吸附离子交换技术

1、姓名：许晓茗 学号：1511315042 吸附离子交换技术吸附离子交换技术 2 2、蛋白质的离子交换吸附 3、离子交换在药物生产的应用 4.离子交换在有机合成的应用 目 录 1、离子交换技术在植物脱色中的应用 3 离子交换色谱(Ion exchange chromatography, IEC)是应用 最广泛的色谱技术,自从上世 纪五十年代开始应用于生物物 质的分离离子交换色谱以离子 交换剂作为固定相,以合适的 缓冲溶液作为流动相,流动相 中的带电溶质与离子交换剂之 间静电作用力存在差异,从而 使得目标溶质得以分离。 IEC的简介 IEC的简介IEC的简介 离子交换剂缓冲溶液 固定相 流动相 静

2、电作用差 分离 4 离子交换作用的原理是,离子 交换剂骨架上的功能基团在水 溶液中会发生解离,解离后的 功能基团能够与溶液中其他带 有同种电荷的离子发生交换。 这个离子交换的过程是等当量 的,离子交换剂以及溶液都始 终保持电中性,交换过程是可 逆的,经过一段时间最终达到 平衡。由于不同离子与功能基 团的作用力大小不同,溶液中 的不同的带电溶质通过这种可 逆的离子交换作用达到对其的 分离提纯以及浓缩。 5 1、离子交换技术在植物脱色中的应用 1.11.1离子交换树脂概述离子交换树脂概述 初期应用是以沸石类天 然矿物净化水质开始的 沸石、磺化煤、酚醛 树脂发展阶段 1945 年出现了凝胶型苯乙 烯

3、合成树脂，标志着近代 离子交换技术的发展进入 了全新时期。 今天，各种凝胶型苯乙烯树脂、聚丙乙 烯树脂、大孔树脂以及各种专用树脂， 构成了整个庞大的离子交换剂家族。 离子交换树脂是一种具有活性交换基团 的不溶性高分子共聚物，其交换基团使 用失效后，经过再生可以恢复交换能力， 然后重复使用 树脂的母体构架，或称骨架（framework, matrix）由高分子碳链 构成，是一种三维多孔海绵状的不规则网状结构，它一般不溶于一 般酸、碱溶液及有机溶剂。 6 在工业应用中，树脂脱色的优点主要 是处理能力大，脱色范围广，脱色容 量高，能除去各种不同的离子，可以 反复再生使用，工作寿命长，运行费 用较低。

4、以离子交换树脂为基础的多 种新技术，如色谱分离法、离子排斥 法、电渗析法等，各具独特的功能， 可以进行各种特殊的工作，是其他方 法难以做到的。树脂精制的应用，是 近年来国内外制糖工业的研究的重点 课题，是实现糖业现代化的重要标志。 1.2 离子交换树脂在多糖脱色中的应用离子交换树脂在多糖脱色中的应用 7 甜菜糖厂普遍采用碳酸石灰法除杂，国外一些甜菜糖厂将二碳清汁 顺序通过阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，将糖汁中的非糖分除 去。 这种处理能除去多数盐类和有机杂物，提纯效果很好。这种方法的 缺点是糖汁在第一树脂柱变为酸性，加大了糖的损失。1964 年前苏 联糖厂开始使用磺酸基钠型阳离子树脂，结合强

5、碱性阴离子树脂， 发现脱色效果良好，且脱色工艺受甜菜质量影响很小。 1.2 离子交换树脂在多糖脱色中的应用离子交换树脂在多糖脱色中的应用 前面采用强酸性阳离子 树脂（氢型），后面采用弱碱 性阴离子树脂。经过第一树 脂柱，树脂的氢离子置换了 溶液中的阳离子（K+、Na+、 Ca2+、Mg2+等），置换出 的氢离子使溶液的pH 大幅下降。 在第二树脂柱内，弱碱性 阴离子树脂除去阴离子 和各种负电性物质（带负 电的色素 ），交换出的离 子使溶液的 pH 值恢复 至中性或微碱性。 8 林乐新对白糖精制工 艺研究发现，糖液脱色适 宜用两级树脂柱串联组合。 第一级采用丙烯胺系弱碱 性阴离子树脂，其脱色范

6、围广、吸附容量大、耐污 染，起主要的脱色作用； 第二级采用苯乙烯系强碱 性阴离子树脂，其吸附能 力强，可以彻底地去除有 色物。 1.2 离子交换树脂在多糖脱色中的应用离子交换树脂在多糖脱色中的应用 9 王元凤研究了树脂用 于茶多糖的脱色，茶多糖 溶液中的色素以天然色素 和生产中产生的色素为主， 色值比菊粉提取液更大。 试验发现大孔吸附树脂适 宜从极性溶液中吸附非极 性物质，最后选定 D315 弱碱性阴离子树脂，其脱 色效果最好，并推测茶多 糖溶液中主要以带负电的 非极性小分子量物质为主。 1.2 离子交换树脂在多糖脱色中的应用离子交换树脂在多糖脱色中的应用 10 曹云研究了 8 种大孔吸附 树

7、脂和 4 种离子交换树脂对 灵芝多糖溶液的脱色影响，发 现含特殊功能基的阴离子树脂 D392 对灵芝多糖的脱色效果 最好，该功能基能与反离子结 合相对牢固，增加了反离子与 色素的离子交换，同时树脂功 能基改善了骨架的亲水性，增 加了树脂骨架与色素分子的接 触面积，从而增强了脱色效果。 另外研究表明，灵芝多糖色素 以阴离子型分子为主，其次还 有少量的弱极性和非极性分子。 1.2 离子交换树脂在多糖脱色中的应用离子交换树脂在多糖脱色中的应用 11 蛋白质的离子交换吸附行为受到很多因素的影响,根据其吸附作用机理, 主要的影响因素有被吸附蛋白质的种类，吸附剂表面化学性质,吸附剂的 结构特性,pH,盐浓

