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未完成离子交换色谱.ppt

未完成离子交换色谱.ppt

上传者: xinxue4135 2012-08-12 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《未完成离子交换色谱ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含离子交换色谱离子交换色谱(ionexchangechromatographyIEC)离子交换色谱离子交换色谱概述离子交换剂的类型与结构离子交换色谱的符等。

离子交换色谱离子交换色谱(ionexchangechromatographyIEC)离子交换色谱离子交换色谱概述离子交换剂的类型与结构离子交换色谱的操作过程离子交换色谱的应用历史:早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水。算是比较早的离子交换法。这些黏土主要是沸石。离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。可分为阴离子类型和阳离子类型。概述特点优点:分离效率高设备简单操作不复杂树脂又具有再生能力可反复使用应用广泛。缺点:分离周期长耗时过多。定义离子交换色谱是利用离子交换树脂作为固定相以适宜的溶剂作为流动相使溶质按它们的离子交换亲和力的不同而得到分离的方法。概述基本原理基本原理离子交换分离技术是基于不溶性高分子化合物作为色谱介质的一种分离方法。离子交换分离法是基于物质在固相与液相之间的分配。通过分子中的活性离子将溶液中带相反电荷的物质吸附在离子交换剂上然后用适当的洗脱溶剂将吸附物质再从离子交换剂上洗脱下来从而达到目的产物的分离、浓缩和纯化的目的。概述离子交换剂的组成离子交换剂的组成目前在生产中常用的离子交换剂主要有离子交换树脂和多糖基离子交换剂都是由部分组成:不溶性载体由高分子化合物构成的不溶于水、酸和碱也不溶于普通有机溶剂、化学性质稳定的网络状骨架功能基团大量与载体连接、不能自由移动的活性基团可交换离子在功能基团上携带的可移动的活性离子。离子交换剂的结构与类型离子交换树脂离子交换树脂离子交换树脂是具有网状结构的复杂的有机高分子聚合物。网状结构的骨架部分一段很稳定不溶于酸、碱和一般溶剂。在网状结构的骨架上有许多可被交换的活性基团。目前最常用的离子交换树脂是苯乙烯二乙烯苯的聚合物示意图为:离子交换树脂的种类离子交换树脂的种类离子交换树脂阳离子交换树脂阴离子交换树脂特殊的离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂强碱性阳离子交换树脂弱碱性阳离子交换树脂这类树脂的活性基团为磺酸基团(SOH)和次甲磺酸基团(CHSOH)。它们都是强酸性基团能在溶液中解离出H。树脂中的H与溶液中的其他阳离子(如Na)交换从而使溶液中的Na被树脂中的活性基团SO吸附。阳离子交换树脂强酸性阳离子交换树脂特点:淡黄色球状颗粒化学稳定性好耐磨性好在酸性、碱性和中性介质中都可使用交换反应速度快无机、有机阴离子均可交换。强酸性苯乙烯型阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂弱酸性阳离子交换树脂这类树脂的活性基团主要有羧基(COOH)和酚羟基(OH)它们都是弱酸性基团解离度受pH的影响很大。