生物制药学——第六章 吸附分离法

是一种强极性吸附剂

（a）A 型
（b）X 型
两种常用沸石分子筛的结构
分子筛晶体中有许多一定大小的空穴，空穴之 间有许多同直径的孔（也称“窗口”）相连。 由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴 内部，而把比孔径大的分子排斥在其空穴外， 起到筛分分子的作用，故又名沸石分子筛。

3.吸附条件
温度：吸附热越大，温度对吸附的影响 越大；影响吸附物溶解度。
pH：可控制吸附剂或吸附物解离情况。
盐的浓度：对不同物质的吸附有不同的 影响。 溶剂的影响：单溶剂吸附，混合溶剂解 吸附。

4.吸附物浓度与吸附剂用量
吸附物浓度 选择性：蛋白质、酶1%以下；
活性炭脱色和去热原（稀释）
吸附剂用量： 考虑收率和成本。

第二节 常用吸附剂
按吸附剂化学结构可分为两大类：
1、有机吸附剂：如活性炭、淀粉、聚酰胺、 纤维素、大孔吸附树脂等； 2、无机吸附剂：如白陶土、氧化铝、硅胶、 硅藻土、碳酸钙等。 在工业生产中常用的吸附剂有活性炭、 白陶土、氧化铝、硅胶、大孔吸附树脂等。

三、 应用
（1）有机物的分离
由于吸附树脂具有巨大的比表面，不同的吸附 树脂有不同的极性，所以可用来分离有机物。例 如，含酚废水中酚的提取，有机溶液的脱色等等。
孔径约在20Å 到50Å，比表 面积在200～ 500 m2/g。

活性氧化铝的制备
活性氧化铝为无定形的多孔结构物质。一般由氢氧 化铝脱水制得。不同类型的氢氧化铝在空气中加 热脱水生成不同晶型的氧化铝，如下：
三水铝石 Al2O3 Al2O3 Al2O3
用途：生化药物分离；溶液除臭、去除色素和热 原等杂质；溶剂回收。 “中毒”和“解毒”：活性炭160℃加热干燥4-5h， 锦纶活性炭100℃干燥4-5h。

二、活性氧化铝
特别适用于亲脂性成分的分离。 特点： 价廉，再生容易，活 性易控制； 操作不便，手续繁琐， 处理量有限。 有碱性、中性和酸性之分。 氧化铝的活性与含水量的关系 很大。

常用吸附剂应具备的条件
较强的吸附能力，即有较大的比表面积 不与吸附物质及其它介质发生化学反应 有良好的机械强度和热强度 易再生不易劣化 具有商业性生产规模和比较低廉的价格

一、活性炭
一种吸附能力很强的非极性吸附剂。 种类：粉末活性炭、颗粒活性炭（锦纶活性炭）

吸附分离过程
吸 附 剂 处 理
上 样
吸 附
洗 脱 1
洗 脱 2
吸 附 剂 再 生

实验室吸附柱层析

工业吸附分离设备Βιβλιοθήκη PP玻璃柱不锈钢玻璃柱
不锈钢树脂柱

吸附法的特点
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)天然吸附剂性能和吸附条件较难控制。
(2)收率不高。
(3)选择性差。
人工合成的高聚物吸附剂

适合在大体积料液（稀溶液）中提取含量 较少的目的物。
聚酰胺粉
结构：己酰胺聚合成的一类高分子化合物。 （尼龙，锦纶） 应用：吸附分离黄酮类、酚类、芳香族酸 类等化合物。 分离原理：主要通 过酰胺与酚、酸、醌 等化合物形成氢键， 吸附能力取决于氢键 的强弱。
H 2C CH2 N H O O N H O O CH2 H 2C H2C CH2 CH2 H 2C H2C CH2 CH2 H 2C H N O H O O H N H2C CH2
沸石分子筛的吸附作用有两个特点：
（1）表面上的路易斯中心极性很强；
（2）沸石中的笼或通道的尺寸很小，使 得其中的引力场很强。

人造沸石吸附细胞色素C

磷酸钙凝胶
种类：磷酸钙、磷酸氢钙、羟基磷灰石
[Ca5(PO4)3.OH] 吸附机理：Ca2+与蛋白质负电基团结合。 实际应用：浓磷酸直接加入氢氧化钙溶液中， 或者将磷酸盐溶液加入氯化钙溶液，生成磷 酸钙凝胶，吸附沉淀蛋白质。 用途：蛋白质的分离、精制

胰岛素纯化：

白陶土（白土、陶土、高岭土）
天然白陶土和酸性白陶土。 应用：生物活性物质分离纯化的吸附剂， 助滤剂、去除热原。 主要成分:含水的硅酸铝。

氢氧化铝凝胶
在蛋白质及酶的制备中常用的吸附剂。
第五章 吸附分离法
主要内容 吸附的基本原理 常用吸附剂 大孔网格聚合物吸附树脂

第一节 吸附的基本原理
吸附法（adsorption method）：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 和其他物质分离，达到浓缩和提纯目的的方 法。
1、吸附剂的特性 2、吸附物的性质 3、吸附条件 4、吸附物浓度与吸附剂用量

