新版1111第六章层析设备和离子交换设备
1－底 2－液体分布器 3－底部液体进、出管 4－填充层 5－壳体 6－离子交换树脂层 7－扩大沉降层 8－回流管 9－循环管 10－液体出口管 11－顶盖 12－液体加入管 13－喷头
利用固定相载体上偶联的载体两性电解质分子， 在层析过程中所形成的pH梯度，并与流动相中不同 等电点的分子发生聚焦反应进行分离的方法，称之 为聚焦层析。
（10）灌注层析(perfusion chromatography) 利用刚性较强的层析介质颗粒中具有的 不同大小贯穿孔与流动相中溶质分子分子量 的差异进行分离的方法，称之为灌注层析。
凝胶层析法适用于分离和提纯蛋白质、酶、 多肽、激素、多糖、核酸类等物质。分子大小 彼此相差25%的样品，只要通过单一凝胶床就可 以完全将它们分开。利用凝胶的分子筛特性， 可对这些物质的溶液进行脱盐、浓缩、去热源 和脱色。 凝胶层析的优点 凝胶层析具有设备简单、操作方便、分离 迅速及不影响分子生物学活性等优点。目前已 被广泛应用于各种生化产品的分离和纯化。
利用吸附层析介质表面的活性分子或活性基 团，对流动相中不同溶质产生吸附作用，利用其 对不同溶质吸附能力的强弱而进行分离的一种方 法，称之为吸附层析。
被分离组分在固定 相和流动相中不断发生 吸附和解吸附的作用， 在移动的过程中物质在 两相之间进行分配。利 用被分离物质在两相中 分配系数的差异而进行 分离的一种方法，称之 为分配层析。
（2）离子交换层析(ion exchange chromatography) 利用固定相球形介质表面活性基团经化 学键合，将具有交换能力的离子基团在固定 相上面，这些离子基团可以与流动相中离子 发生可逆性离子交换反应而进行分离的方法， 称之为离子交换层析。
该系统系全自动凝胶层析仪，由蠕动泵、不中断 进样阀、层析柱、紫外检测仪、自动电脑积分记录仪 组成，并能与收集器配合，进行定峰定时、定滴收集。 主要用于：（1）各类生物大分子的分离；（2） 生物大分子的分子量测定及其定性；（3）已知生物大 分子的定量分析；（4）氨基酸、无机盐的分离分析。
(一)层析分离操作条件 ①分离柱内的固定相必须均匀。柱内不发生气泡， 柱体垂直，固定相表面保持水平； ②溶质的上柱量应根据分离要求和床体积Vt的大 小来确定，一般分离要求越精确相应的比例应越小、 其范围在(3％～30％) Vt 之间，但溶液黏度影响分 离效果，一般应小于0.01Pa· s； ③固定相粒度细，分离效果好，但柱内液体流速 慢， ④操作时应根据实际需要，在不影响分离的情况 下，可适当提高流速，以减少分离时间。
离子交换法：以合成的离子交换剂来吸附 溶液中需要分离的离子。 在提取过程中，生物制品首先被从发酵液 中转移吸附到离子交换树脂上，然后在适宜 的条件下用洗脱剂将其从树脂上洗脱下来， 从而达到分离、浓缩、提纯生物制品的目的。
1、离子交换树脂的分类 按树脂骨架的主要成分分为聚苯乙烯型树脂、聚 丙烯酸型树脂、酚-醛型树脂等； 按聚合的化学反应分为共聚型树脂和缩聚型树脂； 按树脂骨架的物理结构分为凝胶型树脂(微孔树 脂)、大网络树脂(大孔树脂)及均孔树脂； 按树脂的酸碱性分为强酸性、弱酸性阳离子交换 树脂和强碱性、弱碱性阴离子交换树脂。
凝胶是一种具有多孔、网状结构的分子筛。利 用这种凝胶分子筛对大小、形状不同的分子进行层 析分离，称凝胶层析（gel chromatography）。 层析技术，亦称色谱技术，是一种物理的分离 方法。它是利用混合物中各组分的物理化学性质的 差别，使各组分以不同程度分布在两个相中，其中 一个相为固定的(称为固定相)，另一个相则流过此 固定相(称为流动相)并使各组分以不同速度移动， 从而达到分离。
该凝胶层析仪 的检测波长为254nm 和280nm，洗脱速度 适用范围为1～ 600ml/h，吸收峰分 辨率为0.5～5.5％， 适用于连续操作。 此外，该层析仪还 可用于亲和层析和 离子交换层析，如 图所示。
主要由进样系统（一般为恒压泵）、层析柱、 收集器、检测系统组成。 选定的凝胶作为固定相装入层析柱，样品溶 液由进样系统进入层析柱，根据分子大小的不同 由大到小依次流出凝胶柱。然后依次分布收集洗 脱液，即得到样品混合物中每单一组份的化合物。 凝胶柱可用于生物大分子的纯化、分子量的测定 等。
利用固定相载 体上偶联的疏水 性配基与流动相 中的一些疏水分 子发生可逆性结 合而进行分离的 方法，称之为疏 水层析。
利用固定相载体上偶联的疏水性较强的配基， 在一定非极性的溶剂中能够与溶剂中的疏水分子 发生作用，以非极性配基为固定相，极性溶剂为 流动相来分离不同极性的物质的方法，称之为反 相层析。