阴离子交换树脂阴离子交换树脂RNROH=RNR+OHˉ强碱性阴离子交换树脂这类树脂的活性基团多为季铵基团(NROH)能在水中解离出OH而呈碱性且解离度基本上不受影响。特性淡黄色的球状颗粒对强酸根和弱酸根都能交换对酸碱氧化剂及某些有机溶剂都比较稳定在酸性、碱性溶液中都能使用交换容量不受溶液中pH值影响。弱碱性阴离子交换树脂弱碱性阴离子交换树脂这类树脂含弱碱性基团如伯胺基(NH)、仲胺基(NHR)或叔氨基(NR)它们在水中能解离出OH但解离能力较弱受pH影响较大在碱性环境中的解离度受到抑制故交换能力差只能在pH<的溶液中使用。大孔弱碱性苯乙烯型阴离子交换树脂()外观:离子交换树脂是一种透明或半透明的物质有白、黄、黑及赤褐色等几种颜色。一般颜色与性能关系不大。树脂的颗粒大小对树脂的交换能力、树脂层中溶液流动分布均匀程度、溶液通过树脂层的压力及交换和反冲时树脂的流失等都有很大影响。一般树脂为球形可减少流体阻力。颗粒大小一般选用一目(mm)。树脂的性质机械强度:树脂必须具有一定的物理稳定性以避免或减少在使用过程中破损流失。一般来说膨胀度越大交联度小的树脂机械强度就越差。交联度交联度合成树脂中所用的交联剂在原料总重量中所占的百分比称为树脂的交联度一般为%。例如强酸性阳离子交换树脂:苯乙烯聚合而成为长的链状分子二乙烯苯把各链状分子联成立体型的网状体。如果二乙烯苯在原料总量中占。则称该树脂的交联度为%。树脂的交联度越小吸水膨胀性能越强若网孔内交换基团多交换量也随之增高。但交联度小的树脂机械强度小不耐压力易变形耐热性差。交联度树脂的交联度越大机械强度越大耐热性越强。但交联度增大也使树脂的网孔变小膨胀性能与交换量也相应下降。化学稳定性:树脂应有较好的化学稳定性不易分解破坏。缩聚树脂的化学稳定性一般较差在强碱溶液中缩聚阳树脂会破坏共聚阳树脂对碱抵抗能力较强但不应与浓度大于molL的碱液长期接触。阴树脂对碱敏感处理时碱液浓度不宜超过molL。强碱树脂稳定性较差。羟型阴树脂即使在水中也不稳定因此常以氯型保存。交换容量交换容量每克干树脂所含活性基团的物质的量而实际交换容量是指在实验条件下每克干树脂能交换离子的物质的量。称取干树脂克置于mL锥形瓶中、准确加入molLNaOH标准溶液mL振荡后放置过夜用移浓管吸取上层清液mL加酚酞指示剂滴用molL标准HCl溶液滴定至红色消失设用去标准HCl溶液mL树脂的交换容量可以计算为mmolg。离子交换的推动力离子交换的推动力根据树脂所带的可交换的离子性质离子交换树脂大体上可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。骨架上的活性离子可扩散到溶液中溶液中的同类型离子也能扩散到骨架的网格或孔内。当这两种离子浓度差较大时就产生一种交换的推动力使它们之间产生交换作用。浓度差越大交换速度越快。利用这种浓度差的推动力能使树脂上的可交换离子发生可逆交换反应。离子在树脂的交换反应与溶液中的置换反应相似。四种基本类型树脂的实用型四种基本类型树脂的实用型)将强酸性阳离子树脂与NaCl作用转变为钠型树脂避免了溶液PH值下降和由此产生的副作用如对设备的腐蚀。进行再生时用盐水而不用强酸。)弱酸性树脂生成的盐RCOONa很易水解呈碱性所以用水洗不到中性一般只能洗到pH左右。但是弱酸性树脂和氢离子结合能力很强再生成氢型较容易耗酸量少。四种基本类型树脂的实用型四种基本类型树脂的实用型)弱碱性树脂生成的盐RNHCl同样易水解。