《吸附法上》PPT课件.ppt

1、第十五章 吸附法 (Absorption),原料液,细胞分离(离心，过滤),细胞胞内产物,路线一,路线二,细胞破碎,碎片分离,路线一A,路线一B,清液胞外产物,粗分离(沉淀/膜过滤/萃取),精制(吸附/离子交换/层析）,脱盐(凝胶过滤、超滤),浓缩(超滤),精制(结晶、干燥),包含体,溶解(加盐酸胍、脲),复性,生物分离过程的一般流程,知识要点,掌握和熟悉： 1、吸附的类型及吸附力的本质； 2、影响吸附的因素； 3、大网格吸附剂吸附条件的选择； 了解： 1、大网格吸附剂吸附应用； 难点：吸附力的本质。,吸附法,吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从

2、混合物中的分离的的过程。 典型的吸附过程包括四个步骤：,待分离的料液 通入吸附剂,吸附质被吸附 在吸附剂表面,料液流出,吸附质解吸 吸附剂再生,吸附法概述,吸附法在各种层析技术中应用最早： 如一战期间发展起来的活性炭吸附剂（防毒面具）， 后来使用的凝胶型离子交换树脂、分子筛和纤维素等， 近些年发展的大网格吸附剂。,吸附法概述,吸附法发展,常用的吸附剂,传统吸附剂：高岭土、氧化铝、凝胶型离子交换树脂、活性炭、硅藻土分子筛、纤维素等。 新吸附剂：有机大孔吸附剂（大网格聚合物吸附剂）,吸附法概述,吸 附 法 特 点,（1） 不用或少用有机溶剂 （2） 操作简便、安全、设备简单 （3） 生产过程pH变

3、化小 （4） 从稀溶液分离溶质 （5）吸附剂对溶质的作用小 （6） 选择性较差,吸附法概述,吸附法的应用,气体过滤 水处理 脱色、除臭 目标产物的分离（蛋白质，核酸，抗生素，氨基酸等）,吸附法概述,15.1 吸附过程的理论基础,界面上分子和内部分子所受的力,固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体表面分子所受力是不对称的。向内的一面受内部分子的作用力较大，而表面向外一面所受的作用力较小。 因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。,一 基本概念,吸附作用： 物质(被吸附的产物)从液体相浓缩到固体(吸附剂)表面从而达到分离的过程。 吸附剂：在表面

4、上能发生吸附作用的固体. 吸附物：被吸附的物质。,二 吸附的类型,（1） 物理吸附: 吸附剂和吸附物通过分子间引 力产生的吸附作用； （2） 化学吸附:吸附剂和吸附物之间的电子转移 而发生的化学反应产生的吸附作用； （3） 交换吸附: 吸附剂吸附后同时放出等当量 的离子到溶液中。,物理吸附与化学吸附的特点,物理吸附力的本质,A 定向力 极性分子的永久偶极静电力；,吸附质和吸附剂之间的作用力范德华力,定向力是极性分子之间产生的作用力，由于极 性分子的永久偶极距产生的分子之间的静电引力。 与热力学温度成反比。 偶极距：分子的电荷重心与正负电荷中心距离的乘积,极性分子和非极性分子之间产生的吸引力，由

5、于极 性分子产生的电场会诱导非极性分子极化，而产生诱 导偶极距，两者间相互吸引而发生吸附作用力。 与温度无关。,B 诱导力 极性分子与非极性分子之间的吸引力；,C 色散力 非极性分子之间的引力（瞬间偶极）；,非极性分子由于外围电子运动，正负电荷中心出现瞬 时相对位移，产生快速变化的瞬间偶极矩，这种偶极 矩还能使外围非极性分子极化，被极化分子又反过来 影响瞬间偶极矩，相互之间作用而产生的吸附作用力。 与温度无关。,在分子间相互作用的总能量中，各种力所占的相对比例是不同的。主要取决于分子的两个性质，即它的极性和极化度。极性越大，定向力作用越大；极化度越大，色散力的作用越大。诱导力是次级效应， 范德

