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大学吸附及离子交换技术

为了获得满意的分离结果,若峰与峰之间有重叠,宜降低 洗脱剂的强度,若峰间距离过大,或某些成分不能洗脱时, 宜加大洗脱剂的强度(极性),成分复杂时,可采用洗脱剂由 弱到强的梯度洗脱(方法见离子交换层析)。
工业上的操作。
1) 分批操作法:静态操作法
2) 固定床操作法:动态操作法
固定床:固体物通 常呈颗粒状,堆积 成一定高度(或厚 度)的床层。床层 静止不动,流体通 过床层进行反应。 它与流化床反应器 及移动床反应器的 区别在于固体颗粒 处于静止状态。
不同的物质由于吸附力和解吸力不同 ,移动速度也不同。吸 附力弱而解吸力强的物质,移动速度就较快。经过适当的时间以后, 不同的物质各自形成区带,如果被分离的是有色物质的话,就可以 清楚地看到色带(色层)。
如果被吸附的物质没有颜色,可用适当的显色剂或紫外光观察 定位,也可用溶剂将被吸附物从吸附柱洗脱出来,再用适当的显色 剂或紫外光检测,以洗脱液体积对被洗脱物质浓度作图,可得到洗 脱曲线。
待交换分子:在吸附阶段可与活 性离子交换,与骨架上的功能基 团结合
区别: 介质不同: 离交法-离交树脂,骨架上接有离子交换基团,利用表面层
和孔隙中离子基团起作用; 吸附法-吸附树脂,无离交基团(称白球),利用外表面和
孔隙内表面分子起作用。 机理不同: 离交法-离子间静电引力吸附,要求树脂和物质的电离度α↑ 吸附法-分子间范德华引力吸附,要求物质的电离度α↓
模拟移动床(SMB)
蛋白质离子交换分离的基本步骤
四.硅胶
• 硅胶是应用很广的一种极性吸附剂。是具有硅氧交联结构, 表面有许多硅醇基的多孔性微粒。硅醇基可与极性化合物
或不饱和化合物形成氢键而使硅胶具较强的吸附力。
• 主要优点是化学惰性,具有较大的吸附量,易制备不同类 型的多孔硅胶,一般以SiO2.xH2O通式表示。
• 硅胶的活性与含水量有关:含水量高则吸附力减弱。当游 离水含量17%以上时,吸附能力极低,可作为分配色谱载
大孔吸附树脂的应用
1 生化制药方面的应用
• 抗生素分离纯化(再生容易、产品灰分少):β内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类、肽类、博 莱霉素类、含氮杂环类及其他新抗生素 • 维生素的提取纯化: VB12,VB2,VC •天然产物的分离:生物碱,黄酮,多糖,苷类 、 红景天甙等 •生化药物:酶, 氨基酸, 蛋白质, 肽,甾体
吸附力的本质
• 吸附质和吸附剂之间的作用力:
• 范德华力: 定向力:极性分子之间静电力.由极性分子的永久 偶极距产生. 诱导力:极性与非极性之间引力.极性分子产生的 电场作用会诱导非极性分子极化,产生诱导偶极 距. 色散力:非极性分子之间引力.瞬时偶极距.
影响吸附因素
• 吸附剂性质: – 吸附容量(a 比表面,b 空隙度) – 吸附速度(a 粒度,b 孔径分布) – 机械强度(使用寿命)
•配基浓度 配基浓度高有利; •空间位阻 加入“手臂链”以降低空间位阻的影 响; •配基与载体的结合位点 就蛋白质等大分子作为 配基时,与载体连接的键越少越好; • 载体孔径:孔道大小; • 微环境:载体或“手臂链”的极性、电性;
离子交换(ion exchange)
• 根据某些溶质能解离为阳离子或阴离子的特性,利用离子交换剂与不同离子结合力强弱的差异,将溶质 暂时交换到离子交换剂上,然后用合适的洗脱剂或再生剂将溶质离子交换下来,使溶质从原溶液中分离、 浓缩或提纯的操作技术。
吸附及离子交换技术
吸附法的特点:
① 操作简便、设备简单,成本低 ② 处理能力低 ③ 不用或少用有机溶剂(这一点在蛋白质分离
中特别重要) ④ 选择性低、收率低、不适合连续操作,实验
的工作量较大。
优点:
✓ ✓ ✓
有机溶剂掺入少 操作简便,安全,设备简单 pH变化小,适于稳定性差的物质
缺点:
✓ ✓ ✓ ✓ ✓
吸附柱层析成败的关键是选择合适的吸附剂、洗脱剂和操作方式。
(二) 洗脱涤的选择
洗脱剂指的是溶解被吸附样品的溶剂。合适的洗脱剂应 符合下列条件:
①纯度较高; ②稳定性好; ③能较完全洗脱所分离的成分; ④黏度小; ⑤易和所需要的成分分开。
在实践中,选择洗脱剂的顺序是由极性小到极性大(正 向层析)。当把极性小的洗脱剂换成极性大的时,宜先将极 性大的和极性小的洗脱剂混合使用,浓度则由低到高。总之, 选用洗脱剂的原则是能较完全地洗脱所要分离的成分,并力 求用量少、洗脱时间短。
氧化铝的活性与其含水量有很大的关系。水分会掩盖活性 中心,故含水量愈高,活性愈低。
分酸性、碱性和中性三种, • 酸性氧化铝(pH4-5)适合于分离酸性化合物, • 碱性氧化铝(pH9-10)适合于分离碱性化合物, • 中性氧化铝(pH7)适合于分生物碱、挥发油、萜类、甾
