第六章层析分离技术第一节吸附一、吸附层析的原理与特点吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中的分离的的过程。

典型的吸附过程包括四个步骤：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。

吸附的类型（1）物理吸附: 放热，可逆，单分子层或多分子层，选择性差（2）化学吸附: 放热量大，单分子，选择性强（3）交换吸附: 吸附剂吸附后同时放出等当量的离子到溶液中物理吸附与化学吸附的特点吸附法特点（1）不用或少用有机溶剂（2）操作简便、安全、设备简单（3）生产过程pH 变化小（4）从稀溶液分离溶质（5）吸附剂对溶质的作用小（6）吸附平衡为非线性（7）选择性较差吸附法的应用气体过滤水处理脱色、除臭目标产物的分离二、吸附剂（固定相）的选择吸附剂通常应具备以下特征：▪表面积大、颗粒均匀、▪对被分离的物质具有较强的吸附能力▪有较高的吸附选择性▪机械强度高▪再生容易、性能稳定▪价格低廉。

常用的吸附剂有极性的和非极性的两种。

羟基磷灰石、硅胶、氧化铝等属前者，活性炭属后者人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两种都有。

但大多属非极性的常用的吸附剂1大网格聚合物吸附剂：2活性碳：助滤，脱色，去热原使用:偏酸性(pH 5-7),加热(50-60℃)搅拌30min活性白土：脱组胺类过敏物，脱色。

硅藻土：助滤，澄清1.大网格聚合物吸附树脂的网络骨架大网格树脂吸附法Ⅰ. 基本概念一．什么是大网格树脂吸附法？将多孔的大网格吸附树脂作为吸附剂，利用表面分子与物质分子间范德华引力，把液相中物质吸附到吸附树脂表面。

◆大网格树脂吸附法与离子交换法的比较：相同：①操作方法：静态法、动态法；②骨架结构：树脂均有溶胀孔隙和永久孔隙的大网格骨架结构。

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↓大网格吸附树脂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。

优点（1）选择性好（2）解吸容易（3）机械强度好（4）流体阻力小、（5）反复使用（6）可适用于各种产品大网格吸附剂结构与类型按骨架极性：非极性（苯乙烯-二乙烯苯）中等极性（甲基丙烯酸酯）极性(硫氧基、酰胺、N-O基、磺酸基)孔隙度：吸附剂中空隙所占百分比孔容：每g吸附剂所含的空隙体积骨架密度(真密度)：吸附剂每ml骨架（不包括空隙)的重量。

湿真密度：空隙充满水时的密度大网格吸附剂吸附条件选择1 吸附剂的选择（相似互溶）：非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力孔径与比表面（孔径6倍于分子直径）吸附法提取的生化物质大多是弱极性或非极性，一般选非极性或中等极性。

2．无机盐的影响无机盐存在，对吸附不仅无干扰，还有促进作用（盐析）。

3．吸附pH弱酸物质：pH<pK弱碱物质：pH>pK （呈分子状态）中性物质：pH无影响（不会电离）。

大孔吸附剂解吸条件1. 选择洗脱剂原则a. 洗脱剂应容易溶胀大网格吸附剂。

溶剂的溶解度参数和聚合物的溶解度参数接近时，溶剂愈易溶胀聚合物。

（δ洗≈δ聚）b. 洗脱剂对被吸附物有较大的溶解度2.吸附在高浓度盐溶液中（加盐析剂），则洗脱可仅用水。

3.易挥发性物质，用热水或蒸汽解吸。

4.流速（空间速度，线速度）洗脱液的流速务必恰当控制。

如果太快，洗脱物在两相中的平衡过程不完全；如果太慢，洗脱物会扩散。

5.树脂高径比（3:1）6.洗脱pH，* 洗脱剂用水溶液时，须考虑pH：弱酸性物质：吸附−偏酸性(pH<pK)，洗脱−碱性水溶液弱碱性物质：吸附−偏碱性(pH>pK)，洗脱−酸性水溶液大孔吸附树脂的应用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,甾体活性炭对物质的吸附规律活性炭是极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力。

针对不同的物质，活性炭的吸附遵循以下规律：（1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物（2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物（3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物（4）pH 值的影响碱性中性吸附酸性洗脱酸性中性吸附碱性洗脱（5）温度未平衡前随温度升高而增加3．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。

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。

4．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，可作为分配色谱的载体硅胶具有微酸性，适用于分离酸性和中性物质，如有机酸、氨基酸、甾体等。

