(zhì)的溶解度曲線第11頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)的鹽析分布曲線第12頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三溶解度曲線(a)和鹽析分布曲線(b)

第13頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三蛋白質(zhì)起始濃度的影響高濃度蛋白質(zhì)溶液可以減少鹽的用量，但蛋白質(zhì)濃度太高，會發(fā)生嚴重的共沉作用。2、影響鹽析的主要因素第14頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三無機鹽種類的影響不同鹽溶液中碳氧血紅蛋白的溶解度與離子強度的關(guān)系（25℃）

(○)NaCl;(▼)KCl;(?)MgSO4;(▲)NH4SO4;(●)Na2SO4;(□)K2SO4;(■)檸檬酸三鈉離子強度越大，蛋白質(zhì)的溶解度越低。不同蛋白質(zhì)鹽析所需離子強度不同?？捎貌煌柠}濃度將各種蛋白質(zhì)分別沉淀析出。第15頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三溫度的影響升溫，可增加許多無機鹽和小分子有機物的溶解度。但在高鹽濃度中，蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高反而減小。第16頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三pH對β的影響鹽析pH的選擇要以不降低產(chǎn)物的活性為原則。由于蛋白質(zhì)在等電點時最易沉淀，可選擇等電點的pH作為鹽析的pH第17頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三二次鹽析第18頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三第19頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三(二)等電點沉淀法

是利用兩性電解質(zhì)在電中性時溶解度最低的原理，進行物質(zhì)分離純化的方法。中性鹽的濃度增加時，相應(yīng)于最低溶解度的pH值向偏酸方向移動；同時最低溶解度會有所增大。等電點沉淀法應(yīng)在低離子強度下操作。許多蛋白質(zhì)的等電點都在偏酸性的范圍內(nèi)。第20頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三(二)等電點沉淀法是利用兩性電解質(zhì)在電中性時溶解度最低的原理進行物質(zhì)分離純化的方法。中性鹽的濃度增加時，相應(yīng)于最低溶解度的pH值向偏酸方向移動；同時最低溶解度會有所增大。等電點沉淀法應(yīng)在低離子強度下操作。許多蛋白質(zhì)的等電點都在偏酸性的范圍內(nèi)。第21頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三許多無機酸的價格低廉，并能為食品標準允許。缺點：優(yōu)點：酸化時，容易引起蛋白質(zhì)失活，因為蛋白質(zhì)對低pH比較敏感。第22頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三等電點沉淀實例從豬胰臟中提取胰蛋白酶原：胰蛋白酶原的pI＝8.9，可先于pH3.0左右進行等電點沉淀，除去共存的許多酸性蛋白質(zhì)(pI=3.0)。工業(yè)生產(chǎn)胰島素(pI＝5.3)時，先調(diào)pH至8.0除去堿性蛋白質(zhì)，再調(diào)pH至3.0除去酸性蛋白質(zhì)(同時加入一定濃度的有機溶劑以提高沉淀效果)。第23頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三等電點沉淀實例堿性磷酸酯酶的pI沉淀提取：發(fā)酵液調(diào)pH4.0后出現(xiàn)含堿性磷酸酯酶的沉淀物，離心收集沉淀物。用pH9.0的0.1mol/LTris-HCl緩沖液重新溶解，加入20～40%飽和度的硫酸銨分級，離心收集的沉淀Tris-HCl緩沖液再次沉淀，即得較純的堿性磷酸酯酶。

第24頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三(三)有機溶劑沉淀法許多水溶性有機溶劑如丙酮、乙醇、甲醇等能使溶于水的小分子生物物質(zhì)以及核酸、多糖、蛋白質(zhì)等生物大分子發(fā)生沉淀作用。其主要作用是降低水溶液的介電常數(shù)。1、有機溶劑沉淀的原理第25頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三有機溶劑沉淀原理圖第26頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三分辨能力比鹽析法高一種溶質(zhì)只在一個比較窄的有機溶劑范圍內(nèi)沉淀沉淀不需脫鹽有機溶劑密度低，與沉淀物密度差大，容易進行固液分離有機溶劑容易蒸發(fā)，不會在成品中殘留，因此適用于食品、藥品的制備。優(yōu)點：第27頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三容易引起蛋白質(zhì)變性失活有機溶劑易燃、易爆，對安全要求較高需冷卻、降溫、低溫操作。缺點：對同一種溶劑，蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量越大，沉淀所需有機溶劑的量越少。第28頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三2、影響有機溶劑沉淀的因素有機溶劑的種類：選擇的溶劑必須能與水互溶，但與產(chǎn)物如蛋白質(zhì)等不發(fā)生反應(yīng)。溫度：降低溫度可以增加收率。同時許多生物分子如蛋白質(zhì)、核酸等對溫度特別敏感，溫度稍有升高，便發(fā)生變性。pH：選擇溶解度最低時的pH，有助于提高沉淀效果。因此在接近等電點處，以引起沉淀所需有機溶劑的量較少。合適的pH也可大大提高分離的分辨能力。第29頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三樣品濃度和分子質(zhì)量：低濃度樣品需用有機溶劑的量較大，但共沉作用小，有利于提高分離的效果；但低濃度樣品損失較大，回收率低，具有生理活性的樣品容易產(chǎn)生稀釋變性。金屬離子和離子強度：Mn2+、Fe2+、Co2+、Zn2+等陽離子能與蛋白質(zhì)中的羧基、氨基和含有氮雜環(huán)的化合物結(jié)合，形成難溶復(fù)合物，有利于沉淀。但離子強度過大，不利分離。第30頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三3、有機溶劑沉淀實例第31頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三（四）生成鹽復(fù)合物沉淀——檸檬酸鈣鹽沉淀1、提取過程的化學反應(yīng)：

