吸附与离子交换 Adsorption and Ion Exchange

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1 吸附与离子交换 Adsorption and Ion Exchange
陈小龙 教授 浙江工业大学生物工程研究所 Tel:

2 内容 1、概述 2、吸附剂 3、离子交换吸附剂 4、吸附操作技术 5、应用举例

3 概述 1

4 什么是吸附？ 吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。 吸附过程通常包括：
待分离料液与吸附剂混合 吸附质被吸附到吸附剂表面 料液流出 吸附质解吸回收

5 吸附的特点 （1） 不用或少用有机溶剂 （2） 操作简便，安全 （3） 生产过程pH变化小 （4） 从稀溶液分离溶质
（5） 吸附剂对溶质的作用小 （6） 吸附平衡为非线性 （7） 选择性差

6 常见的吸附类型及其主要特点 物理吸附： 吸附作用力为分子间引力、无选择性、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快。 化学吸附：吸附作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢。

7 常见的吸附类型及其主要特点 物理吸附 化学吸附 吸附作用力 分子间引力 化学键合力 选择性 较差 较高 所需活化能 低 高 吸附层
单层或多层 单层 达到平衡所需时间 快 慢

8 吸附剂 2

9 常用吸附剂种类 吸附剂通常应具备以下特征：对被分离的物质具有较强的吸附能力、有较高的吸附选择性、机械强度高、再生容易、性能稳定、价格低廉。

10 活 性 炭（Active carbon） 活性炭种类 颗粒大小 表面积 吸附力 吸附量 洗脱 粉末活性炭 小 大 难 颗粒活性炭 较小 较大
锦纶活性炭 易

11 活性炭对物质的吸附规律 活性炭是非极性吸附剂，因此在水中吸附能力大于有机溶剂中的吸附能力。 针对不同的物质，活性炭的吸附规律遵循以下规律：
（1）对极性基团多的化合物的吸附力大于极性基团少的化合物 （2）对芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物; （3）对相对分子量大的化合物的吸附力大于相对分子量小的化合物; （4）pH 值的影响 碱性 中性吸附 酸性洗脱; 酸性 中性吸附 碱性洗脱; （5）温度 未平衡前 随温度升高而增加;

12 大孔网状吸附树脂 特点：脱色去臭效果理想；对有机物具有良好的选择性；物化性质稳定；机械强度好；吸附速度快；解吸、再生容易。
但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。

13 大孔吸附树脂的合成与基本骨架

14 大孔网状吸附树脂的种类 非极性吸附树脂：苯乙烯交联而成，交联剂为二乙烯苯，又称芳香族吸附剂。
中等极性吸附树脂：甲基丙烯酸酯交联而成，交联剂亦为甲基丙烯酸酯，故又称脂肪族吸附剂。 极性吸附剂：丙烯酰胺或亚砜经聚合而成，通常含有硫氧、酰胺、氮氧等基团。

15 主要成分与制备 骨架结构：苯乙烯、丙烯酸酯、丙烯腈、异丁烯等 交联剂：二乙烯苯等 致孔剂：甲苯、石蜡、汽油、煤油、碳醇、聚乙烯醇等
分散剂：明胶等

16 三菱化成的大孔网状吸附树脂 聚苯乙烯系列合成树脂： 修饰的聚苯乙烯系列合成树脂: 异丁烯系列合成树脂: Diaion: HP20, HP21
Sepabeads: SP825, SP850 Sepabeads: SP70, SP700 修饰的聚苯乙烯系列合成树脂: Sepabeads: SP207 异丁烯系列合成树脂: Diaion: HP2MG

17 主要理化性质 大孔吸附树脂是一种具有大孔网状结构的高分子吸附剂。 △性状：白色、乳白色至微黄色颗粒 △粒度：20~60目。
△稳定性：不溶于水、酸、碱及有机溶剂，加热不溶，可在150℃以下使用。 △含水量：40~75%。

18 大孔网状吸附树脂的吸附机理 非离子型共聚物，借助于范德华力从溶液中吸附各种有机物，其吸附能力与树脂的化学结构、物理性能以及与溶质、溶剂的性质有关；其次是分子筛作用。通常遵循以下规律： ①非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质； ②极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质； ③中等极性吸附剂兼有以上两种能力

