《離子交換法》PPT課件

第 八 章 離 子 交 換 法 生 物 分 離 過 程 的 一 般 流 程原 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 )純 化 (離 子 交 換 / 層 析 /吸 附脫 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 本 章 內(nèi) 容 離 子 交 換 劑 是 一 類 能 發(fā) 生 離 子 交 換 的 物質(zhì) ， 分 為 無 機(jī) 離 子 交 換 劑 和 有 機(jī) 離 子 交換 劑 。無 機(jī) 離 子 交 換 劑 有 機(jī) 離 子 交 換 劑沸 石 、 磺 化 煤 離 子 交 換 樹 脂離子交換法概述 離 子 交 換 長 期 以 來 應(yīng) 用 于 水 處 理 和 金 屬 的 回 收 。 在 生 物 工 業(yè) 中 ， 由 于 離 子 交 換 法 分 辨 率 高 、 工 作容 量 大 且 易 于 操 作 ， 幾 乎 所 有 的 生 物 分 子 都 是 極性 的 ， 都 可 使 其 帶 電 ， 所 以 離 子 交 換 法 已 廣 泛 用于 生 物 分 子 的 分 離 純 化 技 術(shù) 。 主 要 應(yīng) 用 在 抗 生 素 、 氨 基 酸 、 有 機(jī) 酸 等 小 分 子 的提 取 分 離 。 近 年 來 在 蛋 白 質(zhì) 等 生 物 大 分 子 的 分 離提 取 也 有 應(yīng) 用 。離子交換法概述 離 子 交 換 樹 脂 的 出 現(xiàn) 已 有 近 80年 的 歷 史 .離 子 交 換 樹 脂 發(fā) 展 史 上 的 3個(gè) 重 要 階 段 1933年 Adams和 Hofms發(fā) 明 了 縮 聚 類 酚 醛 型 陽 、陰 離 子 交 換 樹 脂 , 二 戰(zhàn) 及 二 戰(zhàn) 后 期 離 子 交 換 樹 脂 大 發(fā) 展 1939年 德 國 法 本 公 司 和 1941年 美 國 的 樹 脂 產(chǎn) 品 和化 學(xué) 品 公 司 先 后 開 始 工 業(yè) 生 產(chǎn) ， 在 第 二 次 世 界 大 戰(zhàn) 中 ， 美 國 獲 得 了 苯 乙 烯 系 和 丙烯 酸 系 加 聚 型 離 子 交 換 樹 脂 合 成 的 專 利 。 它 開 創(chuàng)了 當(dāng) 今 離 子 交 換 樹 脂 制 造 方 法 的 基 礎(chǔ) 。離 子 交 換 樹 脂 的 發(fā) 展 離子交換法概述 50年 代 以 后 ， 開 展 了 膜 狀 離 子 交 換 樹 脂 的 研 究 ,開 辟 了電 化 學(xué) 的 新 領(lǐng) 域 。 50年 代 末 ， 60年 代 初 期 , 又 研 制 出 耐 壓 、 耐 磨 、 高 交換 速 度 、 能 交 換 或 吸 著 高 分 子 量 化 合 物 的 大 孔 離 子 交換 樹 脂 。 70年 代 以 后 ， 出 現(xiàn) 了 各 種 大 孔 吸 附 樹 脂 及 特種 樹 脂 。 我 國 在 1950年 以 后 開 始 離 子 交 換 樹 脂 的 研 究 ， 1956年 何 炳 林 提 出 并 合 成 了 大 孔 型 離 子 交 換 樹 脂 1958年 ， 離 子 交 換 樹 脂 在 國 內(nèi) 正 式 投 入 工 業(yè) 化 生 離 子 交 換 樹 脂 的 發(fā) 展 離子交換法概述 離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)離子交換法概述其 結(jié) 構(gòu) 由 三 部 分 組 成 ： 1.不 溶 性 的 三 維 空 間 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 構(gòu) 成 的 樹 脂 骨 架 ，使 樹 脂 具 有 化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 和 機(jī) 械 強(qiáng) 度 ； 2.是 與 骨 架 相 聯(lián) 的 功 能 基 團(tuán) ； 3.是 與 功 能 基 團(tuán) 帶 相 反 電 荷 的 可 移 動(dòng) 的 離 子 ，稱 為 活 性 離 子 ， 它 在 樹 脂 骨 架 中 的 進(jìn) 進(jìn) 出 出 ，就 發(fā) 生 離 子 交 換 現(xiàn) 象 。 離 子 交 換 樹 脂 的 結(jié) 構(gòu) -網(wǎng) 絡(luò) 骨 架 離子交換法概述苯 乙 烯 系 、 丙 烯 酸 系 、 酚 醛 系 、 環(huán) 氧 系 離 子 交 換 樹 脂 結(jié) 構(gòu)骨 架 ： 接 有 功 能 基 團(tuán) ， 本 身 是 惰 性功 能 基 團(tuán) ： 連 接 在 骨 架 上 ， 可 與相 反 離 子 結(jié) 合待 交 換 分 子 ： 在 吸 附 階 段 可 與 活性 離 子 交 換 ， 與 骨 架 上 的 功 能 基團(tuán) 結(jié) 合活 性 離 子 ： 與 功 能 基 團(tuán) 所 帶 電 荷 相反 的 可 移 動(dòng) 的 離 子離子交換法概述 離子交換法概述u活 性 離 子 為 陽 離 子 ， 稱 陽 離 子 交 換 樹 脂 ， 與 陽 離 子 發(fā) 生 交 換u活 性 離 子 為 陰 離 子 ， 稱 陰 離 子 交 換 樹 脂 ， 與 陰 離 子 發(fā) 生 交 換 離 子 交 換 法 是 通過 帶 電 的 溶 質(zhì) 分子 與 離 子 交 換 劑中 可 交 換 的 離 子進(jìn) 行 交 換 而 達(dá) 到分 離 純 化 的 方 法 。