体及在酸、碱中不稳定的甙类、酯类等化合物。
体。
• 硅胶具有微酸性,适用于分离酸性和中|性物质| ,如有机酸、
氨基酸、甾体等。
O
O
|
|
—Si—O—Si—OH
|
|
O
O
|
Байду номын сангаас
|
五、羟基磷灰石(磷酸钙)
• 在无机吸附剂中,磷酸钙是唯一的适用于生物活 性高分子物质(如蛋白质、核酸)的分离的吸附 剂。
• 羟基磷灰石主要适用于蛋白质的层析分离,也适用于较小的核酸,如转移RNA的分离。
强酸型阳离子交换树脂分离示 H+例,K+, Na+, Ag+ 的分离
游离状态
交换反应
K:亲和力 H+ < Na+ < K+ < Ag+
H2O
洗脱
H+ < Na+ < K+ < Ag+


状 态
C
Na+ K+
Ag+
t
淋洗曲线
离交操作方式
• 静态:操作简单、但是分批操作,交换不 完全
• 动态:离子交换柱,操作连续、交换完全, 适宜多组份分离 柱式固定床(Fixed-Bed) 模拟移动床(SMB)
将吸附剂填装 在玻璃或不锈钢管 中,构成层析柱, 层析时欲分离的样 品自柱顶加入,当 样品溶液全部流入 吸附层析柱后,再 加入溶剂冲洗。冲 洗的过程称为洗脱, 加入的溶剂称为洗 脱剂。
在洗脱过程中,柱内不断地发生解吸、吸附,再解吸、再吸附 的过程。
即被吸附的物质被溶剂解吸而随溶剂向下移动,又遇到新的吸 附剂颗粒被再吸附,后面流下的溶剂又再解吸而使其下移动。经过 一段时间以后,该物质会向下移动一定距离。此距离的长短与吸附 剂对该物质的吸附力以及溶剂对该物质的解吸(溶解)能力有关。
大网格吸附树脂适合于提取各种有机化合物。在 抗菌素工业中,用于头孢菌素、维生素B12、林可霉 素的提取。
大孔吸附剂和大孔离子交换树脂
• 离子交换树脂其结构由三部分组成:
– 1.不溶性的三维空间网状结构构成的树脂骨架, 使树脂具有化学稳定性和机械强度;
– 2.是与骨架相联的功能基团; – 3.是与功能基团带相反电荷的可移动的离子,
2 工业废水的处理和利用
• 大孔吸附树脂对工业废水,废液的处理也有着 广泛的应用。
• 如废水中含苯、硝基苯、氯苯、氟苯、苯酚、 硝基酚、对甲酚、奈酚、苯胺、对苯二胺、水 杨酸、2,3酸、奈磺酸等有机物均具有很好的 吸附、回收净化作用。且对废液中有害物质的 浓度含量适应性强.
三.氧化铝
氧化铝的吸附能力很强,可以活化到不同程度,重演性好, 再生容易,故是常用的吸附剂之一。
固体内部分子所受分子间的作用力是对称的,而固体表面 分子所受力是不对称的。向内的一面受内部分子的作用力 较大,而表面向外一面所受的作用力较小, 因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体 表面时就会被吸引而停留在固体表面上。
界面上分子和内部分子所受的力
化学吸附: 化学吸附是由于吸附剂和吸附物之间的电
选择性差 收率低 无机吸附剂性能不稳定 不能连续操作,劳动强度大 碳粉等吸附剂有粉尘污染
典型的吸附过程包括四个步骤:
待分离的料液 通入吸附剂
吸附质被吸附 在吸附剂表面
吸附质解吸 吸附剂再生
料液流出
吸附的类型
物理吸附: 吸附剂和吸附物通过分子力产生的吸 附。
特点
✓ 是放热过程 ✓ 吸附物分子状态变化不大,需要的活化能很小,多数在较低温下进行。 ✓ 达吸附平衡时间非常短 ✓ 吸附过程可逆
称为活性离子,它在树脂骨架中的进进出出, 就发生离子交换现象。
• 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架 结构,在大孔吸附剂合成后(加入致孔剂),再 引入化学功能基团,便可得到大孔离子交换树脂
离子交换树脂结构
骨架:接有功能基团,本身是惰性
功能基团:连接在骨架 上,可与 相反离子结合
活性离子:与功能基团所带电荷相 反的可移动的离子
离子交换体系:
• 离子交换树脂:多空网状立体结构 • 被分离组分:处于被分离料液中,可进行选择性交换分离。 • 洗脱液:离子强度较大的酸或者碱等溶液。把交换到离子交换树脂上的目标离子重新交换到液相。
• 图5-6 离子交换、洗脱示意图
a.交换前;b.A+、B+取代H+而被交换;c.加碱后,A+被 首先洗脱;d.提高碱浓度,B+被洗出;H+—树脂上的平衡离 子;A+、B+—待分离离子
单分子
交换吸附
1st 极性吸附: 吸附剂表面如为极性分子所组 成,则会吸引溶液中逞相反极性的物质或离 子而形成双电层,这种吸附称为极性吸附。
2nd 离子交换: 在吸附剂与溶液间发生离子交 换,即吸附剂吸附离子后,它同时要放出等 当量的离子于溶液中。
吸附剂表面键合的离子基团或可离子化基团, 通过静电引力吸附带有相反电荷的离子,吸附 过程发生电子转移.
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