生物分离工程吸附层析.ppt

吸附层析分离技术功能基吸附离子交换吸附离子交换(IEC)的应用及特点离子交换树脂离子交换剂离子交换层析材料离子交换剂的组成：三部分惰性的不溶性的高分子固定骨架，也称载体；与载体以共价键连接的不能移动的活性基团，也称功能基团；与功能基团以离子键连接的可移动的活性离子，也称平衡离子。离子交换剂的载体及其特点适用范围：（1）中小生物物质的纯化：氨基酸、抗生素、部分中药有效成分等；（2）除盐、除重金属离子（如去离子水）、去色素等。缺点：由于离子交换树脂疏水性强、交联度高、孔隙小、电荷密度高，容易导致蛋白质和酶的失活，不适于生物大分子的分离。离子交换层析基质材料载体：葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、纤维素和亲水性聚乙烯等。特点：（1）大分子能自由在骨架之间自由扩散和交换，亲水性强、表面积大，易吸附大分子；（2）交换基团稀疏，对大分子的实际交换容量大；（3）吸附力弱，交换和洗脱条件缓和，不易引起变性；（4）分辨力强，能分离复杂的生物大分子混合物。2、离子交换层析材料载体：葡聚糖凝胶、琼脂糖凝胶、纤维素和亲水性聚乙烯等。特点：（1）大分子能自由在骨架之间自由扩散和交换，亲水性强、表面积大，易吸附大分子；（2）交换基团稀疏，对大分子的实际交换容量大；（3）吸附力弱，交换和洗脱条件缓和，不易引起变性；（4）分辨力强，能分离复杂的生物大分子混合物。应用：用于分离蛋白质、酶等大分子的生物活性物质。缺点：（1）强度较差，流速低；（2）强酸、强碱容易破坏天然多糖的结构；（3）易污染，易被微生物降解。强阳阳离子交换剂弱阳离子交换剂强阴阴离子交换剂弱阴阳离子交换剂中和：RSO3-H++Na+OH-R-SO3-Na++H2O中性盐分解：RSO3-H++Na+ClR-SO3-Na++HCl复分解：R-SO3-Na++K+Cl-R-SO3-K++NaCl利用复分解原理，可将青霉素钾盐转成青霉素钠盐R-SO3-Na++Pen-K+R-SO3-K++Pen-Na+弱阳（弱酸性）离子交换剂：活性基团是羧酸基团-COOH、氧-OCH2COOH、酚羟基团C6H5OH及-双酮基团-COCH2COCH3等。都是弱酸性基团，其电离程度受溶液pH的变化影响很大，在酸性溶液中几乎不发生交换反应，其交换能力随pH的下降而减少，随pH的升高而递增。羧酸阳离子交换树脂必须在pH7的环境中才能正常工作，对于酸性更弱的酚羟基吸附剂，则应在pH9的环境中才能正常反应。羧酸阳离子交换树脂在不同pH下的交换容量中和：RCOO-H++Na+OH-RCOO-Na++H2O复分解：RCOO-Na++K+Cl-RCOO-K++Na+Cl-利用复分解原理提取链霉素R(COO-Na+)3+Str•3H+Cl-R(COO-)3Str3H++3NaCl阴离子交换剂中和：R-N+(CH3)3OH-+H+Cl-R-N+(CH3)3Cl-+H2O中性盐分解：R-N+(CH3)3OH-+Na+Cl-R-N+(CH3)3Cl-+Na+OH-复分解：R-N+(CH3)3Cl-+Na2SO42-R[N+(CH3)3]2SO42-+2Na+Cl-主要用于制备无盐水（除去SiO2-、CO32-等弱酸根）及卡那霉素、巴龙霉素、新霉素等的精制。弱阴（弱碱性）离子交换剂：活性基有伯胺基团-NH2，仲胺-NHR和叔胺-N（R）2以及吡啶C6H5N等基团，如二乙氨乙基-(CH2)2N+H(C2H5)2(DEAE)就是在分离蛋白上常用的弱阴离子交换基团。基团的电离程度弱，和弱酸阳离子树脂一样交换能力受pH的变化影响很大，pH越低，交换能力越高，故在pH7的溶液中使用。中和：RN+H3OH-+HClRN+H3Cl-+H2O复分解：R(N+H3Cl-)2+Na2+SO42-R(N+H3)2SO42-+2NaCl离子交换层析离子交换基：阴离子：DEAE（二乙胺乙基）；QAE（季胺乙基）阳离子：CM（羧甲基）；SP（磺丙基）对于蛋白质等两性电解质，在物理意义上，B为溶质的静电荷数与离子价数之比。在pH偏离等电点的溶液中，蛋白质溶质的静电数常为两位数以上，故B值较大，即蛋白质的分配系数对离子强度非常敏感。在同一离子强度下，不同蛋白质的分配系数相差非常大（几个数量级）。离子交换剂的性能评价吸附等温线不同溶质对吸附剂亲和力大小的评价：>在这种情况下，A组分比B组分的亲和力低，它将首先从柱中脱附下来。Langmuir等温线：也被称为单分子层吸附等温线。假设：吸附在吸附剂的活性中心上进行吸附物分子间无相互作用每一个活性中心只能吸附一个分子但在实际的吸附中，特别是在蛋白质的吸附中，上述假设很难成立。在这种情况下，吸附方程可用如下方程描述。A—未被吸附的溶质分子S—吸附剂表面未被占有的活性位点AS—占据活性点的吸附剂分子Kad—平衡热力学常数理想条件下：Langm