5．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。

用0.5mol/L CaCl2加0.5mol/L磷酸二钠盐，在室温下反应，得到满意的流速的磷酸钙。

CaHPO4.2H2O在pH 7以上，慢慢变为羟基磷灰石，即Ca5(PO4)3OH放出H3PO4。

吸附操作技术⑴固定床吸附操作⑵膨胀床吸附操作⑶流化床吸附操作⑷模拟/移动床吸附操作⑸搅拌釜吸附操作第二节离子交换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◆活性离子为阳离子，称阳离子交换树脂，与阳离子发生交换◆活性离子为阴离子，称阴离子交换树脂，与阴离子发生交换离子交换层析原理离子交换法是通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离纯化的方法。

二. 离子交换树脂的分类按化学功能团分1.阳树脂，酸性基团，(弱酸性、强酸性)2.阴树脂，碱性基团，(弱碱性、强碱性)◆活性离子H＋氢型阳树脂；◆活性离子OH－羟型阴树脂；◆活性离子为其它离子统称盐型树脂。

阳离子交换树脂阴离子交换树脂1强酸性阳离子交换树脂一般以磺酸基一SO3H作为活性基团，交换反应以磺酸型树脂与氯化钠的作用为例，可表示如下：由于是强酸性基团，其电离程度不随外界溶液的pH而变化，所以使用时的pH一般没有限制。

此外，以磷酸基一PO(OH)2和次磷酸基一PHO(OH)作为活性基团的树脂具有中等强度的酸性。

2 弱酸性阳树脂功能团可以为羧基-COOH，-OH (酚羟基）这类树脂的电离程度小，其交换性能和溶液的pH有很大关系。

在酸性溶液中，这类树脂几乎不能发生交换反应，交换能力随溶液的pH增加而提高。

对于羧基树脂，应该在pH ＞7的溶液中操作，而对于酚羟基树脂，溶液的pH应＞9。

强碱性阴树脂弱碱性阴树脂特殊类型的树脂大网格离子交换树脂两性均孔树脂蛇笼树脂均孔树脂多糖交换树脂离子交换树脂命名●●●×●离子交换树脂命名强酸性（001-099）弱酸性（100-199）强碱性（200-299)弱碱性（300-399）X 后面交联度（对凝胶型离子交换树脂）对大孔型离子交换树脂，在型号的前面加¡°Ｄ¡±表示。

离子交换树脂的理化性能对树脂的一般要求：（1）机械强度：膨胀度大，交联度小的树脂强度差（2）化学稳定性：主要指耐化学试剂、耐氧化、耐辐射的性能。

（3）大小及形状：制成球形，其直径为0.2-1.2mm。

球形的优点是增大比表面积、提高机械强度和减少流体阻力。

（4）色泽：普通凝胶型树脂是透明的球珠，大孔树脂呈不透明的雾状球珠。

随合成原料、工艺条件不同，树脂的颜色也有所不同，一般有黄、白、黄褐、红棕等几种颜色。

树脂理化性能（1）含水量（2）膨胀度：（3）膨胀率：（4）湿真密度：（5）交换容量；（6）滴定曲线：离子交换操作方式静态：操作简单、但是分批操作，交换不完全动态：离子交换柱，交换、洗脱、再生等步骤均在柱内进行，亦称为离子交换层析法, 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）离子交换操作步骤1 树脂的选择2 树脂预处理3 装柱4 离子交换吸附5 洗脱6 再生1 树脂的选择2 树脂预处理物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；化学处理：转型阳离子树脂酸—碱—酸阴离子树脂碱—酸—碱最后以去离子水或缓冲液平衡3 离子交换吸附溶液中待交换离子与树脂上的活性离子发生交换反应的过程使尽可能多的待交换离子吸附到树脂上，同时保证其选择性4 洗脱离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新转入溶液的方法洗脱条件选择原则（1）与吸附条件相反（2）缓冲液（3）缓和酸碱（4）有机溶剂洗脱一般采取梯度淋洗：先采用洗脱能力弱的溶液，使易洗脱组分流出，然后依次使用洗脱能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组分。

5 树脂再生离子交换树脂(IONRESIN)使用一段时间后，吸附的杂质接近饱和状态，就要进行再生处理，使之恢复原来的组成和性能树脂的再生特性与它的类型和结构有密切关系。

强酸/强碱树脂再生比较困难，再生剂量比理论值高相当多；弱酸/弱碱性树脂则较易再生，再生剂量只需稍多于理论值。

大孔型和交联度低的树脂较易再生，而凝胶型和交联度高的树脂则要较长的再生反应时间。

在实际运用中，为降低再生费用，使树脂的性能恢复70～80%。

再生剂的种类应根据树脂的离子类型来选用，并适当地选择价格较低的酸、碱或盐。