11 10-40 连续层析装置示意图 1-接头(连接射水线-双通活塞 7-分析取样孔 8-滴液口 9-烧瓶 10-温度计 11-集热式磁力搅拌器 12-射水泵 13-水槽 14-水泵 2
柱 滤板 砂心滤板 出口 恒温浴 进口 砂心滤板 接泵 （1） （2） 图10-35 常用的几种层析柱 （3） 尼龙管
柱的两端均密闭，为了使用方便起见，柱两 端的形式是一样的。滤板用400目的尼龙布或聚四 氟乙烯布，样品和洗脱液均用微量泵传送，达样 可使底部的死体积减少到最小值。除一般的下层 层析外，也可用于上向或循环层析。 其中（2）、（3）柱还具有双层管，管间可通温 水保温，进出口处可用尼龙管伸入柱内，连接一 个附有滤板的漏斗状托盘，以减少底部死体积， 托盘周围用橡皮圈与柱壁密封。
单位树脂床体积中所通过的溶液的体积流量也可称为交 换器负荷，可以用ml（溶液）/ml（湿树脂）· min或m3（溶 液）/m3（湿树脂）· h表示。此值的倒数即溶液与树脂的接触 时间。 保证在小设备和大设备中此值相同，即说明两者的接触 时间相同。根据此法放大，树脂床的几何形状即高径比不是 一个决定因素，但一般可维持大设备和小设备有相同的几何 形状，即相同的高径比。 因此根据此原则放大的计算，十分方便，只要知道大设 备中的溶液体积流量是小设备的若干倍，就立即知道大设备 中湿树脂的装量是小设备的若干倍，从而很容易算出大设备 中湿树脂的体积是多少，至于操作时间等条件完全可与小设 备的相同。
交换器的负荷为 式中 a——交换器的容量，m3/m3· h； F——通过溶液的体积流量，m3/h； M——湿树脂的体积，m3。 若下标1代表小设备的操作条件，下标2代表 大设备的操作条件。当 a1 a 2 时，
（1）排阻层析(exclusion chromatography) 凝胶层析介质(固定相)交联形成网孔，网孔阻 止直径比其大的生物大分子通过。利用流动相中溶 质的分子量大小差异而进行分离的一种方法，称之 为排阻层析。
l 分子大小不同混合物上柱； 2 洗脱开始，小分 子扩散进人凝胶颗粒内，大分子被排阻于颗粒之外；3 大小分子分开： 4大分子行程较短，已洗脱出层析柱， 小分子尚在进行中
与普通柱层析比较，封 闭连续柱层析有其自己的特 点和优势：能阻止或缓解不 稳定的物质的分解或变性； 有利于稳定层析条件，提高 柱子的分离效能；减轻了产 品浓缩结晶和溶剂蒸馏回收 6 的工作量，缩短了产品制备 周期；封闭连续柱层析是在 封闭状态下工作，溶媒泄漏 很少，污染危害大大减轻。
筛 板 式 连 续 离 子 交 换 设 备 漩 涡 式 连 续 离 子 交 换 设 备
1－树脂计 量管及加料 管 2－塔身 3－漏斗形 树脂下降管 4－筛板 5－ 饱和树脂受 器 6－虹吸 管
1－树脂加 料器 2－具 有螺旋带 的转子 3－ 树脂提升 管 4－塔身 5－虹吸管
在固定相载体表面偶联具有特殊亲和作用的 配基，这些配基可以与流动相中溶质分子发生可 逆的特异性结合而进行分离的一种方法，称之为 亲和层析。
利用固定相载体上偶联的亚胺基乙二酸为配 基与二价金属离子发生螯合作用，结合在固定相 上，二价金属离子可以与流动相中含有的半胱氨 酸、组氨酸、咪唑及其类似物发生特异螯合作用 而进行分离的方法，称之为金属螯合层析。。
具有多孔支持板的离子交换罐 1-视镜 2-进料口 3-手口 4-液体分布器 5-树脂层
具有块石支持层的离子交换罐 1-进料口 2-视镜 3-液位计 4-树脂层 5-卵石层 6-出液口
简述层析分离原理及其种类。 简述凝胶层析系统设备或仪器组成。 简述离子交换设备的种类及其结构。 例题6-2 空隙率为0.25，粘度为3cP。 例题6-3 流量放大2倍。
2、离子交换树脂的合成 离子交换树脂的合成是应用高分子聚合 和有机化学反应原理来合成带有活性基团的 多价高聚物。 ⑴加聚法 ⑵缩聚法
分离柱可分为金属、玻璃、陶瓷等； 如： 玻璃色谱分离柱 带热夹套分离柱 反转式分离柱
图10-41 工业规模的凝胶分离装置 1-过滤器 2-泵 3-流速调节阀 4-单色仪 6-分离柱 7-流量计 8-检出仪
1、树脂用量 交换罐中树脂的吸附量为： Q1＝VM×q×l06 溶液中的生物产品被树脂的吸附量为： Q2＝V1(c1－c2)· 6＝Fτ(c1－c2) ×106 10 由于Ql＝Q2 所以
式中 V－交换罐体积，m3； y－树脂装填系数、对于正吸附，y＝0.5～0.70 罐高径比一般取Ht／D＝2～3。