第6章吸附分離法

1、第六章 吸附分離法12 吸附法吸附法(adsorption method)(adsorption method)指利用吸附指利用吸附作用，將樣品中的作用，將樣品中的生物活性物質(zhì)生物活性物質(zhì)或或雜質(zhì)雜質(zhì)吸吸附于適當(dāng)?shù)奈絼┥希梦絼钚愿接谶m當(dāng)?shù)奈絼┥?，利用吸附劑對活性物質(zhì)和雜質(zhì)間物質(zhì)和雜質(zhì)間吸附能力吸附能力的差異，使目的物的差異，使目的物和其它物質(zhì)分離，達(dá)到濃縮和提純目的的和其它物質(zhì)分離，達(dá)到濃縮和提純目的的方法。方法。 34優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：(1)(1)設(shè)備簡單、操作簡便、價(jià)廉、安全。設(shè)備簡單、操作簡便、價(jià)廉、安全。(2)(2)少用或不用有機(jī)溶劑，吸附過程中少用或不用有機(jī)溶劑，吸附過程中p

2、HpH變化小，變化小，較少引起較少引起生物活性生物活性物質(zhì)的變性失活。物質(zhì)的變性失活。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：(1) (1) 選擇性差，收率不高。選擇性差，收率不高。(2)(2)一些無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定。一些無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定。 5第一節(jié)第一節(jié) 吸附法基本概念吸附法基本概念一、吸附：一、吸附： 物質(zhì)從流體相（氣體或液體）濃縮到固體物質(zhì)從流體相（氣體或液體）濃縮到固體表面從而達(dá)到分離的過程稱為表面從而達(dá)到分離的過程稱為吸附作用吸附作用(adsorption)(adsorption)，在表面上能發(fā)生吸附作用，在表面上能發(fā)生吸附作用的固體微粒稱為的固體微粒稱為吸附劑吸附劑（adsorbentadsorbent

3、），而），而被吸附的物質(zhì)稱為被吸附的物質(zhì)稱為吸附物吸附物（adsorbateadsorbate）。）。 6二、吸附類型二、吸附類型項(xiàng)目項(xiàng)目物理吸附物理吸附化學(xué)吸附化學(xué)吸附作用力作用力吸附熱吸附熱選擇性選擇性吸附速度吸附速度吸附分子層吸附分子層范德華力范德華力較小較小,接近液化熱接近液化熱幾乎沒有幾乎沒有較快較快,需要的活化能很小需要的活化能很小單分子或多分子層單分子或多分子層化學(xué)鍵力化學(xué)鍵力較大較大,接近反應(yīng)熱接近反應(yīng)熱有選擇性有選擇性慢慢,需要一定的活化能需要一定的活化能單分子單分子7三、影響吸附的因素三、影響吸附的因素 （一）吸附劑（一）吸附劑 吸附容量：吸附容量：比表面積比表面積、種類、

4、種類、活化狀況活化狀況 吸附速度：吸附速度：顆粒度顆粒度、孔徑、孔徑 機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度8（二）吸附物（二）吸附物 能使表面張力降低的物質(zhì)，易為吸附能使表面張力降低的物質(zhì)，易為吸附 溶解度：較小易吸附溶解度：較小易吸附 極性吸附劑易吸附極性吸附物極性吸附劑易吸附極性吸附物 同系物吸附量變化有規(guī)律同系物吸附量變化有規(guī)律 氫鍵氫鍵9吸附劑及被吸附物極性對吸附的影響吸附劑及被吸附物極性對吸附的影響 極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)，非極極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)，非極性吸附劑易吸附非極性物質(zhì)；性吸附劑易吸附非極性物質(zhì)； 極性吸附劑適宜從非極性溶劑中吸極性吸附劑適宜從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)；附極性物質(zhì)； 非極性

