生物制药工艺学第6章吸附分离法08-3-20课件.ppt

1、1v吸附法吸附法(adsorption method)(adsorption method)指利用吸附指利用吸附作用，将样品中的作用，将样品中的生物活性物质生物活性物质或或杂质杂质吸吸附于适当的吸附剂上，利用吸附剂对活性附于适当的吸附剂上，利用吸附剂对活性物质和杂质间物质和杂质间吸附能力吸附能力的差异，使目的物的差异，使目的物和其它物质分离，达到浓缩和提纯目的的和其它物质分离，达到浓缩和提纯目的的方法。方法。23优点：优点：(1)(1)设备简单、操作简便、价廉、安全。设备简单、操作简便、价廉、安全。(2)(2)少用或不用有机溶剂，吸附过程中少用或不用有机溶剂，吸附过程中pHpH变化小，变化小，

2、较少引起较少引起生物活性生物活性物质的变性失活。物质的变性失活。缺点：缺点：(1)(1)选择性差，收率不高。选择性差，收率不高。(2)(2)一些无机吸附剂性能不稳定。一些无机吸附剂性能不稳定。4一、吸附：一、吸附：物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体表面从而达到分离的过程称为表面从而达到分离的过程称为吸附作用吸附作用(adsorption)(adsorption)，在表面上能发生吸附作用，在表面上能发生吸附作用的固体微粒称为的固体微粒称为吸附剂吸附剂（adsorbentadsorbent），而），而被吸附的物质称为被吸附的物质称为吸附物吸附物（adsorba

3、teadsorbate）。）。5项目项目物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附作用力作用力吸附热吸附热选择性选择性吸附速度吸附速度吸附分子层吸附分子层范德华力范德华力较小较小,接近液化热接近液化热几乎没有几乎没有较快较快,需要的活化能很小需要的活化能很小单分子或多分子层单分子或多分子层化学键力化学键力较大较大,接近反应热接近反应热有选择性有选择性慢慢,需要一定的活化能需要一定的活化能单分子单分子6（一）吸附剂（一）吸附剂 吸附容量：吸附容量：比表面积比表面积、种类、种类、活化状况活化状况 吸附速度：吸附速度：颗粒度颗粒度、孔径、孔径 机械强度机械强度7（二）吸附物（二）吸附物 能使表面张力降低的物质

4、，易为吸附能使表面张力降低的物质，易为吸附 溶解度：较小易吸附溶解度：较小易吸附 极性吸附剂易吸附极性吸附物极性吸附剂易吸附极性吸附物 同系物吸附量变化有规律同系物吸附量变化有规律 氢键氢键8v极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸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；附剂易吸附非极性物质；v极性吸附剂适宜从非极性溶剂中吸附极极性吸附剂适宜从非极性溶剂中吸附极性物质；性物质；v非极性吸附剂适宜从极性溶剂中吸附非非极性吸附剂适宜从极性溶剂中吸附非极性物质。极性物质。9（三）环境的影响（三）环境的影响1、溶剂：单溶剂易吸附，混合溶剂易解吸、溶剂：单溶剂易吸附，混合溶剂易解吸2、pH值

5、：值：PI3、温度、温度4、盐的浓度：可能阻止、可能促进、盐的浓度：可能阻止、可能促进10对蛋白质或酶进行分离时对蛋白质或酶进行分离时要求要求浓度浓度1%以下以下。吸附剂用量吸附剂用量。11无机：无机：白陶土、氧化铝、硅胶白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土、硅藻土有机：有机：活性炭活性炭、纤维素、纤维素、大孔吸附树脂大孔吸附树脂等等一、活性炭一、活性炭(activated carbon)粉末状，颗粒状，锦纶活性炭粉末状，颗粒状，锦纶活性炭 是吸附能力很强的非极性吸附剂是吸附能力很强的非极性吸附剂 溶剂中吸附力：溶剂中吸附力：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、热原，用量、热原，用

6、量0.021%加热加热活化活化 pH影响影响 12 13 提取制霉菌素 菌菌丝丝 制制霉霉菌菌素素 板框过滤 吸附 解吸 发发酵酵液液 滤滤液液炭炭饼饼 活性炭 用氯仿洗脱2次 减压浓缩 溶解 脱色 洗洗脱脱液液粗粗制制品品溶溶解解液液结结晶晶(放放线线酮酮90%)用醋酸丁酯溶解 活性炭 v 14无机阳离子交换剂无机阳离子交换剂Na2 Al2O4xSiO2yH2ONa2Al2O4=2Na+Al2O42-2NaZM2MZNa2215v 16磷酸钙磷酸钙磷酸氢钙磷酸氢钙羟基磷灰石羟基磷灰石主要是其中的钙与蛋白质的负电基团结合主要是其中的钙与蛋白质的负电基团结合17 18可作为可作为助滤剂助滤剂与去

