第九章 其他结晶技术

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蛋白质的盐溶与盐析现象的解释
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蛋白质是亲水胶体，带有羧基解离的负电荷和氨基 成盐的正电荷，其极性基团使分子间排斥，同时与 水分子形成水膜。这些因素使蛋白质形成溶于水的 溶胶状态。
当加入少量无机盐时，增加了蛋白质分子上的极性 基团，因而增大了在水中的溶解度，出现盐溶现象。 当盐浓度到一定程度时，一方面盐同大量水分子结 合，使蛋白质没有足够的水维持溶解状态，破坏了 水膜，容易沉淀出来。一方面加入的离子中和了蛋 白质的电荷，使相互聚集沉淀出来，出现盐析现象。
硫酸钠等无机盐类，可使某些磺酸成盐析出； 也可利用其盐类在不同的无机盐溶液中的溶解 度不同的特性，而将他们的各种同分异构体分 离。
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由2-萘酚用20%发烟硫酸在约80℃二磺化制取G酸 （7-羟基-1,3-萘二磺酸 ）时。向稀释的磺化物中先 加入KCl溶液，使G酸以钾盐形式析出，滤出G盐 后，再向滤液中加入NaCl溶液，即可获得其副产R 盐(钠盐，2-萘酚-3,6-二磺酸二钠盐)。用氯化钾、 氯化钠直接盐析时，有氯化氢气体放出，对设备腐 蚀性强，因此这种方法的应用受到一定的限制。
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②
③
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⑵ 蛋白质种类的影响
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不同的蛋白质分子，离子强度对蛋白质的溶解度 影响的程度不同，表现为斜率的不同。
拟球蛋白 0.50 血清白 蛋白
log S
0
碳氧肌 红蛋白
-0.50 碳氧血 红蛋白
-8/10/11
μ
6
8
10
8
⑶ 蛋白质浓度的影响
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蛋白质浓度提高，盐用量减少。
10 9 8 7 30g/L 3g/L
- dS dP
6 5 4 3 2 1 0 40 50 60 P 70 80
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⑷ 温度的影响
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log S
在无盐或稀盐溶液中， 大多数蛋白质溶解度是 随温度升高而增大的。 在高盐溶液中随温度升 高，溶解度减小。因此 在高温下，同浓度的蛋 白质所需的盐量小。
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盐析现象图示
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2. 蛋白质盐析原理
①
蛋白质在高浓度盐的溶液中，随着盐浓度的逐渐增 加，由于蛋白质水化膜被破坏、溶解度下降而从溶 液中沉淀出来。 各种蛋白质的溶解度不同，因而可利用不同浓度的 盐溶液来沉淀分离各种蛋白质。 优点：简单、经济、较少变性。 缺点：分辨率不高，要除盐。
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β
pH
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4. 蛋白质盐析方法
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①分步盐析法：通过改变盐的浓度达到分离目的， 将盐的浓度准确地分步提高到各种蛋白质所需的 浓度。 一般情况下，加入沉淀剂，分子量大的首先沉淀 出来，随着沉淀剂用量的增加，各个大分子化合 物按分子量由大到小的顺序陆续沉淀出来。 ②重复盐析法 ③反抽提法： 一定的盐浓度下将目的蛋白夹带一 定量的杂蛋白一同沉淀。将沉淀用较低浓度盐溶 液平衡，溶解其中的杂蛋白。
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⑶ 利用一定温度下各种异构体钠盐或镁盐等溶解 度的差异，通过盐析温度的控制，达到异构体分 离的目的。 综上所述，盐析在中间体工业生产中是较为重要 的操作工序。但盐析也同时带来了大量无机盐母 液，除一部分在生产中循环套用之外，大部分母 液还有待于进一步处理和综合利用。
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对溶质的溶解性差；
与溶解溶质的溶剂能够互溶。 常用的溶剂有乙醇、丙酮、甲醇、水等。 ⑵ 加料方式： 将反溶剂加入到溶液中，即正加法； 另一种是将溶液加入到反溶剂中，即反加法。
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（3）过饱和度控制
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溶析结晶的过饱和度是通过溶析剂的加入产生的。
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溶析结晶特别是间歇溶析结晶，溶析剂加入点处 的过饱和度很高，容易在瞬间产生大量初级晶核 并形成聚集体。这是溶析结晶有别于其它结晶方 式的一个显著特点。由于高过饱和度下快速的成 核与生长以及聚集体的形成，很容易大量包藏母 液，影响晶体产品的质量。
HO3S H2N
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NH2 SO3H
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⑵ 温差过大或冷却速度过快会发生温度的激荡，而 在局部区域产生高度的过饱和，引起过量的成核。 因此，盐析结晶应适当控制冷却速率和盐析前后温 度差。 通常将热溶液充分搅匀后，快速冷却到过饱和状态, 然后放慢冷却速率，结晶开始后，溶液温度由于结 晶热的放出而有所上升，此时则控制较慢的冷却速 度匀速降温，待大部分溶质在晶种表面上成长以后， 再增加冷却速率以达到最终温度，让溶液饱和度始 终处于介稳状态，从而控制产品结晶。
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9.2 溶析结晶
1. 概念