19 当前国产树脂存在的主要问题 (1)商品树脂的有机残留物高，预处理难度大； (2)树脂强度差，使用过程中破碎严重，使用寿命短；
(3)树脂粒径分布广，分离效果差； (4)同一生产企业生产的同一型号树脂，各批之间比表面积和功能基团含量差别大，在纯化中重现性差。

20 大孔网状吸附树脂的预处理 预处理的方法：回流法、渗漉法和水蒸气蒸馏法等 预处理溶剂：乙醇、甲醇、丙酮、异丙醇及稀酸、稀碱溶液

21 大孔网状吸附树脂的预处理 传统渗漉法： 有机溶剂浸泡12h→洗脱2~3倍柱体积（BV）→浸泡3~5h，洗脱→浸泡，洗脱→加2~5%盐酸浸泡，洗脱→水洗至pH值中性→加2~5%氢氧化钠浸泡，洗脱→水洗至pH值中性。 缺点： 溶剂用量大：20～30BV 树脂预处理时间长：2～3days 环境污染较大

22 大孔网状吸附树脂的再生 简单再生：用不同浓度的溶剂按极性从大到小梯度洗脱，再用2~3 BV的稀酸和稀碱溶液浸泡洗脱，水洗至pH值中性即可使用。 强化再生：先用不同浓度的有机溶剂洗脱后，再反复用大体积稀酸、稀碱溶液交替强化洗脱后水洗至pH值中性，即可使用。

23 大孔网状吸附树脂有机残留物的检测 检测方法：GC、UV
限量标准：SDA规定苯乙烯骨架型大孔吸附树脂残留物检查项目暂定为：苯不得超过2ppm、甲苯、二甲苯、苯乙烯、烷烃类、二乙基苯类（二乙烯基）等不得超过20ppm。

24 常用的解吸方法 低级醇、酮或水溶液解吸 原理：使大孔树脂溶胀，减弱溶质与吸附剂间的相互作用力 碱解吸附 原理：成盐，主要针对弱酸性溶质
酸解吸附——原理同上 水解吸附 原理：降低体系中的离子强度，降低溶质的吸附量

25 吸附等温线 概念：当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系称为吸附等温线。 生物分离中至少有四种等温吸附线(见图)。

26 Henry type 在一定温度下，平衡时吸附剂吸附溶质浓度q*与液相溶质浓度c之间的关系为线性函数： m为分配系数。
适应条件：在低浓度范围之内成立。当浓度较高时，上式无效。

27 Freundlich type 其经验公式为
其中，k和n为常数，n一般在1-10之间。 Freundlich等温线可以描述大多数抗生素、类固醇、甾类激素等在溶液中的吸附过程。

28 Langmuir type S-为表面活性中心。基于上述平衡，及假定单分子层吸附，得Langmuir 型吸附平衡方程
qmax为饱和吸附量，Kb为结合常数。当n个分子在一个活性中心发生吸附时，即存在 此时有： 当吸附剂对溶质的吸附作用非常大时，这时存在 n > 10，或用前式表示Kb非常大，这时游离的溶质浓度对吸附浓度影响极小，接近不可逆吸附。

29 Rectangle type 如在固定化单克隆抗体的免疫亲和吸附中，一般存在 n > 10。

30 影响吸附的主要因素 吸附剂的性质：比表面积、粒度大小、极性… 吸附质的性质：对表面张力的影响，溶解度，极性，相对分子量…
温度：吸附是放热过程，吸附质的稳定性 溶液pH值：影响吸附质的解离 盐浓度：影响复杂，要视具体情况而定

31 什么是亲和吸附？ 亲和吸附分离是利用溶质和吸附剂之间特殊的化学作用，从而实现分离。 吸附剂由载体和配位体组成

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33 亲和吸附的特点 效率高：利用亲和吸附可以从粗提液中一次性分离得到高纯度的活性物质。 分离精度高：可用于分离含量极低，结构相近的化合物
但通用性较差，洗脱条件苛刻

34 来源丰富，但非特异性吸附及空间位阻强，对分离不利
亲和吸附载体的种类 种类 组成 性能 多孔玻璃载体 硅酸盐 坚硬、耐酸碱、易修饰 聚丙烯酰胺 凝胶载体 丙烯酰胺 N,N-亚甲基双丙烯酰胺 亲水性好 可供活化基团多 纤维素载体 多糖类物质 来源丰富，但非特异性吸附及空间位阻强，对分离不利 葡聚糖凝胶载体 经环氧丙烷交联的多糖类 理化性质稳定，但粒径太小