離子交換層析原理 離子交換法概述 主 要 依 賴 電 荷 間 的 相 互 作 用 ， 利 用 帶 電 分 子 中電 荷 的 微 小 差 異 而 進(jìn) 行 分 離 。 選 擇 適 當(dāng) 條 件 可 使 一 些 溶 質(zhì) 分 子 變 成 離 子 態(tài) ，通 過 靜 電 作 用 結(jié) 合 到 離 子 交 換 劑 上 ， 而 另 一 些物 質(zhì) 不 能 被 交 換 ， 這 兩 種 物 質(zhì) 就 可 被 分 離 。 帶 同 種 電 荷 的 不 同 離 子 雖 都 可 以 結(jié) 合 到 同 一 介質(zhì) 上 ， 但 由 于 帶 電 量 不 同 ， 與 介 質(zhì) 的 結(jié) 合 牢 度不 同 ， 改 變 洗 脫 條 件 可 依 次 被 洗 脫 而 達(dá) 到 分 離的 目 的 。離子交換法概述離 子 交 換 層 析 原 理 離 子 交 換 層 析 原 理 開 始 吸 附 解 吸 解 吸 結(jié) 束 再 生 離子交換法概述樣品 解吸劑 再生劑- - - -+ +- - - - 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 按 化 學(xué) 功 能 團(tuán) 分1.陽 樹 脂 ， 酸 性 基 團(tuán) ， (弱 酸 性 、 強(qiáng) 酸 性 )2.陰 樹 脂 ， 堿 性 基 團(tuán) ， (弱 堿 性 、 強(qiáng) 堿 性 )u活 性 離 子 H 氫 型 陽 樹 脂 ；u活 性 離 子 OH 羥 型 陰 樹 脂 ；u活 性 離 子 為 其 它 離 子 統(tǒng) 稱 鹽 型 樹 脂 。 1 陽 離 子 交 換 樹 脂交 換 前 交 換 達(dá) 到 平 衡 后二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 2 陰 離 子 交 換 樹 脂交 換 前 交 換 達(dá) 到 平 衡 后二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 一 般 以 磺 酸 基 一 SO3H作 為 活 性 基 團(tuán) ， 交 換 反 應(yīng) 以 磺 酸 型樹 脂 與 氯 化 鈉 的 作 用 為 例 ， 可 表 示 如 下 ：由 于 是 強(qiáng) 酸 性 基 團(tuán) ， 其 電 離 程 度 不 隨 外 界 溶 液 的 pH而 變 化 ， 所以 使 用 時(shí) 的 pH一 般 沒 有 限 制 。此 外 ， 以 磷 酸 基 一 PO(OH) 2和 次 磷 酸 基 一 PHO(OH)作 為 活性 基 團(tuán) 的 樹 脂 具 有 中 等 強(qiáng) 度 的 酸 性 。 1強(qiáng) 酸 性 陽 離 子 交 換 樹 脂 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 苯 乙 烯 系 強(qiáng) 酸 性 陽 離 子 交 換 樹 脂 的 結(jié) 構(gòu)CH 2CH CH 2CH CH 2CH CH 2CH SO3- H + SO3- H + SO3- H +CH 2CH CH 2CH CH 2CH CH 2CH SO 3- H + CH 2CH CH 2 SO3- H +H C=CH 2 H C=CH 2m + n H C=CH 2 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 2 弱 酸 性 陽 樹 脂 功 能 團(tuán) 可 以 為 羧 基 -COOH， -OH (酚 羥 基 ） 這 類 樹 脂 的 電 離 程 度 小 ， 其 交 換 性 能 和 溶 液 的 pH有 很 大關(guān) 系 。 在 酸 性 溶 液 中 ， 這 類 樹 脂 幾 乎 不 能 發(fā) 生 交 換 反 應(yīng) ，交 換 能 力 隨 溶 液 的 pH增 加 而 提 高 。對 于 羧 基 樹 脂 ， 應(yīng) 該 在 pH 7的 溶 液 中 操 作 ，而 對 于 酚 羥 基 樹 脂 ， 溶 液 的 pH應(yīng) 9。 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 3 強(qiáng) 堿 性 陰 樹 脂I型 的 堿 性 比 II型 強(qiáng) ， 但 再 生 較 困 難 ， II型 樹 脂 的 穩(wěn) 定 性 較 差 。