離子交換分離原理及設(shè)備

1、離子交換分離原理及設(shè)備,離子交換樹脂及其分離原理 離子交換樹脂的分類及合成 離子交換樹脂的理化性能 離子交換機理及選擇性 離子交換裝置及再生 離子交換設(shè)備及計算 離子交換設(shè)備的結(jié)構(gòu) 離子交換設(shè)備的計算,離子交換樹脂的分類,按樹脂骨架的主要成分分為聚苯乙烯型樹脂、聚丙烯酸型樹脂、酚-醛型樹脂等； 按聚合的化學(xué)反應(yīng)分為共聚型樹脂和縮聚型樹脂； 按樹脂骨架的物理結(jié)構(gòu)分為凝膠型樹脂(

2、微孔樹脂)、大網(wǎng)絡(luò)樹脂(大孔樹脂)及均孔樹脂； 按樹脂的酸堿性分為強酸性、弱酸性陽離子交換樹脂和強堿性、弱堿性陰離子交換樹脂。,幾類樹脂性能的比較,離子交換樹脂的理化性能,顆粒度：大多數(shù)為球形，直徑0.2～1.2mm； 交換容量：表示方法有質(zhì)量交換容量(mmol/g樹脂)和體積交換容量(mmol/mL樹脂)；此外還有工作交換容量和再生交換容量； 機械強度 膨脹度 含水量及密度：含水量一般是0.3～0.7g/g干

3、樹脂)；濕堆積密度和濕真密度一般為600～850kg/m2和1100～1400kg/m2； 孔結(jié)構(gòu),離子交換機理及選擇性,離子交換機理,,,B+,,,A+,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,薄膜,離子交換過程包括5步：1. A+自溶液擴散到樹脂表面；2. A+從樹脂表面擴散到樹脂內(nèi)部的活性中心；3. A+在活性中心發(fā)生交換反應(yīng)；4. 解吸離子B+自樹脂內(nèi)部的活性中心擴散

4、到樹脂表面；5. B+從樹脂表面擴散到溶液；,,Sampleapplicationand wash,Elution,Equilibration,Regeneration,-,,-,-,,,,-,,-,,,-,,-,-,-,-,,-,-,-,-,離子交換機理及選擇性,離子交換機理,離子交換機理及選擇性,離子交換過程的選擇性 離子的水化半徑 離子的化合價 溶液的酸堿度 交聯(lián)度、膨脹度和分子篩 樹脂與

5、交換離子之間的輔助力 有機溶劑的影響,離子交換裝置及再生,離子交換裝置,離子交換裝置及再生,再生方式,離子交換裝置及再生,再生方式,離子交換裝置及再生,再生操作,交換,動畫演示,離子交換裝置及再生,再生操作,混合床再生的操作過程,,,具有多孔支持板的離子交換罐,圓筒體的高徑比一般為2～3，樹脂層高度約為圓筒高度的50 ～70％。,1-視鏡 2-進料口 3-手口4-液體分布器 5-樹脂層6-多孔板 7-尼龍層 8-出液口,,,

6、具有塊石支持層的離子交換罐,1-進料口 2-視鏡 3-液位計4-樹脂層 5-卵石層 6-出液口,,,,,,,,,,被交換溶液進口,淋洗水、解吸液及再生劑進口,廢液出口,分布器,分布器,淋洗水、解吸液及再生劑出口，反洗水進口,反吸附離子交換罐,,,,,,,,擴口式離子交換器,,,,,,,,,,,,,,混合床交換罐制備無鹽水的流程,,,,,篩板式連續(xù)離子交換設(shè)備,漩渦式連續(xù)離子交換設(shè)備,,,,,,離子交換設(shè)備的計算,罐體積,罐體積Vt：

7、,罐高徑比一般取Hi/D=2～3。,交換設(shè)備的放大,1.根據(jù)交換罐負(fù)荷相同的原則放大；2.根據(jù)交換罐中溶液空塔流速相同的原則放大；3.溶液通過床層的壓力降,離子交換的應(yīng)用及特點,應(yīng)用 1.氨基酸 2.有機酸 3.抗生素 4.生物酶,特點 1.樹脂無毒且可反復(fù)使用 2.少用或不用有機溶劑 3.成本低 4.設(shè)備簡單 5.操作方便,吸附分離原理及設(shè)備

