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1、离子交换分别原理及设备 离子交换树脂及其分别原理离子交换树脂及其分别原理 离子交换树脂的分类及合成离子交换树脂的分类及合成 离子交换树脂的理化性能离子交换树脂的理化性能 离子交换机理及选择性离子交换机理及选择性 离子交换装置及再生离子交换装置及再生 离子交换设备及计算离子交换设备及计算 离子交换设备的结构离子交换设备的结构 离子交换设备的计算离子交换设备的计算离子交换树脂的分类 按树脂骨架的主要成分分为聚苯乙烯型树脂、聚丙按树脂骨架的主要成分分为聚苯乙烯型树脂、聚丙烯酸型树脂、酚烯酸型树脂、酚-醛型树脂等；醛型树脂等；按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂；按聚合的化学反应分为共聚型树脂和
2、缩聚型树脂；按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树脂微孔树脂)、大网络树脂大网络树脂(大孔树脂大孔树脂)及均孔及均孔树脂；树脂；按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换树按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换树脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。几类树脂性能的比较 类型类型性能性能阳离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂阴离子交换树脂强酸性强酸性弱酸性弱酸性强酸性强酸性弱酸性弱酸性活性基团活性基团磺酸磺酸羧酸羧酸季胺季胺伯胺、仲胺伯胺、仲胺pH的影响的影响无无酸性交换力小酸性交换力小无无碱性交换力小碱性交换力小盐的稳
3、定性盐的稳定性稳定稳定洗涤时水解洗涤时水解稳定稳定洗涤时水解洗涤时水解再生剂用量再生剂用量35倍倍1.52倍倍35倍倍1.22倍倍交换速率交换速率快快慢慢快快慢慢离子交换树脂的理化性能 颗粒度：大多数为球形，直径0.21.2mm；交换容量：表示方法有质量交换容量(mmol/g树脂)和体积交换容量(mmol/mL树脂)；此外还有工作交换容量和再生交换容量；机械强度 膨胀度 含水量及密度：含水量一般是0.30.7g/g干树脂)；湿积累密度和湿真密度一般为600850kg/m2和11001400kg/m2；孔结构离子交换机理及选择性 离子交换机理B+A+薄膜离子交换过程包括离子交换过程包括5步：步：
4、1.A+自溶液扩散到树脂表面；自溶液扩散到树脂表面；2.A+从树脂表面扩散到树脂从树脂表面扩散到树脂内部的活性中心；内部的活性中心；3.A+在活性中心发生交换反在活性中心发生交换反应；应；4.解吸离子解吸离子B+自树脂内部的自树脂内部的活性中心扩散到树脂表面；活性中心扩散到树脂表面；5.B+从树脂表面扩散到溶液；从树脂表面扩散到溶液；Sampleapplicationand washElutionEquilibrationRegeneration-+-离子交换机理及选择性 离子交换机理离子交换机理及选择性 离子交换过程的选择性 离子的水化半径 离子的化合价 溶液的酸碱度 交联度、膨胀度和分子筛
5、 树脂与交换离子之间的协助力 有机溶剂的影响离子交换装置及再生料液料液处理液处理液 单床式单床式料液料液处理液处理液 多床式多床式料液料液处理液处理液 复床式复床式料液料液处理液处理液 混合床式混合床式离子交换装置离子交换装置及再生再生方式料液再生液处理液废液顺流再生顺流再生料液再生液处理液废液逆流再生逆流再生离子交换装置及再生再生方式废液再生液料液再生液处理液对流逆流再生对流逆流再生废液再生液料液再生液处理液对流再生对流再生离子交换装置及再生再生操作交换交换反洗反洗再生再生水洗水洗交换交换料液处理液废水反洗水再生水再生废液正洗水废水料液处理液动画演示动画演示离子交换装置及再生再生操作混合床再
6、生的操作过程混合床再生的操作过程具有多孔支持板的离子交换罐 圆筒体的高径比一般为圆筒体的高径比一般为23，树脂层高度约为圆，树脂层高度约为圆筒高度的筒高度的50 70。1-视镜 2-进料口 3-手口4-液体分布器 5-树脂层6-多孔板 7-尼龙层 8-出液口具有块石支持层的离子交换罐1-进料口 2-视镜 3-液位计4-树脂层 5-卵石层 6-出液口被交换溶液进口淋洗水、解吸液及再生剂进口废液出口分布器分布器淋洗水、解吸液及再生剂出口，反洗水进口反吸附离子交换罐扩口式离子交换器混合床交换罐制备无机盐的流程筛板式连续离子交换设备漩涡式连续离子交换设备离子交换设备的计算 罐体积罐体积罐体积Vt：罐高
7、径比一般取罐高径比一般取Hi/D=23。交换设备的放大1.依据交换罐负荷相同的原则放大；依据交换罐负荷相同的原则放大；2.依据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大；依据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大；3.溶液通过床层的压力降溶液通过床层的压力降离子交换的应用及特点 应用应用 1.氨基酸氨基酸 2.有机酸有机酸 3.抗生素抗生素 4.生物酶生物酶 特点特点 1.树脂无毒且可反复运用树脂无毒且可反复运用 2.少用或不用有机溶剂少用或不用有机溶剂 3.成本低成本低 4.设备简洁设备简洁 5.操作便利操作便利吸附分别原理及设备 吸附分别机理 吸附法是利用合适的吸附剂，在确定的操作条件吸附法是利用合适
8、的吸附剂，在确定的操作条件下，使发酵液中的产物被吸附在固定吸附剂的内外表下，使发酵液中的产物被吸附在固定吸附剂的内外表面上，再以适当的解吸剂将产物从吸附剂上解吸下来，面上，再以适当的解吸剂将产物从吸附剂上解吸下来，从而达到分别浓缩的目的。从而达到分别浓缩的目的。吸附分别原理及设备 吸附剂的选择 吸附剂吸附剂按其化学结构可分为两大类：一类是有机按其化学结构可分为两大类：一类是有机吸附剂，如活性炭、球形炭化树脂、聚酰胺、纤维素、吸附剂，如活性炭、球形炭化树脂、聚酰胺、纤维素、大孔树脂等；另一类是无机吸附剂，如白土、氧化铝、大孔树脂等；另一类是无机吸附剂，如白土、氧化铝、硅胶、硅藻土等。硅胶、硅藻土
