福州大学：《生化分离工程》课程教学课件（PPT讲稿）第七章 离子交换技术

第7章离子交换技术 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：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

第7章 离子交换技术 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：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

6 离子交换技术典型实例 典型实例：卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取 提取原则： ①对目标产物亲和力强，而对杂质亲和力弱。 ②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： ①化合物的理化性质（溶解度、pKa值（价态）、结构) ②树脂的筛选（交换容量、官能团形式、除杂效果） ③离交条件的选择（溶液H值、原液浓度、操作方式）

7.6 离子交换技术典型实例 典型实例：卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取 提取原则： ①对目标产物亲和力强，而对杂质亲和力弱。 ②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： ①化合物的理化性质（溶解度、pKa值（价态）、结构） ②树脂的筛选（交换容量、官能团形式、除杂效果） ③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 条件选择： ①溶液H值：树脂的离子化、化合物的离子化、化合物的 稳定性 ②溶液浓度：扩散效应、亲和力、价态、离子大小 ③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

7.6 离子交换技术典型实例 条件选择： ①溶液pH值：树脂的离子化、化合物的离子化、化合物的 稳定性 ②溶液浓度：扩散效应、亲和力、价态、离子大小 ③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 提取原则： 采用对卡那霉素亲和力强的树脂，进行富集 提取策略： 卡那霉素理化性质：结构、pKa值、价态 树脂筛选：强酸型、弱酸型 条件选择：溶液H值、卡那霉素浓度、操作方式

卡那霉素的分离纯化 提取原则： 采用对卡那霉素亲和力强的树脂，进行富集 提取策略： 卡那霉素理化性质：结构、pKa值、价态 树脂筛选：强酸型、弱酸型 条件选择：溶液pH值、卡那霉素浓度、操作方式

卡那霉素结构式 R.2 HO. H2N NH2 HO R OH OH HO NH2 OH 图1卡A:R1=OH R2=NH2 C18H36N4O11 Mw=484.499 [a]b=+146° 卡B:R1=NH2R2=NH2 C18H37N5010 Mw=483.54 [a]D=+130° 卡C:R1=NH2R2=OH C18H36N4O11 Mw=484.499 [a]D=+126°

图1 卡A: R1=OH R2= NH2 C18H36N4O11 MW=484.499 [α]D=+146° 卡B: R1= NH2 R2=NH2 C18H37N5O10 MW =483.54 [α]D =+130° 卡C: R1= NH2 R2=OH C18H36N4O11 MW =484.499 [α]D =+126° 卡那霉素结构式

卡那霉素离解常数(pKa值) 表2卡那霉素A的离解常数计算结果与文献值的比较 数据组别 pKar pKaz pKas pka 821 7.80 7.27 6.27 2 8.15 7.76 7.25 6.27 3 8.26 7.82 7.31 6.25 8.23 7.77 7.24 6.31 平均值 8.21 7.78 7.27 6.28 文献值 8.18 7.83 7.27 6.25 相对偏差 0.37% 0.64% 0 0.48% 表3卡那霉素B离解常数的估算结果 数据组别 pKbi pKb2 pKbs pKba pKbs 1 9.09 8.29 7.6 6.66 5.58 2 9.03 8.18 7.4 6.57 5.63 3 9.12 8.17 7.33 6.46 5.62 4 9.19 8.25 7.4 6.55 5.61 平均值 9.11 8.22 7.43 6.56 5.61

表 2 卡那霉素 A 的离解常数计算结果与文献值的比较 数据组别 pK a1 pK a2 pKa3 pk a4 1 8.21 7.80 7.27 6.27 2 8.15 7.76 7.25 6.27 3 8.26 7.82 7.31 6.25 4 8.23 7.77 7.24 6.31 平均值 8.21 7.78 7.27 6.28 文献值 8.18 7.83 7.27 6.25 相对偏差 0.37% 0.64% 0 0.48% 表 3 卡那霉素 B 离解常数的估算结果 数据组别 pK b1 pK b2 pK b3 pK b4 pK b5 1 9.09 8.29 7.6 6.66 5.58 2 9.03 8.18 7.4 6.57 5.63 3 9.12 8.17 7.33 6.46 5.62 4 9.19 8.25 7.4 6.55 5.61 平均值 9.11 8.22 7.43 6.56 5.61 卡那霉素离解常数（ pKa值）

卡那霉素离解曲线 1.1 KA4+ 1 ”。 0.9 KAO 0.8 KB5+ KBO 0.7 KA3 B3 B2+ 0.5 0.4 0.3 国 0.2 KB4+ 军 0.1 pH值 0 0 1 2 3 4 5 6 9 10 11 12

卡那霉素离解曲线

树脂类型 强酸型阳树脂（如732）： ■弱酸型阳树脂（如DK110、D186、HZ-I):

◼ 强酸型阳树脂（如732）： ◼ 弱酸型阳树脂（如DK110 、D186 、HZ-I）： 树脂类型

2、溶液的pH值 谷适的pH值必须达到下列条件： ■使卡那霉素能解离 ■使732或DK110能离子化 ■卡那霉素能维持在稳定的范围内

2、溶液的pH值 合适的pH值必须达到下列条件： ◼ 使卡那霉素能解离 ◼ 使732或DK110能离子化 ◼ 卡那霉素能维持在稳定的范围内

①卡那解离问题 ■当PH=7.0时 ■在PH=5.0时 当PH=9.0时

①卡那解离问题 ◼ 当PH＝7.0时 ◼ 在PH＝5.0时 ◼ 当PH＝9.0时