8第八章离子交换

据分离设备分： （1）搅拌槽吸附； （2）固定床吸附； （3）膨胀床吸附； （4）移动床和模拟移动床吸附：
活性炭
染料废水
处理水
液体接触吸附器示意图
G
固定床吸附
二、吸附分离介质 1、吸附介质材料及类型
（1）吸附介质一般使用多孔材料。 孔结构类型： ①由微粒堆积而成，如硅胶、活性氧化铝。 ②毛细管状的孔，如活性炭，孔径小到纳米级。 ③多孔晶体中的孔，如沸石，孔径在纳米以下。
（2）硅胶 硅胶是SiO2 ·nH2O微粒的堆积物。 控制胶团的尺寸和堆积的配位数，可以控制硅胶
的孔容、孔径和表面积。 硅胶表面有5%羟基，是吸附活性中心。 200℃
以上会脱去，所以硅胶一般在200℃以下活化。 硅胶对极性化合物（水、醇、醚、酮、酚、胺、
吡啶等）吸附力强；对芳香烃、不饱和烃吸附力次之； 饱和烃、环烷烃吸附力最弱。
4、吸附剂的性能要求： （1）较大的比表面积。 （2）较高的强度和耐磨性、稳定的理化性质。 （3）颗粒大小均匀。 （4）具有一定的吸附分离能力。 （5）具有一定的商业规模和合理的价格。
5、吸附剂制备 （1）材料 功能性单体、交联剂、引发剂、致孔剂、分散剂。 （2）方法
①乳液聚合：水溶性反应物的聚合反应，用溶 解表面活性剂（如斯盘80）的有机溶剂为分散剂。
据操作方式分： 变温吸附分离、变压吸附分离、变浓度吸附分离
（1）变温吸附分离。 利用温度变化实现吸附与解吸。 常温或低温下吸附，高温下解吸、同时吸附剂再 生，然后降温到吸附温度，进入下一个循环。 循环时间长，数小时到数天不等。 用于气体或液体中分离少量杂质。
（2）变压吸附分离。 利用压力变化实现吸附与解吸。 较高压力下吸附，常压或低压下解吸、同时吸附

• 分离纯化——氨基酸制备 • 无盐水制备
60
氨基酸制备、分离
• 猪血粉水解制备6种氨基酸:
61
无盐水制备
• 无盐水制备是利用氢型阳离子交换树脂 和羟型阴离子交换树脂的组合以除去水 中所有的离子，其反应式如下：
62
无盐水制备
• 阳离子交换树脂用强酸性树脂，阴离子交换树脂 可以用强碱或弱碱树脂。
44
三、交换环境的影响
• 1、溶液的pH：解离度、交换容量、 选择性。
• 2、离子强度：交换容量、选择性、 交换速度
• 3、有机溶剂：能降低有机离子的解 离程度。
45
四、树脂结构的影响
（一）树脂载体的交联度：
• 交联度上升，膨胀度下降，K值增大，树 脂潜在的选择能力提高。
• 空隙大小的影响，即膨胀度增大，促使树 脂吸附量增加。
• 交换：静态交换 动态交换 • 洗脱： • 洗脱方式：分静态洗脱及动态洗脱两种，pH
及离子强度改变。 • 洗脱液：酸、碱、盐。
56
• 酸、碱洗脱液旨在改变吸附物的电荷或改变 树脂吸附基团的解离状态，以消除静电结合 力，迫使目的物被释放出来；
• 盐类洗脱液是通过高浓度的同种电荷的离子 与目的物竞争树脂上的活性基团，使吸附物 解离。
•
C1/C2=P
• 在稀溶液(C2较小)中，树脂吸附高价离 子的倾向很大。
43
举例
• 例如：
• 当k=2 P=1 m1+m2=1 C2=0.1mol/L Z2=1时 • 若Z1=2 则m1＝0.9，m2＝0.1 • 若Z1=3 则m1＝0.97，m2＝0.03 • 在较稀的溶液中，树脂几乎仅吸附高价离子。
34
交换容量测定方法
• 阳离子交换树脂（氢型）的测定方法：一定量 树脂 中 加入 NaOH溶 液， 一天 或 数天 后 测定 NaOH剩余量，从消耗的碱量求交换容量。

