沉淀法和吸附法

關(guān)于沉淀法和吸附法(一)鹽析法(二)有機(jī)溶劑沉淀法(三)等電點(diǎn)沉淀法(四)生成鹽復(fù)合物沉淀法一、沉淀法第2頁,共44頁，2024年2月25日，星期天一、沉淀法沉淀是通過改變條件或加入某種試劑，使溶液中的溶質(zhì)由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔辔龀龅倪^程。成本低設(shè)備簡(jiǎn)單收率高濃縮倍數(shù)高操作簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)：第3頁,共44頁，2024年2月25日，星期天①鹽析法:多用于分離純化各種蛋白質(zhì)和酶。②有機(jī)溶劑沉淀法：多用于生物小分子、多糖及核酸等產(chǎn)品的分離純化，也有用于蛋白質(zhì)的沉淀。③等電點(diǎn)沉淀法：用于氨基酸、蛋白質(zhì)及其他兩性物質(zhì)的沉淀。④生成鹽復(fù)合物沉淀法：用于多種化合物，特別是小分子物質(zhì)的沉淀。第4頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(一)鹽析法

高濃度的中性鹽能破壞蛋白質(zhì)、酶等的膠體性質(zhì)，中和微粒上的電荷，促使蛋白質(zhì)等發(fā)生沉淀或絮凝現(xiàn)象。logS＝β-Ks?Ⅰ

S—離子強(qiáng)度為Ⅰ時(shí)的蛋白質(zhì)的溶解度；

Ks—鹽析常數(shù)，與溫度和pH無關(guān)；

β值—是溶質(zhì)的特征常數(shù)，對(duì)于蛋白質(zhì)而言，其大小主要取決于不同蛋白質(zhì)的性質(zhì)，它也與溶液的溫度和pH值有關(guān)，但與鹽的種類無關(guān);為便于計(jì)算，用鹽的摩爾數(shù)m代替離子強(qiáng)度I，則

logS＝β-Ks?m1、鹽析原理第5頁,共44頁，2024年2月25日，星期天鹽析機(jī)理示意圖

第6頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共44頁，2024年2月25日，星期天鹽離子與蛋白質(zhì)分子爭(zhēng)奪水分子，降低了用于溶解蛋白質(zhì)的有效水量，減弱了蛋白質(zhì)的水合程度，破壞了蛋白表面的水化膜，導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解度下降；鹽離子電荷的中和作用，使蛋白質(zhì)溶解度下降；鹽離子引起原本在蛋白質(zhì)分子周圍有序排列的水分子的極化，使水活度降低。第9頁,共44頁，2024年2月25日，星期天碳氧血紅蛋白的溶解度與硫酸銨離子強(qiáng)度的關(guān)系圖pH6.6，溫度25℃，logS0=17g·L-1第10頁,共44頁，2024年2月25日，星期天不同蛋白質(zhì)的溶解度曲線第11頁,共44頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)的鹽析分布曲線第12頁,共44頁，2024年2月25日，星期天溶解度曲線(a)和鹽析分布曲線(b)

第13頁,共44頁，2024年2月25日，星期天蛋白質(zhì)起始濃度的影響高濃度蛋白質(zhì)溶液可以減少鹽的用量，但蛋白質(zhì)濃度太高，會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的共沉作用。2、影響鹽析的主要因素第14頁,共44頁，2024年2月25日，星期天無機(jī)鹽種類的影響不同鹽溶液中碳氧血紅蛋白的溶解度與離子強(qiáng)度的關(guān)系（25℃）

(○)NaCl;(▼)KCl;(?)MgSO4;(▲)NH4SO4;(●)Na2SO4;(□)K2SO4;(■)檸檬酸三鈉離子強(qiáng)度越大，蛋白質(zhì)的溶解度越低。不同蛋白質(zhì)鹽析所需離子強(qiáng)度不同。可用不同的鹽濃度將各種蛋白質(zhì)分別沉淀析出。第15頁,共44頁，2024年2月25日，星期天溫度的影響升溫，可增加許多無機(jī)鹽和小分子有機(jī)物的溶解度。但在高鹽濃度中，蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)的溶解度隨溫度的升高反而減小。第16頁,共44頁，2024年2月25日，星期天pH對(duì)β的影響鹽析pH的選擇要以不降低產(chǎn)物的活性為原則。由于蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)最易沉淀，可選擇等電點(diǎn)的pH作為鹽析的pH第17頁,共44頁，2024年2月25日，星期天二次鹽析第18頁,共44頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)等電點(diǎn)沉淀法

