吸附分离法课件

吸附分离法吸附分离法12吸附法(adsorptionmethod)：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。2吸附法(adsorptionmethod)：指利用吸3例：从人尿中提取尿激酶3例：从人尿中提取尿激酶4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，较少引起生物活性物质的变性失活。缺点：(1)吸附选择性差，收率不高，难连续操作。(2)天然吸附剂（无机吸附剂）性能不稳定。4优点：5第一节吸附法基本原理一、吸附法基本概念：

吸附作用(adsorption)：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；吸附剂（adsorbent）：在表面上能发生吸附作用的固体微粒称为吸附剂；吸附物（adsorbate）：被吸附的物质称为吸附物。5第一节吸附法基本原理一、吸附法基本概念：6正吸附：吸附提取液中的有效成分称为正吸附，如从发酵液中提取抗生素，从人尿中提取尿激酶；负附剂：吸附用于去除提取液中的杂质称为负吸附，如活性炭脱色；

物理吸附：吸附剂与吸附物之间作用力是通过分子间引力产生的吸附称为物理吸附；

化学吸附：吸附剂与吸附物之间有电子转移，发生化学反应而产生化学键，这种吸附称为化学吸附。

6正吸附：吸附提取液中的有效成分称为正吸附，如从发酵液7二、吸附类型及特点项目物理吸附化学吸附作用力吸附热选择性吸附速度吸附分子层范德华力较小,接近液化热几乎没有较快,需要的活化能很小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7二、吸附类型及特点项目物理吸附化学吸附作用力范德华力化学键8三、影响吸附的因素（一）吸附剂特性

吸附容量：比表面积、种类、活化方法吸附速度：颗粒度、孔径机械强度8三、影响吸附的因素（一）吸附剂特性9（二）吸附物

1.能使表面张力降低的物质，易吸附；

2.溶质溶解度大，吸附较小；

3.极性吸附剂易吸附极性物质；

4.同系物吸附量变化有规律；

5.氢键9（二）吸附物10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。10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11同系物吸附量变化有规律对于同系列物质的吸附，分子愈大，极性愈差，因而越容易为非极性吸附剂所吸附，越难为极性吸附剂所吸附。11同系物吸附量变化有规律对于同系列物质12氢键吸附物若能与溶剂形成氢键，则吸附物易溶于溶剂中，吸附物就不易被吸附剂所吸附。如果吸附物能与吸附剂形成氢键，则可提高吸附量。12氢键吸附物若能与溶剂形成氢键，则吸附13（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：PI3、温度4、盐的浓度：可能阻止、可能促进13（三）环境的影响14（四）吸附物浓度和吸附剂用量1、吸附物浓度：一般吸附物浓度大时，吸附量也大。但是由于杂质的存在，吸附物浓度增加后吸附杂质的量也增加了吸附选择性降低，因此一般将料液进行稀释以提高吸附选择性。如对蛋白质或酶进行分离时要求浓度在1%以下。2、吸附剂用量：综合考虑各种因素，通过实验来确定。14（四）吸附物浓度和吸附剂用量第二节常用吸附剂15第二节常用吸附剂1516无机吸附剂：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土等有机吸附剂：活性炭、纤维素、大孔吸附树脂等一、活性炭(activatedcarbon)

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16无机吸附剂：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土等17辅酶A制备

活性炭除可以用于除杂外，也可以用于生化药物的分离，如：17辅酶A制备活性炭除可以用于除杂外，也可以用于生化药物18活性炭提取放线酮18活性炭提取放线酮19二、人造沸石(zeolite)19二、人造沸石(zeolite)2023/1/322:29人造沸石：是人工合成的一种无机阳离子交换剂。分子式：Na2Al2O4·xSiO2·yH2O，在溶液中呈：Na2Al2O4=2Na++Al2O42-，以Na2Z代表沸石，以M+表示溶液中的阳离子，则2022/12/280:05人造沸石：是人工合成的一种无机2021

例如以人造沸石提取细胞色素C21例如以人造沸石提取细胞色素C22三、磷酸钙凝胶按制备方法不同，主要有：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，用于蛋白质的分离、精制。例如：胰岛素的纯化22三、磷酸钙凝胶按制备方法不同，主要有：23胰岛素纯化

