树脂吸附原理.pdf

树脂吸附原理
一、（1）大孔吸附树脂的吸附原理
5p"A4X4Z3L
大孔吸附树脂是吸附性和分子筛性原理相结合的分子材料。

吸附性是由于范德华引力或产生氢键的结
果，分子筛性是由于其本身多孔性结构所决定的。

w w w p a nt exaco m&1M s3h&1{4m
（2）影响吸附的因素
大孔吸附树脂本身的性质、溶剂的性质和化合物的性质是影响吸附的3个重要因素。

w w w p a nt exaco m%W9_9kh d%
（3）大孔吸附树脂的应用植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网4C4O?a@C2x
]#vN8s L
苷与糖类的分离，生物碱的精制，多糖、黄酮、三萜类化合物的分离。

w w w pl a n ex a c o m*P%d*q/~6V
（4）洗脱液的选择中国植物提取物论坛5)d}%"p1u&~&@
中国植物提取物论坛8C~&v8@4T
洗脱液可使用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯等。

二、什么是吸附？（Adsorption）~X V$V.&L8K1GO6/a
1、吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。

~0F3^2a
2、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。

三、常见的吸附类型及其主要特点w w w pl a nexaco m#P9vT T*u%N{1W Z
1、物理吸附：吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。

中国植提论坛植提网%k8n23`+bN
2、化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附
速度较慢。

2H/x4@H4oo1Y%U*^o
中国植物提取物论坛^%q u%
四、常用吸附剂种类中国植物提取物论坛%|#V H%D
吸附剂通常应具备以下特征：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。

{(m$S*p uu%Z5
1、活性炭：是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力w w w p a nt e x aco m y5p1O#|$
针对不同的物质，活性炭的吸附规律遵循以下规律：
（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植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网0w&G0R6j1w
（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;o,u/B*b8e
（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;植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网C6N+g S4R+Z
（5）温度未平衡前随温度升高而增加;
4m/A1S D X3P6k8S
2、大孔网状吸附剂
特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。

但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。

中国植提论坛植提网0m$?9o U%$D8w
大孔网状吸附树脂的种类：w w w p a nt exaco m&Q%N{M3O4X.1E!T+s
（1）非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。

（2）中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。

（3）极性吸附剂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。

中国植物提取物论坛2I7_8q8K*2n1a3F
吸附机理：w w w p a nt exa co m W3k&R q)o(^`0
非离子型共聚物，借助于范德华力从溶液中吸附各种有机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关。

通常遵循以下规律：w w w pl a n exaco m5C&h1D1o1ub%U
（1）非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质；
（2）极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质；
（3）中等极性吸附剂兼有以上两种能力
0]/n5N%A7x+Z
四、吸附等温线u2L+5p0y$k"Q@
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。

Langmuir吸附等温线植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网a4d%~*O1s*9K0z L
qo和K是经验常数，c代表溶液中溶质浓度
蛋白质分离提纯时适合此吸附方程
五、影响吸附的主要因素V.R$M3n3^
1、吸附剂的性质：比表面积、粒度大小、极性…
2、吸附质的性质：对表面张力的影响，溶解度，极性，相对分子量…
3、温度：吸附是放热过程，吸附质的稳定性5~K5m~N
4、溶液pH值：影响吸附质的解离
5、盐浓度：影响复杂，要视具体情况而定
六、亲和吸附
1、亲和吸附分离是利用溶质和吸附剂之间特殊的化学作用，从而实现分离。

吸附剂由载体和配位体组成6D&G5U8N6B*}6Z5m
2~h5u(~c\5K8Z1_
2、亲和吸附的特点中国植物提取物论坛+F8F"I%b#a Wy8h(F
（a）效率高：利用亲和吸附可以从粗提液中一次性分离得到高纯度的活性物质。