35 载体的活化和偶联 亲和吸附的载体通常是惰性的，往往不能直接与配基连接，偶联前需要先活化，活化的方法主要有：
溴化氰活化法：琼脂糖、葡聚糖引入亚氨基碳酸盐； 高碘酸活化法：氧化多糖，生成烷基胺 环氧化法：多糖类载体与环氧氯丙烷作用生成环氧化合物，再与氨基偶联； 甲苯磺酰氯法： 双功能试剂法 二乙烯砜

36 环氧化法 表氯醇

37 配基偶联方法 载体经活化后，就可以进行与配基的偶联反应。具体方法如下： 碳二亚胺缩合法 酸酐法 叠氮化法 重氮化法

38 影响亲和吸附的因素 配基浓度 配基浓度高有利； 空间位阻 加入“手臂链”以降低空间位阻的影响；
配基浓度 配基浓度高有利； 空间位阻 加入“手臂链”以降低空间位阻的影响； 配基与载体的结合位点 就蛋白质等大分子作为配基时，与载体连接的键越少越好； 载体孔径：孔道大小； 微环境：载体或“手臂链”的极性、电性；

39 离子交换吸附剂 3

40 离子交换(Ion Exchange) 概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。

41 离子交换树脂的构成 具有三维空间离体结构的网络骨架 联接在骨架上的活性基团 活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）

42 树脂的网络骨架

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44 离子交换的分类 按活性基团分类，可分为阳离子交换树脂(Cation Exchange)（含酸性基团）和阴离子交换树脂(Anion Exchange)（含碱性基团）。 具体又可以分为：强阳、弱阳 强阴、弱阴

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46 常用的离子交换树脂 强酸性阳离子交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
弱酸性阳离子交换树脂：活性基团有-COOH, -OCH2COOH, C6H5OH等弱酸性基团； 强碱性阴离子交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或二甲基-ß-羟基乙基胺基； 弱碱性阴离子交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；

47 主要离子交换基团及其结构

48 新型离子交换树脂 大孔离子交换树脂 大孔离子交换树脂具有和大孔吸附剂相同的骨架结构，在大孔吸附剂合成后（加入致孔剂），再引入化学功能基团，便可得到大孔离子交换树脂

49 大孔离子交换树脂的优点 通过在合成时加入惰性致孔剂，克服了普通凝胶树脂由于溶胀现象，产生的“暂时孔”现象，从而强化了离子交换的功能；
减少了凝胶树脂在离子交换过程中的“有机污染”现象（大分子不易洗脱）； 可以通过致孔剂选择调整孔径大小、树脂的比表面积，以适应不同的分离要求。 常用的致孔剂有：良溶剂（能与单体互溶的）甲苯、四氯化碳；不良溶剂 长链醇（碳4-10） 煤油；高分子聚合物 聚苯乙烯、聚丙烯酸酯

50 其它离子交换树脂类型 两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂；
均孔型离子交换树脂：主要是阴离子型凝胶离子交换树脂，孔径均匀，交换容量高、机械强度好； 螯合树脂：树脂上含有具有螯合能力的集团，既可以形成离子键，又可以形成配位键；主要用于脱除金属离子； *多糖基离子交换树脂：固相载体为多糖类物质，亲水性强、交换空间大、对生物大分子物致变性作用小

51 主要的多糖基离子交换树脂 离子交换纤维素 特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高
树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类 特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高 常用的离子交换纤维素有： 甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基纤维素

52 葡聚糖凝胶离子交换树脂 骨架为葡聚糖凝胶，如Sepharose、Sephadex，根据功能基团的不同，亦可分为阳离子交换和阴离子交换树脂 命名方法：交换活性基团+骨架+原骨架编号 特点：除了具有离子交换功能以外，兼有分子筛的功能，提高了分离的效率 常用的葡聚糖凝胶离子交换树脂：CM-Sephadex C-25、DEAE-Sephadex A-25等

53 部分多糖基离子交换树脂

54 DEAE Anion Exchanger

55 CM Cation Exchanger

56 离子交换树脂的命名方法

57 离子交换树脂命名法中分类代号和骨架代号 代号 分类名称 骨架名称 强酸性 苯乙烯系 1 弱酸性 丙烯酸系 2 强碱性 酚醛系 3 弱碱性 环氧系 4 螯合性 乙烯哌啶系 5 两性 脲醛系 6 氧化还原 氯乙烯系