8、,吸附分離機理,吸附法是利用合適的吸附劑，在一定的操作條件下，使發(fā)酵液中的產(chǎn)物被吸附在固定吸附劑的內(nèi)外表面上，再以適當(dāng)?shù)慕馕鼊a(chǎn)物從吸附劑上解吸下來，從而達到分離濃縮的目的。,吸附分離原理及設(shè)備,吸附劑的選擇,吸附劑按其化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為兩大類：一類是有機吸附劑，如活性炭、球形炭化樹脂、聚酰胺、纖維素、大孔樹脂等；另一類是無機吸附劑，如白土、氧化鋁、硅膠、硅藻土等。,影響吸附過程的因素,1.吸附劑的性質(zhì)2.吸附物的性質(zhì)3.溶劑及操作條

9、件,吸附分離原理及設(shè)備,吸附操作及設(shè)備,1.攪拌罐內(nèi)的吸附操作2.固定床吸附 主要設(shè)備有吸附柱或吸附塔,色譜分離原理及設(shè)備,色譜分離原理 色譜分離操作條件 色譜分離設(shè)備,Column Chromatography,Gel Filtration -size,Resin has fixed size pores which allow molecules smaller than a given size to enter

10、Small molecules will take longer to pass down the column than large ones because they travel furtherCan estimate molecular weight by comparison with a standard,Ion Exchange - charge,Mixture of proteins is applied to the

11、 negatively charged column resin – balanced by Na+ ions (red)-ve and neutral proteins pass in the void volume, +ve proteins stickExcess of Na+ ions is added+ve proteins are elutedCould have used change in pH to elu

12、te the proteins,CATION EXCHANGE,Affinity Chromatography,Uses specific binding property to attach protein to columnIncrease concentration of ligand to elute the proteinExamples:antibody columns - monoclonal antibody at

13、tached to column glutathione column – binds glutathione-S-transferase on target,工業(yè)規(guī)模的色譜分離流程,色譜分離設(shè)備,玻璃色譜分離柱,色譜分離設(shè)備,帶熱夾套分離柱,反轉(zhuǎn)式分離柱,ÄKTAexplorer,ÄKTApurifier,ÄKTAFPLC,色譜分離設(shè)備,色譜分離設(shè)備,實驗室層析和大規(guī)模層析的分別,,,,,,實驗室,大規(guī)

14、模生產(chǎn),分辨率越多峰越好 要求純度種類 提高分辨率純度定性 增加 增加 樣品量 產(chǎn)量 (生產(chǎn)力) (峰越少越好) 上樣速度不注重 最大樣品處理速度次/h 生產(chǎn)力=g/ml 膠/h,,,線性放大,固定以下條件：1. 相同線行流速2. 相同緩沖液3.

15、 相同填料4. 相同柱高5. 相同樣品濃度和pH6. 相同樣品體積和柱床體積比例7. 相同梯度體積和柱床體積比例放大：1. 柱直徑2. 體積流速3. 上樣體積,SOURCE 30RPC,FineLINE 200L,400-fold scale up,10 mm diameter column,Column: SOURCE 30RPC, a) 10x300 mm (23.6 ml)b) FineLINE 200L,

16、 100x300 mm (9.4 l)Sample: Mixture of Angiotensin II, ribonuclease and insulinSample load: 0.064 mg/ml mediumEluent A: 0.1% TFA/0.05 M NaClEluent B: 0.1% TFA/60% n-propanolFlow rate: 150 cm/h a) 2 ml/min

17、b) 785 ml/minGradient: 20-70% B, 5 column volumes,切實可行的可放大性,ÄKTA? explorer10,BioProcess,23.6-ml column,9.4-litre column,切實可行的可放大性,大型層析柱,多種大小,材料可供選擇,柱床體積高達千多升也可以訂做經(jīng)濟型 INdEX 和 層疊柱制藥用BPG 和CHROMAFLOW 柱極高標(biāo)準(zhǔn)的 BPS