是利用兩性電解質(zhì)在電中性時(shí)溶解度最低的原理，進(jìn)行物質(zhì)分離純化的方法。中性鹽的濃度增加時(shí)，相應(yīng)于最低溶解度的pH值向偏酸方向移動(dòng)；同時(shí)最低溶解度會(huì)有所增大。等電點(diǎn)沉淀法應(yīng)在低離子強(qiáng)度下操作。許多蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)都在偏酸性的范圍內(nèi)。第20頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)等電點(diǎn)沉淀法是利用兩性電解質(zhì)在電中性時(shí)溶解度最低的原理進(jìn)行物質(zhì)分離純化的方法。中性鹽的濃度增加時(shí)，相應(yīng)于最低溶解度的pH值向偏酸方向移動(dòng)；同時(shí)最低溶解度會(huì)有所增大。等電點(diǎn)沉淀法應(yīng)在低離子強(qiáng)度下操作。許多蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)都在偏酸性的范圍內(nèi)。第21頁,共44頁，2024年2月25日，星期天許多無機(jī)酸的價(jià)格低廉，并能為食品標(biāo)準(zhǔn)允許。缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：酸化時(shí)，容易引起蛋白質(zhì)失活，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)對(duì)低pH比較敏感。第22頁,共44頁，2024年2月25日，星期天等電點(diǎn)沉淀實(shí)例從豬胰臟中提取胰蛋白酶原：胰蛋白酶原的pI＝8.9，可先于pH3.0左右進(jìn)行等電點(diǎn)沉淀，除去共存的許多酸性蛋白質(zhì)(pI=3.0)。工業(yè)生產(chǎn)胰島素(pI＝5.3)時(shí)，先調(diào)pH至8.0除去堿性蛋白質(zhì)，再調(diào)pH至3.0除去酸性蛋白質(zhì)(同時(shí)加入一定濃度的有機(jī)溶劑以提高沉淀效果)。第23頁,共44頁，2024年2月25日，星期天等電點(diǎn)沉淀實(shí)例堿性磷酸酯酶的pI沉淀提?。喊l(fā)酵液調(diào)pH4.0后出現(xiàn)含堿性磷酸酯酶的沉淀物，離心收集沉淀物。用pH9.0的0.1mol/LTris-HCl緩沖液重新溶解，加入20～40%飽和度的硫酸銨分級(jí)，離心收集的沉淀Tris-HCl緩沖液再次沉淀，即得較純的堿性磷酸酯酶。

第24頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(三)有機(jī)溶劑沉淀法許多水溶性有機(jī)溶劑如丙酮、乙醇、甲醇等能使溶于水的小分子生物物質(zhì)以及核酸、多糖、蛋白質(zhì)等生物大分子發(fā)生沉淀作用。其主要作用是降低水溶液的介電常數(shù)。1、有機(jī)溶劑沉淀的原理第25頁,共44頁，2024年2月25日，星期天有機(jī)溶劑沉淀原理圖第26頁,共44頁，2024年2月25日，星期天分辨能力比鹽析法高一種溶質(zhì)只在一個(gè)比較窄的有機(jī)溶劑范圍內(nèi)沉淀沉淀不需脫鹽有機(jī)溶劑密度低，與沉淀物密度差大，容易進(jìn)行固液分離有機(jī)溶劑容易蒸發(fā)，不會(huì)在成品中殘留，因此適用于食品、藥品的制備。優(yōu)點(diǎn)：第27頁,共44頁，2024年2月25日，星期天容易引起蛋白質(zhì)變性失活有機(jī)溶劑易燃、易爆，對(duì)安全要求較高需冷卻、降溫、低溫操作。缺點(diǎn)：對(duì)同一種溶劑，蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量越大，沉淀所需有機(jī)溶劑的量越少。第28頁,共44頁，2024年2月25日，星期天2、影響有機(jī)溶劑沉淀的因素有機(jī)溶劑的種類：選擇的溶劑必須能與水互溶，但與產(chǎn)物如蛋白質(zhì)等不發(fā)生反應(yīng)。溫度：降低溫度可以增加收率。同時(shí)許多生物分子如蛋白質(zhì)、核酸等對(duì)溫度特別敏感，溫度稍有升高，便發(fā)生變性。pH：選擇溶解度最低時(shí)的pH，有助于提高沉淀效果。因此在接近等電點(diǎn)處，以引起沉淀所需有機(jī)溶劑的量較少。合適的pH也可大大提高分離的分辨能力。第29頁,共44頁，2024年2月25日，星期天樣品濃度和分子質(zhì)量：低濃度樣品需用有機(jī)溶劑的量較大，但共沉作用小，有利于提高分離的效果；但低濃度樣品損失較大，回收率低，具有生理活性的樣品容易產(chǎn)生稀釋變性。金屬離子和離子強(qiáng)度：Mn2+、Fe2+、Co2+、Zn2+等陽離子能與蛋白質(zhì)中的羧基、氨基和含有氮雜環(huán)的化合物結(jié)合，形成難溶復(fù)合物，有利于沉淀。但離子強(qiáng)度過大，不利分離。第30頁,共44頁，2024年2月25日，星期天3、有機(jī)溶劑沉淀實(shí)例第31頁,共44頁，2024年2月25日，星期天（四）生成鹽復(fù)合物沉淀——檸檬酸鈣鹽沉淀1、提取過程的化學(xué)反應(yīng)：

