1、第六章第六章 层析设备和离子交换设备层析设备和离子交换设备第一节第一节 层析设备层析设备 凝胶层析的固定相是惰性的珠状凝胶颗粒，凝胶颗粒的内部具有立体网状凝胶层析的固定相是惰性的珠状凝胶颗粒，凝胶颗粒的内部具有立体网状结构，形成很多孔穴。当含有不同分子大小的组分的样品进入凝胶层析柱后，结构，形成很多孔穴。当含有不同分子大小的组分的样品进入凝胶层析柱后，各个组分就向固定相的孔穴内扩散，组分的扩散程度取决于孔穴的大小和组各个组分就向固定相的孔穴内扩散，组分的扩散程度取决于孔穴的大小和组分分子大小。比孔穴孔径大的分子不能扩散到孔穴内部，完全被排阻在孔外，分分子大小。比孔穴孔径大的分子不能扩散到孔穴内
2、部，完全被排阻在孔外，只能在凝胶颗粒外的空间随流动相向下流动，它们经历的流程短，流动速度只能在凝胶颗粒外的空间随流动相向下流动，它们经历的流程短，流动速度快，所以首先流出；而较小的分子则可以完全渗透进入凝胶颗粒内部，经历快，所以首先流出；而较小的分子则可以完全渗透进入凝胶颗粒内部，经历的流程长，流动速度慢，所以最后流出；的流程长，流动速度慢，所以最后流出； 利用流动相中溶质的分子量大小差异而进行分离的一种方法，利用流动相中溶质的分子量大小差异而进行分离的一种方法，称之为排阻层析。称之为排阻层析。 第六章 层析和离子交换设备 图10-31 凝胶过滤层析原理示意图多孔介质颗粒;大小不同的分子;液流
3、21流动相储罐进样阀样品多孔颗粒柱子检测器2检测器1数据处理系统洗脱时间信号色谱图泵图10-39 凝胶层析原理示意图(a)混合蛋白物(b)A280分段收集分段数图10-32 两组分的凝胶层析分离及洗脱曲线 利用固定相球形介质表面利用固定相球形介质表面活性基团经化学键合方法，活性基团经化学键合方法，将具有交换能力的离子基将具有交换能力的离子基团在固定相上面，这些离团在固定相上面，这些离子基团可以与流动相中离子基团可以与流动相中离子发生可逆性离子交换反子发生可逆性离子交换反应而进行分离的方法，称应而进行分离的方法，称之为离子交换层析。之为离子交换层析。利用固定相载体上偶联的疏水性较强的配基，在一定
4、非极性利用固定相载体上偶联的疏水性较强的配基，在一定非极性的溶剂中能够与溶剂中的疏水分子发生作用，以非极性配基的溶剂中能够与溶剂中的疏水分子发生作用，以非极性配基为固定相，极性溶剂为流动相来分离不同极性的物质的方法，为固定相，极性溶剂为流动相来分离不同极性的物质的方法，称之为反相层析。称之为反相层析。利用固定相载体上偶联的疏利用固定相载体上偶联的疏水性配基与流动相中的一些水性配基与流动相中的一些疏水分子发生可逆性结合而疏水分子发生可逆性结合而进行分离的方法，称之为疏进行分离的方法，称之为疏水层析。水层析。在固定相载体表面偶联具有特殊亲在固定相载体表面偶联具有特殊亲和作用的配基，这些配基可以与流
5、和作用的配基，这些配基可以与流动相中溶质分子发生可逆的特异性动相中溶质分子发生可逆的特异性结合而进行分离的一种方法，称之结合而进行分离的一种方法，称之为亲和层析。为亲和层析。 L L LS LS LS LS杂质1-酶与底物反应产生酶底复合物 2-活性基质与配体结合产生亲和吸附剂3-亲和吸附剂与样品中有效成分（S）结合产生偶联复合物和未结合的物质（杂质） 4、偶联复合物经解体后，得到纯有效成分（S）43 2 1图10-42 亲和层析的原理示意图CH2-NCH2COOHCH2COOHCu+2CH2-NCH2CH2+2CuO H HOC=OOC=OPOCH2CH2CH2-NC=OOCu+2C=OP(
