新吸附法修改版.pptx

L/O/G/O吸附分离技术和理论吸附分离技术和理论生技z级gfs班 afjhlhup吸附分离技术和理论吸附分离技术和理论吸附分离技术和理论吸附分离技术和理论 吸附概述吸附概述 吸附的基本原理吸附的基本原理12 常见吸附剂及其生产应用常见吸附剂及其生产应用 吸附的操作工艺吸附的操作工艺34L/O/G/O吸附概述吸附概述吸附法吸附法吸附法(adsorption method)：利用吸附剂对活性物质和杂质间吸附能力的差异，将样品中的生物活性物质或杂质吸附于适当的吸附剂上，达到浓缩和提纯目的的方法。吸附法吸附法典型的吸附过程包括四个步骤：待分离的料液待分离的料液通入吸附剂通入吸附剂吸附质被吸附吸附质被吸附在吸附剂表面在吸附剂表面料液流出料液流出吸附质解吸吸附质解吸吸附剂再生吸附剂再生 吸附法特点吸附法特点吸附法特点吸附法特点优点：(1)设备简单、操作简便、价廉、安全。(2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中pH变化小，较少引起生物活性物质的变性失活。缺点：(1)选择性差，收率不高。(2)一些无机吸附剂性能不稳定 常用的吸附剂常用的吸附剂v大网格树脂聚合物吸附剂v活性碳：助滤，脱色，去热原v氧化铝v硅胶v羟基磷灰石（磷酸钙）v沸石分子筛 吸附法的发展吸附法的发展吸附法的发展吸附法的发展吸附法在各种层析技术中应用最早一战期间发展起来的活性炭吸附后来使用的凝胶型离子交换树脂、分子筛和纤维素等近些年发展的大网格吸附剂L/O/G/O吸附的基本原理吸附的基本原理 吸附法基本原理吸附法基本原理 界面上的分子同时受到不相等的两相分子的作用力，界面分子的力场不饱和，即存在一种固体的表面力，能从外界吸附分子、原子或离子，并在吸附剂表面附近形成多分子层或单分子层。一、吸附作用、吸附法基本原理吸附法基本原理v吸附作用力吸附作用力:定向力定向力,诱导力诱导力,色散力色散力v定向力定向力:极性分子间产生的作用力极性分子间产生的作用力,分子极性越大分子极性越大,定定向力越大向力越大,与热力学温度成反比与热力学温度成反比.v诱导力诱导力:极性分子和非极性分子之间的吸引力极性分子和非极性分子之间的吸引力,与温与温度无关度无关.v色散力色散力:非极性分子之间的引力非极性分子之间的引力,随最外层电子数增随最外层电子数增多而增加多而增加,不取决于温度不取决于温度.吸附作用：物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体表面从而达到分离的过程称为吸附作用吸附剂：在表面上能发生吸附作用的固体微粒称为吸附剂吸附物：被吸附的物质称为吸附物。吸附法的基本概念 吸附的类型吸附的类型（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v正吸附：吸有效成分v负吸附：吸杂质物理吸附与化学吸附的特点物理吸附与化学吸附的特点物理吸附与化学吸附的特点物理吸附与化学吸附的特点项目项目物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附作用力作用力范德华力范德华力化学鍵力化学鍵力吸附热吸附热较小较小,接近液化接近液化热热较大较大,接近反应接近反应热热选择性选择性较差较差有选择性有选择性吸附速度吸附速度较快，需要的活较快，需要的活化能很小化能很小慢，需要一定的慢，需要一定的活化能活化能吸附分子层吸附分子层单分子层或多分单分子层或多分子层子层单分子单分子 吸附的类型吸附的类型发酵工业常用的吸附剂可分为发酵工业常用的吸附剂可分为:v疏水或非极性吸附剂疏水或非极性吸附剂:从极性溶媒从极性溶媒(如水如水)内吸附溶内吸附溶质质,典型吸附剂是活性炭典型吸附剂是活性炭.v亲水或极性吸附剂亲水或极性吸附剂:适用于非极性或极性较小的溶适用于非极性或极性较小的溶媒媒,如硅胶如硅胶,氧化铝氧化铝,活性土等活性土等.v离子交换树脂吸附剂离子交换树脂吸附剂:属于极性吸附剂属于极性吸附剂,因为是两性因为是两性化合物化合物,具有离子交换剂的性质具有离子交换剂的性质.