2C6H8O7?H2O+3CaCO3→Ca3(C6H5O7)2?4H2O+3CO2↑+H2OCa3(C6H5O7)2?4H2O+3H2SO4+4H2O→2C6H8O7?H2O+3CaSO4?2H2O第32頁,共44頁，2024年2月25日，星期天1、工藝流程：第33頁,共44頁，2024年2月25日，星期天3、中和與酸解中和：濾液中除含檸檬酸外，還含可溶性的殘?zhí)且约暗鞍踪|(zhì)、金屬離子等雜質(zhì)。利用檸檬酸鈣難溶于水的特點(diǎn)，與雜質(zhì)分離的過程。酸解：中和所得鈣鹽經(jīng)過濾、洗滌，與硫酸反應(yīng)生成檸檬酸和硫酸鈣沉淀，過濾，濾液含較純的檸檬酸。第34頁,共44頁，2024年2月25日，星期天4、生產(chǎn)設(shè)備及操作調(diào)漿：調(diào)漿罐，30—50%濃度；中和：中和罐，濾液、鈣漿泵入，攪拌，

70-90℃，控制終點(diǎn)；過濾：過濾槽、帶式過濾機(jī)，90℃熱水逆流洗滌；酸解：酸解罐，攪拌，稀酸調(diào)漿，加熱，加硫酸，控制終點(diǎn)；過濾：過濾槽、帶式過濾機(jī)，90℃熱水逆流洗滌，至pH大于4。第35頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(一)吸附過程的基礎(chǔ)理論(二)吸附類型(三)影響吸附過程的因素二、吸附法第36頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

選擇性吸附法用于：分離精制各種產(chǎn)品、空氣的凈化、除菌、脫色、除熱源、去組胺等雜質(zhì)。吸附作用：物質(zhì)從流體相(氣體或液體)濃縮到固體表面的過程。吸附劑：在表面上能夠發(fā)生吸附作用的固體。吸附物：被吸附的物質(zhì)。(一)吸附過程的基礎(chǔ)理論不同固體物質(zhì)的表面自由能不同，所以對(duì)其他物質(zhì)的吸附能力不同，表面自由能越高，吸附能力越強(qiáng)。第37頁,共44頁，2024年2月25日，星期天

吸附作用力也是范德華力。它是一組分子引力的總稱，包括三種力，即定向力、誘導(dǎo)力和色散力。定向力：是極性分子之間產(chǎn)生的作用力，是極性分子間的靜電引力，分子的極性越大，力也越大。誘導(dǎo)力：指極性分子和非極性分子之間的吸引力，極性分子產(chǎn)生的電場(chǎng)作用會(huì)誘導(dǎo)非極性分子極化，兩者之間相互吸引而發(fā)生吸附作用。這種力與溫度無關(guān)。第38頁,共44頁，2024年2月25日，星期天色散力：是非極性分子之間的引力，當(dāng)分子外圍電子運(yùn)動(dòng)及原子核在零點(diǎn)附近震動(dòng)，正負(fù)電荷中心出現(xiàn)瞬時(shí)相對(duì)位移時(shí)，產(chǎn)生快速變化的瞬時(shí)偶極矩，能使外圍非極性分子極化，反過來又影響瞬時(shí)偶極矩的變化而產(chǎn)生這種色散力。與溫度無關(guān)。此外，還有氫鍵力，這是介于庫侖引力和范德華力之間的定向力，比誘導(dǎo)力和色散力都大。第39頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(二)吸附類型1、物理吸附：

吸附劑和吸附物通過分子間的引力產(chǎn)生的吸附。特點(diǎn)：吸附作用不僅局限于活性中心，而是整個(gè)自由界面；分子被吸附后，一般動(dòng)能降低，所以吸附是放熱反應(yīng)；物理吸附的吸附熱較小，