8、度和温度在确定了被吸附蛋白体系以及离子交换介质 的前提下,在进行等温条件下的吸附行为研究时,蛋白质种类、吸附剂、 温度一定,该体系的吸附行为主要的影响因素如下: 2、蛋白质的离子交换吸附、蛋白质的离子交换吸附 2.1 离子交换吸附离子交换吸附 的影响因素的影响因素 pH 值的影响值的影响 离子强度的影响离子强度的影响 12 蛋白质在与离子交换介质进行离子交换吸附 时,蛋白质所带的电荷是由 pH值控制的。流 动相的 pH 值与蛋白质等电点 pI 的关系决 定了蛋白质与阳离子交换介质还是阴离子交 换介质作用。当 pH 值高于待分离蛋白的 pI 值时,蛋白质将带净的负电荷,与阴离子 交换介质作用;当

9、 pH 值低于待分离蛋白的 pI 值时,蛋白质将带净的正电荷,与阳离子 交换介质作用。蛋白质与交换介质的作用强 度也与pH 值相关,同种离子交换作用体系, 当 pH 与 pI 相距越远则蛋白质带电荷越多, 离子交换作用越强。因此,对于特定蛋白的 离子交换体系的吸附,要根据需要选择比较 合适操作的 pH 值。 2.1.1 pH 值的影响 13 离子强度对蛋白质离子交换吸附行为的影响主要体 现在:通常,相同的离子交换体系,在保持其他条件 不变的情况下,蛋白质的离子交换吸附随着离子强 度的增大而减弱。溶液的离子强度主要取决于其 盐的种类以及盐浓度的大小。盐的类型对蛋白质 保留行为的影响主要包括强的顶

10、替作用、弱的顶 替作用以及中间顶替作用,通过影响蛋白质的离子 交换而影响蛋白质在离子交换色谱中的保留行为、 分离度以及回收率。故在具体蛋白质的离子交换 色谱的应用中,强顶替作用的盐将降低蛋白质的保 留时间,弱顶替作用的盐将影响蛋白质的回收率, 故一般选择中间顶替作用的盐。 2.1.2 2.1.2 离子强度的影响离子强度的影响 14 3.1 3.1 肝素的提取肝素的提取 肝素属于黏多糖，在体内与 蛋白质结合成复合体，这种 复合体无抗凝血活性；当除 去蛋白质后，其药用功能显 示出来。肝素提取一般包括 肝素一蛋白质复合物的提取、 肝素一蛋白质复合物的分解 和肝素的分级分离3步，其中 分级分离采用离子

11、交换法。 肝素钠生产工艺流程如下： 3、离子交换在药物生产的应用 15 酶解、过滤后得到的产物，含有其他黏多糖，也含有未除尽的蛋白质和核酸类物质 ，要用阴离子交换剂或长链季铵盐进行分级分离。其操作过程是将滤液冷却至50 以下，用6molL氢氧化钠溶液调至pH7，加入5kg D-254强碱性阴离子交换树脂， 搅拌5h，交换完毕，弃去液体；用自来水漂洗树脂至水清；用约与树脂体积等量的 2molL氯化钠溶液搅拌洗涤15min，弃去洗涤液；再加2倍量的1.2molL 氯化钠溶液同法洗涤两次；用半倍量的5molL氯化钠溶液洗脱1h， 收集洗脱液；然后用树脂体积13量的3molL氯化钠溶液同时洗脱 两次，

12、合并洗脱液，得肝素钠的盐溶液，再经醇沉、干燥，即得粗成品。 D-254树脂是一种聚苯乙烯二乙烯苯、三甲 胺季铵型强碱性阴离子交换树脂。按此工艺 生产的肝素钠产品，最高效价可达140Umg 以上，收率平均约2104Ukg肠黏膜。树 脂经洗脱后浸泡于4molL氯化钠溶液中， 下次使用前用水洗涤数遍，即可使用。 16 链霉素为一强碱性生物活性药物，在 pH45时稳定。链霉素在中性溶液中为 三价正离子，故宜在中性和酸性条件下 用阳离子交换树脂提取。强酸性树脂吸 附比较容易，但洗脱比较困难，故宜用 弱酸性树脂。在中性条件下，氢型弱酸 性树脂交换作用差，故应预先将树脂处 理成钠型。料液的浓度宜适当稀释，使

13、 树脂利于吸附链霉素这种高价离子，而 不易吸附低价杂质离子。洗脱时，因弱 酸性树脂对氢离子的亲和力很大，故用 酸即可将链霉素完全洗脱，酸洗脱的浓 度控制在1molL，洗脱液浓度较高，交 换层较窄，洗脱高峰集中。 3.2 3.2 抗生素的提取及转型抗生素的提取及转型 17 新霉素是六价碱性物质，可以用强酸或 弱酸性树脂提取。用弱酸性树脂提取时， 其流程与链霉素相似，所不同的是可以 用氨水将新霉素从磺酸基树脂上洗脱下 来，故常用磺酸基树脂来提取。因在碱 性条件下，新霉素由正离子变为游离碱， 使溶液中新霉素正离子浓度降低，即解 吸离子的浓度降低，故有利于洗脱。选 用的树脂交联度要合适，交联度过大， 会使换容量降低；过小会使选择性不好。 氨水洗脱液可用羟型强碱树脂脱色，经 过蒸发去除氨水，不留下灰分，可省去 脱盐工序。 3.2 3.2 抗生素的提取及转型抗生素的提取及转型 18