第八章 吸附分离法

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1、第八章吸附分离法第八章吸附分离法第一节概述前言前言l利用适当的吸附剂，在一定的pH条件下，吸附样品中的目标物质，然后再以适当的洗脱剂将吸附的物质从吸附剂上解吸下来，达到浓缩和提纯的目的。l广泛应用在各种生物行业，如酶、蛋白质、核苷酸、抗生素、氨基酸等的分离纯化中。吸附法的特点吸附法的特点1 1、可不用或少用有机溶剂、可不用或少用有机溶剂2 2、操作简便、安全、设备简单、操作简便、安全、设备简单3 3、生产过程、生产过程pHpH变化小，适用于稳定性较差的物质。变化小，适用于稳定性较差的物质。l缺点：选择性差，收率不高，特别是无机吸附剂缺点：选择性差，收率不高，特别是无机吸附剂性能不稳定，不能连续

2、操作，劳动强度大。性能不稳定，不能连续操作，劳动强度大。l应用：如需要的成分易吸附，可在吸附后除去不应用：如需要的成分易吸附，可在吸附后除去不吸附和不易吸附的杂质，再将样品洗脱；当需要吸附和不易吸附的杂质，再将样品洗脱；当需要的成分较难吸附，则将杂质吸附除去，故吸附法的成分较难吸附，则将杂质吸附除去，故吸附法常用来除杂。常用来除杂。l通常，一种物质从一相移动到另外一相的现象通常，一种物质从一相移动到另外一相的现象称为称为吸附吸附。如果吸附仅仅发生在表面上，就称。如果吸附仅仅发生在表面上，就称为为表面吸附表面吸附；如果被吸附的物质遍及整个相中，；如果被吸附的物质遍及整个相中，则称为则称为吸收吸收

3、。第二节吸附过程的理论基础第二节吸附过程的理论基础一、基本概念一、基本概念l固体可分多孔和非多孔两类。固体可分多孔和非多孔两类。l非多孔固体只具有很小的比表面（只有外表面），非多孔固体只具有很小的比表面（只有外表面），可通过粉碎增加其比表面。可通过粉碎增加其比表面。l多孔性固体由于颗粒内微孔的存在，比表面很大，多孔性固体由于颗粒内微孔的存在，比表面很大，可达每克几百平方米。可达每克几百平方米。l多孔性固体比表面积由外表面和内表面组成，内多孔性固体比表面积由外表面和内表面组成，内表面积是外表面积的几百倍，并具较大吸附力，表面积是外表面积的几百倍，并具较大吸附力，故多用多孔性固体作为吸附剂。故多用

4、多孔性固体作为吸附剂。吸附机理吸附机理l固体表面分子（或原子）与固体内部分子所处的固体表面分子（或原子）与固体内部分子所处的状态不同，固体内部分子受邻近四周分子的作用状态不同，固体内部分子受邻近四周分子的作用力是对称的，作用力总和为零。力是对称的，作用力总和为零。l但界面上的分子同时受但界面上的分子同时受到不相等的两相分子的作到不相等的两相分子的作用力，作用力总和不等于用力，作用力总和不等于零，合力方向指向固体内零，合力方向指向固体内部，故能从外界吸附分子、部，故能从外界吸附分子、原子或离子，并在表面形原子或离子，并在表面形成多分子层或单分子层。成多分子层或单分子层。l物质从流体相物质从流体相

5、( (气体或液体气体或液体) )浓缩到固体表面从浓缩到固体表面从而实现分离的过程称为而实现分离的过程称为吸附作用吸附作用。l在表面上能发生吸附作用的固体称为在表面上能发生吸附作用的固体称为吸附剂吸附剂，l而被吸附的物质称为而被吸附的物质称为吸附物吸附物。二、吸附的类型二、吸附的类型吸附作用是根据其相互作用力的不同来分类。吸附作用是根据其相互作用力的不同来分类。产生吸附效应的力有范德华力、静电作用力以产生吸附效应的力有范德华力、静电作用力以及在酶与基质结合成络合物时存在的疏水力、及在酶与基质结合成络合物时存在的疏水力、空间位阻等。按照范德华分子间或键合力的特空间位阻等。按照范德华分子间或键合力的

