第六章吸附与离子交换2

1、离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能外观：球形、浅色为宜，粒度大小为1660目90%；机械强度：90%；含水量：0.30.7g/g 树脂；交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）；稳定性：化学稳定性、热稳定性；膨胀度：交联度、活性基团的性质与数量、活性离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构；湿真密度：单位体积湿树脂的重量；孔度、孔径、比表面积第三节 吸附平衡和离子交换平衡 3.1 吸附平衡 概念：当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线 当吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量q*同溶液中溶质的平衡应与温度有关。当温度一定时，吸

2、附量只和浓度有关，q* = f(c) - 吸附等温线。生物分离中至少有四种等温吸附线:亨利型吸附平衡:q*=mc 一般在低浓度范围内成立。Freundlich型吸附平衡: q*=kc1/n ,n=1-10 用于描述抗生素、类固醇及激素的吸附。 Langmuir型吸附平衡方程： 常用于关联蛋白质的分离提纯。矩形 q*=kc1/n，n10时，q*=常数，吸附等温线为矩形。 如在固定化单克隆抗体的免疫亲和吸附中，一般存在 n 10cKcqq0* 3.2 离子交换平衡 除上述四种生物吸附中常见的吸附等温线外，如果使用离子交换树脂为吸附剂，这时呈现出来的吸附等温线就是离子交换等温线。 离子交换平衡 A强

3、电解质XH的分配系数m B弱电解质XH的分配系数m 影响因素： 离子强度; KAX的影响，当KAX时，同强电解质m pH的影响C 蛋白质的分配系数m 离I为离子强度，Z为吸附一个蛋白质分子所交换的反离子数。影响因素： |pH-pI| Z I 反离子m14.1 常用的吸附单元操作方式:间歇吸附 依据是吸附等温线吸附等温线和物料衡算物料衡算方程连续搅拌吸附固定床吸附 柱式塔柱式塔 穿透点穿透点第四节 吸附和离子交换操作过程及其应用 固定床固定床:一根简单的、充满吸附剂颗粒的竖直圆管，含目标产物的液体从管子的一端进入，流经吸附剂后，从管子的另一端流出。穿透曲线穿透曲线:吸附过程中吸附塔出口溶质浓度的

4、变化曲线穿透点穿透点:出口处溶质浓度开始上升的点穿透时间穿透时间:达到穿透点所用的操作时间 由于穿透点难于准确测定，故一般习惯上将出口浓度达到入口浓度的510的时间称为穿透时间。 固定床吸附当吸附操作达到穿透点时，应停止吸附操作，转入吸附质洗脱和吸附剂再生操作。利用固定床吸附操作过程中溶质的穿透曲线可测定溶质的吸附平衡关系，这种方法称为动态法.利用不同浓度的溶液反复进行吸附操作，即可获得吸附平衡关系 :q*=f(c)。4.2 离子交换机理A+自溶液中扩散到树脂表面A+从树脂表面进入树脂内部的活性中心A+与离子交换树脂在活性中心上发生复分解反应解吸附离子B+自树脂内部扩散至树脂表面B+离子从树脂

5、表面扩散到溶液中交换速度的控制步骤是扩散速度，不同的分离体系可能由内部扩散或外部扩散控制影响离子交换速度的因素颗粒大小：愈小越快交联度：交联度小，交换速度快温度：越高越快离子化合价：化合价与高，交换越快离子大小：越小越快搅拌速度：在一定程度上，越大越快溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时， 浓度越大，交换速度越快影响离子交换选择性的因素水合离子半径水合离子半径：半径越小，亲和力越大；离子化合价离子化合价：高价离子易于被吸附；溶液溶液pHpH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；离子强度离子强度：越低越好；有机溶剂有机溶剂：不利于吸附；交联度、膨胀度、分子筛交联度、膨胀度、分子筛：

6、交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少； 树脂与粒子间的辅助力树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力；4.3 离子交换操作方法n树脂预处理n离子交换吸附n洗脱树脂预处理物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；化学处理：转型（氢型或钠型） 阳离子树脂 酸碱酸 阴离子树脂 碱酸碱 最后以去离子水或缓冲液平衡4.4 离子交换操作方式静态：操作简单、但是分批操作，交换不 完全动态：离子交换柱，操作连续、交换完 全，适宜多组份分离 柱式固定床洗脱方式离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新转入溶液的方法洗脱方法（1）改变溶液pH值（2）改变溶液

7、离子强度树脂再生是指是离子交换树脂重新具有交换能力的过程酸性阳离子树脂 酸-碱-酸-缓冲溶液淋洗碱性阴离子树脂 碱-酸-碱-缓冲溶液淋洗方式有：顺流再生和逆流再生4.5 离子交换应用实例离子交换法提取蛋白质较无机离子的离子交换平衡复杂，其吸附行为与离子间的静电引力、氢键、疏水作用以及范德华力有关蛋白质是生物大分子物质，因此，其扩散行为也较无机离子复杂cKcqq0*一些影响离子交换的带电荷区域不同的蛋白质带有不同的电荷,并具有不同的表面电荷模式选择性分离的基础选择性分离的基础NH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-较低较低 pH正电荷正电荷较高较高 pH负电荷负电荷获得氢获得氢失掉氢

8、失掉氢PH值对电荷的影响-+Overall charge on proteinNH3RCOOH+NH3RCOO+-RNH2COO-acid isoelectric point alkalineexcess positive charge balanced positive and negative charge excess negative chargepH310滴定曲线滴定曲线蛋白质离子交换分离的基本步骤n平衡n上样吸附n洗脱n再生+-anion exchange bead平衡上样吸附-+-洗脱-+-再生-+Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+NoImage-常用于蛋白质提取分离的离子交换剂要求：良好的亲水性、具有较大的均匀网格结构、粒