6、华力中的色散力是普遍的一种力 。,一种特殊的分子间作用力，介于库仑引力与范德华引力 之间的特殊定向力，比诱导力、色散力都有大。,氢键力,氢 键,两种原子电负性越大， 半径越小，H键就越能 形成，作用也就越大， 越有利于吸附。,不同元素原子所形成的氢键力大小次序如下： F-HF O-HN N-HO N-HN N CN,三 影响吸附因素,吸附剂性质： 吸附容量（a 比表面积，b 空隙度） 吸附速度（a 粒度，b 孔径分布） 机械强度（使用寿命）,吸附物性质: 表面张力降低的物质易吸附 溶质在易溶解的溶剂中吸附量小 极性吸附剂易吸附极性物质 同系物极性越小，越易被非极性吸附剂吸附 溶液pH 的影响

7、（解离度） 温度的影响 （吸附热，溶解度） 其它组分的影响（促进/干扰/互不影响）,影响吸附因素,四 常用吸附剂种类,吸附剂通常应具备以下特征： 表面积大、颗粒均匀； 对被分离的物质具有较强的吸附能力； 有较高的吸附选择性； 机械强度高； 再生容易、性能稳定； 价格低廉。 常用的吸附剂有极性的和非极性的两种。 羟基磷灰石、硅胶、氧化铝等属前者，活性炭属后者。 人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两种都有，但 大多属非极性的。,15.2 大网格聚合物吸附,树 脂 的 网 络 骨 架,一 大网格树脂吸附法,基本概念 ： 大网格树脂吸附法将多孔的大网格吸附树脂作为吸附剂 ，利用表面分子与物质分子间范德

8、华引力，把液相中物质吸附到吸附树脂表面。 大网格树脂吸附法与离子交换法的比较： 相同： 操作方法：静态法、动态法； 骨架结构：树脂均有溶胀孔隙和永久孔 隙的大网格骨架结构。,介质不同： 离交法离交树脂，骨架上接有离子交换基团，利用表面层 和孔隙中离子基团起作用； 吸附法吸附树脂，无离交基团，利用外表面和孔隙内表面 分子起作用。 机理不同： 离交法离子间静电引力吸附，要求树脂和物质的电离度 吸附法分子间范德华引力吸附，要求物质的电离度,二 大网格吸附树脂特点,大网格吸附树脂适合于提取各种有机化合物。在抗菌素工业中，用于头孢菌素、维生素B12、林可霉素的提取。,优点 （1） 选择性好 （2） 解吸

9、容易 （3） 机械强度好 （4） 流体阻力小 （5） 反复使用 （6） 可适用于各种产品,三 大网格吸附剂类型与结构,按骨架极性分类： 非极性（苯乙烯-二乙烯苯） 中等极性（甲基丙烯酸酯） 极性 (硫氧基、酰胺、N-O基、磺酸基) 大网格吸附剂结构： 孔隙度：吸附剂中空隙所占百分比 孔容：每g吸附剂所含的空隙体积 骨架密度(真密度)：吸附剂每ml骨架（不包括空隙)的重量。 湿真密度：空隙充满水时的密度,四 大网格吸附剂吸附条件选择,1 吸附剂的选择（相似互溶） ： 非极性吸附剂从极性溶剂中吸附非极性物质 高极性吸附剂从非极性溶剂中吸附极性物质 中等极性吸附剂对两种情况均有吸附能力 孔径与比表面

10、（孔径6倍于分子直径） 吸附法提取的生化物质大多是弱极性或非极性，一般选非极性或中等极性。,非极性吸附剂,中等极性吸附剂,中等极性吸附剂,2无机盐的影响 无机盐存在，对吸附不仅无干扰，还有促进作用（盐析）。 3吸附pH 弱酸物质：pHpK （呈分子状态） 中性物质：pH无影响（不会电离）。,大网格吸附剂吸附条件选择,五 大网格吸附树脂的应用,抗生素分离纯化：-内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环类及其他新抗生素 维生素的提取纯化： VB12，VB2，VC 天然产物的分离：生物碱，黄酮，多糖，苷类 、红景天甙等 生化药物：酶, 氨基酸, 蛋白质, 肽,甾体,1 生化制药方面的应用,2 工业废水的处理和利用,大孔吸附树脂对工业废水，废液的处理也有着广泛的应用。 如废水中含苯、硝基苯、氯苯、氟苯、苯酚、硝基