《生化分离工程》PPT课件.ppt

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1、第第7章章 离子交换技术离子交换技术知识点：知识点：离交树脂的分类及其定义，离交树脂的合成（学生自学），离交树脂的理化性能和测定方法，离交过程的理论基础，离交过程的选择性，树脂和操作条件的选择及运用举例。重重点点：离子交换树脂的分类，概念及其适用范围，离子交换树脂的理化性能和测定方法，格雷戈公式的推导和离子交换机理及其数学表达式，离交速度的影响因素的影响情况，离交过程的运用学理论和使离子层分层明显的三种常用方法，能够熟练地据实际情况选择合适的树脂和操作方式。难点：难点：离交过程的理论基础和选择性，格雷戈公式的推导和离子交换机理及其数学表达式。7.6 离子交换技术典型实例离子交换技术典型实例典型

2、实例：典型实例：卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取提取原则：提取原则：对目标产物亲和力强，而对杂质亲和力弱。或者相反，对目标产物亲和力弱，而对杂质亲和力强。提取策略：提取策略：化合物的理化性质（溶解度、pKa值（价态）、结构）树脂的筛选（交换容量、官能团形式、除杂效果）离交条件的选择（溶液pH值、原液浓度、操作方式）7.6 离子交换技术典型实例离子交换技术典型实例条件选择：条件选择：溶液pH值：树脂的离子化、化合物的离子化、化合物的稳定性溶液浓度：扩散效应、亲和力、价态、离子大小操作方式：静态吸附、静态解吸动态吸附、动态解吸、动态串联方式卡那霉素的分离纯化卡那霉素的分离纯化提取原则：提取原则：采

3、用对卡那霉素亲和力强的树脂，进行富集采用对卡那霉素亲和力强的树脂，进行富集提取策略：提取策略：卡那霉素理化性质：结构、卡那霉素理化性质：结构、pKa值、价态值、价态 树脂筛选：强酸型、弱酸型树脂筛选：强酸型、弱酸型 条件选择：条件选择：溶液溶液pHpH值值、卡那霉素卡那霉素浓度、浓度、操作方式操作方式图图1 卡卡A:R1=OH R2=NH2 C18H36N4O11 MW=484.499 D=+146 卡卡B:R1=NH2 R2=NH2 C18H37N5O10 MW=483.54 D=+130 卡卡C:R1=NH2 R2=OH C18H36N4O11 MW=484.499 D=+126卡那霉素结

4、构式卡那霉素结构式卡那霉素离解常数（pKa值）卡那霉素离解曲线n强酸型阳树脂强酸型阳树脂（如732）：n弱酸型阳树脂弱酸型阳树脂（如DK110、D186、HZ-I）：树脂类型树脂类型2、溶液的、溶液的pH值值合适的pH值必须达到下列条件：n使卡那霉素能解离n使732或DK110能离子化n卡那霉素能维持在稳定的范围内卡那解离问题n当PHn在时n当时树脂解离问题树脂解离问题n-SO3H型732树脂pK1n-COOH型DK110 pK 46卡那稳定性问题n卡那稳定存在的pH=68。n732树脂离子交换时溶液pH=5.56.0；nDK110树脂离子交换时，溶液。3、原液浓度、原液浓度n卡那是多元有机生

5、物碱n离子交换理论分析n发酵水平4、操作、操作方式方式n国内国内沿用沿用732静态吸附，静态吸附，3%NH4OH动态洗脱法；动态洗脱法；n国外国外采用采用DK110动态吸附，动态吸附，2%NH4OH动态解吸法动态解吸法5、动态串联方式西索米星西索米星的的离子交换树脂提取离子交换树脂提取 西西索索米米星星为为弱弱碱碱性性生生物物有有机机碱碱，分分子子中中含含有有四四个个氨氨基基，在在水水溶溶液液中中存存在在四四级级离离解解平平衡衡，在在不不同同pHpH值值的的水水溶溶液液体体系系中中能能以以不不同同的的电电化化学学状状态态存存在在，随随着着溶溶液液的的pHpH值值由由高高到到低低而而出出现现逐逐

6、级解离。级解离。在在解解离离条条件件下下，选选用用强强酸酸性性阳阳离离子子交交换换树树脂脂，或或选选用用弱弱酸酸型型阳树脂均可达到吸附西索米星阳离子的目的。阳树脂均可达到吸附西索米星阳离子的目的。目目前前多多选选择择732732强强酸酸性性阳阳树树脂脂进进行行离离交交，溶溶液液 pHpH值值5.55.5，发发酵液原液浓度（约酵液原液浓度（约1000-1500 1000-1500 ugug/ml/ml）。为什么？）。为什么？西索米星西索米星结构式结构式西索米星离解常数（西索米星离解常数（pKapKa值）值）西索米星的离解曲线时时pHpH时时pHpH值值时时pHpH时时不同pH条件下西索米星的价态