利用生成的磷酸钙凝胶吸附胰岛素23胰岛素纯化利用生成的磷酸钙凝胶吸附胰岛素2023/1/322:29四、白陶土(Kaolin)2022/12/280:05四、白陶土(Kaolin)2425可分为天然白陶土和酸性白陶土两类，常作某些活性成分的吸附剂，也可作为助滤剂与去除热原的吸附剂25可分为天然白陶土和酸性白陶土两类，常作某些2023/1/322:29五、氢氧化铝凝胶2022/12/280:05五、氢氧化铝凝胶2627将氨水或碱液加入铝盐形成的无定形凝胶；常用于蛋白质和酶的制备中。吸附能力和陈化程度有关。27将氨水或碱液加入铝盐形成的无定形凝胶；2023/1/322:29六、氧化铝(Aluminumoxide)2022/12/280:05六、氧化铝(Aluminum2829适用于亲脂成分的分离1、碱性氧化铝：2、中性氧化铝：3、酸性氧化铝：29适用于亲脂成分的分离30氧化铝吸附层析纯化维生素B12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，在冰冻条件下结晶3天，结晶析出。30氧化铝吸附层析纯化维生素B12影响因素：2023/1/322:29七、硅胶(Silicagel)2022/12/280:05七、硅胶(Silicagel3132SiO2·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32SiO2·nH2O33CoQ10制备

33CoQ10制备34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。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34洗脱剂的选择极性溶质：极性大的溶剂洗脱能力就大；35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。35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。36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。36活性炭为吸附剂洗脱剂从极性高的开始逐渐降低极性。37第三节大孔网状聚合物吸附剂

大网格吸附剂(macroreticularadsorbent)（大孔网状树脂，macroreticularresin）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37第三节大孔网状聚合物吸附剂大网格吸附剂(mac38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。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。38特点1、选择性好、解吸容易、理化性质稳定、机械强度好、可39一、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。39一、大孔网状聚合物吸附剂的类型和结构可分为非极性40

Amberlite大网格吸附剂的物理性质

40Amberlite大网格吸附剂的物理性质41Diaion大网格吸附剂的物理性质

41Diaion大网格吸附剂的物理性质42比表面积：单位质量的树脂的表面积。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：指空隙充满水时的密度，在实际使用时湿真密度不能小于1，否则树脂上浮。偶极矩：表征极性的强弱，越大，极性越强。42比表面积：单位质量的树脂的表面积。434344二、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。44二、大孔网状聚合物吸附剂吸附机理“类似物容易吸附类似物45三、大孔网状吸附剂的应用特点

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会影响弱电解质的解离程度，因此也影响其吸附量。

45三、大孔网状吸附剂的应用特点吸附：46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吸附在高浓度盐类溶液中，用水洗能解吸下来。46解吸:47四、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47四、大孔网状吸附剂的实验操作（一）大孔吸附树脂的选择48（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

2、流速48（二）吸附条件选择49五、大孔网状聚合物吸附剂应用

应用广泛，如四环素、土霉素、竹桃霉素、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49五、大孔网状聚合物吸附剂应用应用广泛，如四环素、土50红霉素的分离纯化50红霉素的分离纯化51SIP-1300大孔吸附剂分离纯化超氧化物歧化酶

51SIP-1300大孔吸附剂分离纯化超氧化物歧化酶52头孢菌素C52头孢菌素C吸附剂的活化：通过处理使其表面具有一定的吸附特性或增加表面积。吸附剂的特性由于制备方法和活化方法不同，可有很大差别。如活性炭在500℃活化后易吸附酸而不吸附碱，在800℃活化者却易吸附碱而不吸附酸。2023/1/322:29吸附剂的活化：通过处理使其表面具有一定的吸附特性或增加53吸附分离法吸附分离法5455吸附法(adsorptionmethod)：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。2吸附法(adsorptionmethod)：指利用吸56例：从人尿中提取尿激酶3例：从人尿中提取尿激酶57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，较少引起生物活性物质的变性失活。缺点：(1)吸附选择性差，收率不高，难连续操作。(2)天然吸附剂（无机吸附剂）性能不稳定。4优点：58第一节吸附法基本原理一、吸附法基本概念：

吸附作用(adsorption)：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；吸附剂（adsorbent）：在表面上能发生吸附作用的固体微粒称为吸附剂；吸附物（adsorbate）：被吸附的物质称为吸附物。5第一节吸附法基本原理一、吸附法基本概念：59正吸附：吸附提取液中的有效成分称为正吸附，如从发酵液中提取抗生素，从人尿中提取尿激酶；负附剂：吸附用于去除提取液中的杂质称为负吸附，如活性炭脱色；

物理吸附：吸附剂与吸附物之间作用力是通过分子间引力产生的吸附称为物理吸附；

化学吸附：吸附剂与吸附物之间有电子转移，发生化学反应而产生化学键，这种吸附称为化学吸附。

6正吸附：吸附提取液中的有效成分称为正吸附，如从发酵液60二、吸附类型及特点项目物理吸附化学吸附作用力吸附热选择性吸附速度吸附分子层范德华力较小,接近液化热几乎没有较快,需要的活化能很小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7二、吸附类型及特点项目物理吸附化学吸附作用力范德华力化学键61三、影响吸附的因素（一）吸附剂特性