58 离子交换树脂的制备 加聚法和缩聚法（依聚合方法分类）
加聚是指具有一个或一个以上双键的单体为原料，在分散相中进行聚合；缩聚法是基于缩合反应的聚合过程； 共聚法和均聚法（以单体分类） 共聚是指两个或两个以上的单体进行聚合 均聚是指以一种单体进行聚合

59 几种主要的离子交换树脂制备方法 苯乙烯型离子交换树脂 单体：苯乙烯、二乙烯苯 酸性树脂引入磺酸基，碱性树脂引入季 铵，伯、叔胺 酚醛树脂
单体：水扬酸、苯酚、甲醛经缩聚而成

60 离子交换树脂的理化性能 外观：球形、浅色为宜，粒度大小为16~60目>90%； 机械强度：>90%；
含水量：0.3~0.7g/g 树脂； 交换容量：重量交换容量、体积交换容量、工作交换容量或称表观交换容量（在某一条件下）； 稳定性：化学稳定性、热稳定性； 膨胀度：交联度、活性基团的性质与数量、活性离子的性质、介质的性质和浓度、骨架结构； 湿真密度：单位体积湿树脂的重量； 孔度、孔径、比表面积

61 性能评价 A 交换容量(Exchange Capacity)
指单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数(mmol)，是表征交换剂离子交换能力的主要参数。

62 性能评价 对于阳离子交换剂：用HCl将其处理成氢型，称重并测定其含水量；称数克交换剂，加入到过量已知浓度的NaOH溶液，发生交换反应
B 交换容量的测定 对于阳离子交换剂：用HCl将其处理成氢型，称重并测定其含水量；称数克交换剂，加入到过量已知浓度的NaOH溶液，发生交换反应 待反应达到平衡后(强酸性的需要静置24h，弱酸性的需静置数日)，测定剩余的NaOH摩尔数，就可求得阳离子交换剂的交换容量。

63 B 交换容量的测定 对于阳离子交换剂：将阴离子交换剂转换成Cl型后，取一定量的Cl型交换剂，通入Na2SO4,
蛋白质的交换容量：比小分子化合物要小的多(见表)。 原因: A)树脂孔道的空间排阻作用大； B)交换后排阻其他蛋白质的扩散和交换； C)蛋白质的多电荷与多个交换中心结合。

64 性能评价 C 滴定曲线 全面评价表征交换剂的重要参数
方法：1g氢型(或羟型)交换剂 + x-ml 0.1M NaOH/or HCl + 水至50 ml(其中1支 + 50 ml 0.1 M NaCl) + 静置24h (对强交换剂)/or 7d(对弱交换剂) + 测pH + 作图 意义： （A） 强离子交换剂的交换； （B） 弱离子交换剂的交换； （C） 滴定曲线的转折点 交换容量； （D） 转折点数 交换基团的种类数； （E）交换容量随pH的变化。

65 离子交换过程 离子交换过程是可逆多相化学反应 式中 A1，A2——液相中的离子 ——吸附的离子 Z1，Z2 —— A1，A2的价数
——液相和树脂相中的溶剂 ns —— 离子交换时，溶剂从树脂移入液相的毫摩尔数

66 离子交换机理 A+自溶液中扩散到树脂表面 A+从树脂表面进入树脂内部的活性中心 A+与RB在活性中心上发生复分解反应
交换速度的控制步骤是扩散速度，不同的分离体系可能由内部扩散或外部扩散控制

67 交换速度方程 外部扩散控制 内部扩散控制 K1—外扩散速度常数 F—时间为t时，树脂的饱和度 r0为树脂颗粒半径 D1为液相中的扩散系数
γ为吸附常数

68 影响交换速度的因素 颗粒大小：愈小越快 交联度：交联度小，交换速度快 温度：越高越快 离子化合价：化合价与高，交换越快 离子大小：越小越快
搅拌速度：在一定程度上，越大越快 溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时， 浓度越大，交换速度越快

69 离子交换选择性 C 蛋白质的分配系数m A 强电解质XH的分配系数m B 弱电解质XH的分配系数m 意义： （A）|pH-pI| Z
意义：（A） Ionic Strength; （B）KAX的影响，当KAX时，（C）pH value 的影响 C 蛋白质的分配系数m 意义： （A）|pH-pI| Z （B）I （C）反粒子 m1