5、吸附劑適宜從極性溶劑中吸非極性吸附劑適宜從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì)。附非極性物質(zhì)。10（三）環(huán)境的影響（三）環(huán)境的影響1、溶劑：單溶劑易吸附，混合溶劑易解吸、溶劑：單溶劑易吸附，混合溶劑易解吸2、pH值：值：PI3、溫度、溫度4、鹽的濃度：可能阻止、可能促進(jìn)、鹽的濃度：可能阻止、可能促進(jìn)11（四）吸附物濃度和吸附劑用量（四）吸附物濃度和吸附劑用量對蛋白質(zhì)或酶進(jìn)行分離時(shí)對蛋白質(zhì)或酶進(jìn)行分離時(shí)要求要求濃度濃度1%以下以下。吸附劑用量。吸附劑用量。第二節(jié)第二節(jié) 幾種常用的吸附劑幾種常用的吸附劑1213無機(jī)：無機(jī)：白陶土、氧化鋁、硅膠白陶土、氧化鋁、硅膠、硅藻土、硅藻土有機(jī)：有機(jī)：活性炭活性炭、纖維素

6、、纖維素、大孔吸附樹脂大孔吸附樹脂等等一、活性炭一、活性炭(activated carbon ) 粉末狀，顆粒狀，錦綸活性炭粉末狀，顆粒狀，錦綸活性炭 是吸附能力很強(qiáng)的非極性吸附劑是吸附能力很強(qiáng)的非極性吸附劑 溶劑中吸附力：溶劑中吸附力： 水水乙醇乙醇甲醇甲醇酯酯丙酮丙酮氯仿氯仿 去去色素色素、熱原，用量、熱原，用量0.021% 加熱加熱活化活化 pH影響影響 14輔酶輔酶A制備制備 15活性炭提取放線酮活性炭提取放線酮 提取制霉菌素 菌菌絲絲 制制霉霉菌菌素素 板框過濾 吸附 解吸 發(fā)發(fā)酵酵液液 濾濾液液炭炭餅餅 活性炭 用氯仿洗脫2次 減壓濃縮 溶解 脫色 洗洗脫脫液液粗粗制制品品溶溶解解

7、液液結(jié)結(jié)晶晶 (放放線線酮酮90%) 用醋酸丁酯溶解 活性炭 16二、人造沸石二、人造沸石(zeolite )(zeolite )無機(jī)陽離子交換劑無機(jī)陽離子交換劑Na2 Al2O4xSiO2yH2ONa2Al2O4=2Na+Al2O42-2NaZM2MZNa2217 18三、磷酸鈣凝膠三、磷酸鈣凝膠磷酸鈣磷酸鈣磷酸氫鈣磷酸氫鈣羥基磷灰石羥基磷灰石主要是其中的鈣與蛋白質(zhì)的負(fù)電基團(tuán)結(jié)合主要是其中的鈣與蛋白質(zhì)的負(fù)電基團(tuán)結(jié)合19胰島素純化胰島素純化 20四、白陶土四、白陶土(Kaolin )可作為可作為助濾劑助濾劑與去與去除熱原的吸附劑除熱原的吸附劑21五、氫氧化鋁凝膠五、氫氧化鋁凝膠將氨水或堿液將氨

8、水或堿液加入鋁鹽形加入鋁鹽形成的成的無定形無定形凝膠凝膠；吸附能力和陳吸附能力和陳化程度有關(guān)?；潭扔嘘P(guān)。22六、氧化鋁六、氧化鋁(Aluminum oxide)適用于親脂成分的分離適用于親脂成分的分離1、堿性氧化鋁：、堿性氧化鋁：2、中性氧化鋁：、中性氧化鋁：3、酸性氧化鋁：、酸性氧化鋁：23氧化鋁吸附層析純化維生素氧化鋁吸附層析純化維生素B12影響因素：影響因素： (1) Al2O3的顆粒度要均勻，流速控制要很慢；的顆粒度要均勻，流速控制要很慢； (2) 溫度宜在溫度宜在20以下層析，洗脫在室溫中進(jìn)行；以下層析，洗脫在室溫中進(jìn)行； (3) 利用利用B12在丙酮中不溶的特性，在冰凍條件在丙酮

9、中不溶的特性，在冰凍條件下結(jié)晶下結(jié)晶3天，結(jié)晶析出。天，結(jié)晶析出。 層 析 洗 脫 冷凍結(jié)晶 維維生生素素 B12 吸吸附附柱柱層層析析 洗洗脫脫液液 維維生生素素 B12結(jié)結(jié)晶晶 的的濃濃縮縮液液 Al2O3吸附,20以下 丙酮,水(80%) 丙酮56 倍 (4000u/ml) 24七、硅膠七、硅膠(Silica gel) SiO2nH2O 硅膠表面的硅羥基能吸附多量的水，稱自硅膠表面的硅羥基能吸附多量的水，稱自由水，由水，活性隨自由水含量增加而下降活性隨自由水含量增加而下降。 能吸附非極性化合物和極性化合物能吸附非極性化合物和極性化合物25CoQ10制備 26洗脫劑的選擇洗脫劑的選擇 極性