7、与去除热原的吸附剂除热原的吸附剂19将氨水或碱液将氨水或碱液加入铝盐形加入铝盐形成的成的无定形无定形凝胶凝胶；吸附能力和陈吸附能力和陈化程度有关。化程度有关。20常用的吸附剂常用的吸附剂1、碱性氧化铝：、碱性氧化铝：2、中性氧化铝：、中性氧化铝：3、酸性氧化铝：、酸性氧化铝：21影响因素：影响因素：v(1)Al2O3的颗粒度要均匀，流速控制要很慢；的颗粒度要均匀，流速控制要很慢；v(2)温度宜在温度宜在20以下层析，洗脱在室温中进行；以下层析，洗脱在室温中进行；v(3)利用利用B12在丙酮中不溶的特性，在冰冻条件在丙酮中不溶的特性，在冰冻条件下结晶下结晶3天，结晶析出。天，结晶析出。层 析 洗

8、 脱 冷冻结晶 维生素维生素 B12 吸附柱层析吸附柱层析 洗脱液洗脱液 维生素维生素 B12结晶结晶 的浓缩液的浓缩液 Al2O3吸附,20以下 丙酮,水(80%)丙酮 56 倍 (4000u/ml)22 SiO2nH2O 硅胶表面的硅羟基能吸附多量的水，称自硅胶表面的硅羟基能吸附多量的水，称自由水，由水，活性随自由水含量增加而下降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能吸附非极性化合物和极性化合物23v 24v极性溶质：极性大的溶剂洗脱能力就大；极性溶质：极性大的溶剂洗脱能力就大；v非极性溶质：极性小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。v常用洗脱剂

9、排序（极性增大）：常用洗脱剂排序（极性增大）：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 乙醇乙醇甲醇甲醇 水水 乙酸乙酸 25v洗脱剂从极性低的开始洗脱剂从极性低的开始逐渐增加极性逐渐增加极性。v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、丙丙酮、乙醇、甲醇、水酮、乙醇、甲醇、水、乙酸。、乙酸。层 析 洗 脱 冷冻结晶 维生素维生素 B12 吸附柱层析吸附柱层析 洗脱液洗脱液 维生素维生素 B12结晶结晶 的浓缩液的浓缩液 Al2O3吸附,20以下 丙酮,水(80%)丙酮 56 倍 (4000u/ml)26v洗脱剂从极性高的开始洗脱剂从极性

10、高的开始逐渐降低极性逐渐降低极性。v次序：水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。次序：水、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。提取制霉菌素 菌菌丝丝 制制霉霉菌菌素素 板框过滤 吸附 解吸 发发酵酵液液 滤滤液液炭炭饼饼 活性炭 用氯仿洗脱2次 减压浓缩 溶解 脱色 洗洗脱脱液液粗粗制制品品溶溶解解液液结结晶晶(放放线线酮酮90%)用醋酸丁酯溶解 活性炭 27 大网格吸附剂大网格吸附剂(macroreticular adsorbent)（大孔网状树脂，（大孔网状树脂，macroreticular resin macroreticular resin）在树脂聚合时加入惰性的在树脂聚合时加入惰性的致

11、孔剂致孔剂，待网格，待网格骨架固化和链结构单元形成后，用溶剂萃取或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，其孔径远大于件影响的孔隙，其孔径远大于2 24nm4nm，可达，可达100nm100nm，故称，故称“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281、选择性好选择性好、解吸容易解吸容易、理化性质稳定、理化性质稳定、机械强度好、可反复使用等优点。机械强度好、可反复使用等优点。2、其孔隙大小、骨架结构和极性，可按、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照需

