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1、离子交换分离原理及设备,离子交换树脂及其分离原理 离子交换树脂的分类及合成 离子交换树脂的理化性能 离子交换机理及选择性 离子交换装置及再生 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、聚丙烯酸型树脂、酚-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；按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树脂)、大网络树脂(大孔树脂)及均孔树脂；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。,几类树脂性能的比较,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
2、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)；湿堆积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5步：1.A+自溶液扩散到树脂表面；2.A+从树脂表面扩散到树脂内部的活性中心；3.A+在活性中心发生交换反应；4.解吸离子B+自树脂内部的活性中心扩散到树脂表面；5.B+从树脂表面扩散到溶液；,Sampleapplicationand wash,Eluti
3、on,Equilibration,Regeneration,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,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 树脂与交换离子之间的辅助力 有机溶剂的影响,离子交换装置及再生,离子交换装置,离子交换装置及再生,再生方式,离子交换装置及再生,再生方式,离子交换装置及再生,再生操作,交换,动画演示,离子交换装置及再生,再生操作,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23，树脂层高度约为圆筒高度的50 70。,1-视镜
4、 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盐水的流程,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Vt：,罐高径比一般取Hi/D=23。,交换设备的放大,1.根据交换罐负荷相同的原则放大；2.根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,离
5、子交换的应用及特点,应用 1.氨基酸 2.有机酸 3.抗生素 4.生物酶,特点 1.树脂无毒且可反复使用 2.少用或不用有机溶剂 3.成本低 4.设备简单 5.操作方便,吸附分离原理及设备,吸附分离机理,吸附法是利用合适的吸附剂，在一定的操作条件下，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，从而达到分离浓缩的目的。,吸附分离原理及设备,吸附剂的选择,吸附剂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、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。,影响吸附过程的因素,1.吸附剂的性质2.吸附
6、物的性质3.溶剂及操作条件,吸附分离原理及设备,吸附操作及设备,1.搅拌罐内的吸附操作2.固定床吸附 主要设备有吸附柱或吸附塔,色谱分离原理及设备,色谱分离原理 色谱分离操作条件 色谱分离设备,Column Chromatography,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 becau
7、se they travel furtherCan estimate molecular weight by comparison with a standard,Ion Exchange-charge,Mixture of proteins is applied to the 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 protein
8、s are elutedCould have used change in pH to elute 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 attached to column glutathione column bi
9、nds glutathione-S-transferase on target,工业规模的色谱分离流程,色谱分离设备,玻璃色谱分离柱,色谱分离设备,带热夹套分离柱,反转式分离柱,KTAexplorer,KTApurifier,KTAFPLC,色谱分离设备,色谱分离设备,实验室层析和大规模层析的分别,实验室,大规模生产,分辨率越多峰越好 要求纯度种类 提高分辨率纯度定性 增加 增加 样品量 产量(生产力)(峰越少越好)上样速度不注重 最大样品处理速度次/h 生产力=g/ml 胶/h,线性放大,固定以下条件：1.相同线行流速2.相同缓冲液3.相同填料4.相同柱高5.相同样品浓度和pH6.相同样品体
10、积和柱床体积比例7.相同梯度体积和柱床体积比例放大：1.柱直径2.体积流速3.上样体积,SOURCE 30RPC,FineLINE 200L,400-fold scale up,10 mm diameter column,Column: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 NaC
11、lEluent 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,KTA explorer10,BioProcess,23.6-ml column,9.4-litre column,切实可行的可放大性,大型层析柱,多种大小,材料可供选择,柱床体积高达千多升也可以订做经济型 INdEX 和 层叠柱制药用BPG 和CHROMAFLOW 柱极高标准的 BPSS 柱专为 SOURCE 填料设计的 FineLINE 柱,CHROMAFLOW 自动装卸层析柱,装卸柱到清洗都无需打开柱头安全,重复性高节省人力,STREAMLINE 扩张柱床吸附技术,配合STREAMLINE填料和层析柱使用粗样无需离心，过滤，直接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,离子交换分离原理及设备 吸附分离原理及设备 色谱分离原理及设备,小 结,
