生物制药工艺学 第6章 吸附分离法

[吸附]
[解吸]
发酵液—————→ 滤液————→炭饼————————→
活性炭
用氯仿洗脱2次
[减压浓缩]
[溶解]
[脱色]
洗脱液————→粗制品——————→溶解液————→结晶 (放线酮90%)
用醋h酸丁酯溶解
活性炭
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第三节 大孔网状聚合物吸附剂
大网格吸附剂(macroreticular adsorbent )
活性炭
用氯仿洗脱2次
[减压浓缩]
[溶解]
[脱色]
洗脱液————→粗制品——————→溶解液————→结晶 (放线酮90%)
用醋酸丁酯溶解
活性炭
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二、人造沸石(zeolite )
无机阳离子交换剂 Na2 Al2O4·xSiO2·yH2O Na2Al2O4=2Na++Al2O42-
N 2 Z a 2 M M 2 Z 2N
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（三）环境的影响 1、溶剂：单溶剂易吸附，混合溶剂易解吸 2、pH值：PI 3、温度 4、盐的浓度：可能阻止、可能促进
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（四）吸附物浓度和吸附剂用量
对蛋白质或酶进行分离时要求浓度 1%以下。
吸附剂用量。
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第二节 几种常用的吸附剂
无机：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土 有机：活性炭、纤维素、大孔吸附树脂等 一、活性炭(activated carbon )
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二、吸附类型
项目
物理吸附
化学吸附
作用力
范德华力
吸附热
较小,接近液化热
选择性
几乎没有
吸附速度 较快,需要的活化能很小
吸附分子层 单分子或多分子层
化学键力 较大,接近反应热 有选择性 慢,需要一定的活化能 单分子
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三、影响吸附的因素
（一）吸附剂 吸附容量：比表面积、种类、活化状况 吸附速度：颗粒度、孔径 机械强度
2、其孔隙大小、骨架结构和极性，可按 照需要，根据不同的原料和合成条件而 改变，因此可适用于吸附各种有机化合 物。
3、适合弱电解质及非离子型化合物分离。
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一、大孔网状聚合物吸附剂的类型和结构
可分为非极性、中等极性、极性和强极 性吸附剂四类。
美国罗姆-哈斯公司：Amberlite系列； 日本三菱化成公司：Diaion系列。
的 浓 缩 液 A l2 O 3吸 附 ,2 0 ℃ 以 下
丙 酮 ,水 (8 0 % )
丙 酮 5 ~ 6倍
(4 0 0 0 u /m l)
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活性炭为吸附剂
❖ 洗脱剂从极性高的开始逐渐降低极性。
❖ 次序：水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。
[提取制霉菌素]
菌丝——————→
制霉菌素 [板框过滤] ↗
较少引起生物活性物质的变性失活。 缺点： (1) 选择性差，收率不高。 (2)一些无机吸附剂性能不稳定。
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第一节 吸附法基本概念
一、吸附： 物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体 表面从而达到分离的过程称为吸附作用 (adsorption)，在表面上能发生吸附作用 的固体微粒称为吸附剂（adsorbent），而 被吸附的物质称为吸附物（adsorbate）。
吸附：
❖ 选择合适的孔径：孔径等于溶质分子直径 之6倍比较合适。
❖ 水溶液中，一般分子量越大，极性越弱， 吸附量就越大。
❖ 无机盐会使吸附量增大
❖ 溶液的pH
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解吸
❖ 常用低级醇、酮或其水溶液解吸.
❖ 解吸溶剂能使大孔网状聚合物吸附剂溶 胀;选用溶剂应容易溶解吸附物。
❖ 对弱酸性物质可用碱来解吸 ，弱碱性 物质可用酸来解吸
常用的吸附剂 1、碱性氧化铝： 2、中性氧化铝： 3、酸性氧化铝：
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氧化铝吸附层析纯化维生素B12
[层 析 ]
[洗 脱 ]
[ 冷 冻 结 晶 ]
维 生 素 B 1 2— — — — — — → 吸 附 柱 层 析 — — — — → 洗 脱 液 — — — — — → 维 生 素 B 1 2结 晶
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（二）吸附物 能使表面张力降低的物质，易为吸附 溶解度：较小易吸附 极性吸附剂易吸附极性吸附物 同系物吸附量变化有规律 氢键
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吸附剂及被吸附物极性对吸附的影响
❖ 极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸 附剂易吸附非极性物质；
❖ 极性吸附剂适宜从非极性溶剂中吸附极 性物质；
❖ 非极性吸附剂适宜从极性溶剂中吸附非 极性物质。
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Amberlite大网格吸附剂的物理性质
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Diaion大网格吸附剂的物理性质
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❖ 比表面积：
❖ 空隙度：系指吸附剂中空隙所占的体积百 分率。
❖ 孔容度：指每1g吸附剂所含的空隙体积。
❖ 骨架密度：系指吸附剂骨架的密度，即每 1ml骨架(不包括空隙)的重量(g) 。
❖ 湿真密度：
❖ 偶极矩：表征极性的强弱，越大，极性越
强。
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二、大孔网状聚合物吸附剂吸附机理
❖ “类似物容易吸附类似物”的原则：
❖ 一般非极性吸附剂适宜于从极性溶剂(水) 中吸附非极性物质。
❖ 一般极性吸附剂适宜于从非极性溶剂(有 机溶剂)中吸附极性物质。
❖ 而中等极性的吸附剂则对上述两种情况 都具有吸附能力。