12、要，根据不同的原料和合成条件而改变，因此可改变，因此可适用于吸附各种有机化合适用于吸附各种有机化合物物。3、适合、适合弱电解质及非离子型化合物弱电解质及非离子型化合物分离。分离。29 可分为可分为非极性、中等极性、极性和强极非极性、中等极性、极性和强极性吸附剂性吸附剂四类。四类。美国罗姆美国罗姆-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。303132v比表面积：比表面积：v空隙度：系指吸附剂中空隙所占的体积百空隙度：系指吸附剂中空隙所占的体积百分率。分率。v孔容度：指每孔容度：指每1g1g吸附剂所含的空隙体积。吸附剂所含的空隙

13、体积。v骨架密度：系指吸附剂骨架的密度，即每骨架密度：系指吸附剂骨架的密度，即每1ml1ml骨架骨架(不包括空隙不包括空隙)的重量的重量(g)(g)。v湿真密度：湿真密度：v偶极矩：偶极矩：表征极性的强弱，越大，极性越表征极性的强弱，越大，极性越强。强。3334v“类似物容易吸附类似物类似物容易吸附类似物”的原则的原则：v一般一般非极性吸附剂非极性吸附剂适宜于从极性溶剂适宜于从极性溶剂(水水)中中吸附非极性物质吸附非极性物质。v一般一般极性吸附剂极性吸附剂适宜于从非极性溶剂适宜于从非极性溶剂(有有机溶剂机溶剂)中中吸附极性物质吸附极性物质。v 而中等极性的吸附剂则对上述两种情况而中等极性的吸附

14、剂则对上述两种情况都具有吸附能力。都具有吸附能力。35吸附：吸附：v选择合适的孔径：选择合适的孔径：孔径等于溶质分子直径孔径等于溶质分子直径之之6 6倍比较合适。倍比较合适。v水溶液中，一般分子量越大，极性越弱，水溶液中，一般分子量越大，极性越弱，吸附量就越大。吸附量就越大。v无机盐会使吸附量增大无机盐会使吸附量增大v溶液的溶液的pHpH 36v常用低级醇、酮或其水溶液解吸常用低级醇、酮或其水溶液解吸.v解吸溶剂能使大孔网状聚合物吸附剂解吸溶剂能使大孔网状聚合物吸附剂溶溶胀胀;选用溶剂应容易选用溶剂应容易溶解吸附物溶解吸附物。v对对弱酸性物质弱酸性物质可用碱来解吸可用碱来解吸 ，弱碱性，弱碱性

15、物质可用酸来解吸物质可用酸来解吸 v吸附在高浓度盐类溶液中，用水洗能解吸附在高浓度盐类溶液中，用水洗能解吸下来。吸下来。37（一）、大孔吸附树脂的选择（一）、大孔吸附树脂的选择1、预处理、预处理 甲醇、乙醇、丙酮洗涤至洗出液加水不浑浊甲醇、乙醇、丙酮洗涤至洗出液加水不浑浊2、静态吸附、静态吸附 动态吸附动态吸附38（二）、吸附条件选择（二）、吸附条件选择 1、样品浓度、样品浓度 2、pH值、盐浓度值、盐浓度 3、流速（吸附时间）、流速（吸附时间）（三）、洗涤（三）、洗涤（四）、洗脱（四）、洗脱 1、流动相选择、流动相选择 2、流速、流速39 应用广泛，如四环素、土霉素、应用广泛，如四环素、土霉

16、素、红霉素红霉素、林可霉素、麦迪霉素、赤霉素、林可霉素、麦迪霉素、赤霉素、维生素维生素B12及头孢菌素及头孢菌素C等等40414243v1、盐析法与有机溶剂沉淀法比较，其优点是、盐析法与有机溶剂沉淀法比较，其优点是 （）v A.分辨率高分辨率高 B.变性作用小变性作用小 C.杂质易除杂质易除 D.沉淀易分离沉淀易分离v2、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度、当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度 （）v A增大增大 B.减小减小 C.先增大，后减小先增大，后减小 D.先减小，后增大先减小，后增大v3、盐析常数、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。是生物大分子的特征常数，它与下列哪种因素关系密切。v （）v A.盐浓度盐浓度 B.盐种类盐种类 C.溶质浓度溶质浓度 D介质介质pH v4、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、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脱v （）v A.水水 B.高盐高盐 C.低低pH D.高高pHv5、“类似物容易吸附类似物类似物容易吸附类似物”的原则的原则,一般极性吸附剂适宜于从何种溶一般极性吸附剂适宜于从何种溶剂中吸附极性物质剂中吸附极性物质 （）v A.极性溶剂极性溶剂 B.非极性溶剂非极性溶剂 C.水水 D.溶剂溶剂