吸附容量：比表面积、种类、活化方法吸附速度：颗粒度、孔径机械强度8三、影响吸附的因素（一）吸附剂特性62（二）吸附物

1.能使表面张力降低的物质，易吸附；

2.溶质溶解度大，吸附较小；

3.极性吸附剂易吸附极性物质；

4.同系物吸附量变化有规律；

5.氢键9（二）吸附物63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。10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64同系物吸附量变化有规律对于同系列物质的吸附，分子愈大，极性愈差，因而越容易为非极性吸附剂所吸附，越难为极性吸附剂所吸附。11同系物吸附量变化有规律对于同系列物质65氢键吸附物若能与溶剂形成氢键，则吸附物易溶于溶剂中，吸附物就不易被吸附剂所吸附。如果吸附物能与吸附剂形成氢键，则可提高吸附量。12氢键吸附物若能与溶剂形成氢键，则吸附66（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：PI3、温度4、盐的浓度：可能阻止、可能促进13（三）环境的影响67（四）吸附物浓度和吸附剂用量1、吸附物浓度：一般吸附物浓度大时，吸附量也大。但是由于杂质的存在，吸附物浓度增加后吸附杂质的量也增加了吸附选择性降低，因此一般将料液进行稀释以提高吸附选择性。如对蛋白质或酶进行分离时要求浓度在1%以下。2、吸附剂用量：综合考虑各种因素，通过实验来确定。14（四）吸附物浓度和吸附剂用量第二节常用吸附剂68第二节常用吸附剂1569无机吸附剂：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土等有机吸附剂：活性炭、纤维素、大孔吸附树脂等一、活性炭(activatedcarbon)

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16无机吸附剂：白陶土、氧化铝、硅胶、硅藻土等70辅酶A制备

活性炭除可以用于除杂外，也可以用于生化药物的分离，如：17辅酶A制备活性炭除可以用于除杂外，也可以用于生化药物71活性炭提取放线酮18活性炭提取放线酮72二、人造沸石(zeolite)19二、人造沸石(zeolite)2023/1/322:29人造沸石：是人工合成的一种无机阳离子交换剂。分子式：Na2Al2O4·xSiO2·yH2O，在溶液中呈：Na2Al2O4=2Na++Al2O42-，以Na2Z代表沸石，以M+表示溶液中的阳离子，则2022/12/280:05人造沸石：是人工合成的一种无机7374

例如以人造沸石提取细胞色素C21例如以人造沸石提取细胞色素C75三、磷酸钙凝胶按制备方法不同，主要有：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，用于蛋白质的分离、精制。例如：胰岛素的纯化22三、磷酸钙凝胶按制备方法不同，主要有：76胰岛素纯化

利用生成的磷酸钙凝胶吸附胰岛素23胰岛素纯化利用生成的磷酸钙凝胶吸附胰岛素2023/1/322:29四、白陶土(Kaolin)2022/12/280:05四、白陶土(Kaolin)7778可分为天然白陶土和酸性白陶土两类，常作某些活性成分的吸附剂，也可作为助滤剂与去除热原的吸附剂25可分为天然白陶土和酸性白陶土两类，常作某些2023/1/322:29五、氢氧化铝凝胶2022/12/280:05五、氢氧化铝凝胶7980将氨水或碱液加入铝盐形成的无定形凝胶；常用于蛋白质和酶的制备中。吸附能力和陈化程度有关。27将氨水或碱液加入铝盐形成的无定形凝胶；2023/1/322:29六、氧化铝(Aluminumoxide)2022/12/280:05六、氧化铝(Aluminum8182适用于亲脂成分的分离1、碱性氧化铝：2、中性氧化铝：3、酸性氧化铝：29适用于亲脂成分的分离83氧化铝吸附层析纯化维生素B12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，在冰冻条件下结晶3天，结晶析出。30氧化铝吸附层析纯化维生素B12影响因素：2023/1/322:29七、硅胶(Silicagel)2022/12/280:05七、硅胶(Silicagel8485SiO2·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32SiO2·nH2O86CoQ10制备

33CoQ10制备87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。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34洗脱剂的选择极性溶质：极性大的溶剂洗脱能力就大；88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。35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。89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。36活性炭为吸附剂洗脱剂从极性高的开始逐渐降低极性。90第三节大孔网状聚合物吸附剂

大网格吸附剂(macroreticularadsorbent)（大孔网状树脂，macroreticularresin）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37第三节大孔网状聚合物吸附剂大网格吸附剂(mac91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。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。38特点1、选择性好、解吸容易、理化性质稳定、机械强度好、可92一、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。39一、大孔网状聚合物吸附剂的类型和结构可分为非极性93

Amberlite大网格吸附剂的物理性质

40Amberlite大网格吸附剂的物理性质94Diaion大网格吸附剂的物理性质

41Diaion大网格吸附剂的物理性质95比表面积：单位质量的树脂的表面积。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：指空隙充满水时的密度，在实际使用时湿真密度不能小于1，否则树脂上浮。偶极矩：表征极性的强弱，越大，