70 影响离子交换选择性的因素 水合离子半径：半径越小，亲和力越大； 离子化合价：高价离子易于被吸附；
溶液pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量； 离子强度：越低越好； 有机溶剂：不利于吸附； 交联度、膨胀度、分子筛：交联度大，膨胀度小，筛分能力增大；交联度小，膨胀度大，吸附量减少； 树脂与粒子间的辅助力：除静电力以外，还有氢键和范德华力等辅助力；

71 ■ 阴离子交换法 Anion Exchange：
样品分子 骨架 + Counter Ion 阴离子 流动相 固定相 阳离子基团 +

72 各种离子交换剂的离子选择顺序

73 ■ 离子取代优先顺序 Pecking Order：
> ++ + 电荷高者 > + + 离子大者 + > + 浓度大者

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77 吸附操作技术 4

78 常用的吸附单元操作方式 间歇吸附 依据是吸附等温线和物料衡算方程 固定床吸附 膨胀床吸附 流化床吸附操作 模拟/移动床吸附操作
搅拌釜吸附操作

79 固定床吸附操作 1) 单柱吸附 饱和(最大)吸附浓度q0: 与入口料液浓度c0相平衡的吸附浓度。
穿透曲线(breakthrough curve)： 穿透时间: 一般为出口浓度达到入口浓度的5%-10%的时间。 穿透点(breakthrough point): 洗脱(elution)： 再生(re-generation)： 浓度波/吸附带/交换带：吸附塔中液相或固相溶质浓度从c0/或q0到0的分布区带。 传质区：在交换带中发生的液、固相之间的传质 恒定图式分布(constant patern)：浓度波以恒定的形式移动，一般发生在Langmuir和Freundlich型的吸附操作中。

80 固定床吸附操作 2) 多柱串联吸附 3) 动态法测定吸附量
曲线1为不吸附溶质的穿透曲线，对应的体积为V0。曲线2为吸附溶质的曲线，对应体积为V。吸附剂吸附溶质的量为斜线面积，即为c0(V-V0)。利用不同浓度的溶液反复作吸附操作，即可得到吸附平衡关系q* = f(c).

81 流化床吸附操作 固定床： 在吸附颗粒确定以后，床层的膨胀与通过床层液体的表观流速U有关。当U不大时，颗粒之间仍保持静止并互相接解，这为固定床。 流化床： 当U增大至起始流态化速度Umf，颗粒不再相互支撑，开始悬浮在液体中；进一步提高U，床层随之膨胀，床层的压力降几乎不变，但床层中颗粒的运动加剧，这时的床层为流化床。 优点： A 压降小，可处理高黏度或固体颗粒的粗料液； B 不需要特殊吸附剂，设备操作简单。

82 膨胀床吸附操作 固定床优点：流体在介质层中基本上呈平推流，返混小，柱效率高。缺点：无法处理含颗粒的料液，因会堵塞床层，造成压力降增大而最终使操作无法进行。 流化床缺点：存在严重的返混，特别是高径比很小的流化床，使床层理论塔板数降低，吸附剂的利用率低。 1) 膨胀床 综合固定床和流化床的优点，使吸附颗粒按自身的物理性质相对稳定地处在床层中的一定层次上实现稳定分级，而流体保持以平推流的形式流过床层，同时吸附颗粒间有较大的空隙，使料液中的固体颗粒能顺利通过床层(见图)。

83 膨胀床吸附操作 2) 操作 见图。 3) 计算 当颗粒较小时(雷诺数< 20), 起始流态化速度: 而自由沉降速度Ut为：
液体表观流速U为Richardson-Zaki公式： n-系数(层流时为4.8),  -膨胀率。 在稳定膨胀时，通过床层的表观流速U应在起始流态化速度Umf和自由沉降速度Ut之间。

84 模拟/移动床吸附操作 1） 移动床(Moving Bed) 吸附床： 再生床： 吸附质的轴向浓度分布： 存在问题 A 吸附剂的磨损;

85 模拟/移动床吸附操作 2) 模拟移动床(Simulated Bed)

86 搅拌釜吸附操作 1) 单釜吸附 恒算方程： 2) 多级吸附

87 搅拌釜吸附操作 3) 多级逆流吸附 恒算方程：

88 离交操作方式 静态：操作简单、但是分批操作，交换不完全 动态：离子交换柱，操作连续、交换完全，适宜多组份分离 柱式固定床

89 离子交换操作方法 树脂预处理 离子交换吸附 洗脱

90 树脂预处理 物理处理：水洗、过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒； 化学处理：转型（氢型或钠型） 阳离子树脂 酸—碱—酸
阴离子树脂 碱—酸—碱 最后以去离子水或缓冲液平衡