影响吸附的因素影响吸附的因素影响吸附的因素影响吸附的因素1.吸附剂的特性吸附剂的特性v吸附容量吸附容量吸附剂表面积越大，吸附量越多活化可增加吸附剂的吸附容量活化：通过处理使其表面具有一定的吸附特性或增加表面积v吸附速度：颗粒度、孔径吸附速度：颗粒度、孔径v机械强度机械强度（使用寿命）（使用寿命）2.吸附物的性质吸附物的性质（1）能使）能使表面张力降低表面张力降低的物质易为表面吸附的物质易为表面吸附（2）极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸）极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸附非极性物质附非极性物质（3）溶质从较易溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少。）溶质从较易溶解的溶剂中被吸附时，吸附量较少。（4）同系列物质分子越大，极性越差，易为非极性吸）同系列物质分子越大，极性越差，易为非极性吸附剂吸附，越难为极性吸附剂吸附附剂吸附，越难为极性吸附剂吸附（5）吸附物）吸附物-溶剂形成氢键，不易吸附溶剂形成氢键，不易吸附 吸附物吸附物-吸附剂形成氢键，易于吸附吸附剂形成氢键，易于吸附 影响吸附的因素影响吸附的因素影响吸附的因素影响吸附的因素3.吸附的条件吸附的条件温度（吸附热，溶解度）：经验pH（解离度）：两性物质，等电点附近盐的浓度：可能阻止、可能促进，经验溶剂：单溶剂易吸附，混合溶剂易解吸 影响吸附的因素影响吸附的因素影响吸附的因素影响吸附的因素吸附物浓度：吸附物浓度：浓度高吸附量大，但选择性下降适当稀释调高选择性浓度1%4.吸附物浓度与吸附剂用量吸附剂用量：吸附剂用量：用量大，吸附总量大-每克吸附剂吸附物质的量变小-成本增高-选择性下降v综合各因素，实验确定综合各因素，实验确定 影响吸附的因素影响吸附的因素影响吸附的因素影响吸附的因素L/O/G/O常见吸附剂及其生产应用常见吸附剂及其生产应用 大网格大网格大网格大网格树脂的网络骨架树脂的网络骨架三维空间立体结构三维空间立体结构三维空间立体结构三维空间立体结构树脂的网络骨架树脂的网络骨架树脂的网络骨架树脂的网络骨架大网格树脂吸附法大网格树脂吸附法大网格树脂吸附法大网格树脂吸附法v大网格树脂吸附法：将多孔的大网格吸附树脂大网格树脂吸附法：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作为吸附剂，利用表面分子与物质分子间范德范德华引力华引力，把液相中物质吸附到吸附树脂表面。，把液相中物质吸附到吸附树脂表面。v特点1、选择性好选择性好、解吸容易解吸容易、理化性质稳定、机械、理化性质稳定、机械强度好、可反复使用等优点。强度好、可反复使用等优点。2、其孔隙大小、骨架结构和极性，可按照需要，、其孔隙大小、骨架结构和极性，可按照需要，根据不同的原料和合成条件而改变，因此可根据不同的原料和合成条件而改变，因此可适适用于吸附各种有机化合物用于吸附各种有机化合物。3、适合、适合弱电解质及非离子型化合物弱电解质及非离子型化合物分离。分离。24一、大孔网状聚合物吸附剂的类型和结构一、大孔网状聚合物吸附剂的类型和结构 据骨架极性强弱分为据骨架极性强弱分为非极性、中等极性、极性、强极性吸附剂非极性、中等极性、极性、强极性吸附剂美国罗姆美国罗姆-哈斯公司：哈斯公司：Amberlite系列；系列；日本三菱化成公司：日本三菱化成公司：Diaion系列。系列。25二、二、大孔网状聚合物吸附剂吸附机理大孔网状聚合物吸附剂吸附机理 树脂骨架和溶质分子间的分子吸附（范德华树脂骨架和溶质分子间的分子吸附（范德华力）力）“类似物容易吸附类似物”的原则：v一般非极性吸附剂适宜于从极性溶剂(水)中吸附非极性物质。v一般极性吸附剂适宜于从非极性溶剂(有机溶剂)中吸附极性物质。v 而中等极性的吸附剂则对上述两种情况都具有吸附能力。v吸附法提取的生化物质大多是弱极性或非极性，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。