南农生物分离工程生物分离

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,吸 附 法,Adsorption,1,通过本章学习应掌握以下内容,：,什么是吸附过程？,吸附的类型有哪些？它们是如何划分的？,常用的吸附剂种类有哪些？,什么是吸附等温线？其意义何在？,影响吸附过程的因素有哪些？,常用的吸附单元操作有哪些方式？,2,什么是吸附？,利用固体特有的吸附特性，从液体中吸附目标物，再用适当的洗脱剂将其解吸达到分离纯化的过程。,3,吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程。,料液与吸附剂混合,吸附质被吸附,料液流出,吸附质解吸附,Step1,Step2,Step3,Step4,4,特点,：,简便廉价安全 选择性不高 收率低,应用,：广泛应用于生物、制药、食品、化工、环保及电子等,5,吸附机理,1. 固体的表面性质,固体表面分子（或原子）所处的状态与固体内部分子（或原子）所处的状态不同,吸附剂:,在表面上能发生吸附作用的固体,吸附物:,被吸附的物质,“正吸附” “负吸附”,6,吸附机理表面性质,界面,7,吸附类型与特性,物理吸附,化学吸附,交换吸附,8,1. 物理吸附分子间作用力的吸附,1）吸附区域为自由界面,2）吸附层数为多层,3）吸附可逆性可逆,4）吸附选择性差,9,2. 化学吸附化学键力的吸附,1）吸附区域为未饱和的原子,2）吸附层数为单层,3）吸附可逆性不可逆,4）吸附选择性很好,10,常见的吸附类型及其主要特点,物理吸附,化学吸附,吸附作用力,分子间引力,化学键合力,选择性,较差,较高,所需活化能,低,高,吸附层,单层或多层,单层,达到平衡所需时间,快,慢,11,3. 交换吸附静电力的吸附,1）吸附区域为极性分子或离子,2）吸附层数为单层或多层,3）吸附可逆性可逆,4）吸附选择性较好,12,吸附剂,吸附剂的要求,交换容量,结构,（多孔、立体网状）,选择性,组成,稳定性,结构、组成,13,14,2.,吸附剂的种类,1）无机：硅胶、氧化铝、磷酸钙凝胶、沸石等,2）有机：活性炭、（大孔）吸附树脂、纤维素等,15,活 性 炭（,Active carbon,）,活性炭种类,颗粒大小,表面积,吸附力,吸附量,洗脱,粉末活性炭,小,大,大,大,难,颗粒活性炭,较小,较大,较小,较小,难,锦纶活性炭,大,小,小,小,易,组成结构：由木屑、兽骨、兽血或煤屑等原料高温（800）碳化而成的多孔网状结构,先选粒炭,16,粉末活性炭,17,锦纶活性炭,18,吸附特性,非极性吸附剂，在极性介质中，,对非极性物质具有较强的吸附,水溶液中吸附最强,吸附物类广、,选择性差,吸附色素、有味物质、热原,酸性溶液吸附强,“,中毒,”气体分子占据表面；使用前干燥,“,净化,”稀HCl洗、中和、干燥,19,人造,沸石,1）组成结构：Na,2,Al,2,O,4,xSiO,2,y,H,2,O，多孔网状结构,2）种类：人工、天然沸石,3）吸附特性：阳离子交换吸附剂,Na,2,Z+2M,+,=M,2,Z+2Na,+,20,提取,细胞色素,碱性蛋白pI10.5,猪心糜（稀H,2,SO,4,pH4.0)提取液,（pH6.0静置沉淀）清液（氨水pH7.5人造,沸石吸附）吸附物（水0.2%NaCl洗涤）,吸附物（25%硫酸铵洗脱）洗脱液,21,磷酸钙凝胶,1）组成结构： 多孔网状结构凝胶2）种类：,制法不同,磷酸钙 Ca,3,（PO,4,）,2,；磷酸氢钙 CaHPO,4,.,2H,2,O,；,羟基磷灰石Ca,5,（PO,4,）,3,.,OH,3）吸附性质：凝胶骨架中Ca,2+,与蛋白质负电荷基团的静电吸附作用,羟基磷灰石,中性、粘度好、可装柱、分辨率最高，不耐酸碱 ；分先制备和,后制备,22,胰岛素,（pI5.3）,胰浆（磷酸乙醇）提取液（4% 50%CaCl,2,吸附） 沉淀（pH6.0过滤）沉淀（pH2.5）解吸液,透明质酸酶,精制液（磷酸钠 Ca(Ac),2,pH8.5抽滤）无热原滤液（冻干）成品酶,23,硅胶,1）组成结构：,SiO,2,n H,2,O,，多孔网状结构,结构水,O O, ,SiOSiOH, ,O O, ,24,2）吸附性质：,极性吸附剂,在非极性介质中，对极性物质具有较强的吸附,吸附力与“自由水”含量负相关,分离生物小分子,110活化8h,吸附力小于氧化铝,含水16-18%作层析载体,25,氧化铝,1）组成结构： Al,2,O,3,.,nH,2,O ，多孔网状结构,2）种类：碱性氧化铝、中性氧化铝、酸性氧化铝,3）吸附性质：极性吸附剂；,用于有机小分子和生物小分子的分离,吸附活性与含水量负相关,再生活化,：溶媒、酸、碱、水洗、高温活化,26,白陶土,Al,2,O,3,2SiO,2,2H,2,O 多用去杂,吸附H,+,、胺类、 蛋白,脱敏 脱色 