4D$l&J;K%q$v*P
（b）分离精度高：可用于分离含量极低，结构相近的化合物中国植物提取物论坛9{w T75v'K}%O
（c）但通用性较差，洗脱条件苛刻中国植物提取物论坛&A1S7A#T3QS6R
3、影响亲和吸附的因素
（1）配基浓度配基浓度高有利；
（2）空间位阻加入“手臂链”以降低空间位阻的影响；中国植物提取物论坛&Q@"l c5B!A%["
（3）配基与载体的结合位点就蛋白质等大分子作为配基时，与载体连接的键越少越好；
（4）载体孔径：孔道大小；C S6A$a&x M q#1S
（5）微环境：载体或“手臂链”的极性、电性；
七、离子交换(ion exchange) w w w pa nexac o m3yuU6/_7
植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网d9s9O?%92W$`
1、概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树
脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。

w w w p a nt exaco m2n*T+L$}0B3B
2、离子交换树脂的构成
（1）具有三维空间离体结构的网络骨架
（2）联接在骨架上的活性基团
（3）活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）中国植物提取物论坛3*v U7TO9C
3、离子交换的分类
按活性基团分类，可分为阳离子交换树脂(cation exchange)（含酸性基团）和阴离子交换树脂(anion exchange)（含碱性基团）。

具体又可以分为：强阳、弱阳和强阴、弱阴
4、常用的离子交换树脂中国植物提取物论坛d3R X5a8d
（1）强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
（2）弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH，-OCH2COOH，C6H5OH等弱酸性基团；"_D u?F6|LK e （3）强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基-?-羟基乙基胺基；
（4）弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；
5、新型离子交换树脂
（1）大孔离子交换树脂
大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引入化学
功能基团，便可得到大孔离子交换树脂。

（2）多糖基离子交换树脂植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网$m8d K1H+@%\.L
固相载体为多糖类物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子物致变性作用
主要的多糖基离子交换树脂
8`0R06E$P
（a）离子交换纤维素中国植提论坛植提网@gG~WL a#
树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类。