2C6H8O7?H2O+3CaCO3→Ca3(C6H5O7)2?4H2O+3CO2↑+H2OCa3(C6H5O7)2?4H2O+3H2SO4+4H2O→2C6H8O7?H2O+3CaSO4?2H2O第32頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三1、工藝流程：第33頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三3、中和與酸解中和：濾液中除含檸檬酸外，還含可溶性的殘?zhí)且约暗鞍踪|(zhì)、金屬離子等雜質(zhì)。利用檸檬酸鈣難溶于水的特點，與雜質(zhì)分離的過程。酸解：中和所得鈣鹽經(jīng)過濾、洗滌，與硫酸反應(yīng)生成檸檬酸和硫酸鈣沉淀，過濾，濾液含較純的檸檬酸。第34頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三4、生產(chǎn)設(shè)備及操作調(diào)漿：調(diào)漿罐，30—50%濃度；中和：中和罐，濾液、鈣漿泵入，攪拌，

70-90℃，控制終點；過濾：過濾槽、帶式過濾機，90℃熱水逆流洗滌；酸解：酸解罐，攪拌，稀酸調(diào)漿，加熱，加硫酸，控制終點；過濾：過濾槽、帶式過濾機，90℃熱水逆流洗滌，至pH大于4。第35頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三(一)吸附過程的基礎(chǔ)理論(二)吸附類型(三)影響吸附過程的因素二、吸附法第36頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三

選擇性吸附法用于：分離精制各種產(chǎn)品、空氣的凈化、除菌、脫色、除熱源、去組胺等雜質(zhì)。吸附作用：物質(zhì)從流體相(氣體或液體)濃縮到固體表面的過程。吸附劑：在表面上能夠發(fā)生吸附作用的固體。吸附物：被吸附的物質(zhì)。(一)吸附過程的基礎(chǔ)理論不同固體物質(zhì)的表面自由能不同，所以對其他物質(zhì)的吸附能力不同，表面自由能越高，吸附能力越強。第37頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三

吸附作用力也是范德華力。它是一組分子引力的總稱，包括三種力，即定向力、誘導力和色散力。定向力：是極性分子之間產(chǎn)生的作用力，是極性分子間的靜電引力，分子的極性越大，力也越大。誘導力：指極性分子和非極性分子之間的吸引力，極性分子產(chǎn)生的電場作用會誘導非極性分子極化，兩者之間相互吸引而發(fā)生吸附作用。這種力與溫度無關(guān)。第38頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三色散力：是非極性分子之間的引力，當分子外圍電子運動及原子核在零點附近震動，正負電荷中心出現(xiàn)瞬時相對位移時，產(chǎn)生快速變化的瞬時偶極矩，能使外圍非極性分子極化，反過來又影響瞬時偶極矩的變化而產(chǎn)生這種色散力。與溫度無關(guān)。此外，還有氫鍵力，這是介于庫侖引力和范德華力之間的定向力，比誘導力和色散力都大。第39頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三(二)吸附類型1、物理吸附：

吸附劑和吸附物通過分子間的引力產(chǎn)生的吸附。特點：吸附作用不僅局限于活性中心，而是整個自由界面；分子被吸附后，一般動能降低，所以吸附是放熱反應(yīng)；物理吸附的吸附熱較小，吸附物分子的狀態(tài)變化不大，所需活化能很小，多數(shù)在較低的溫度下進行；物理吸附是可逆的，吸附作用一般沒有選擇性。第40頁，講稿共44頁，2023年5月2日，星期三2、化學吸附吸附劑與吸附物之間由于電子轉(zhuǎn)移發(fā)生化學反應(yīng)產(chǎn)生的吸附。特點：需要一定的活化能；具有顯著的選擇性，一種吸附劑只對特定的物質(zhì)有吸附作用；吸附速度較慢，升高溫度速度增加；吸附后也較穩(wěn)定，不易解吸，且解吸具有選擇性；吸附熱較大。物理吸附與化學吸附雖有區(qū)別，但有時很難嚴格劃分，也可以在同一體系中向時發(fā)生。第41頁，講稿共44頁，2023年5月2