生物制药工艺学第8章离子交换ppt课件.ppt
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1、我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物1v第一节第一节 基本原理基本原理v离子交换法:利用溶液中离子交换法:利用溶液中带电粒子带电粒子与离子与离子交换剂之间交换剂之间结合力结合力的差异进行物质分离的的差异进行物质分离的操作方法。操作方法。v带电粒子与离子交换剂间的作用力是带电粒子与离子交换剂间的作用力是静电静电力力。 v电荷密度、电荷种类电荷密度、电荷种类我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物2v离子
2、交换剂:离子交换剂:由惰性的不溶性载体、功能基团和平由惰性的不溶性载体、功能基团和平衡离子组成。衡离子组成。v阳离子交换剂:平衡离子带正电荷。阳离子交换剂:平衡离子带正电荷。v阴离子交换剂:平衡离子带负电荷。阴离子交换剂:平衡离子带负电荷。vR-X+ + Y+ R-Y+ + X+vR-表示阳离子交换剂的功能基团和载体;表示阳离子交换剂的功能基团和载体;X+ 为平衡为平衡离子;离子;Y+为交换离子。为交换离子。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物3v选择性吸附选择性吸附:调节溶液的调节溶液的pH
3、值,值,使目的物带使目的物带有相当数量的静电荷,而主要杂质离子带相有相当数量的静电荷,而主要杂质离子带相反电荷或较弱的电荷。反电荷或较弱的电荷。v选择合适的树脂(如阳离子交换树脂),便选择合适的树脂(如阳离子交换树脂),便可使目的物被离子交换树脂吸附,而杂质较可使目的物被离子交换树脂吸附,而杂质较少被吸附。少被吸附。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物4v(1)调节洗脱液的调节洗脱液的pH值值。v(2)用高浓度的同性离子将目的物离子取用高浓度的同性离子将目的物离子取代下来。代下来。v对阳离子交
4、换树脂而言,目的物的对阳离子交换树脂而言,目的物的pI值愈大值愈大(愈碱),将其洗脱下来所需溶液的(愈碱),将其洗脱下来所需溶液的pH值也值也愈高。愈高。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物5v (1 1)X X+ +为平衡离子,为平衡离子,YHYH+ +及及Z Z+ +为待分离离子;为待分离离子;(2 2)YHYH+ +和和Z Z+ +取代取代X X+ +而被吸附;而被吸附;(3 3)加碱后)加碱后YHYH+ +失去正电荷,被洗脱;失去正电荷,被洗脱;(4 4)提高)提高X X+ +的浓度取
5、代出的浓度取代出Z Z+ + 动画动画我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物6vpH大于等电点时,物质带负电荷,大于等电点时,物质带负电荷,与阴离子交换剂进行交换;与阴离子交换剂进行交换;vpH小于等电点时,物质带正电荷,小于等电点时,物质带正电荷,可以与阳离子交换剂进行交换。可以与阳离子交换剂进行交换。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物7我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这
6、样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物8我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物9v离子交换树脂构成:离子交换树脂构成:v(1)惰性的不溶性高分子固定骨架,称)惰性的不溶性高分子固定骨架,称载体载体。v(2)与载体)与载体共价键共价键连接的不能移动的活性基团,连接的不能移动的活性基团,又称又称功能基团功能基团。v(3)与功能基团以)与功能基团以离子键离子键连接的可移动的活性连接的可移动的活性离子,亦称离子,亦称平衡离子平衡离子。 v如聚苯乙烯磺酸型钠树脂。如
7、聚苯乙烯磺酸型钠树脂。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物10v强酸型树脂:磺酸型树脂,功强酸型树脂:磺酸型树脂,功能基团为磺酸根能基团为磺酸根(SO3H)及甲及甲基磺酸根基磺酸根(CH2SO3H),有好有好的解离能力的解离能力。v中酸性树脂:磷酸型树脂(中酸性树脂:磷酸型树脂(PO3H2 )v弱酸性树脂:羧酸型树脂和酚弱酸性树脂:羧酸型树脂和酚型树脂(型树脂(COOH , ) ,在在酸性环境中解离度受到抑制酸性环境中解离度受到抑制。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个
8、美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物11v强碱型阴离子交换树脂:强碱型阴离子交换树脂:v v弱碱型阴离子交换树脂:活性基团为伯、仲、叔胺弱碱型阴离子交换树脂:活性基团为伯、仲、叔胺基。基。在碱性环境中解离度受到抑制在碱性环境中解离度受到抑制。v中强碱性阴离子交换树脂:兼有以上两类活性基团。中强碱性阴离子交换树脂:兼有以上两类活性基团。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物12我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我