这类树脂和OH离子结合能力较强所以再生成羟型较容易耗碱量少。强酸性树脂和强碱性树脂在转变成钠型和氯型后在使用时就不再有强酸性及强碱性。但它们仍具有这些树脂的其他典型性能如强离解性和工作的pH范围宽等。)强碱性阴离子树脂可先转变为氯型工作时用Cl交换其他阴离子再生只需用食盐水。多糖基离子交换剂多糖基离子交换剂采用生物来源稳定的高分子聚合物(多糖)作离子交换剂的载体能满足分离生物大分子的要求。根据载体多糖种类的不同多糖基离子交换剂可分为离子交换纤维素、离子交换葡聚糖和离子交换琼脂糖。离子交换纤维素:离子交换纤维素:离子交换纤维素是携带功能基团纤维素衍生物具有松散的亲水性网状结构以及较大的表面积大分子可以自由通过因而对生物大分子(如蛋白质)的交换容量比离子交换树脂大。阳离子型离子交换纤维素包括羟甲基纤维素(CM纤维素)等阴离子型离子交换纤维素包括二乙基氨基乙基纤维素(DEAE纤维素)离子交换纤维素离子交换葡聚糖离子交换葡聚糖离子交换葡聚糖是葡聚糖经环氧氯丙烷交联后形成的具有多孔三维空间网状结构和离子交换功能基团的多糖衍生物(SephadexG)亲水性强、不会引起生物分子的变性和失活母链对蛋白质、核酸及其它生物分子的非特异性吸附能力小电离基团在母体上取代程度高交换容量大装柱方便流速快既有离子交换作用又有分子筛效应因而Sephadex是一类广泛应用的色谱分离介质Sephadex的优点如下:常用的离子交换剂常用的离子交换葡聚糖包括:阳离子交换剂CMSephadexCCMSephadexCSephadexCSephadexC阴离子交换剂DEAESephadexADEAESephadexAQAESephadexAQAESephadexA离子交换琼脂糖离子交换琼脂糖离子交换琼脂糖是携带DEAE或CM基团的SepharoseCLBDEAESepharose(阴离子型)和CMSepharose(阳离子型)的离子交换介质具有硬度大、性质稳定流速好分离能力强等优点。对pH及温度的变化均较稳定可在pH~和~范围内使用改变离子强度或pH时床体积变化不大。尤其是介质受pH和离子强度的影响所引起的膨胀和收缩效应较小因此具有稳定的外形体积离子交换色谱的操作过程离子交换色谱的操作过程去除未参与聚合反应的低、高分子成分的分解产物铁、铜、铝等金属物质及灰尘装柱去离子水浸泡h倍食盐水浸泡h水洗酸、碱处理调pH。、预处理研磨、过筛使粒度符合要求浸泡是其充分溶胀净化减少杂质离子交换色谱的操作过程离子交换色谱的操作过程装柱:树脂高度一般约为柱高的。为防止加试液时树脂被冲起在柱的上端亦应铺一层玻璃纤维(或隔板)。装好后再用蒸馏水洗涤(不少于倍柱体积)备用。上样:阳离子树脂可达交换容量的%阴离子一般为。小于%床体积(%分析)关键可采用正上柱或倒上柱柱上树脂分三层:已交、交换、未交。交换带逐渐下移达底部称漏出点。交换带一般m。B离子浓度高、操作温度低、料液流速高、树脂老化等都会使交换带加宽不利应控制但有限。上柱交换:离子交换色谱的操作过程洗脱:用亲和力更大的离子取代产物。生物大分子分离纯化有两种方式:“正吸附”产物离子化被交换。优点是目的产物纯度高可浓缩宜处理浓度低、量大的溶液“负吸附”。吸附杂质。宜处理浓度高溶液产物纯度不高不浓缩。离子交换色谱的操作过程洗脱一般采取分步淋洗或梯度淋洗其中分步洗脱是指先采用洗脱能力较弱的溶液使易洗脱组分流出然后依次使用洗脱能力更强的溶液洗脱较难洗脱的组分。树脂的再生:交换吸附的逆反应。水洗再生剂再生清水洗至所需pH值。