和 強(qiáng) 酸 性 樹 脂 一 樣 ， 強(qiáng) 堿 性 樹 脂 使 用 的 pH范 圍 沒 有 限 制二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類有 兩 種 強(qiáng) 堿 性 樹 脂 ： 功 能 基 團(tuán) 為三 甲 胺 基 稱 為 強(qiáng) 堿 型二 甲 基 - -羥 基 -乙 基 胺 為 強(qiáng) 堿 II型水 溶 液 中 R N OH (Cl )- 4 弱 堿 性 陰 樹 脂和 弱 酸 性 樹 脂 一 樣 ， 其 交 換 能 力 隨 pH變 化 而 變 化 ， pH越低 ， 交 換 能 力 越 大 。功能團(tuán)為 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類水 溶 液 中 ： R NH3+OH ； RNH2+OH ； RNH+OH 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類5 四 類 樹 脂 的 特 性 比 較 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類5 四 類 樹 脂 的 特 性 比 較 鹽 的 穩(wěn) 定 性 弱 酸 、 弱 堿 性 樹 脂 成 的 鹽 （ 鹽 型 ） 不 穩(wěn) 定 ， 易 水 解 。弱 酸 樹 脂 ： RCOOH + NaOH RCOONa + H2O 水 解 ： RCOONa + H 2O RCOOH + NaOH * 洗 到 pH 9 10 弱 堿 樹 脂 ： RNH 3OH + H Cl RNH 3 Cl + H 2O 水 解 ： RNH 3 Cl + H 2O RNH 3OH + H Cl * 洗 到 pH 4 5 NaOHH 2ORCOONa RCOOHNaOH 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類5 四 類 樹 脂 的 特 性 比 較 強(qiáng) 酸 樹 脂 再 生 時(shí) 耗 用 過 量 的 酸 ； 強(qiáng) 堿 樹 脂 再 生 時(shí) 耗 用 過 量 的 堿 。強(qiáng) 酸 樹 脂 ： RSO3Na + H Cl RSO3H + NaCl 再 生 難弱 酸 樹 脂 ： RCOONa + H Cl RCOOH + NaCl 易強(qiáng) 堿 樹 脂 ： RN+ Cl + NaOH RN+ OH + NaCl 難弱 堿 樹 脂 ： R-NH 3+ Cl + NaOH R-NH 3OH + NaCl 易 再 生 的 難 易 程 度 樹 脂 的 操 作 步 驟 （ str） ： 交 換 （ 吸 著 ） 3RCOONa + str3+ (RCOO)3str + 3Na+ 洗 脫 （ 解 吸 ） (RCOO)3str + 3HCl 3RCOOH + str3+ + 3Cl 再 生 RCOOH + NaOH RCOONa + H2O， 水 洗 至 pH 9 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類5 四 類 樹 脂 的 特 性 比 較 性 能 陽 離 子 交 換 樹 脂 陰 離 子 交 換 樹 脂強(qiáng) 酸 性 弱 酸 性 強(qiáng) 堿 性 弱 堿 性活 性 基 團(tuán) 磺 酸 羧 酸 季 氨 胺pH對 交 換 能 力的 影 響 無 在 酸 性 中 交換 能 力 很 小 無 在 堿 性 溶 液 中 交換 能 力 很 小鹽 的 穩(wěn) 定 性 穩(wěn) 定 洗 滌 要 水 解 穩(wěn) 定 洗 滌 時(shí) 要 水 解再 生 需 過 量 的強(qiáng) 酸 很 容 易 需 要 過 量的 強(qiáng) 堿 再 生 容 易 ， 可 用碳 酸 鈉 或 氨交 換 速 度 快 慢 (除 非 離子 化 后 ) 快 慢 (除 非 離 子 化 后 )二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類5 四 類 樹 脂 的 特 性 比 較 6 特 殊 類 型 的 樹 脂 大 網(wǎng) 格 離 子 交 換 樹 脂 兩 性 均 孔 樹 脂 蛇 籠 樹 脂 均 孔 樹 脂 多 糖 交 換 樹 脂 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 凝 膠 型 樹 脂 大 網(wǎng) 格 樹 脂外 觀 半 透 明空 隙 小 直 徑 小 于 30A孔 由 鏈 鏈 距 離 造 成溶 脹 空 隙均 相 結(jié) 構(gòu)干 燥 /非 水 溶 劑 /濃 電 解 質(zhì)中 空 隙 會(huì) 倒 塌 不 透 明空 隙 大 直 徑 2001000A孔 由 鏈 -鏈 距 離 +致 孔 劑 造 成溶 脹 空 隙 永 久 空 隙非 均 相 結(jié) 構(gòu)空 隙 是 固 有 的 ， 不 會(huì) 消 失 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 兩 性 樹 脂 ： 同 時(shí) 含 有 酸 、 堿 兩 種 基 團(tuán) 的 樹 脂 ； 蛇 籠 樹 脂 ： 屬 兩 性 樹 脂 。 