6、IDA Cu-H2O)(IDA Cu-P)(IDA).图1043 固定化IDA与Cu 形成的鳌合结构及吸附蛋白质的平面示意图 （P蛋白质）2HIS3CHIS PKCI PKCI3CHISGST3CGSTGST2Ab.溶液裂解 亲水标识物相同。C.溶液裂解 亲水标识物不同。a.柱内裂解 亲和柱： 谷胱甘肽-Sepharose清洗液亲和柱Ni-NTA亲和柱1Ni-NTA PKCIGST3C PKCI亲和柱2：谷胱甘肽- 琼脂糖 PKCI2A His-六组氨酸肽链2A-目标蛋白GST-谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase）PKCI-蛋白激酶c抑制剂（inhibito
7、r of protein kinase c）Ni-NTA-镍-腈三乙酸（nickel-nitriontriacetic acid）图10-55 融合蛋白酶裂解融合蛋白的三种方式基基因因重重组组融融合合蛋蛋白白的的纯纯化化谷物提取物毒素甲醇毒素图10-46 免疫亲和层析技术用于分离示意图装有毒枝菌素抗体的珠子蠕动泵工作原理蠕动泵工作原理就象用手指夹挤一根充满流体的软管，随着手指向前滑动管内流体向前移就象用手指夹挤一根充满流体的软管，随着手指向前滑动管内流体向前移动。蠕动泵也是这个原理只是由滚轮取代了手指。通过对泵的弹性输送软管交动。蠕动泵也是这个原理只是由滚轮取代了手指。通过对泵的弹性输送软管交
8、替进行挤压和释放来泵送流体。就象用两根手指夹挤软管一样替进行挤压和释放来泵送流体。就象用两根手指夹挤软管一样,随着手指的移动随着手指的移动,管内形成负压管内形成负压,液体随之流动液体随之流动. 蠕动泵就是在两个转辊子之间的一段泵管形成蠕动泵就是在两个转辊子之间的一段泵管形成“枕枕”形流体。形流体。“枕枕”的体积取决于泵管的内径和转子的几何特征。流量取决的体积取决于泵管的内径和转子的几何特征。流量取决于泵头的转速与于泵头的转速与“枕枕”的尺寸、转子每转一圈产生的的尺寸、转子每转一圈产生的“枕枕”的个数这三项参数的个数这三项参数之乘积。之乘积。“枕枕”的尺寸一般为常量（泵送粘性特别大的流体时除外）
9、。拿转子的尺寸一般为常量（泵送粘性特别大的流体时除外）。拿转子直径相同的泵相比较，产生较大直径相同的泵相比较，产生较大“枕枕”体积的泵，其转子每转一圈所输送的流体积的泵，其转子每转一圈所输送的流体体积也较大，但产生的脉动度也较大。这与膜阀的情形相似。而产生较小体体积也较大，但产生的脉动度也较大。这与膜阀的情形相似。而产生较小“枕枕”体积的泵，其转子每转一圈所输送的流体体积也较小；而且，快速、连体积的泵，其转子每转一圈所输送的流体体积也较小；而且，快速、连续地形成的小续地形成的小“枕枕”使流体的流动较为平稳。这与齿轮泵的情形相似。使流体的流动较为平稳。这与齿轮泵的情形相似。 蠕动泵的优点：蠕动泵
10、的优点： 无沾染-液体只接触泵管 耐久-适合各种工业或实验室条件 易于清洗和清洁-只需简单更换泵管就可重新工作 多用途-柔和，低剪切流动适合用于液体，气体，两相流以及高粘流体 低维护-无密封件，无阀门 很好的自吸功能-非虹吸，可干转并自吸 隔膜泵一般由执行机构和阀门组成。采用压缩空气为动力源，对于各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。隔膜泵设备系统，由一个或多个双侧泵组成，例如一个气动双隔膜泵。泵上的集合管分开，使泵的每一侧泵出多成分材料中的一种成分，一个积累器与两侧的输出相连，使泵的异相输出变为同相。隔膜式隔离阀可选用在泵的每一侧出口，从而防止混合