91 洗脱方式 离子交换完成后，将树脂吸附的物质重新转入溶液的方法 洗脱方法 （1）改变溶液pH值 （2）改变溶液离子强度

92 树脂再生 是指是离子交换树脂重新具有交换能力的过程 酸性阳离子树脂 酸-碱-酸-缓冲溶液淋洗 碱性阴离子树脂 碱-酸-碱-缓冲溶液淋洗
酸性阳离子树脂 酸-碱-酸-缓冲溶液淋洗 碱性阴离子树脂 碱-酸-碱-缓冲溶液淋洗 方式有：顺流再生和逆流再生

93 应用举例 5

94 大孔网状吸附树脂在医药领域中的应用 食品工业：番茄红素、紫草色素、甜菊糖等
抗生素类生产：内酰胺类、大环内酯类、林可霉素类、氨基糖苷类、肽类、博莱霉素类、含氮杂环类及其它新抗生素的分离、提纯 中药新药研发：丹参总酚酸 、红花总黄色素、管花肉苁蓉总苯乙醇苷等 中药和天然药物生产：人参总皂苷、三七总皂苷、银杏叶总黄酮、喜树碱、苦参碱等

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96 洛伐他汀(lovastatin)是目前临床上重要的降血脂药物，是一种羟甲基戊二酸单酰辅酶A(HMG2CoA)还原酶抑制剂，其能通过抑制HMG2CoA还原酶，减少胆固醇的合成，并上调肝细胞表面低密度脂蛋白受体的表达，加速血液中低密度脂蛋白胆固醇向肝脏的转移与代谢清除,从而达到降低血脂的功效。

97 洛伐他汀的各种构形

98 吸附树脂的预处理和再生 新树脂用2倍体积的乙醇浸泡2h，并不时搅动，使树脂充分溶胀，装柱后以每min 1/15~1/20树脂床体积的流速将5~8倍的乙醇通过树脂层，至流出液加水稀释不变混;再以每min 1/10~1/15树脂床体积的流速将去离子水通过树脂层，置换出乙醇即可投入使用。

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100 溶剂的选择 选用甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯等5种溶剂，采用静态解析的方法进行筛选。结果表明，乙醇和甲醇具有较好的解析能力。由于乙醇毒性低于甲醇，因而选用乙醇作为解析剂。 解析条件的选择

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102 达 托 霉 素 （daptomycin）是 从 玫 瑰 孢 链 霉 菌(Streptomyces roceosporus)发酵得到的一种新型的环脂肽类抗生素，它由连接到一个环状 13- 氨基酸肽的 N- 末端色氨酸上的癸酰基侧链构成，也是全球第一个成功开发的环脂肽药物。达托霉素在体外具有抗所有革兰阳性菌的作用，包括某些耐药菌，如耐万古霉素的肠球菌(VRE)、耐甲氧西林的金葡菌（ MRSA ）、糖肽类敏感的金葡菌（GISA）、凝固酶阴性的葡萄球菌（CNS）和耐青霉素的肺炎链球菌（PRSP），对于这些耐药菌可选择的抗生素很少。对达托霉素产生自发获得性的耐药是罕见的，而体外还没有发现达托霉素对其它抗生素有不利的影响。

103 1997年 11月，Lilly制药公司将达托霉素全球独家开发，生产及销售由 ；制药公司完成。 Cubist公司将该药作为重点开发品种，该公司也是目前全球唯一将达托霉素商业化的制药企业。
2003年 9月 12日，美国 FDA 首次批准达托霉素（商品名： Cubist）用于治疗复杂皮肤和皮肤结构感染，达托霉素应用于呼吸道和全身性感染的治疗正处于临床III期研究阶段。

104 达托霉素的结构式

105 树脂的预处理 先用丙酮充分浸泡树脂，除去色素和杂质，并用蒸馏水洗涤，至洗涤液加丙酮不变浑为止。然后用 4 倍树脂体积的 1mol/L HCl 溶液搅拌浸泡 3h 除去碱性物质，用蒸馏水洗至中性。再用 4 倍树脂体积的 1mol/LNaOH 溶液搅拌浸泡 3h，除去酸性物质，洗至中性备用。再生的方法与预处理基本相同。

