1、第十五章 吸附法 (Absorption),原料液,細(xì)胞分離(離心，過濾),細(xì)胞胞內(nèi)產(chǎn)物,路線一,路線二,細(xì)胞破碎,碎片分離,路線一A,路線一B,清液胞外產(chǎn)物,粗分離(沉淀/膜過濾/萃取),精制(吸附/離子交換/層析）,脫鹽(凝膠過濾、超濾),濃縮(超濾),精制(結(jié)晶、干燥),包含體,溶解(加鹽酸胍、脲),復(fù)性,生物分離過程的一般流程,知識要點(diǎn),掌握和熟悉： 1、吸附的類型及吸附力的本質(zhì)； 2、影響吸附的因素； 3、大網(wǎng)格吸附劑吸附條件的選擇； 了解： 1、大網(wǎng)格吸附劑吸附應(yīng)用； 難點(diǎn)：吸附力的本質(zhì)。,吸附法,吸附是利用吸附劑對液體或氣體中某一組分具有選擇吸附的能力，使其富集在吸附劑表面，而從

2、混合物中的分離的的過程。 典型的吸附過程包括四個(gè)步驟：,待分離的料液 通入吸附劑,吸附質(zhì)被吸附 在吸附劑表面,料液流出,吸附質(zhì)解吸 吸附劑再生,吸附法概述,吸附法在各種層析技術(shù)中應(yīng)用最早： 如一戰(zhàn)期間發(fā)展起來的活性炭吸附劑（防毒面具）， 后來使用的凝膠型離子交換樹脂、分子篩和纖維素等， 近些年發(fā)展的大網(wǎng)格吸附劑。,吸附法概述,吸附法發(fā)展,常用的吸附劑,傳統(tǒng)吸附劑：高嶺土、氧化鋁、凝膠型離子交換樹脂、活性炭、硅藻土分子篩、纖維素等。 新吸附劑：有機(jī)大孔吸附劑（大網(wǎng)格聚合物吸附劑）,吸附法概述,吸 附 法 特 點(diǎn),（1） 不用或少用有機(jī)溶劑 （2） 操作簡便、安全、設(shè)備簡單 （3） 生產(chǎn)過程pH變

3、化小 （4） 從稀溶液分離溶質(zhì) （5）吸附劑對溶質(zhì)的作用小 （6） 選擇性較差,吸附法概述,吸附法的應(yīng)用,氣體過濾 水處理 脫色、除臭 目標(biāo)產(chǎn)物的分離（蛋白質(zhì)，核酸，抗生素，氨基酸等）,吸附法概述,15.1 吸附過程的理論基礎(chǔ),界面上分子和內(nèi)部分子所受的力,固體內(nèi)部分子所受分子間的作用力是對稱的，而固體表面分子所受力是不對稱的。向內(nèi)的一面受內(nèi)部分子的作用力較大，而表面向外一面所受的作用力較小。 因而當(dāng)氣體分子或溶液中溶質(zhì)分子在運(yùn)動(dòng)過程中碰到固體表面時(shí)就會(huì)被吸引而停留在固體表面上。,一 基本概念,吸附作用： 物質(zhì)(被吸附的產(chǎn)物)從液體相濃縮到固體(吸附劑)表面從而達(dá)到分離的過程。 吸附劑：在表面

4、上能發(fā)生吸附作用的固體. 吸附物：被吸附的物質(zhì)。,二 吸附的類型,（1） 物理吸附: 吸附劑和吸附物通過分子間引 力產(chǎn)生的吸附作用； （2） 化學(xué)吸附:吸附劑和吸附物之間的電子轉(zhuǎn)移 而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的吸附作用； （3） 交換吸附: 吸附劑吸附后同時(shí)放出等當(dāng)量 的離子到溶液中。,物理吸附與化學(xué)吸附的特點(diǎn),物理吸附力的本質(zhì),A 定向力 極性分子的永久偶極靜電力；,吸附質(zhì)和吸附劑之間的作用力范德華力,定向力是極性分子之間產(chǎn)生的作用力，由于極 性分子的永久偶極距產(chǎn)生的分子之間的靜電引力。 與熱力學(xué)溫度成反比。 偶極距：分子的電荷重心與正負(fù)電荷中心距離的乘積,極性分子和非極性分子之間產(chǎn)生的吸引力，由

5、于極 性分子產(chǎn)生的電場會(huì)誘導(dǎo)非極性分子極化，而產(chǎn)生誘 導(dǎo)偶極距，兩者間相互吸引而發(fā)生吸附作用力。 與溫度無關(guān)。,B 誘導(dǎo)力 極性分子與非極性分子之間的吸引力；,C 色散力 非極性分子之間的引力（瞬間偶極）；,非極性分子由于外圍電子運(yùn)動(dòng)，正負(fù)電荷中心出現(xiàn)瞬 時(shí)相對位移，產(chǎn)生快速變化的瞬間偶極矩，這種偶極 矩還能使外圍非極性分子極化，被極化分子又反過來 影響瞬間偶極矩，相互之間作用而產(chǎn)生的吸附作用力。 與溫度無關(guān)。,在分子間相互作用的總能量中，各種力所占的相對比例是不同的。主要取決于分子的兩個(gè)性質(zhì)，即它的極性和極化度。極性越大，定向力作用越大；極化度越大，色散力的作用越大。誘導(dǎo)力是次級效應(yīng)， 范德