是 以 強(qiáng) 堿 性 陰 離 子 交 換樹 脂 為 籠 ,以 丙 烯 酸 鹽 負(fù) 離 子 在 樹 脂 內(nèi) 聚 合 成 線 型聚 物 作 為 蛇 而 得 名 。 用 于 從 有 機(jī) 溶 劑 中 吸 附 離 子 均 孔 型 離 子 交 換 樹 脂 ： 主 要 是 陰 離 子 型 離 子 交 換樹 脂 ， 孔 徑 均 勻 ， 交 換 容 量 高 、 機(jī) 械 強(qiáng) 度 好 ； 螯 合 樹 脂 ： 樹 脂 上 含 具 有 螯 合 能 力 的 基 團(tuán) ， 既 可以 形 成 離 子 鍵 ， 又 可 以 形 成 配 位 鍵 ； 主 要 用 于 脫 除 金 屬 離 子 ； 二 . 離 子 交 換 樹 脂 的 分 類 三 離 子 交 換 樹 脂 的 命 名 分 類 代 號 和 骨 架 代 號代 號 分 類 名 稱 骨 架 名 稱0 強(qiáng) 酸 性 苯 乙 烯 系1 弱 酸 性 丙 烯 酸 系2 強(qiáng) 堿 性 酚 醛 系3 弱 堿 性 環(huán) 氧 系4 螯 合 性 乙 烯 哌 啶 系5 兩 性 脲 醛 系6 氧 化 還 原 氯 乙 烯 系 強(qiáng) 酸 性 （ 001-099） 弱 酸 性 （ 100-199） 強(qiáng) 堿 性 （ 200-299) 弱 堿 性 （ 300-399） X 后 面 交 聯(lián) 度 （ 對 凝 膠 型 離 子 交 換 樹 脂 ） 對 大 孔 型 離 子 交 換 樹 脂 ， 在 型 號 的 前 面 加“ ” 表 示 。離 子 交 換 樹 脂 命 名 離 子 交 換 樹 脂 命 名 交 聯(lián) 度 數(shù) 值順 序 號骨 架 代 號分 類 代 號分 類 代 號順 序 號骨 架 代 號 大 孔 型 代 號 001 7 交 聯(lián) 度 為 7%的 苯 乙 烯系 凝 膠 型 強(qiáng) 酸 性 陽 離 子 交 換 樹 脂 315大 孔 型 丙 烯 酸 弱 堿性 陰 離 子 交 換 樹 脂大孔型 凝膠型 四 離 子 交 換 樹 脂 合 成 離 子 交 換 樹 脂 合 成 方 法 的 分 類 ： 縮 聚 法 在 反 應(yīng) 過 程 中 有 低 分 子 產(chǎn) 物（ 通 常 是 水 ） 產(chǎn) 生 。 以 甲 醛 為 交 聯(lián) 劑 、 穩(wěn) 定 性 不 好 。 加 聚 法 在 反 應(yīng) 過 程 中 沒 有 水 產(chǎn) 生 。 以 二 乙 烯 苯 等 為 交 聯(lián) 劑 樹 脂 結(jié) 構(gòu) 確 定 ， 常為 單 功 能 團(tuán) ， 樹 脂 一 般 性 能 較 好 ， 為 球 形 。離 子 交 換 樹 脂 合 成 離 子 交 換 樹 脂 合 成 單 體 : 苯 乙 烯 ， 丙 烯 酸 ， 甲 基 丙 烯 酸 交 聯(lián) 劑 :將 線 狀 結(jié) 構(gòu) 交 聯(lián) 成 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 的 原 料 單 體 ， 二 乙 烯 苯 分 散 劑 ,防 止 液 滴 黏 合 ： 分 二 類 水 溶 性 :淀 粉 /明 膠 /聚 乙 烯 醇 ， (增 加 凝 集 阻 力 ） 水 不 溶 性 :硫 酸 鈣 /滑 石 粉 等 (起 機(jī) 械 阻 礙 作 用 ） D(工 業(yè) 二 乙 烯 苯 重 量 ) P% (純 度 )交 聯(lián) 度 = X 100% M (單 體 相 總 重 量 ） 1 強(qiáng) 酸 性 離 子 交 換 樹 脂 合 成 -苯 乙 烯 -二 乙 烯 苯 型在 水 相 中 以 明 膠 為 分 散 劑 ， 過 氧 化 苯 甲 酰 為 引 發(fā) 劑 ,85 進(jìn) 行 懸 浮 聚 合 。在 二 氯 乙 烷 中 溶 脹 用 濃 硫 酸 或 氯 磺 酸 進(jìn) 行 磺 化 2 堿 性 離 子 交 換 樹 脂 合 成 苯 乙 烯 -二 乙 烯 苯 型 氯 甲 基 化溶 脹 胺 化 -強(qiáng) 堿 三 甲 胺 /二 甲 基 乙 胺 氯 甲 基 和 相 鄰 的 苯 環(huán)發(fā) 生 反 應(yīng) （ 副 反 應(yīng) ）溶 脹 胺 化 -弱 堿 陰 樹 脂伯 胺 /仲 胺 丙 烯 酸 -二 乙 烯 苯 型 樹 脂 -弱 酸 型以 過 氧 化 苯 甲 酰 作 為 引 發(fā) 劑 ， 將 丙 烯 酸 甲 酯 與 二 乙 烯 苯 在 水相 懸 浮 聚 合 ， 共 聚 物 再 經(jīng) 水 解 即 可 得 到 丙 烯 酸 二 乙 烯 苯 型羧 酸 基 樹 脂 。 丙 烯 酸 酯 /二 乙 烯 苯 共 聚 物 以 多 乙 烯 多 胺 胺解 還 可 制 得 弱 堿 性 樹 脂 。 