6、特性，通常可分为以下三种类型。性，通常可分为以下三种类型。l物理吸附物理吸附l化学吸附化学吸附l交换吸附交换吸附（一）、物理吸附（一）、物理吸附l吸附剂和吸附物通过分子力吸附剂和吸附物通过分子力( (范德华力范德华力) )产生的吸附称为产生的吸附称为物物理吸附理吸附。l这是一种最常见的吸附现象，其特点是吸附不仅限于一些这是一种最常见的吸附现象，其特点是吸附不仅限于一些活性中心，而是整个自由界面。活性中心，而是整个自由界面。l分子被吸附后，一般动能降低，故吸附是分子被吸附后，一般动能降低，故吸附是放热放热过程。过程。物理吸附的吸附热较小，物理吸附时，吸附物分子的状态物理吸附的吸附热较小，物理吸附

7、时，吸附物分子的状态变化不大，需要的活化能很小，多数在较低的温度下进行。变化不大，需要的活化能很小，多数在较低的温度下进行。由于吸附时除吸附剂的表面状态外，其他性质都未改变，由于吸附时除吸附剂的表面状态外，其他性质都未改变，所以两相在所以两相在瞬间即可达到平衡瞬间即可达到平衡。有时吸附速度很慢，这是由于在吸附剂颗粒的孔隙中的扩有时吸附速度很慢，这是由于在吸附剂颗粒的孔隙中的扩散速度是控制步骤的缘故。散速度是控制步骤的缘故。物理吸附物理吸附l物理吸附物理吸附是可逆的是可逆的，即在吸附的同时，被吸附，即在吸附的同时，被吸附的分子由于热运动会离开固体表面，分子脱离的分子由于热运动会离开固体表面，分子

8、脱离固体表面的现象称为固体表面的现象称为解吸解吸。l物理吸附可分成物理吸附可分成单分子层吸附单分子层吸附或或多分子层吸附多分子层吸附。l由于分子力的普遍存在，一种吸附剂可吸附多由于分子力的普遍存在，一种吸附剂可吸附多种物质，种物质，没有严格的选择性没有严格的选择性，但由于吸附物性，但由于吸附物性质不同，吸附的量有所差别。质不同，吸附的量有所差别。l物理吸附与吸附剂的表面积、孔径分布和温度物理吸附与吸附剂的表面积、孔径分布和温度等因素密切相关。等因素密切相关。（二）、化学吸附（二）、化学吸附l化学吸附是由于吸附剂在吸附物之间的化学吸附是由于吸附剂在吸附物之间的电子转移，发生电子转移，发生化学反应

9、而产生的，属于库仑力范围化学反应而产生的，属于库仑力范围，它与通常的化学，它与通常的化学反应不同的地方在于吸附剂表面的反应原子保留了它或反应不同的地方在于吸附剂表面的反应原子保留了它或它们原来的格子不变。它们原来的格子不变。l反应时反应时放出大量的热放出大量的热，由于是化学反应，故需要一定的，由于是化学反应，故需要一定的活化能，需在较高的温度下进行。活化能，需在较高的温度下进行。l化学吸附的化学吸附的选择性较强选择性较强，即一种吸附剂只对某种或几种，即一种吸附剂只对某种或几种特定物质有吸附作用，因此化学吸附一般为特定物质有吸附作用，因此化学吸附一般为单分子层吸单分子层吸附，吸附后较稳定，不易解

10、吸，平衡慢附，吸附后较稳定，不易解吸，平衡慢。l这种吸附与吸附剂表面化学性质以及吸附物的化学性质这种吸附与吸附剂表面化学性质以及吸附物的化学性质有关。有关。物理吸附与化学吸附本质物理吸附与化学吸附本质上虽有区别，但有上虽有区别，但有时也很难严格划分，可能在某些过程以物理时也很难严格划分，可能在某些过程以物理吸附为支配作用，而在另一些过程中以化学吸附为支配作用，而在另一些过程中以化学吸附为支配作用。两种吸附的比较见下表吸附为支配作用。两种吸附的比较见下表：物理吸附物理吸附化学吸附化学吸附吸附作用力吸附作用力 范德华力范德华力库伦力库伦力选择性选择性较差较差较高较高所需活化能所需活化能低低高高吸附

11、速度吸附速度快快慢慢吸附分子层吸附分子层单层或多层单层或多层单层单层（三）、交换吸附（三）、交换吸附l吸附剂表面如为极性分子或离子所组成，则会吸引溶液吸附剂表面如为极性分子或离子所组成，则会吸引溶液中带相反电荷的离子而中带相反电荷的离子而形成双电层形成双电层，这种吸附称为，这种吸附称为极性极性吸附吸附。l在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中，也称它同时要放出等当量的离子于溶液中，也称交换吸附交换吸附。l离子的电荷是交换吸附的决定因素，离子所带离子的电荷是交换吸附的决定因素，离子所带电荷越多电荷越多，