9、也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物13我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物14两性树脂:两性树脂: 蛇笼树脂蛇笼树脂(snake-cage resins)我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物15v强酸类强酸类 1100号;号;v弱酸类弱酸类 101200;v强碱类强碱类201300;v弱碱类弱碱类301400;v中强酸类中强酸类401500v交联度交联度:是合成载体骨架时交联剂重
10、量的百分数,:是合成载体骨架时交联剂重量的百分数,用用“”将树脂编号与交联度分开。将树脂编号与交联度分开。v弱酸弱酸101 4其交联度为其交联度为4。v国内常用树脂命名:国内常用树脂命名:724;732;717我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物16v724;弱酸阳离子交换树脂;弱酸阳离子交换树脂v732;强酸阳离子交换树脂;强酸阳离子交换树脂v717;强碱阴离子交换树脂;强碱阴离子交换树脂我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜
11、测没有错:表里边有一个活的生物17v由由苯乙烯苯乙烯与与二二乙烯苯乙烯苯经过氧经过氧苯甲酰催化聚苯甲酰催化聚合而成。合而成。v交联度交联度我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物18我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物19丙烯酸型阳离子交换树脂:是由丙烯酸型阳离子交换树脂:是由丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯与与二乙烯苯二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。经过氧苯甲酰催化聚合而成。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的
12、东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物20v110树脂:树脂:丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。v724树脂:树脂:它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和二乙烯苯三元共聚而得酯和二乙烯苯三元共聚而得 。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物21v蛇笼树脂蛇笼树脂:脱盐脱盐 v螯形树脂螯形树脂:金属离子:金属离子 v吸附树脂吸附树脂 :“脱色树脂脱色树脂” v热再生离子交换树脂:热再生
13、离子交换树脂: 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物22v 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物23v一、离子交换平衡一、离子交换平衡v vR代表离子交换树脂,代表离子交换树脂,Z1及及Z2分别为离子分别为离子A1和和A2的的价电数。价电数。v 表示溶液中与树脂表面的两种离子。表示溶液中与树脂表面的两种离子。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感
14、到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物24v用用m1、m2及及C1、C2分别代表树脂上和溶液中分别代表树脂上和溶液中的两种离子的浓度的两种离子的浓度。v数量关系可表示数量关系可表示:v v尼科尔斯基方程式尼科尔斯基方程式vK K1 1时时 离子离子A A1 1比离子比离子A A2 2对树脂有较大的吸引力对树脂有较大的吸引力 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物25vRB+ + A+ RA+ + B+v离子交换过程离子交换过程:v1、A+从溶液扩散到树脂表面。从溶液扩散到树脂表面。v2、
15、A+从树脂颗粒表面扩散到颗粒中从树脂颗粒表面扩散到颗粒中心。心。v3、交换离子、交换离子A+ 与平衡离子与平衡离子B+交换。交换。v4、B+从交换中心扩散到离子表面。从交换中心扩散到离子表面。v5、B+ 再扩散到溶液中。再扩散到溶液中。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物26v速度:速度:v 颗粒孔径颗粒孔径、v 颗粒半径颗粒半径、v 树脂交换容量、树脂交换容量、v 离子离子A+的半径与电荷的半径与电荷、v 平衡离子的性质(电荷、半径)。平衡离子的性质(电荷、半径)。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和
16、恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物27v1、树脂粒度树脂粒度:树脂粒度大,交换速度慢。:树脂粒度大,交换速度慢。v2、搅拌速度、搅拌速度v3、树脂交联度树脂交联度:交联度大,交换速度低。:交联度大,交换速度低。v4、离子半径和离子价离子半径和离子价:离子每增加一个电荷,:离子每增加一个电荷,交换速度下降一个数量级。交换速度下降一个数量级。v5、温度。、温度。v6、离子浓度离子浓度:交换速度随离子浓度的上升而加:交换速度随离子浓度的上升而加快。快。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢
17、?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物28v交换离子被吸附,平衡离子被释放。交换离子被吸附,平衡离子被释放。v交换带交换带:交换离子交换离子A1由于被树脂吸附,其由于被树脂吸附,其浓度从起始浓度浓度从起始浓度Co逐渐下降到逐渐下降到0的树脂层。的树脂层。v交换带窄:交换带窄:K K1 1 ;A A1 1浓度小;流速慢浓度小;流速慢。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物29v一、离子交换对树脂的基本要求一、离子交换对树脂的基本要求v二、影响树脂性能的几个因素二、影响树脂性能
18、的几个因素v三、主要理化常数的测定三、主要理化常数的测定我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物30v1、有尽可能大的有尽可能大的交换容量交换容量。v2、有良好的有良好的交换选择性交换选择性。v3、化学性质稳定。化学性质稳定。v4、化学动力学性能好。化学动力学性能好。v5、物理性能好。物理性能好。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物31v1、离子交换树脂具有的离子交换树脂具有的功能基团性质功能基团性质
19、和和数数目目,数目数目是其交换容量的基础。(是其交换容量的基础。(pH)v2、树脂的树脂的交联度交联度树脂强度、交换选择树脂强度、交换选择性、动力学性质。性、动力学性质。v3 3、树脂骨架树脂骨架和平衡离子。和平衡离子。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物32我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物33v偶极离子偶极离子vRSO3-Na+ + H3+NRCOO - RSO3- H3+ NRCOO -
20、 +Na+ vRSO3- H + + H3+NRCOO - RSO3- H3+ NRCOO Hv钠盐树脂钠盐树脂v氢型树脂氢型树脂,被取代的氢离子为羧基所固定,使被吸附,被取代的氢离子为羧基所固定,使被吸附的氨基酸不能形成偶极,与树脂之磺酸基没有排斥力。的氨基酸不能形成偶极,与树脂之磺酸基没有排斥力。v与钠型树脂相比,与钠型树脂相比,氢型树脂氢型树脂有较有较大大的有效的有效交换容量交换容量。 我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物34v1 1、含水量含水量:常用:常用干燥法和离干燥法和离心法心法测
21、得。测得。v2 2、膨胀度膨胀度:膨胀系数:膨胀系数K K膨胀膨胀。v3湿真密度树脂充满水时湿真密度树脂充满水时的密度。的密度。v4.4.交换容量交换容量:meq/g :meq/g 树脂。树脂。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物35v阳离子交换树脂阳离子交换树脂(氢型)的测定方法:一定量(氢型)的测定方法:一定量树脂中加入树脂中加入NaOH溶液,一天或数天后测定溶液,一天或数天后测定NaOH剩余量,从剩余量,从消耗的碱量消耗的碱量求交换容量。求交换容量。v阴离子交换树脂阴离子交换树脂(氯型)的
22、测定方法:一定量(氯型)的测定方法:一定量树脂装柱,用过量树脂装柱,用过量Na2SO4溶液进行离子交换,溶液进行离子交换,测定测定流出液中氯离子总量流出液中氯离子总量,求交换容量。,求交换容量。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物36我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物371 1强酸树脂强酸树脂Amberlite IR-120Amberlite IR-120;2 2弱酸树脂弱酸树脂Amberlit
23、e IRC-84Amberlite IRC-84;3 3强碱树脂强碱树脂Amberlite IRA-400Amberlite IRA-400;4 4弱碱树脂弱碱树脂Amberlite IR-45Amberlite IR-45强酸强碱树脂有水平段强酸强碱树脂有水平段转折点位置转折点位置功能团种类功能团种类交换容量随交换容量随pH值变化值变化我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物38v影响离子交换选择性的因素:影响离子交换选择性的因素:v 离子价与离子水合半径离子价与离子水合半径v 离子价与离子浓度离
24、子价与离子浓度v 交换环境交换环境v 树脂结构树脂结构v 偶极离子排斥偶极离子排斥我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物39v相对亲和力相对亲和力和相对浓度。和相对浓度。v电荷效应越强的离子与树脂的亲和力越电荷效应越强的离子与树脂的亲和力越大,而决定电荷效应的主要因素是大,而决定电荷效应的主要因素是价电价电数和离子半径数和离子半径。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物40v一价阳离子亲和力的次序是:
25、一价阳离子亲和力的次序是:vH+Li+Na+K+ NH4+ Ag+ v对对强碱性强碱性树脂阴离子亲和力次序:树脂阴离子亲和力次序:vFOH HCOO ClBrISO4 2-v对对弱碱性弱碱性树脂阴离子亲和力次序:树脂阴离子亲和力次序:vFClBr=I=Ac SO4 2- OH。我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物41我吓了一跳,蝎子是多么丑恶和恐怖的东西,为什么把它放在这样一个美丽的世界里呢?但是我也感到愉快,证实我的猜测没有错:表里边有一个活的生物42v H+Li+Na+K+ NH4+ Pb+
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