此 樹 脂 與 甲 酸 和甲 醛 發(fā) 生 甲 基 化 ， 可 增 強(qiáng) 其 堿 性 ， 得 到D315樹 脂丙 烯 酸 -二 乙 烯 苯 型 樹 脂 -弱 堿 型 五 離 子 交 換 樹 脂 的 理化 性 能 與 測 定 方 法 五 離 子 交 換 樹 脂 的 理 化 性 能對 樹 脂 的 一 般 要 求 ： （ 1） 機(jī) 械 強(qiáng) 度 ： 膨 脹 度 大 ， 交 聯(lián) 度 小 的 樹 脂 強(qiáng) 度 差 （ 2） 化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 ： 主 要 指 耐 化 學(xué) 試 劑 、 耐 氧 化 、 耐 輻射 的 性 能 。 （ 3） 大 小 及 形 狀 ： 制 成 球 形 ， 其 直 徑 為 0.2-1.2mm。球 形 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 增 大 比 表 面 積 、 提 高 機(jī) 械 強(qiáng) 度 和 減 少 流體 阻 力 。 （ 4） 色 澤 ： 普 通 凝 膠 型 樹 脂 是 透 明 的 球 珠 ， 大 孔 樹 脂呈 不 透 明 的 霧 狀 球 珠 。 隨 合 成 原 料 、 工 藝 條 件 不 同 ，樹 脂 的 顏 色 也 有 所 不 同 ， 一 般 有 黃 、 白 、 黃 褐 、 紅 棕等 幾 種 顏 色 。 樹 脂 理 化 性 能 （ 1） 含 水 量 （ 2） 膨 脹 度 ： （ 3） 膨 脹 率 ： （ 4） 濕 真 密 度 ： （ 5） 交 換 容 量 ； （ 6） 滴 定 曲 線 ： 離 子 交 換 樹 脂 的 理 化 性 能 三 交 聯(lián) 度 樹 脂 的 性 質(zhì) 隨 著 作 為 交 聯(lián) 劑 的 含 量 不 同而 有 所 差 異 。 合 成 樹 脂 時(shí) ， 單 體 中 交 聯(lián) 劑 的 含 量 百 分?jǐn)?shù) 稱 為 交 聯(lián) 度 ， 在 商 品 樹 脂 中 ， 通 常 是 8%12%。 但 合成 時(shí) ， 通 過 改 變 它 和 苯 乙 烯 的 混 合 比 ，可 制 出 不 同 含 量 的 產(chǎn) 品 。 一 般 說 來 ， 交 聯(lián) 度 越 大 ， 樹 脂 越 堅(jiān) 固 ，在 水 中 不 易 溶 脹 ， 含 水 量 低 。 而 交 聯(lián) 度減 少 ， 樹 脂 變 得 柔 軟 ， 容 易 溶 脹 。離 子 交 換 樹 脂 的 理 化 性 能 離 子 交 換 樹 脂 的 理 化 性 能 四 交 換 容 量 交 換 容 量 是 表 征 樹 脂 活 性 基 團(tuán) 數(shù) 量 交 換能 力 的 重 要 參 數(shù) ， 總 交 換 容 量 ： 每 克 干 樹 脂 上 活 性 功 能 團(tuán) 的總 數(shù) （ 3-6mM/g干 ） 工 作 交 換 容 量 也 叫 實(shí) 用 交 換 容 量 ， 即 在 某一 指 定 的 應(yīng) 用 條 件 下 樹 脂 表 觀 出 來 的 交 換容 量 ， 流 出 液 中 被 交 換 離 子 含 量 達(dá) 到 漏 出點(diǎn) 的 交 換 容 量 離 子 交 換 樹 脂 的 理 化 性 能 漏 出 點(diǎn) ： 當(dāng) 流 出 液 中 被 交 換 離 子 開 始 漏 出 ， 達(dá) 到 一 定 的 值 時(shí)（ 由 生 產(chǎn) 決 定 ） ， 流 出 液 的 體 積 稱 V漏 ， 這 一 點(diǎn) 稱 漏 出 點(diǎn) 。Ca2+ C0Mg2+達(dá) 到 漏 出 點(diǎn) 時(shí) 交 換 的 總 量 ： W = C 0 V漏 - 漏 出 離 子 的 總 數(shù)工 作 交 換 容 量 ： W / V樹 （ mM/ml 樹 脂 ） 離 子 交 換 樹 脂 的 理 化 性 能 交 換 容 量 /工 作 交 換 容 量 /再 生 交 換 容 量 的關(guān) 系 再 生 交 換 容 量 ： 由 于 樹 脂 失 效 后 要 經(jīng) 再 生 方 能 重 新 使 用 ，在 指 定 的 再 生 劑 用 量 條 件 下 的 交 換 容 量 稱 再 生 交 換 容 量 ，三 者 之 間 的 關(guān) 系 ： 工 作 交 換 容 量 M2+M+（ M表 示 陽 離 子 ） 離 子 交 換 樹 脂 的 選 擇 性 令 C1/C2=p， 當(dāng) Z1Z2 ， 當(dāng) C減 少 ， m1就 增 大稀釋十倍 吸附量增加十倍2） 離 子 化 合 價(jià) 離 子 交 換 樹 脂 的 選 擇 性 吸 附 鏈 霉 素 后 的 飽 和 樹脂 ， 再 通 入 純 粹 的 鏈 霉 素溶 液 進(jìn) 行 洗 滌 ， 由 于 鏈 霉 素 是 三 價(jià) 離 子 ，可 將 吸 附 在 樹 脂 上 的 鈣 、鎂 及 鈉 離 子 取 代 ， 當(dāng) 接 著 用 酸 洗 脫 時(shí) ， 得 到的 洗 脫 液 質(zhì) 量 可 提 高 。 如 在 鏈 霉 素 溶 液 中 加 入 些EDTA和 Na+， 則 效 果 更 好 。 