1. 吸附剂的特性
理想的吸附效果：吸附量大、吸附速 度快、选择性强，流速适宜、吸附均匀。 种类、颗粒度、孔径、制备活化方法、 机械强度

2.吸附物的性质 1）表面张力 2）极性 3）溶解度（是否解离） 4）分子量 5）形成氢键

特点：
优点：比表面积大（在 500～1500m2/g）， 吸附量大；抗酸耐碱，化学和热稳定性高； 解吸容易；价格低，来源广。
缺点：很难标准化，结果不易重复；易污染 环境。

活性炭的制备
炭化
活化
料活作减空把 化出少的有 反适非条机 应合碳件原 的于成下料 碳后分加在 质一，热隔 材步制以绝
树脂

一、大孔网状聚合物吸附剂的类型
分为非极性、中等极性、极性、强极性。 非极性吸附剂：由苯乙烯和二乙烯苯聚合 而成—芳香族吸附剂。 中等极性吸附剂：具有甲基丙烯酸酯的结 构—脂肪族吸附剂。 极性吸附剂：含有硫氧、酰氨、氮氧、磺 酸基等极性基团。 产品：Amberlite（XAD系列）和Diaion （HP系列）吸附剂。
硅藻土
成分：无定形的二氧化硅，由硅藻的遗体 沉积而成。 制备：商品硅藻土是经过盐酸洗涤和缎烧 去除杂质后的产品。 特点：惰性 应用：助滤剂，澄清剂

皂土
主要成分：铝和镁的硅酸盐 应用：吸附金属离子、多肽、碱性蛋白， 是核酸酶的抑制剂。

几个概念： 孔容、骨架密度、湿真密度

二、大孔网状吸附法操作过程 1、树脂选择
极性：“类似物容易吸附类似物”
树脂孔径：约等于溶质分子直径的6倍。
树脂预处理：甲醇洗涤。
再生：用一种或数种有机溶剂清洗。

2、吸附条件选择 溶液的pH：影响弱电解质的离解程度。

吸附剂
相互作用 (如溶解) 吸附物 溶剂/水
吸附剂—在表面上能发生吸附作用的固体 吸附物—被吸附的物质
正吸附，负吸附。

吸附: 典型的表面现象
吸附质 吸附剂
脱吸附：吸附的逆过程

吸附主要发生在吸附剂内孔表面
碳面水造之碳碳即 产的煤，产化发造 生有气同生物生孔 活机能时微表氧过 性物将高孔面化程 除附温发侵反， 去在产达蚀应气 ，碳生的，，体 使表的构使将与

吸附能力：水>乙醇>甲醇>乙酸乙酯>丙酮>氯仿。
在水溶液中，酸性条件下较强； 对具有极性基团的化合物吸附力较大； 芳香族化合物>脂肪族化合物； 分子量大的>分子量小。
2500 C 9000 C 12000 C
薄水铝石 Al2O3
粗晶粒 2000 C 4500 C
湃铝石 Al2O3 Al2O3 Al2O3
2300 C 8500 C 12000 C



Diaion大网格吸附剂的物理性质
吸附剂 HP—10 HP—20 HP—30 孔容 孔半径 表面积 (m2/g) (ml/g) (Å) 501.3 718.0 570.0 0.64 1.16 0.87 300 460 250 吸附剂 HP—40 HP— 50 表面积 (m2/g) 704.7 589.8 孔容 孔半径 (ml/g) (Å) 0.63 0.81 250 900
对中性物质的吸附没有影响。 考虑目的物的稳定性。
无机盐：使吸附量增大。

3、洗涤条件选择
最常用的是以低级醇、酮或其水溶液解吸。
能使大孔网状聚合物吸附剂溶胀
容易溶解吸附物。
对弱酸性物质可用碱来解吸。
对弱碱性物质可用酸来解吸。
吸附在高浓度盐类溶液中进行时用水洗。

第三节 大孔网状聚合物吸附剂
结构：大网格骨架，孔径100甚至1000nm 以上；不含功能团；吸附能力与活性炭、 硅胶相似。
特点：选择性好，解吸容易，理化性质稳 定，机械强度好，可反复使用，流体吸力 小；可按需调整空隙大小、骨架结构和极 性。


CoQ10制备

四、人造沸石
人造沸石是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其 化学通式为：Mx/m[(AlO2)x· (SiO2)y]· 2O zH
M代表阳离子，m表示其价态数，z表示水合 数，x和y是整数。
沸石分子筛活化后，水分子被除去，余 下的原子形成笼形结构，孔径为3～10Å。

一、吸附作用
吸附：物质分子在两相界面上浓度的增加。
由于界面上的分子同时受到不相等的两 相分子的作用力，因此界面分子的力场是不 饱和的，即存在一种固体的表面力，它能从 外界吸附分子、原子或离子，并在吸附剂表 面附近形成多分子层或单分子层。

物理吸附与化学吸附
项目 作用力 吸附力 选择性 吸附速度 物理吸附 范德华力 较小，接近液化热 几乎没有 化学吸附 库仑力 较大，接近反 应热 有选择性
较快，需要的活化能很 慢，需要较高 小 的活化能 单分子层