7、分布扁桃酸的离子交换树脂提取扁桃酸的离子交换树脂提取 提取策略：提取策略：扁桃酸理化性质：结构、扁桃酸理化性质：结构、pKa值、溶解度值、溶解度 树脂筛选：强酸型、弱酸型树脂筛选：强酸型、弱酸型 条件选择：条件选择：溶液溶液pHpH值值、扁桃酸扁桃酸浓度、浓度、操作方式操作方式扁桃酸结构式扁桃酸结构式扁桃酸扁桃酸pKapKa值的测定值的测定扁桃酸pKa值测定的物理意义扁桃酸pKa值测定方法扁桃酸扁桃酸在非极性溶在非极性溶剂剂中的溶解度曲中的溶解度曲线线 扁桃酸扁桃酸在非极性溶在非极性溶剂剂中的溶解度中的溶解度差值差值曲曲线线 扁桃酸扁桃酸在极性溶在极性溶剂剂中的溶解度曲中的溶解度曲线线 扁桃酸

8、扁桃酸在极性溶在极性溶剂剂中的溶解度中的溶解度差值差值曲曲线线 发发酵液中酵液中R-R-扁桃酸的扁桃酸的711-711-OHOH型离子交型离子交换换提取提取 扁桃酸理化性质树脂功能团杂质影响扁桃酸pKa最适动态吸附条件最适动态解吸条件阴离子交阴离子交换树换树脂脂的选择的选择Fig.1Permeablecurveof R,S-mandelicacidatanionresinpH=0.41andOD220=1.236ofR,S-mandelicacidsolutioncontaining2%NH4Cl,1.0Bv/hvelocityofflow,30mlanionresinand18mm300mm

9、columnsize.711711阴离子交阴离子交换树换树脂脂对对扁桃酸扁桃酸发发酵液的酵液的动态动态吸附特性吸附特性 Fig2Dynamicadsorptioncurveof R-mandelicacidandphenylglyoxilicacidfromfermentbrothat711-OHanionexchangeresin7.0pHvalue、7080mmol/LR-mandelicacidconcentration、810mmol/Lphenylglyoxilicacidconcentration，20ml711-OHanionresinand18mm300mmcolumnsize

10、.ThesameasFig3-Fig6.711711阴离子交阴离子交换树换树脂脂对对R-R-扁桃酸的扁桃酸的动态动态解吸工解吸工艺艺的的选择选择 Fig4DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidindifferentvelocityofflowwith4%HClCl-MA-OH-711711阴离子交阴离子交换树换树脂脂对对R-R-扁桃酸的扁桃酸的动态动态解吸工解吸工艺艺的的选择选择 Fig.5DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidindifferentHClconcentrationwith1.5Bv/h711711阴离

11、子交阴离子交换换分离工分离工艺艺的的验证实验验证实验 Fig6DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidat711-OHanionresinwhiletheoptimumcondition大孔吸附大孔吸附树树脂脂HZ801HZ801分离分离发发酵液中酵液中R-R-扁桃酸研究扁桃酸研究 扁桃酸理化性质树脂功能团杂质影响扁桃酸pKa最适动态吸附条件最适动态解吸条件3.1 3.1 不同流速时，不同流速时，HZ801HZ801对扁桃酸的动态吸附特性对扁桃酸的动态吸附特性 Fig1aDynamicadsorptioncurve

12、ofR-mandelicacidfromfermentbrothatHZ801resinindifferentvelocityofflowThedynamicadsorptionconditionwas2.0pHvalue、80mmol/LR-mandelicacidconcentration、6mmol/Lphenylglyoxilicacidconcentration，20mlHZ801resinand18mm300mmcolumnsize.ThesameasFig.1bFig.4.3.1 3.1 不同流速时，不同流速时，HZ801HZ801对苯乙酮酸的动态吸附特性对苯乙酮酸的动态吸附特性

13、 Fig.1bDynamicadsorptioncurveofphenylglyoxilicacidfromfermentbrothatHZ801resinindifferentvelocityofflow3.2 3.2 不同乙醇浓度对不同乙醇浓度对HZ801HZ801树脂上树脂上R-R-扁桃酸的动扁桃酸的动态解吸曲线态解吸曲线 Fig.2DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidatHZ801resinindifferentethanolconcentrationwith1.5Bv/h不同流速时，不同流速时，50%50%乙醇对乙醇对HZ801HZ801树脂上

14、树脂上R-R-扁桃酸扁桃酸和苯乙酮酸的解吸曲线和苯乙酮酸的解吸曲线 Fig3DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidatHZ801resinindifferentvelocityofflowwith50%ethanolHZ801HZ801吸附树脂分离工艺的验证实验吸附树脂分离工艺的验证实验Fig.4DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidatHZ801resinwhiletheoptimumcondition作业1.1.名词解释：离子交换技术、阳离子交换树脂、强碱性阴离子交换树脂、工作交换量2.2.请画出732、724、711、701这四种离交树脂的滴定曲线，并说明其物理意义。3.4.3.DK110树脂在提取庆大霉素时，工艺上与用732树脂提取有何区别，试述原因。5.4.为什么用大孔树脂提取卡那霉素时，需要对发酵液进行适当的稀释后才能上柱吸附？