這 是 一 種 特 殊 的 洗 滌 方 法2） 離 子 化 合 價(jià) 離 子 交 換 樹 脂 的 選 擇 性 ） 溶 液 的 酸 堿 性 溶 液 pH:必 須 滿 足 樹 脂 和 生 化 物 質(zhì) 都 呈 離 子 狀 態(tài) （ 1） 弱 酸 性 脂 在 堿 性 下 吸 附 力 強(qiáng) （ 2） 弱 堿 性 脂 在 酸 性 下 吸 附 力 強(qiáng) （ 3） 強(qiáng) 酸 強(qiáng) 堿 樹 脂 吸 附 不 受 pH 影 響 （ 4） 交 換 物 為 弱 酸 /弱 堿 或 兩 性 物 時(shí) , pH影 響 電 荷離 子 交 換 樹 脂 的 選 擇 性 樹 脂 生 化 物 質(zhì) 適 宜 的 pH 范 圍 弱 酸 pH pK 樹 堿 性 pH pK 物 pK 樹 pH pK 物 弱 堿 pH pK 樹 酸 性 pH pK 物 pK 樹 pH pK 物 例 ： str pK 11.5; 11.5; 7.7 采 用 弱 酸 樹 脂 pK 樹 = 6 堿 性 胍 基 胍 基 二 甲 胺 基 求 : 適 宜 的 吸 附 pH ? 6pH pH 5.7 m pH樹 物 6.5 3 離 子 交 換 吸 附 條 件 的 選 擇 3 流 速 (柱 操 作 )： 流 速 太 快 后 果 吸 附 時(shí) ： 交 換 液 來 不 及 達(dá) 平 衡 就 往 下 流 ， 交 換 帶 變 寬 ， 漏 出 點(diǎn) 提 早 ， 柱 效 率 下 降 。 2 料 液 濃 度 Z1Z2(高 價(jià) 離 子 取 代 低 價(jià) 離 子 )： Z1Z2(低 價(jià) 離 子 取 代 高 價(jià) 離 子 )： 料 液 濃 度 Co 稀料 液 濃 度 Co 濃3 離 子 交 換 吸 附 條 件 的 選 擇 洗 脫 條 件 選 擇 原 則 （ 1） 與 吸 附 條 件 相 反 （ 2） 緩 沖 液 （ 3） 緩 和 酸 堿 （ 4） 有 機(jī) 溶 劑 樹 解 吸 液 pH ： 造 成 不 利 于 吸 附 的 條 件 物 物 質(zhì) 穩(wěn) 定 性 例 ： Str： (RCOO)3str 3H 3RCOOH str3+ 樹 G en: (RCOO)5G en 5NH 4OH 5RCOO NH 4+ G en(OH )5 物 G en: (RCOO) 5G en 5H Cl5RCOOH G en5+ 5Cl 樹 解 吸 時(shí) 流 速 過 大 ： 解 吸 峰 不 集 中 ， 造 成 拖 尾 ， 收 率 ， 洗 脫 液 濃 度 。 一 般 控 制 吸 附 ： 1/251/50（ 樹 脂 床 層 體 積 的 倍 數(shù) / 分 ） 解 吸 ： 比 吸 附 慢 10倍 。 加 有 機(jī) 溶 劑 ： 進(jìn) 一 步 降 低 被 解 吸 物 的 電 離 度 物 選 擇 有 機(jī) 溶 劑 應(yīng) 符 合 二 個(gè) 條 件 ： 1） 與 水 互 溶 ， 如 丙 酮 、 乙 醇 等 ； 2） 對 生 化 物 質(zhì) 溶 解 度 大 。 洗 脫 一 般 采 取 梯 度 淋 洗 ： 先 采 用 洗 脫 能 力 弱 的 溶 液 ，使 易 洗 脫 組 分 流 出 ， 然 后 依 次 使 用 洗 脫 能 力 更 強(qiáng) 的 溶 液 ，洗 脫 較 難 洗 脫 的 組 分 。0 40 80 120 160 200 240 280 320NaNO30.5mol/L 2mol/L NaNO3Cl- Br- I- 體 積 /mL圖 5-3 Cl-， Br-和 I-的 分 步 淋 洗濃度 氨 基 酸 分 離 的 洗 脫 曲線00.250.750.50 7550 100 125 150 175 200 225 25000.250.50 275 300 325 350 375 400 425 450 475P H 3 . 4 1 ， 3 7 . 5 0C P H 4 . 2 5 ， 5 0 0CP H 4 . 2 5 ， 5 0 0C P H 4 . 2 5 ， 7 5 0C P H 6 . 7 2 5 0C P H 8 . 3 ， 2 5 0C00.250.50 500 525 550 575 600 625 650 675P H 8 . 3 ， 2 5 0C P H 9 . 2 ， 2 5 0C P H 1 1 . 0 ， 2 5 0C淋 洗 體 積 / m LAsp ThrSer Glu Pro Gly Ala Cys-Cys ValMetIle Leu Tyr Phe HisLys Arg 采 用 交 換 樹 脂 為 Dowo 50,柱 長 100cm， 柱 徑 0.9cm，Na+型 樹 脂 ， 淋 洗 劑 采 用 pH值 逐 步 提 高 的 檸 檬 酸 鈉 緩 沖 液 。 樹 脂 的 再 生 特 性 與 它 的 類 型 和 結(jié) 構(gòu) 有 密 切 關(guān) 系 。 強(qiáng) 酸 /強(qiáng) 堿 樹 脂 再 生 比 較 困 難 ， 再 生 劑 量 比 理 論 值 高 相 當(dāng)多 ； 弱 酸 /弱 堿 性 樹 脂 則 較 易 再 生 ， 再 生 劑 量 只 需 稍 多 于 理 論值 。 