钠型强酸性树脂用NaCI再生氢型强酸性树脂用强酸再生氯型强碱性阴树脂主要用NaCI溶液再生羟型强碱性阴树脂用NaOH溶液再生。恢复程度为%一%。树脂的再生树脂的再生树脂的再生树脂的再生树脂和操作条件的选择树脂和操作条件的选择树脂选择:、强碱性离子宜用弱酸性树脂、弱碱性离子宜用强酸性树脂、弱酸性离子宜用强碱性树脂、强酸性离子宜选用弱碱性树脂、大分子离子应选择交联度较低的树脂、小分子离子应选择一定交联度的树脂。原因:、:强酸对强碱解吸较困难、:弱酸对弱碱形成的盐易水解不易吸附:低交联度便于大分子扩散到树脂内部但交联度过低会影响树脂的选择性和机械强度:交联度过高树脂在清洗再生及转型过程中膨胀度较大对设备造成损坏。合适操作条件的选择合适操作条件的选择pH:合适的pH值应具备个条件:pH值应在产物的稳定范围内使产物离子化使树脂能解离。树脂的型式:对弱酸性和弱碱性树脂为使树脂能离子化应采用钠型或氯型而对强酸性和强碱性树脂可以采用任何形式但如产物在酸性、碱性条件下易破坏则不宜采用氢型或羟型树脂。溶液中产物浓度:低价离子增加浓度有利于交换上树脂高价离子在稀释时容易被吸附。合适操作条件的选择合适操作条件的选择洗脱条件应尽量使溶液中被洗脱离子的浓度降低。洗脱条件一般应和吸附条件相反。如吸附在酸性下进行解吸应在碱性下进行吸附在碱性解吸应在酸性。为了使pH变化不致过大可选用缓冲液作洗脱剂。PH变化不行时可用能和水混合、且对产物溶解度较大的有机溶剂洗脱。洗脱前树脂的洗涤工作相当重要很多杂质可以在洗涤时除去洗涤可以用水、稀酸和盐类溶液等。洗脱条件:离子交换选择性离子交换选择性离子交换选择性:在实际应用中溶液中常常同时存在着很多离子。离子交换树脂能否将所需离子从溶液中吸附出或将杂质离子全部(或大部)吸附住具有更大的实际意义。这就是离子交换选择性。离子选择系数K:BKA越大离子交换树脂对B离子的选择性越大(相对于A离子而言)反之小于树脂对A离子的选择性大。离子选择系数定性地表示离子交换剂的选择性因此又称分配系数或交换势。影响离子交换树脂选择性的因素影响离子交换树脂选择性的因素离子价数:离子交换树脂总是优先选择高价离子。阳离子的被吸附顺序为:Fe>AI>Ca>Mg>Na阴离子顺序为:柠檬酸根>硫酸根>硝酸根溶液浓度:树脂对离子交换吸附的选择性在稀溶液中比较大而在浓溶液中较小。因此可将溶液稀释树脂选择吸附高价离子。离子的水化半径:离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征而不是原子量。水化半径较小的离子优先吸附。影响离子交换树脂选择性的因素影响离子交换树脂选择性的因素.树脂物理结构:通常交联度高的树脂对离子的选择性较强。大孔型树脂的选择性低于凝胶型树脂。但对于大分子的吸附情况较复杂。.有机溶剂:有机溶剂常会使树脂对有机离子的选择性降低而容易吸附无机离子可利用有机溶剂从树脂上洗脱难洗脱的有机物质。树脂与交换离子间的辅助力:凡能与树脂间形成辅助力(氢键、范德华力等)的离子树脂对其吸附力就大能破坏这些辅助力离子从树脂上易洗脱。离子交换色谱的应用离子交换色谱的应用一、离子交换装置:按操作方式分为:间歇式分批操作及柱式操作两种。按是否敞口分为:有开放式(即敞口式)和密闭式两种。开放式:便于树脂的装入、吸出只能在常压下操作。柱的反洗和清污容易但由于敞口易混入外界杂质。密闭式:上下全封能克服开放式的缺点但清污和装住较麻烦。