10、溶質(zhì)：極性大的溶劑洗脫能力就大；極性溶質(zhì)：極性大的溶劑洗脫能力就大； 非極性溶質(zhì)：極性小的溶劑洗脫能力就非極性溶質(zhì)：極性小的溶劑洗脫能力就大。大。 常用洗脫劑排序（極性增大）：常用洗脫劑排序（極性增大）： 石油醚石油醚甲苯甲苯 乙醚乙醚氯仿氯仿 乙酸乙酯乙酸乙酯 丙酮丙酮 乙乙醇醇甲醇甲醇 水水 乙酸乙酸 27氧化鋁或硅膠為吸附劑氧化鋁或硅膠為吸附劑 洗脫劑從極性低的開始洗脫劑從極性低的開始逐漸增加極性逐漸增加極性。 次序：石油醚、甲苯、氯仿、乙酸乙酯、次序：石油醚、甲苯、氯仿、乙酸乙酯、 丙酮、乙醇、甲醇、水丙酮、乙醇、甲醇、水 、乙酸。、乙酸。 層 析 洗 脫 冷凍結(jié)晶 維維生生素素 B1

11、2 吸吸附附柱柱層層析析 洗洗脫脫液液 維維生生素素 B12結(jié)結(jié)晶晶 的的濃濃縮縮液液 Al2O3吸附,20以下 丙酮,水(80%) 丙酮56 倍 (4000u/ml) 28活性炭為吸附劑活性炭為吸附劑 洗脫劑從極性高的開始洗脫劑從極性高的開始逐漸降低極性逐漸降低極性。 次序：水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、氯次序：水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。仿。 提取制霉菌素 菌菌絲絲 制制霉霉菌菌素素 板框過濾 吸附 解吸 發(fā)發(fā)酵酵液液 濾濾液液炭炭餅餅 活性炭 用氯仿洗脫2次 減壓濃縮 溶解 脫色 洗洗脫脫液液粗粗制制品品溶溶解解液液結(jié)結(jié)晶晶 (放放線線酮酮90%) 用醋酸丁酯溶解 活性炭 2

12、9第三節(jié)第三節(jié) 大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑 大網(wǎng)格吸附劑大網(wǎng)格吸附劑( (macroreticular adsorbent ) )（大孔網(wǎng)狀樹脂，（大孔網(wǎng)狀樹脂，macroreticular resin macroreticular resin ） 在樹脂聚合時(shí)加入惰性的在樹脂聚合時(shí)加入惰性的致孔劑致孔劑，待網(wǎng)格，待網(wǎng)格骨架固化和鏈結(jié)構(gòu)單元形成后，用溶劑萃取或骨架固化和鏈結(jié)構(gòu)單元形成后，用溶劑萃取或蒸餾水洗將致孔劑去掉，形成不受外界環(huán)境條蒸餾水洗將致孔劑去掉，形成不受外界環(huán)境條件影響的孔隙，其孔徑遠(yuǎn)大于件影響的孔隙，其孔徑遠(yuǎn)大于2 24nm4nm，可達(dá)，可達(dá)100nm100nm，

13、故稱，故稱“大孔大孔”。 吸附能力不同吸附能力不同 分子量大小分子量大小30特點(diǎn)特點(diǎn)1、選擇性好選擇性好、解吸容易解吸容易、理化性質(zhì)穩(wěn)定、理化性質(zhì)穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度好、可反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)械強(qiáng)度好、可反復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。2、其孔隙大小、骨架結(jié)構(gòu)和極性，可按、其孔隙大小、骨架結(jié)構(gòu)和極性，可按照需要，根據(jù)不同的原料和合成條件而照需要，根據(jù)不同的原料和合成條件而改變，因此可改變，因此可適用于吸附各種有機(jī)化合適用于吸附各種有機(jī)化合物物。3、適合、適合弱電解質(zhì)及非離子型化合物弱電解質(zhì)及非離子型化合物分離。分離。31一、大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑的類型和結(jié)構(gòu)一、大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑的類型和結(jié)構(gòu) 可分為可分為非極性、中等