大 孔 型 和 交 聯(lián) 度 低 的 樹 脂 較 易 再 生 ， 而 凝 膠 型 和 交 聯(lián) 度高 的 樹 脂 則 要 較 長 的 再 生 反 應(yīng) 時(shí) 間 。 在 實(shí) 際 運(yùn) 用 中 ， 為 降 低 再 生 費(fèi) 用 ， 使 樹 脂 的 性 能 恢 復(fù)70 80%。離 子 交 換 樹 脂 (IONRESIN)使 用 一 段 時(shí) 間 后 ， 吸 附 的 雜 質(zhì)接 近 飽 和 狀 態(tài) ， 就 要 進(jìn) 行 再 生 處 理 ， 使 之 恢 復(fù) 原 來 的 組成 和 性 能 。 再 生 劑 的 種 類 應(yīng) 根 據(jù) 樹 脂 的 離 子 類 型 來 選 用 ，并 適 當(dāng) 地 選 擇 價(jià) 格 較 低 的 酸 、 堿 或 鹽 。 鈉 型 陽 樹 脂 可 用 NaCl溶 液 再 生 ， 用 量 為 其交 換 容 量 的 2倍 ； 氫 型 陽 樹 脂 用 強(qiáng) 酸 再 生 ， 鹽 酸 或 硫 酸 氯 型 堿 性 樹 脂 ， 主 要 以 NaCl 溶 液 來 再 生 ，但 加 入 少 量 堿 有 助 于 將 樹 脂 吸 附 的 色 素 和有 機(jī) 物 溶 解 洗 出 。 OH型 堿 陰 樹 脂 則 用 4%NaOH溶 液 再 生 。 鏈 霉 素 的 離 子 交 換 提 取 鏈 霉 素 在 中 性 下 正 三 價(jià) 離 子 ， 可 用 陽 離 子 還 是 陰 離子 樹 脂 進(jìn) 行 提 取 ？ 鏈 霉 素 宜 用 強(qiáng) 酸 還 是 弱 酸 陽 離 子 交 換 樹 脂 提 取 ？ 鏈 霉 素 進(jìn) 行 離 子 交 換 提 取 時(shí) 為 什 么 在 中 性 下 ？ 鏈 霉 素 不 能 用 氫 型 羧 基 樹 脂 只 通 用 鈉 型 樹 脂 來 吸 附 鏈 霉 素 離 子 交 換 后 如 何 進(jìn) 行 洗 脫 腺 苷 蛋 氨 酸 SAMe主 要 功 能 是 轉(zhuǎn) 甲 基 、 轉(zhuǎn) 硫 和 轉(zhuǎn) 氨 丙 基 作 用 ，主 要 用 于 肝 臟 保 護(hù) 、 抗 抑 郁 和 消 炎 方 面 。 生 產(chǎn) ： 化 學(xué) 合 成 法 、 發(fā) 酵 法 （ 酵 母 ） 和 酶 促 轉(zhuǎn) 化 法 腺 苷 蛋 氨 酸 (SAM)的 純 化vSAM 分 子 酸 性 條 件 下 氨 基 質(zhì) 子化 后 帶 正 電 荷 ， 可 以 用 用 陽 離 子樹 脂 進(jìn) 行 提 取 ，v其 分 子 較 大 ， 且 帶 正 電 荷 的 巰基 極 性 較 強(qiáng) ， 適 用 大 孔 弱 酸 樹 脂進(jìn) 行 分 離 ， 分 離 選 擇 性 好 ， 腺 苷 蛋 氨 酸 (SAM)的 純 化 流 程上 清 液 （ PH5.0）HD-2 流 出 液 (廢 液 )0.01MHAc 流 出 液 (廢 液 )水 洗 流 出 液 (廢 液 )水 洗 流 出 液 (廢 液 )洗 脫上樣 HD-2-大 孔弱 酸 丙 烯 酸 系陽 離 子 交 換 樹 脂洗滌 腺 苷 蛋 氨 酸 (SAM)的 純 化 流 程0.2N1.4-丁 二 磺 酸 450L收 集 流 出 液 (PH1.0)脫色洗脫 HZ-803柱收 集 流 出 液 (PH1.5)HZ-803柱 制 備 1.4-丁 二 磺 酸 流 程1.4-丁 二 磺 酸 鈉 （ 12.6KG）收 集 濾 液 Na H用 蒸 餾 水 溶 解 、 過 濾 001 7（ Na型 ） 柱1M HCl去 離 子 水 洗 至 中 性上 樣 HD-2柱 HZ-803柱 007X7柱 提 取 工 藝 條 件 的 設(shè) 計(jì)樹 脂類 型 形 式 交 聯(lián) 度 pH 料 液濃 度 洗 脫 條 件強(qiáng) 酸陽 樹 脂 鹽 型H 型 pH 用 大 網(wǎng)格 樹 脂分 子 量 大 CoZ1Z2稀 溶 液不 必 稀 釋 氨 水pH pK 3 使 物 不 用 有 機(jī) 溶 劑不 用 強(qiáng) 堿弱 酸陽 樹 脂pK 5.7 鹽 型 樹 同 上 5.7pH 7.5樹 物 同 上 同 上不 能 用 H Cl4.5pH 7.5穩(wěn) 定 性 物 離 子 交 換 提 取 蛋 白 質(zhì) 傳 統(tǒng) 離 子 交 換 劑 不 適 用 于 提 取 蛋 白 質(zhì) （ 1） 交 聯(lián) 度 大 （ 大 分 子 不 能 進(jìn) 入 ） （ 2） 電 荷 密 度 高 (結(jié) 合 太 強(qiáng) ） （ 3） 骨 架 憎 水 性 強(qiáng) （ 蛋 白 質(zhì) 易 變 性 ) 親 水 性 樹 脂 離 子 交 換 劑 功 能 團(tuán)陰 離子 交換 樹脂 陽 離子 交換 樹脂 蛋 白 質(zhì) 的 離 子 交 換 交 換 容 量親 水 性 離 子 交 換 容 量 不 能 達(dá) 到 無 機(jī) 離 子 交 換 容 量 （ 1） 蛋 白 質(zhì) 不 能 進(jìn) 入 活 性 中 心 （ 2） 一 個(gè) 蛋 白 質(zhì) 與 多 個(gè) 功 能 基 發(fā) 