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溶析结晶：是利用被分离物质与溶剂分子间相互作用 力的差异，通过改变溶剂的性质来选择性地溶解杂质， 而使目标组分最大限度地从溶剂中晶析出来的过程。
过程特点：是溶质首先被溶解于一种溶剂中（主溶剂） 形成饱和溶液，然后通过添加另一种能与主溶剂完全 互溶而与溶质不互溶的第二溶剂（反溶剂），来显著 降低溶质的溶解度，使溶质晶析出来达到分离的目的。
②
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2. 搅拌对盐析结晶的影响
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结晶未开始时搅拌强度大，开始析出时搅拌强度适当 小些。生产中通常根据不同形式搅拌器，控制不同的
搅拌速度、时间来达到预期的搅拌效果。一般来说，
盐析时适当延长搅拌时间，可使盐析过程完成得较好。
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直接法生产R盐，国内一些厂家只搅拌15-30min结束 盐析过程；德国拜耳公司搅拌15h，盐析收率能达到 67-68%，国内只达到45-50%。
pH6.6
1
0℃
•
0
25℃
2
3 μ
10
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⑸ pH的影响
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当溶液的pH在蛋白质 等电点附近时，由于其 净电荷为零，在水中溶 解度减小，可以用来分 级沉淀蛋白质。 但等电点时析出的沉淀， 由于颗粒较细，难于过 滤，只能用离心机分离。
7 6 5 4 3 碳氧血红蛋白 2 1 0 3 4 5 6 7 8 卵清蛋白
主要内容
盐析法 溶析结晶法 反应结晶法
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9.1 盐析结晶 （一） 盐析在蛋白质提纯中的应用
1. 蛋白质在盐溶液中的特性 ⑴ 盐溶 蛋白质在纯水或低浓度盐溶液中，溶解度低， 若稍加一些无机盐则溶解度增加。 ⑵ 盐析 当加入的无机盐浓度继续增加，蛋白质溶解度 又反而减小，从而沉淀出来。
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加盐过多，溶液密度高，析出速度快，晶细且易
形成晶簇，增加了洗涤等后道工序的操作难度， 同时带入过多无机盐杂质，影响产品纯度和使用 质量。
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加盐量通常为溶液体积百分之几的比例。
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①
工业生产中：
盐析采取搅拌条件下长时间缓慢加盐或分步加盐 的方法，以防止在局部范围产生过饱和度的波动， 维持稳定的过饱和度； 料液稀释时通常用盐析母液，利用母液中已有的 产品细晶的诱导作用，晶核逐渐长大并诱导产生 新的晶核，使结晶过程持续不断，同时在接近饱 和状态时，一些极其微小的晶体将自动地溶解， 而已形成的一些较大晶体则自动地长大。
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• •
（二） 有机中间体生产中盐析过程的探讨
盐析方法
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有机中间体含硫化合物中的磺酸及其盐类，大多 是固体，易溶于水，且没有特定的熔点，加热至 高温时易于分解。 这类产品在生产过程中，要想得到它，就不能采 用精馏、结晶等方法来实现； 要依靠酸析法、直接盐析法、中和盐析法、脱硫 酸钙法、萃取分离等方法来完成。
②
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球蛋白的选择性沉淀
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3. 影响盐析的因素
⑴ 无机盐的种类
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盐析能力：半径小的高价离子在盐析时的作用较 强，阴离子的盐析效果比阳离子好，尤其以高价
阴离子更为明显。
• • •
PO4 3-＞SO42-＞CH3COO-＞Cl-＞NO3-＞INH4+＞K+＞Na+＞Li+ 盐析用盐要考虑几个因素：常用氯化钠、硫酸铵
SO3H OH HO3S G OH HO3S R SO3H OH
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（3）中和盐析法
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利用芳磺酸在中和时生成的硫酸钠或其他无机盐， 而由于芳磺酸盐类在上述无机盐水溶液中的溶解度 大大小于在水中的溶解度，因而促使芳磺酸盐析出 来。
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例如β-萘酚生产过程中的β-磺酸钠的盐析就用氢氧 化钠中和。
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中间体的盐析过程大多通过测定溶液密度，直接控 制溶液过饱和度。 起始溶液密度一般较高，通常都需要用水稀释调整 到规定密度。 如果溶液密度低，需用密度高的溶液进行混配，否 则就必须在盐析时多加盐，以保证晶浆总体密度。
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如间接法生产R盐是用R盐滤液盐析而得。
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盐析加盐过少，溶液密度低，盐析得率低；
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3. 溶析结晶分离无机盐水溶液
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加盐精馏、加盐萃取等盐效分离是分离有机溶剂与水 形成的共沸物、近沸物的有效方法。但得到高纯有机 溶剂的同时会产生浓盐水溶液，如何从中回收利用盐 是一个亟待解决的问题。 溶析结晶是回收浓盐水溶液中的无机盐的有效方法。 具有广阔的应用前景。 回收盐的通常方法是将盐水溶液蒸发得到盐的结晶。 但一些盐的结晶水与固体结合得比较牢固，需要很高 的温度才能完全除去结晶水，常压下难以实现。即使 能够实现，蒸发过程的能耗也非常大，而且不适用于 热稳定性差的盐。