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108 结果 大孔吸附树脂 HZ818 可以很好的分离提取达托霉素，动态吸附量可达 3350μg/mL。水洗树脂柱后采用 75%乙醇溶液对该树脂柱解吸，解吸高浓度集中，基本不脱尾，回收率 90% 。通过该吸附解吸工艺，可将发酵液中达托霉素浓度富集 20 倍左右，并且可将大量色素、蛋白、多糖等杂质去除，使达托霉素色谱纯度由发酵滤液中10% 以下提高到近80%。

109 离子交换应用实例 离子交换法提取蛋白质 较无机离子的离子交换平衡复杂，其吸附行为与离子间的静电引力、氢键、疏水作用以及范德华力有关
蛋白质是生物大分子物质，因此，其扩散行为也较无机离子复杂

110 Basis for selectivity Some of the charged regions which will influence ion exchange Different proteins have different charges and different patterns of surface charge

111 Effect of pH on charge Low pH Positive charge High pH Negative charge
COOH + R NH3 Hydrogen gained Low pH Positive charge High pH Negative charge - COO + R NH3 Hydrogen lost - COO R NH2

112 Titration curves - + 3 10 pH acid isoelectric point alkaline
Overall charge on protein NH3 R COOH + COO - NH2 acid isoelectric point alkaline excess positive charge balanced positive and negative charge excess negative charge pH 3 10 -

113

114 蛋白质离子交换分离的基本步骤 平衡 上样吸附 洗脱 再生

115 Equilibration + - anion exchange bead

116 Sample application and wash - +

117 Elution - +

118 Regeneration - +

119 - - - - - - - - - - + - - - - - - - - - Equilibration Sample
application and wash Elution Regeneration - - - - - - - - - - + - - - - - - - - -

120 常用于蛋白质提取分离的离子交换剂 要求：良好的亲水性、具有较大的均匀网格结构、粒度越小分辨率越高 种类：多糖类 离子交换纤维素 交联葡聚糖
交联琼脂糖 聚乙烯醇类 Mono系列 Amersham Pharmacia

121 应用 生物小分子 包括抗生素、有机酸、核苷酸、氨基酸等。 以抗生素——链霉素为例（强碱性抗生素，稳定pH范围4~8） A．离子交换剂的选择
（1）    离子交换剂种类：树脂 （2）    功能基团：弱酸性阳离子交换树脂 （3）    离子型式：Na+型

122 B．交换过程 （1）    pH值：4<pH<7，选择pH7.0 （2）    温度 C．洗脱 （1）  改变pH，7<pH<8，很难把握且洗脱能力弱； （2）  改变离子强度：用NaCl溶液，pH4~7 （3）  有机溶剂：丙酮

123 D．再生 洗脱后：R-Na+。 生物大分子——胰蛋白酶 等电点pI=10.1，pH范围2~7，分子量22400。 A．交换剂选择 （1）    种类——亲水性离子交换剂 （2）    功能基团——弱酸性阳离子交换剂 （3）    离子型式：弱酸性阳离子的Na+，CM-

124 B．pH：中性，加入缓冲液 C．洗脱：淋洗，用NaCl+缓冲液 D．再生 （1）0.1~0.5N HCl溶液→H+型 （2）0.1~0.5N NaOH溶液→OH-型

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126 奈替米星 (netilmicin，NTM)是新一代氨基糖苷类抗生素，是西索米星(sisomicin) 经半合成反应得到。NTM 主要用于临床治疗败血症、细菌性心内膜炎、严重呼吸道感染、肾及尿路感染、皮肤组织和软组织感染、烧伤及手术周围性细菌感染等，对大多数革兰氏阳性和阴性细菌有很强的抗菌作用。在迄今发现的氨基糖苷类抗生素中 NTM 是耳、肾毒性最低和疗效最好的，是氨基糖苷类抗生素中较好的一个品种。

127 奈替米星的结构式

128 树脂：大孔弱阳离子交换树脂 预处理： 树脂经乙醇洗涤，除去未反应单体、低聚物及少量致孔剂，用 1mol/L NaOH 以5BV/h~8BV/h 流经树脂层，然后用水洗涤至中性，再用 1mol/L HCl 以 5BV/h~8BV/h 流经树脂层，然后用水洗涤中性即可。

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132 已知有一种树脂,但不知是什么树脂,请用最简单的方法鉴别之.