特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
常用的离子交换纤维素有：
甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素（CMC）、二乙基氨基乙基纤维素（DEAE）8^8q6A~6P#e
（b）葡聚糖凝胶离子交换树脂中国植提论坛植提网w R0W xw%S#_q{
骨架为葡聚糖凝胶，如sepharose、sephadex，根据功能基团的不同，亦可分为阳离子交换和阴离子交换树脂
命名方法：交换活性基团+骨架+原骨架编号
特点：除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能，提高了分离的效率
常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂：植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网+_G k4@$q;a8{
CM-sephadex C-25、DEAE-sephadex A-25等
6、离子交换树脂的理化性能
（1）外观：球形、浅色为宜，粒度大小为16~60目>90%；中国植提论坛植提网h+C1W%}"S m C9W7L
（2）机械强度：>90%；
（3）含水量：0.3~0.7g/g 树脂；中国植提论坛植提网)G#^0W8f~%A
（4）交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）；
（5）稳定性：化学稳定性、热稳定性；
（6）膨胀度：交联度、活性基团的性质与数量、活性离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构；
（7）湿真密度：单位体积湿树脂的重量；
（8）孔度、孔径、比表面积中国植物提取物论坛1G A0C1H%vP9n#{$T*p
A+自溶液中扩散到树脂表面A+从树脂表面进入树脂内部的活性中心A+与RB在活性中心上发生复分解反应解吸附离子B+自树脂内部扩散至树脂表面B+离子从树脂表面扩散到溶液中交换速度的控制步骤是扩散
速度，不同的分离体系可能由内部扩散或外部扩散控制w w w pl anex aco m6d3{ N/v[#c9cS8d
)j U3D&d#K0m2b*R3?
7、离子交换机理
8、影响交换速度的因素
（1）颗粒大小：愈小越快
（2）交联度：交联度小，交换速度快中国植提论坛植提网9M M3W N1k3b%m9U*Z
（3）温度：越高越快
（4）离子化合价：化合价与高，交换越快
（5）离子大小：越小越快植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网8cc"R8c4b
（6）搅拌速度：在一定程度上，越大越快
（7）溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时，
浓度越大，交换速度越快
w w w p a nt exaco m5A1U Q0n h L
9、离子交换的选择性中国植物提取物论坛(Oc0o&Q8Q&X b#m0~
离子交换常数：交换势或交换系数
[R-A]、[R-B]表示结合在树脂上的A离子和B离子浓度[A]S、[B]S表示溶液中A离子和B离子
10、影响离子交换选择性的因素
（1）水合离子半径：半径越小，亲和力越大；
（2）离子化合价：高价离子易于被吸附；
（3）溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；中国植提论坛植提网$8Q^+X m6a6
（4）离子强度：越低越好；
（5）有机溶剂：不利于吸附；中国植物提取物论坛+B0@H8Z*
（6）交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少；（7）树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力；中国植提论坛植提网am7x$b$W8
植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网w3+U4b3Z-E
11、离子交换操作方法w w w panexa co m Z%Z}9E A
（1）树脂预处理
物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；%x&^{8}_G p*d S$f&V+x8
化学处理：转型（氢型或钠型）
阳离子树脂酸—碱—酸中国植物提取物论坛/j K1V03P-K Wy
阴离子树脂碱—酸—碱植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网9Y1q3n3n2P2`c6O7R
最后以去离子水或缓冲液平衡中国植物提取物论坛8b$x6A+&^*g8b*H
中国植提论坛植提网{$o u P([
（2）离子交换吸附中国植物提取物论坛6t$D7L2Y7~s/K$q
静态：操作简单、但是分批操作，交换不完全
动态：离子交换柱，操作连续、交换完全，适宜多组份分离植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网)L5m"C k
柱式固定床中国植提论坛植提网$W)R@*f&k+V|7_9{1~
（3）洗脱
离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新转入溶液的方法#_$K5{2V9y G8h k
洗脱方法w w w p a nt exaco m C9p0x*U9x$X5`#y
（a）改变溶液pH值w w w pl a nexac o m*cT*1w Z~+y
（b）改变溶液离子强度植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网4k8n&5X H@^
w w w p a nt exaco m u1?"M
（4）再生
是指是离子交换树脂重新具有交换能力的过程w w w pl a nex aco m"U#6e{v
酸性阳离子树脂酸-碱-酸-缓冲溶液淋洗
碱性阴离子树脂碱-酸-碱-缓冲溶液淋洗w+|'H)K)f s2Z*|3m o
方式有：顺流再生和逆流再生
八、离子交换应用实例（离子交换法提取蛋白质）w w w pl a n exaco m S A ac%L1c7M LF5^s
1、蛋白质的结构特点
（1）多肽链3a4}9B7n4a8Q9
（2）电荷分布不均匀
（3）疏水性w w w pl anexaco m8B69D&k C3q8I
（4）不同的蛋白质具有不同的表面电荷分布
中国植物提取物论坛#u#b4n1m(B#L
2、pH值对蛋白质荷电情况的影响
中国植提论坛植提网9*2W$U J6c
3、蛋白质的滴定曲线
不同的蛋白质由于其氨基酸组成的差异，具有不同的等电点（pI），当溶液（环境）pH值低于其pI时，蛋白质带正电荷，而当环境pH值高于其等电点时，蛋白质带负电荷，且偏离等电点越多，其所带电荷越
多；植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网#e$M6P+H
4k0z2`5d%~1c
4、缓冲液pH的选择
离子交换是依据不同蛋白质荷电性质以及大小差异进行分离的，因此缓冲液的选择将直接影响蛋白质的荷
电情况，对于分离的选择性具有重要影响。

植提之家植提空间中国植提论坛植提论坛植提网$F7O%`_9^6J8^9
5、离子交换分离蛋白质的基本步骤
蛋白质的离子交换分离同样要经过：平衡、吸附、洗脱和再生四个阶段，具体过程如下图所示：。