14、極性、極性和強(qiáng)極非極性、中等極性、極性和強(qiáng)極性吸附劑性吸附劑四類。四類。 美國羅姆美國羅姆-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。32 Amberlite大網(wǎng)格吸附劑的物理性質(zhì)大網(wǎng)格吸附劑的物理性質(zhì) 33Diaion大網(wǎng)格吸附劑的物理性質(zhì)大網(wǎng)格吸附劑的物理性質(zhì) 34 比表面積：比表面積： 空隙度：系指吸附劑中空隙所占的體積百空隙度：系指吸附劑中空隙所占的體積百分率。分率。 孔容度：指每孔容度：指每1g1g吸附劑所含的空隙體積。吸附劑所含的空隙體積。 骨架密度：系指吸附劑骨架的密度，即每骨架密度：系指吸附劑骨架的密度，即每

15、1ml1ml骨架骨架( (不包括空隙不包括空隙) )的重量的重量(g) (g) 。 濕真密度：濕真密度： 偶極矩：偶極矩：表征極性的強(qiáng)弱，越大，極性越表征極性的強(qiáng)弱，越大，極性越強(qiáng)。強(qiáng)。3536二、二、大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑吸附機(jī)理大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑吸附機(jī)理 “類似物容易吸附類似物類似物容易吸附類似物”的原則：的原則： 一般一般非極性吸附劑非極性吸附劑適宜于從極性溶劑適宜于從極性溶劑(水水)中中吸附非極性物質(zhì)吸附非極性物質(zhì)。 一般一般極性吸附劑極性吸附劑適宜于從非極性溶劑適宜于從非極性溶劑(有有機(jī)溶劑機(jī)溶劑)中中吸附極性物質(zhì)吸附極性物質(zhì)。 而中等極性的吸附劑則對上述兩種情況而中等極性的吸附劑則

16、對上述兩種情況都具有吸附能力。都具有吸附能力。 37三三、大孔網(wǎng)狀吸附劑的應(yīng)用特點(diǎn)大孔網(wǎng)狀吸附劑的應(yīng)用特點(diǎn) 吸附：吸附： 選擇合適的孔徑：選擇合適的孔徑：孔徑等于溶質(zhì)分子孔徑等于溶質(zhì)分子直徑之直徑之6 6倍比較合適。倍比較合適。 水溶液中，一般分子量越大，極性越水溶液中，一般分子量越大，極性越弱，吸附量就越大。弱，吸附量就越大。 無機(jī)鹽會使吸附量增大無機(jī)鹽會使吸附量增大 溶液的溶液的pHpH 38解吸解吸 常用低級醇、酮或其水溶液解吸常用低級醇、酮或其水溶液解吸. . 解吸溶劑能使大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑解吸溶劑能使大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑溶溶脹脹; ;選用溶劑應(yīng)容易選用溶劑應(yīng)容易溶解吸附物溶解吸附物。 對對弱酸性物質(zhì)弱酸性物質(zhì)可用堿來解吸可用堿來解吸 ，弱堿性，弱堿性物質(zhì)可用酸來解吸物質(zhì)可用酸來解吸 吸附在高濃度鹽類溶液中，用水洗能解吸附在高濃度鹽類溶液中，用水洗能解吸下來。吸下來。 39四、大孔網(wǎng)狀吸附劑的實(shí)驗(yàn)操作四、大孔網(wǎng)狀吸附劑的實(shí)驗(yàn)操作（一）、大孔吸附樹脂的選擇（一）、大孔吸附樹脂的選擇1、預(yù)處理、預(yù)處理 甲醇、乙醇、丙酮洗滌至洗出液加水不甲醇、乙醇、丙酮洗滌至洗出液加水不渾濁渾濁2、靜態(tài)吸附、靜態(tài)吸附 動(dòng)態(tài)吸附動(dòng)態(tài)吸附40（二）、吸附條件選擇（二）、吸附條件選擇 1、樣品濃度、樣品濃度 2、pH值、鹽濃度值、鹽濃