离子交换色谱的应用离子交换色谱的应用软水和无盐水的制备氢型强酸性阳离子交换树脂除去各种阳离子RSOHCa=(RSO)CaH氢氧型强碱性阴离子交换树脂除去各种阴离子。RN(CH)OHC=RN(CH)ClOH软水:软水:利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水。主要是用于锅炉给水钙、镁离子是锅炉结垢的主要成。经钠盐型离子交换树脂床的原水硬度可降mmolL以下甚至可完全消除。但原水中的碱度保持不变。树脂可用工业食盐水溶液(%一%)再生可反复使用。软水和无盐水的制备软水和无盐水的制备软水和无盐水的制备无盐水:除去原水中所有的溶解性盐类、游离的酸、碱离子。无盐水的用途十分广泛如高压锅炉的补给水、实验室用的去离子水制药、食品等各行业都需要无盐纯水。离子交换法制备无盐纯水是将原水通过氢型阳离子交换树脂和羟型阴离子交换树脂经过离子交换反应将水中的阴、阳离子除去从而制得纯度很高的无盐纯水。阳离子交换树脂用一定浓度的盐酸或硫酸再生。强碱阴树脂用%一%NaOH再生费用高弱碱阴树脂用%一%NaOH再生但不能除硅等弱酸性阴离子。可根据水质要求而组合。去离子水装置示意去离子水装置示意分析化学应用分析化学应用测定黄铁矿中硫Fe、Ca的存在造成BaSO沉淀的不纯。Li、Na、K混合液通过阳离子树脂交换柱稀HCl洗脱。会按Li、Na、K顺序出来。分离干扰离子将相同电荷的离子一起吸附到树脂上然后进行选择性淋洗将它们分离。例:分离镍、锰、钴、铜、铁、锌在浓盐酸介质中强碱性阴离子交换树脂上进行交换后用不同浓度的盐酸溶液洗脱。molLHClNimolLHClMnmolLHClComolLHClCumolLHClFemolLHClZn分离干扰离子用于水溶性带电荷植物成分分离用于水溶性带电荷植物成分分离氨基酸、肽类(蛋白质)、生物碱、有机酸、酚类等。一般步骤:用煎煮法或温浸法得到植物有效成分水溶液然后过强酸型阳离子交换树脂柱、强碱型阴离子交换柱分别洗脱可得到一些单一成分。植物成分离子交换分离植物成分离子交换分离蛋白质或酶的分离蛋白质或酶的分离聚苯乙烯离子交换树脂:吸附牢易变性离子交换纤维素:最好的方法离子交换凝胶:同时有离子交换和分子筛的功能广泛应用。选弱酸、碱型为好强型容易使蛋白变性树脂形式不用H、OH型:离子交换技术在生物工程的应用离子交换技术在生物工程的应用、氨基酸:是一类两性化合物在不同的pH条件下能以正离子、负离子或两性离子的形式存在。可用阳离子交换富集分离。例如:谷氨酸当pH<时呈阳离子状态可用强酸性阳离子树脂选择性吸附与发酵液中妨碍谷氨酸结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性杂质分离达到浓缩提纯的目的。、有机酸:可用阳树脂除去有机酸溶液中的阳离子杂质达到纯化的目的。如柠檬酸用阳树脂脱除酸液中的金属离子。离子交换技术在生物工程的应用离子交换技术在生物工程的应用、抗生素:一些具有酸性基团在中性或弱碱条件下以负离子的形式存在可用阴离子树脂提取分离如苄基青霉素氨基糖苷类抗生素如红霉素、链霉素、卡那霉素在中性或弱酸性条件下以阳离子形式存在可用阳离子树脂提纯。还有一些抗生素为两性物质如四环素族在不同pH下形成正离子或负离子分别用阳树脂或阴树脂分离与纯化。、其他:核苷酸与氨基酸相似两性化合物利用吸附树脂可自发酵液中吸附提取维生素、酶、辅酶等均取得良好效果。

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