一般选非极性或中等极性。操作过程操作过程操作过程操作过程预处理上样吸附洗杂洗脱再生三、操作过程三、操作过程1.树脂选择：树脂选择：v类似物容易吸附类似物（类似物容易吸附类似物（吸附法提取的生化吸附法提取的生化物质大多是弱极性或非极性，一般选非极性物质大多是弱极性或非极性，一般选非极性或中等极性）或中等极性）v孔径：树脂孔径为溶质分子直径的孔径：树脂孔径为溶质分子直径的6倍较宜倍较宜v预处理：甲醇洗涤预处理：甲醇洗涤v再生：一种溶剂或多种溶剂清洗，甲醇、丙再生：一种溶剂或多种溶剂清洗，甲醇、丙酮、乙酸乙酯酮、乙酸乙酯 2.吸附条件选择吸附条件选择（1无机盐的影响无机盐的影响v 无机盐存在，对吸附不仅无干扰，还有无机盐存在，对吸附不仅无干扰，还有促进作用（盐析）。促进作用（盐析）。（2吸附吸附pH（pH影响离解程度，影响吸影响离解程度，影响吸附量）附量）v 弱酸物质：弱酸物质：pHpK （呈分子状态）（呈分子状态）v 中性物质：中性物质：pH无影响（不会电离）。无影响（不会电离）。3.洗脱条件选择洗脱条件选择v最常用低级醇、酮或其水溶液解吸最常用低级醇、酮或其水溶液解吸v解吸溶剂能使大孔网状聚合物吸附剂解吸溶剂能使大孔网状聚合物吸附剂溶胀溶胀;选用溶剂应容易选用溶剂应容易溶解吸附物溶解吸附物。v对弱酸性物质可用碱来解吸对弱酸性物质可用碱来解吸，弱碱性物质，弱碱性物质可用酸来解吸可用酸来解吸 v吸附在高浓度盐类溶液中进行时，水洗即吸附在高浓度盐类溶液中进行时，水洗即可解吸可解吸31四、大孔吸附树脂的应用：抗生素分离纯化（再生容易、产品灰分少）：-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32红霉素的分离纯化红霉素的分离纯化33SIP-1300SIP-1300大孔吸附剂分离纯化超氧化物歧化酶大孔吸附剂分离纯化超氧化物歧化酶 活性炭v一种被广泛应用的优良的吸附剂。一种被广泛应用的优良的吸附剂。吸附能力吸附能力很强的非极性吸附剂很强的非极性吸附剂v对色素、细菌和热源等杂质有很强的吸附能对色素、细菌和热源等杂质有很强的吸附能力。力。v一一般般用用木木屑屑、兽兽骨骨、兽兽血血或或煤煤屑屑等等为为原原料料高高温（温（800）碳化成。）碳化成。v分类分类粉末碳：比表面积大吸附力强颗粒碳：吸附能力较差，但易装柱锦纶活性炭：吸附能力较两者弱粉状活性炭粉状活性炭o不定型颗料活性炭纤维状活性碳o园柱形活性炭颗粒活性炭o球形活性炭v吸附物分子结构对吸附性能影响：吸附物分子结构对吸附性能影响：1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少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）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）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子量小的化合物（4）pH 值的影响值的影响 碱性碱性 中性吸附中性吸附 酸性洗脱酸性洗脱 酸性酸性 中性吸附中性吸附 碱性洗脱碱性洗脱（5）温度）温度 未平衡前未平衡前 随温度升高而增加随温度升高而增加v溶剂中吸附能力：（溶剂中吸附能力：（活性炭是非极性吸附剂活性炭是非极性吸附剂）水乙醇甲醇乙酸乙酯丙酮二氯甲烷37辅酶辅酶A A制备制备 磷酸钙凝胶磷酸钙凝胶v在蛋白质的分离、精制中，较为常用在蛋白质的分离、精制中，较为常用v形式：磷酸钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石形式：磷酸钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石v活性部位：钙离子，与蛋白质负电基团结合活性部位：钙离子，与蛋白质负电基团结合 在无机吸附剂中，磷酸钙是唯一的适用于生物活在无机吸附剂中，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，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，如转移也适用于较小的核酸，如转移RNA的分离的分离。