生 作 用 吸 附 機(jī) 理 （ 1） 靜 電 吸 力 （ 2） 憎 水 （ 3） 氫 鍵 （ 4） 被 吸 附 蛋 白 表 面 進(jìn) 一 步 吸 附離 子 交 換 提 取 蛋 白 質(zhì) 離 子 交 換 提 取 蛋 白 質(zhì) + + +- - - anion exchange beadEquilibration Sample applicationand wash- - - - -+ + + Elution- - - - - - - - - - - - - -+ + + + + +- Regeneration- - - - - - - - - - + + + Sampleapplicationand wash ElutionEquilibration Regeneration- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + anionexchangerbead- - - 軟 水 和 無 鹽 水 的 制 備 水 處 理 中 的 幾 個(gè) 基 本 概 念 1.軟 化 水 :將 水 中 硬 度 (鈣 、 鎂 離 子 ） 去 除 或 降 低 到 一 定 程 度的 水 ， 水 在 軟 化 過 程 中 ， 僅 硬 度 降 低 而 總 含 鹽 量 不 變 。 .脫 鹽 水 :指 水 中 鹽 類 (主 要 是 溶 于 水 的 強(qiáng) 電 解 質(zhì) )除 去 或 降低 到 一 定 程 度 的 水 ,其 電 導(dǎo) 率 為 1.010.0 s /cm 電 阻率 1萬 -100萬 歐 厘 米 ,含 鹽 量 小 于 1-5毫 克 /升 。 3.純 水 :是 指 水 中 的 強(qiáng) 電 解 質(zhì) 和 弱 電 解 質(zhì) (如 SIO2,CO2等 )去 出或 降 低 到 一 定 程 度 的 水 .電 導(dǎo) 率 為 1.00.1 s/cm； 電 阻 率100萬 -1000萬 歐 厘 米 ,含 鹽 量 小 于 1毫 克 /升 。 4.超 純 水 :水 中 的 導(dǎo) 電 介 質(zhì) 幾 乎 完 全 去 除 ,同 時(shí) 不 離 解 的 氣 體 ,膠 體 以 及 有 機(jī) 物 質(zhì) (細(xì) 菌 等 )也 去 除 至 很 低 程 度 的 水 。 其 電 導(dǎo)率 為 0.10.055 s電 阻 率 大 于 1000萬 ,含 鹽 量 小 于 0.1毫克 /升 .理 想 純 水 (理 論 上 )電 導(dǎo) 率 為 0.05 s,電 阻 率 為 18.3兆 歐 厘 米 。 水 溶 液 的 電 導(dǎo) 率 （ 25 ） 30%H2SO4 1cm 106 s/cm 海 水 33 33 103 天 然 水 20 103 50 普 通 蒸 餾 水 1000 103 1 超 純 蒸 餾 水 10 106 0.1 華 震 去 離 子 水 20100 10 4 51電 導(dǎo) 率電 阻 率 軟 水 的 制 備 樹 脂 ： 陽 樹 脂 （ 強(qiáng) 酸 性 ） 陰 樹 脂 （ 強(qiáng) 堿 或 弱 堿 ， 弱 堿 不 能 除 去 弱 酸性 陰 離 子 硅 酸 ， 碳 酸 ） 串 聯(lián) 床 ： 強(qiáng) 酸 -弱 堿 ； 強(qiáng) 酸 -強(qiáng) 堿 -弱 酸 強(qiáng) 酸 -弱 堿 -強(qiáng) 酸 -強(qiáng) 堿 強(qiáng) 酸 -強(qiáng) 堿 -混 合 床純 水 的 制 備 混 床 混 床 可 以 看 成 是 由 許 多 陰 、 陽 離 子 交 換 樹 脂 交 錯(cuò) 排 列 而 成 的多 級 式 復(fù) 床 。 一 般 混 床 采 用 強(qiáng) 酸 陽 離 子 交 換 樹 脂 和 強(qiáng) 堿 陰 離 子 交 換 樹 脂 ， 特 點(diǎn) ： 脫 鹽 效 果 好 避 免 脫 鹽 過 程 中 pH 變 化 再 生 不 方 便 超 純 水 的 制 備 工 藝 樹 脂 污 染 （ 1） 有 機(jī) 雜 質(zhì) 為 酸 性 ， 污 染 陰 樹 脂 污 染 種 類 （ 1） 機(jī) 械 阻 塞 （ 逆 洗 后 恢 復(fù) ） （ 2） 不 可 逆 吸 附 （ 單 寧 酸 ， 腐 植 酸 ） 清 洗 方 法 ： （ 1） 10% NaCl + 1NaOH 除 色 素 ， 對 樹 脂 無 損 害 （ 2) 漂 白 粉 (樹 脂 損 壞 ， 交 換 能 力 不 能 完 全 恢 復(fù) ） 再 生 方 式 順 流 再 生 ： （ 1） 再 生 劑 耗 量 大 ， （ 2） 再 生 不 徹 底 ， 出 水 質(zhì) 量 差 逆 流 再 生 ： （ 1） 底 部 樹 脂 再 生 好 ， 出 水 質(zhì) 量 好 （ 2） 再 生 劑 耗 量 少 （ 3） 防 止 亂 層 思 考 題 1. 理 解 離 子 交 換 常 數(shù) 、 交 換 帶 2.掌 握 影 響 離 子 交 換 選 擇 性 的 因 素 3.掌 握 離 子 交 換 的 基 本 步 驟 及 其 條 件 選 擇 4. 純 水 的 制 備 工 藝