9、等。吸附操作及设备1.搅拌罐内的吸附操作搅拌罐内的吸附操作2.固定床吸附固定床吸附色谱分别原理及设备 色谱分别原理 色谱分别操作条件 色谱分别设备Column Chromatography试验室规模空柱装柱示范录像试验室规模空柱装柱示范录像 Gel Filtration-size Resin has fixed size pores which allow molecules smaller than a given size to enterSmall molecules will take longer to pass down the column than large ones bec
10、ause they travel furtherCan estimate molecular weight by comparison with a standardIon Exchange-charge a)Mixture of proteins is applied to the negatively charged column resin balanced by Na+ions(red)b)-ve and neutral proteins pass in the void volume,+ve proteins stickc)Excess of Na+ions is addedd)+v
11、e proteins are elutedCould have used change in pH to elute the proteinsCATION EXCHANGECATION EXCHANGEAffinity ChromatographyUses specific binding property to attach protein to columnIncrease concentration of ligand to elute the proteinExamples:antibody columns-monoclonal antibody attached to column
12、glutathione column binds glutathione-S-transferase on target工业规模的色谱分别流程色谱分别设备玻璃色谱分别柱玻璃色谱分别柱色谱分别设备带热夹套分别柱反转式分别柱KTAexplorerKTApurifierKTAFPLC色谱分别设备色谱分别设备试验室层析和大规模层析的分别试验室试验室试验室试验室大规模生产大规模生产大规模生产大规模生产辨别率辨别率越多峰越好越多峰越好 要求纯度要求纯度种类种类 提高辨别率提高辨别率纯度纯度定性定性 增加增加 增加增加 样品量样品量 产量产量 (生产力生产力)(峰越少越好峰越少越好)上样速度上样速度不留意不
13、留意 最大样品处理速度最大样品处理速度次次/h 生产力生产力=g/ml 胶胶/h线性放大固定以下条件：固定以下条件：1.相同线行流速相同线行流速2.相同缓冲液相同缓冲液3.相同填料相同填料4.相同柱高相同柱高5.相同样品浓度和相同样品浓度和pH6.相同样品体积和柱床体积比例相同样品体积和柱床体积比例7.相同梯度体积和柱床体积比例相同梯度体积和柱床体积比例放大：放大：1.柱直径柱直径2.体积流速体积流速3.上样体积上样体积2.01.000123456(column volumes)A280 nm2.01.000123456(column volumes)A280 nmSOURCE 30RPCSO
14、URCE 30RPCFineLINE 200LFineLINE 200L400-400-fold scale upfold scale up10 10 mm diameter columnmm diameter columnColumn:SOURCE 30RPC,a)10 x300 mm(23.6 ml)b)FineLINE 200L,100 x300 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 Na
15、ClEluent B:0.1%TFA/60%n-propanolFlow rate:150 cm/h a)2 ml/minb)785 ml/minGradient:20-70%B,5 column volumes切实可行的可放大性切实可行的可放大性切实可行的可放大性切实可行的可放大性KTA explorer10BioProcess23.6-ml column9.4-litre column切实可行的可放大性切实可行的可放大性切实可行的可放大性切实可行的可放大性大型层析柱大型层析柱多种大小多种大小,材料可供材料可供选择选择,柱床体积高达柱床体积高达千多升千多升也可以订做也可以订做经济型经济型 I
16、NdEX INdEX 和和 层层叠柱叠柱制药用制药用BPG BPG 和和CHROMAFLOW CHROMAFLOW 柱柱极高标准的极高标准的 BPSS BPSS 柱柱专为专为 SOURCE SOURCE 填料设填料设计的计的 FineLINE FineLINE 柱柱CHROMAFLOW 自动装卸层析柱自动装卸层析柱装卸柱到清洗都无需装卸柱到清洗都无需打开柱头打开柱头平安平安,重复性高重复性高节约人力节约人力Chromaflow 自动装卸填料生产柱示范录像自动装卸填料生产柱示范录像STREAMLINE 扩张柱床吸附技术扩张柱床吸附技术协作STREAMLINE填料和层析柱运用粗样无需离心，过滤，干脆上柱层析法回收率高，选择性多，可自动化取代离心和超滤设备 离子交换分别原理及设备 吸附分别原理及设备 色谱分别原理及设备小 结