39胰岛素纯化胰岛素纯化 三氧化铝三氧化铝三氧化铝三氧化铝 氧化铝的吸附能力很强，可以活化到不同程度，重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。分酸演性好，再生容易，故是常用的吸附剂之一。分酸性、碱性和中性三种，性、碱性和中性三种，v酸性氧化铝酸性氧化铝(pH4-5)(pH4-5)适合于分离酸性化合物，适合于分离酸性化合物，v碱性氧化铝碱性氧化铝(pH9-10)(pH9-10)适合于分离碱性化合物，适合于分离碱性化合物，v中性氧化铝中性氧化铝(pH7)(pH7)适合于分生物碱、挥发油、萜类、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。甾体及在酸、碱中不稳定的甙类、酯类等化合物。硅胶硅胶硅胶硅胶v硅胶是应用很广的一种极性吸附剂。可与极硅胶是应用很广的一种极性吸附剂。可与极性化合物或不饱和化合物形成氢键而使硅胶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。具较强的吸附力。v主要优点是化学惰性，具有较大的吸附量，主要优点是化学惰性，具有较大的吸附量，易制备。易制备。沸石分子筛沸石分子筛沸石分子筛沸石分子筛v是结晶铝硅酸金属盐的水合物。是结晶铝硅酸金属盐的水合物。v由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分而把比孔径大的分子排斥在其空穴外，起到筛分分子的作用，故得名分子筛。子的作用，故得名分子筛。（a a）A A 型型 （b b）X X 型型两种常用沸石分子筛的结构两种常用沸石分子筛的结构L/O/G/O吸附分离的常见应用方式吸附分离的常见应用方式1)分批操作法分批操作法2)吸附剂片过滤吸附法吸附剂片过滤吸附法3)柱式法柱式法静态操作法静态操作法动态操作法动态操作法分批式与连续式吸附分批式与连续式吸附分批式吸附分批式吸附操作过程：操作过程：1）搅拌含生物分子和吸附剂的溶液）搅拌含生物分子和吸附剂的溶液1015分钟分钟2）沉降吸附剂，倾出上清液）沉降吸附剂，倾出上清液3）将下层浆液注入）将下层浆液注入布氏漏斗中真空过滤布氏漏斗中真空过滤4）用缓冲液洗涤吸附剂）用缓冲液洗涤吸附剂5）抽干湿吸附剂，倒入烧杯）抽干湿吸附剂，倒入烧杯6）用）用洗涤的缓冲液洗涤的缓冲液再将吸附剂制成浆液再将吸附剂制成浆液7）重新真空抽干，根据需要重复多次）重新真空抽干，根据需要重复多次 连续搅拌罐中的吸附连续搅拌罐中的吸附恒定浓度恒定浓度YF的料液，以的料液，以流速流速H连续流入搅拌罐，罐连续流入搅拌罐，罐内的初始时装有纯溶剂及量内的初始时装有纯溶剂及量为为W的新鲜吸附剂，吸附剂的新鲜吸附剂，吸附剂上溶质浓度为上溶质浓度为q并随时间而并随时间而变，溶液不断流出反应罐，变，溶液不断流出反应罐，浓度浓度Y随时间而变，罐内搅随时间而变，罐内搅拌均匀，等于出口浓度。拌均匀，等于出口浓度。L/O/G/OThank You!树树 脂脂 的的 网网 络络 骨骨 架架吸附吸附吸附吸附pHpH选择选择选择选择v例：例：v 林可、红霉素、林可、红霉素、SPM 弱碱性，弱碱性，pH 吸附量吸附量；v 赤霉素赤霉素弱酸性，弱酸性，pH，吸附量，吸附量；v 维生素维生素B12 中性，中性，pH无影响，无影响，实验证实：实验证实：XAD-2上吸附，上吸附，pH37吸附量都一样；吸附量都一样；v 头孢菌素头孢菌素 两性物质，应在什么条件下吸附？两性物质，应在什么条件下吸附？v因为呈偶极离子，对外不显电性，有利于范德华力吸附因为呈偶极离子，对外不显电性，有利于范德华力吸附 （XAD-4树脂吸附）树脂吸附）pK1=2.6(羧基羧基)；pK2=3.3(羧基羧基)；pK3=9.8(氨基氨基)v等电点（等电点（pI=2.85）附近，）附近，pH2.5 3.0较好，较好，