中和酸,尿中回收激素,用前稀HCl洗、水洗至中性、烘干,27,氢氧化铝凝胶,Al,2,O,3,3H,2,O,铝盐与氨水生成可后制备,吸附力与“陈化”程度有关刚生成吸附力弱,常用吸附抗原,28,滑石粉,Mg,3,H,2,(SiO,3,),4,吸附力弱；可吸附多糖；可作为助滤剂,皂土,铝、镁的硅酸盐 膨润土,表面负电，结合金属离子、肽、碱性蛋白,核酸酶抑制剂,29,聚酰胺粉,尼龙粉、锦纶，含多量酰胺键,以氢键吸附，分辨率高,溶剂影响：水有机溶剂碱性水溶液,硅藻土,无定形SiO,2,吸附力弱,常作助滤剂、澄清剂， 吸附尿激酶UK,30,大孔树脂吸附剂,（,大网格聚合物吸附剂,）,1）组成结构：有机高分子聚合物的多孔网状结构,无交换基团的“树脂”,2）特点：选择性好；解吸容易；机械强度好；流体阻力较小；价格高；可多次使用,31,3）类型：,非极性吸附剂芳香族（苯乙烯等）,中等极性吸附剂脂肪族（甲基丙烯酸酯等）,极性吸附剂含硫氧、酰氨、氮氧等基团,32,空隙度,- %,孔容,-空隙体积/g树脂,骨架密度,-g/ml骨架,湿真密度,-空隙充满水时的密度,33,吸附作用,范德华力，极性相似相吸 ，盐类无影响,影响因素：,化学结构，物理参数，溶质和溶剂性质，,溶液pH,根据溶质和溶剂性质选择极性和孔径,，,孔径为溶质直径6倍为宜,34,吸附等温线,概念：当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。,兰缪尔,（,Langnuir,）,吸附等温线,1,）,二个假设：,吸附活性中心间各自独立,每一个吸附活性中心只吸附一个分子,35,2）推导 ：,吸附速度=K,1,（,m,m,)C ,解吸速度=K,2,m,当达到平衡时， K,1,（,m,m)C =K,2,m,m-溶质/ g吸附剂 C-溶液浓度 b=K,1,/K,2,m,b C,m = ,1 + b C,36,m,b C,m = ,1 + b C,当溶液浓度很稀时，1+bC1， m= m,bC,当溶液浓度很高时，1+bC bC ，m= m,当溶液浓度适中时，,m =,K,C,1/n,其中n 1,lgm=lg K+1/nlgC,作图求K，n 从n知吸附的饱和程度,1/n1离饱和远 1/n0离饱和近,37,例：,应用大孔树脂作为吸附剂分离抗菌素，饱和吸附量为0.06 Kg（抗菌素）/Kg（干树脂）；当抗菌素浓度为0.02Kg/m,3,时，吸附量为0.04Kg/Kg；假定此吸附属于Langmuir等温吸附，求料液含抗菌素0.2Kg/m,3,时的吸附量。,38,解：根据Langmuir吸附等温式可求出,b,值，即：,m,b C 0.06,0.02,b,m = = =0.04 , b=100,1 + b C 1 +,0.02,b,则当料液含抗菌素0.2Kg/m,3,时的吸附量可计算如下：,0.06,100,0.2,m = =0.057,Kg/Kg,1 +,100,0.2,39,影响吸附的因素,吸附剂的性质,（组成结构、容量、稳定性 ）,比表面积 陈化程度,磷酸钙凝胶,制备方法,活性炭800活化吸附碱,500吸附酸,“钝化” 暴露于冷湿空气,“活化” 加热除水 真空除水,40,吸附物的性质,（熔点、缔合、离解、氢键等）,能使表面张力降低的物质易吸附,在溶解度大的溶剂中，溶质吸附量小,极性相近的易吸附,同系物M（羧酸）极性宜用非极性吸附剂,41,吸附条件,温度,物理吸附 Tm平衡易达到 放热,化学吸附 T提高活化能并加速平衡 放热,大分子吸附 Tm ,热不稳定：吸附稳定：室温,p,影响解离分子极性吸附量,大分子一般在pI 附近m ,盐浓度,实验确定,42,吸附物浓度与吸附剂用量,稀溶液mC溶液过浓选择性差，,蛋白,使用活性炭，溶液先稀释,吸附剂量选择性成本,溶液不能太浓，吸附剂用量不要太多,43,吸附过程,1. 吸附分离法的一般过程,1）吸附,2）洗脱,3）再生,2. 吸附过程的类型,1）间歇过程,2）连续过程,44,3. 间歇过程的工艺,1）吸附等温公式,2）物料衡算式,4. 连续过程的工艺,1）穿透曲线,2）柱效计算,t,= 1,2t,B,45,机理:,吸附色谱,吸附剂:,Al,2,O,3, SiO,2,(硅胶),聚酰胺等,吸附剂和洗脱剂的选择:,物质极性 吸附活性 洗脱剂极性,强 小 强,弱 大 弱,装柱,加入样品,层析后,常用洗脱剂极性次序:,石油醚环己烷CCl,4,甲苯CH,2,Cl,2,CHCl,3,乙醚醋酸乙酯正丙醇乙醇甲醇,水,46,溶剂和洗脱,溶剂和洗脱剂常是同一物质,要求,无杂惰性 不易被吸附剂吸附 粘度小 易除去,溶剂选择,1. 洗脱剂极性（），有利于洗脱极性溶质,2. 极性（非极性）溶剂中的弱极性物质易为非极性吸附剂吸附,47,洗脱规律,1,常用低级醇、酮、水,原理：能溶胀吸附剂，溶解溶质,2,弱酸性物质可用碱解吸,原理：成盐,3,弱碱性物质可用酸解吸,原理：成盐,4,高盐吸附用水洗脱,原理：降低体系中的离子强度,5,挥发性溶质用热水洗脱,48,Applications,医药：尿激酶的制备,49,