6、華力中的色散力是普遍的一種力 。,一種特殊的分子間作用力，介于庫侖引力與范德華引力 之間的特殊定向力，比誘導(dǎo)力、色散力都有大。,氫鍵力,氫 鍵,兩種原子電負(fù)性越大， 半徑越小，H鍵就越能 形成，作用也就越大， 越有利于吸附。,不同元素原子所形成的氫鍵力大小次序如下： F-HF O-HN N-HO N-HN N CN,三 影響吸附因素,吸附劑性質(zhì)： 吸附容量（a 比表面積，b 空隙度） 吸附速度（a 粒度，b 孔徑分布） 機(jī)械強(qiáng)度（使用壽命）,吸附物性質(zhì): 表面張力降低的物質(zhì)易吸附 溶質(zhì)在易溶解的溶劑中吸附量小 極性吸附劑易吸附極性物質(zhì) 同系物極性越小，越易被非極性吸附劑吸附 溶液pH 的影響

7、（解離度） 溫度的影響 （吸附熱，溶解度） 其它組分的影響（促進(jìn)/干擾/互不影響）,影響吸附因素,四 常用吸附劑種類,吸附劑通常應(yīng)具備以下特征： 表面積大、顆粒均勻； 對被分離的物質(zhì)具有較強(qiáng)的吸附能力； 有較高的吸附選擇性； 機(jī)械強(qiáng)度高； 再生容易、性能穩(wěn)定； 價(jià)格低廉。 常用的吸附劑有極性的和非極性的兩種。 羥基磷灰石、硅膠、氧化鋁等屬前者，活性炭屬后者。 人工合成的如大網(wǎng)格吸附劑、分子篩等兩種都有，但 大多屬非極性的。,15.2 大網(wǎng)格聚合物吸附,樹 脂 的 網(wǎng) 絡(luò) 骨 架,一 大網(wǎng)格樹脂吸附法,基本概念 ： 大網(wǎng)格樹脂吸附法將多孔的大網(wǎng)格吸附樹脂作為吸附劑 ，利用表面分子與物質(zhì)分子間范德

8、華引力，把液相中物質(zhì)吸附到吸附樹脂表面。 大網(wǎng)格樹脂吸附法與離子交換法的比較： 相同： 操作方法：靜態(tài)法、動(dòng)態(tài)法； 骨架結(jié)構(gòu)：樹脂均有溶脹孔隙和永久孔 隙的大網(wǎng)格骨架結(jié)構(gòu)。,介質(zhì)不同： 離交法離交樹脂，骨架上接有離子交換基團(tuán)，利用表面層 和孔隙中離子基團(tuán)起作用； 吸附法吸附樹脂，無離交基團(tuán)，利用外表面和孔隙內(nèi)表面 分子起作用。 機(jī)理不同： 離交法離子間靜電引力吸附，要求樹脂和物質(zhì)的電離度 吸附法分子間范德華引力吸附，要求物質(zhì)的電離度,二 大網(wǎng)格吸附樹脂特點(diǎn),大網(wǎng)格吸附樹脂適合于提取各種有機(jī)化合物。在抗菌素工業(yè)中，用于頭孢菌素、維生素B12、林可霉素的提取。,優(yōu)點(diǎn) （1） 選擇性好 （2） 解吸

9、容易 （3） 機(jī)械強(qiáng)度好 （4） 流體阻力小 （5） 反復(fù)使用 （6） 可適用于各種產(chǎn)品,三 大網(wǎng)格吸附劑類型與結(jié)構(gòu),按骨架極性分類： 非極性（苯乙烯-二乙烯苯） 中等極性（甲基丙烯酸酯） 極性 (硫氧基、酰胺、N-O基、磺酸基) 大網(wǎng)格吸附劑結(jié)構(gòu)： 孔隙度：吸附劑中空隙所占百分比 孔容：每g吸附劑所含的空隙體積 骨架密度(真密度)：吸附劑每ml骨架（不包括空隙)的重量。 濕真密度：空隙充滿水時(shí)的密度,四 大網(wǎng)格吸附劑吸附條件選擇,1 吸附劑的選擇（相似互溶） ： 非極性吸附劑從極性溶劑中吸附非極性物質(zhì) 高極性吸附劑從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì) 中等極性吸附劑對兩種情況均有吸附能力 孔徑與比表面

10、（孔徑6倍于分子直徑） 吸附法提取的生化物質(zhì)大多是弱極性或非極性，一般選非極性或中等極性。,非極性吸附劑,中等極性吸附劑,中等極性吸附劑,2無機(jī)鹽的影響 無機(jī)鹽存在，對吸附不僅無干擾，還有促進(jìn)作用（鹽析）。 3吸附pH 弱酸物質(zhì)：pHpK （呈分子狀態(tài)） 中性物質(zhì)：pH無影響（不會(huì)電離）。,大網(wǎng)格吸附劑吸附條件選擇,五 大網(wǎng)格吸附樹脂的應(yīng)用,抗生素分離純化：-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、氨基糖苷類、肽類、博萊霉素類、含氮雜環(huán)類及其他新抗生素 維生素的提取純化： VB12，VB2，VC 天然產(chǎn)物的分離：生物堿，黃酮，多糖，苷類 、紅景天甙等 生化藥物：酶, 氨基酸, 蛋白質(zhì), 肽,甾體,1 生化制藥方面的應(yīng)用,2 工業(yè)廢水的處理和利用,大孔吸附樹脂對工業(yè)廢水，廢液的處理也有著廣泛的應(yīng)用。 如廢水中含苯、硝基苯、氯苯、氟苯、苯酚、硝基