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三、大孔网状吸附剂的应用特点
下结晶3天，结晶析出。
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七、硅胶(Silica gel)
SiO2·nH2O 硅胶表面的硅羟基能吸附多量的水，称自 由水，活性随自由水含量增加而下降。
能吸附非极性化合物和极性化合物
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CoQ10制备
❖
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洗脱剂的选择
❖ 极性溶质：极性大的溶剂洗脱能力就大； ❖ 非极性溶质：极性小的溶剂洗脱能力就大。
❖
A.分辨率高 B.变性作用小 C.杂质易除 D.沉淀易分离
❖ 2、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度
（）
❖
A．增大 B. 减小 C. 先增大，后减小 D. 先减小，后增大
❖ 3、盐析常数Ks是生物大分子的特征常数，它与下列哪种因素关系密切。
❖
（）
❖
A.盐浓度 B. 盐种类 C. 溶质浓度 D介质pH
的 浓 缩 液 A l2 O 3吸 附 ,2 0 ℃ 以 下
丙 酮 ,水 (8 0 % )
丙 酮 5 ~ 6倍
(4 0 0 0 u /m l)
影响因素：
❖ (1) Al2O3的颗粒度要均匀，流速控制要很慢； ❖ (2) 温度宜在20℃以下层析，洗脱在室温中进行； ❖ (3) 利用B12在丙酮中不溶的特性，在冰冻条件
2、流速
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五、大孔网状聚合物吸附剂应用
应用广泛，如四环素、土霉素、红霉素、 林可霉素、麦迪霉素、赤霉素、维生素 B12及头孢菌素C等
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红霉素的分离纯化
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SIP-1300大孔吸附剂分离纯化超氧化物 歧化酶
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头孢菌素C
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思考题
❖ 1、盐析法与有机溶剂沉淀法比较，其优点是
（）
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❖
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三、磷酸钙凝胶
磷酸钙 磷酸氢钙 羟基磷灰石
主要是其中的钙与蛋白质的负电基团结合
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胰岛素纯化
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四、白陶土(Kaolin )
可作为助滤剂与去除热原的吸附剂
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五、氢氧化铝凝胶
将氨水或碱液 加入铝盐形 成的无定形 凝胶；
吸附能力和陈 化程度有关。
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六、氧化铝(Aluminum oxide)
（大孔网状树脂，macroreticular resin ）
在树脂聚合时加入惰性的致孔剂，待网格 骨架固化和链结构单元形成后，用溶剂萃取或 蒸馏水洗将致孔剂去掉，形成不受外界环境条 件影响的孔隙，其孔径远大于2～4nm，可达 100nm，故称“大孔”。
吸附能力不同 分子量大小
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特点
1、选择性好、解吸容易、理化性质稳定、 机械强度好、可反复使用等优点。
❖ 4、用大网格高聚物吸附剂吸附的弱酸性物质，一般用下列哪种溶液洗 脱
❖
（）
❖ A.水 B.高盐 C.低pH D. 高pH
❖ 5、“类似物容易吸附类似物”的原则,一般极性吸附剂适宜于从何种溶剂
中吸附极性物质
（）
❖
A.极性溶剂 B.非极性溶剂 Ch.水 D.溶剂
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❖ 常用洗脱剂排序（极性增大）： 石油醚<甲苯< 乙醚<氯仿< 乙酸乙酯< 丙酮< 乙醇< 甲醇 <水 <乙酸
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氧化铝或硅胶为吸附剂
❖ 洗脱剂从极性低的开始逐渐增加极性。
❖ 次序：石油醚、甲苯、氯仿、乙酸乙酯、 丙 酮、乙醇、甲醇、水 、乙酸。
[层 析 ]
[洗 脱 ]
[ 冷 冻 结 晶 ]
维 生 素 B 1 2— — — — — — → 吸 附 柱 层 析 — — — — → 洗 脱 液 — — — — — → 维 生 素 B 1 2结 晶
❖ 吸附在高浓度盐类溶液中，用水洗能解 吸下来。
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四、大孔网状吸附剂的实验操作
（一）、大孔吸附树脂的选择 1、预处理
甲醇、乙醇、丙酮洗涤至洗出液加水不浑浊 2、静态吸附 动态吸附
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（二）、吸附条件选择
1、样品浓度
2、pH值、盐浓度
3、流速（吸附时间）
（三）、洗涤
（四）、洗脱
1、流动相选择
粉末状，颗粒状，锦纶活性炭 是吸附能力很强的非极性吸附剂 溶剂中吸附力： 水>乙醇>甲醇>酯>丙酮>氯仿 去色素、热原，用量0.02~1% 加热活化 pH影响
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辅酶A制备
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Leabharlann Baidu12
活性炭提取放线酮
[提取制霉菌素]
❖
菌丝——————→
制霉菌素 [板框过滤] ↗
[吸附]
[解吸]
发酵液—————→ 滤液————→炭饼————————→
第六章 吸附分离法
❖ 吸附法(adsorption method)指利用吸附 作用，将样品中的生物活性物质或杂质吸 附于适当的吸附剂上，利用吸附剂对活性 物质和杂质间吸附能力的差异，使目的物 和其它物质分离，达到浓缩和提纯目的的 方法。
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优点： (1)设备简单、操作简便、价廉、安全。 (2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中pH变化小，