11、材料回流。如果需要1：1以外的混合比，可以采用一个以上的这种泵一起使用，从而达到多种混合比。 工作时，单片机系统发出控制脉冲使步进电机旋转，而步进电机带动丝杆将旋转运动变成直线运动，推动注射器的活塞进行注射输液，实现高精度，平稳无脉动的液体传输。注射速度可由操作人员通过键盘操作进行设定。注射泵启动后，CPU借助于D/A转换提供电机驱动电压。电机旋转检测电路为一组光电耦合电路，通过电机的旋转产生脉冲信号，这一脉冲信号反馈到CPU，CPU根据这一反馈控制电机电压，以便获得设定的转速。 单片机，全称单片微型计算机（英语：Single-Chip Microcomputer），又称微控制器（Microc
12、ontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（Timer/Counter）、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。由于其发展非常迅速，旧的单片机的定义已不能满足，所以在很多应用场合被称为范围更广的微控制器；由于单芯片微电脑常用于当控制器故又名single chip microcontroller，但是目前在中国大陆仍多沿用“单片机”的称呼。 柱塞泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞柱塞泵是液压系统的一
13、个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生在缸体中往复运动，使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，泛应用于高压、大流量和流量需要调节的场合，诸如液压机、工程机械和船舶中。诸如液压机、工程机械和船舶中。柱塞泵是往复泵的一种，属于体积泵，其柱塞靠泵轴的偏心转动驱动，往复运动，其吸入和排出阀都是单向阀。当柱塞外拉时，工作室内压力降低，出口阀关闭，低于进口压力时，进口阀打开，液体进入
14、；柱塞内推时，工作室压力升高，进口阀关闭，高于出口压力时，出口阀打开，液体排出。当传动轴带动缸体旋转时，斜盘将柱塞从缸体中拉出或推回，完成吸排油过程。柱塞与缸孔组成的工作容腔中的油液通过配油盘分别与泵的吸、排油腔相通。变量机构用来改变斜盘的倾角，通过调节斜盘的倾角可改变泵的排量。 层析柱通常是玻璃的。总的说来，长柱层析柱通常是玻璃的。总的说来，长柱分辨好。但大量物质的处理则用粗的柱分辨好。但大量物质的处理则用粗的柱比较适宜。层析柱的基本装置如图。比较适宜。层析柱的基本装置如图。紫外检测仪是生物大分子液相色谱中常用的紫外检测仪是生物大分子液相色谱中常用的检测仪器，可用于连续测量液体流的紫外吸检测
15、仪器，可用于连续测量液体流的紫外吸收，用与其相连接的记录仪记录下吸光值的收，用与其相连接的记录仪记录下吸光值的变化情况，广泛应用于生物大分子的分离纯变化情况，广泛应用于生物大分子的分离纯化。化。生物工业当中常用的离子交换剂：生物工业当中常用的离子交换剂：离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂分子可分成三部分：离子交换树脂分子可分成三部分： 网络骨架网络骨架 功能基功能基 电荷离子电荷离子树树 脂脂 的的 网网 络络 骨骨 架架Q1=VMq*106VMQ2=V(c1-c2)*106=VF(c1-c2)*106VFG=VM*103/xVM=V(c1-c2)/q=VF(c1-c2)/qGx=V/VF =V/VM a =VH/VM VFa2.3.a=VF/VMVF1/VF2=VM1/VM2VM2=VM1VF2/VF1