第八章离子交换法一、填空题1、离子交换剂由、和组成。

平衡离子带为阳离子交换树脂，平衡离子带称阴离子交换树脂。

2、常见的离子交换剂有，，等。

3、离子交换树脂的基本要求有、、、和。

4、影响离子交换选择性的因素主要有、、、、等。

5、请写出下列离子交换剂的名称和类型：CM-C的名称是，属于交换纤维素; DEAE-C的名称是，属于交换纤维素;。

6、色谱聚焦（chromatofocusing）是一种高分辨的新型的蛋白质纯化技术。

它是根据，结合，能分离几百毫克蛋白质样品，洗脱峰被聚焦效应浓缩，分辨率很高，操作简单。

7、写出下列离子交换剂类型：732 ，724 ，717 ，CM-C ,DEAE-C ，PBE94 。

8、在采用多缓冲阴离子交换剂作固定相的离子交换聚焦色谱过程中，当柱中某位点之pH 值下降到蛋白质组分值以下时，它因带电荷而，如果柱中有两种蛋白组分，pI值较者会超过另一组分，移动至柱下部pH较的位点进行。

9、影响离子交换选择性的因素有、、、、。

二、选择题1、用钠型阳离子交换树脂处理氨基酸时，吸附量很低，这是因为（）A.偶极排斥B.离子竞争C.解离低D.其它2、在酸性条件下用下列哪种树脂吸附氨基酸有较大的交换容量（）A.羟型阴B.氯型阴C.氢型阳D.钠型阳3、在尼柯尔斯基方程式中，K值为离子交换常数，K＞1说明树脂对交换离子吸引力（）A.小于平衡离子B.大于平衡离子C.等于平衡离子D.其它三、名词解释1、蛇笼树脂：2、尼柯尔斯基方程式：3、偶极离子排斥作用：四、问答题1、简述离子交换纤维素的特点有哪些？2、请以CM-C为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。

3、请以DEAE-C为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。

4、由下图，利用给出的两种离子交换剂（E1，E2）分离3种蛋白质（P1、P2、P3），用箭头流程图表示(并指出E1，E2的类型)。

•
22
第三节 离子交换动力学
• 一、离子交换平衡
• • R代表离子交换树脂，Z1及Z2分别为离子A1和A2的
价电数。
•
表示溶液中与树脂表面的两种离子。
23
尼科尔斯基方程式
• 用m1、m2及C1、C2分别代表树脂上和溶液中的 两种离子的浓度。
• 数量关系可表示:
•
• 尼科尔斯基方程式
• K＞1时 离子A1比离子A2对树脂有较大的吸引力
10
阳离子交换树脂分类
• 强酸型树脂：磺酸型树脂，功 能基团为磺酸根(—SO3H)及甲 基磺酸根(—CH2SO3H)，有好 的解离能力。
• 中酸性树脂：磷酸型树脂（—
PO3H2 ）
• 弱酸性树脂：羧酸型树脂和酚
型树脂（—COOH ,
），
在酸性环境中解离度受到抑制。
11
阴离子交换树脂
• 强碱型阴离子交换树脂： •
(生物制药工艺学)第八章离子交换法 (ion-exchange
第一节 基本原理
• 离子交换法：利用溶液中带电粒子与离 子交换剂之间结合力的差异进行物质分 离的操作方法。
• 带电粒子与离子交换剂间的作用力是静 电力。
• 电荷密度、电荷种类
2
离子交换剂
• 离子交换剂：由惰性的不溶性载体、功能基团 和平衡离子组成。
用“×”将树脂编号与交联度分开。 • 弱酸101 ×4其交联度为4％。 • 国内常用树脂命名：724；732；717
16
离子交换树脂的骨架
（一）苯乙烯型离子交换树脂
• 由苯乙烯与二 乙烯苯经过氧 苯甲酰催化聚 合而成。
• 交联度
17
18
（二）丙烯酸型离子交换树脂