萃取是一个重要的提取方法和分离混合物的单元操作。这是因为萃取法具有：①传质
速度快、生产周期短，便于连续操作、容易实现自动控制；②分离效率高、生产能力
大等一系列优点，所以应用相当普遍；③能量消耗较少，设备投资费用不高；④采用
多级萃取可使产品达到较高纯度，便于下一步处理，减少以后工序的设备和操作费用
第一节 离子交换过程原理与设备
? 一、离子交换过程原理
? （一）离子交换树脂的分类
? （二）离子交换树脂的性能评价
? 离子交换树脂必须具备一定的理化性能。
? 1．外观
? 2．膨胀度
? 3．交联度
? 4．交换容量
? 5．滴定曲线
? （三）离子交换的理论基础
? 1．静力学
? 2．动力学
（四）离子交换平衡
（五）离子交换树脂和操作条件的选择
二、离子交换设备
（一）间歇式离子交换设备
1．反吸附离子交换罐
2．固定床离子交换设备
3．薄膜压滤式离子交换设备
4．活动式自动化离子交换设备
（二）半连续移动床式离子交换设备
（三）连续式离子交换设备
2,ISEP系统
（ 1） ISEP系统的工作原理
（ 2） ISEP系统的优点
（ 3） ISEP的操作方式
（ 4） ISEP系统的应用
（四）离子交换膜与电渗析
1．离子交换膜
2,电渗析技术
三、离子交换设备的计算
（一）固定床的放大
1．据单位树脂床体积中所通过的溶液的体积流量相同的原则进行放大
2．根据单位树脂床截面积上所通过溶液的体积流量相同的原则进行放大
（二）连续逆流离子交换设备的计算
过滤板
树脂
挤压介质
液体进入
液体通道
滤布
液体流出
32m m
图1 0 - 7 薄膜压滤式离子交换设备
第二节 吸附过程原理及设备
? 一、吸附过程与原理
? （一）吸附法基本概念
? （二）常用吸附剂
? 1．活性炭
? 2．硅胶
? 3．氧化铝
? 4．大孔网状聚合物吸附剂
? 5,W-Way沸石
? （三）吸附剂的性能要求
? 1．大的比表面积
? 2．颗粒大小均匀
? 3．具有一定的吸附分离能力
? 4．具有一定的商业规模及合理的价格
（四）吸附平衡
二、吸附操作方式
（一）分批（间歇）式吸附
（二）连续式吸附
三,吸附设备
（一）固定床吸附
1．固定床吸附的理论基础
（二）扩张床吸附
1．扩张床吸附剂
2．扩张床的吸附过程
3．扩张床的设备结构
4．扩张床的操作
5．扩张床吸附技术的应用和前景展望
(三 ) 流化床吸附
(四 ) 移动床和模拟移动床吸附
第三节 层析原理与设备
一、凝胶层析
（一）基本原理
（二）凝胶的分类与特性
1．凝胶的分类
（ 1）聚丙烯酰胺凝胶
（ 2）聚丙烯酰胺葡聚糖凝胶
（ 3）聚乙烯醇凝胶
（ 4）琼脂糖凝胶
（ 5）葡聚糖凝胶
（ 6） Superdex Pharmacia公司提供的新型凝胶过滤介质
2．凝胶特性参数
（ 1）排阻极限（ exclusion limit）
（ 2）分级范围（ fractionation range）
（ 3）溶胀率：
溶胀率＝ 100％ × （溶胀处理平衡后重量－干燥重量） /干燥重量
（ 4）凝胶粒径
（ 5）床体积（ bed volume）
（ 6）空隙体积（ void volume）
（四）凝胶层析操作
1．装柱
2．加样
3．洗脱
（五）凝胶柱的再生和保存
1．再生
2．保存
（六）凝胶层析设备
1．柱层析装置
2．薄层凝胶层析装置
图10-3 1 凝胶过滤层析原理示意图
多孔介质颗粒; 大小不同的分子; 液流
(a)
混合蛋白物
(b)
A 280
分段收集
分段数
图10- 32 两组分的凝胶层析分离及洗脱曲线
3,AM90-1型凝胶层析仪
4,封闭连续柱层析装置
（七）应用
1．脱盐
2．分离提纯
3．测定高分子物质的分子量
4．高分子溶液的浓缩
二、亲和层析过程与设备
（一）概述
（二）基本原理
（三）亲和吸附介质的制备
1.亲和配基
（ 1）酶的抑制剂
（ 2）抗体
（ 3） A蛋白
A B
浓
度
浓
度
浓
度
A V 0 B V O
v o
洗脱体积
图10 -3 3 加样量对分辨率的影响
Ⅰ 加样量少时,,二种物质完全分开；
Ⅱ 加样量太大时,,二种物质只能部分分开；
Ⅲ 加样量适合时,,二种物质刚刚分开；
死空气
静水压参考点
(b)
(c)
(a)
操作
压参
考点
图10-34 凝胶柱
进口
磨口塞
柱
砂心滤板
出口
恒温浴
进口
滤板
保温夹层
接泵
螺丝
尼龙管
（1 ）
（2 ） （3 ）
砂心滤板
柱
柱
滤板
接泵
滤板
保温夹层
图1 0-3 5 常 用的几种层析柱
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
图10-36 反 转式分离柱
1-柱体 2-保温 夹套 3-密封 橡胶圈 4-滤 板 5-转 圈 6-支 柱 7-支 架
8-保温 液进出口 9-固定 螺钉 10-尼管 11-压力 表
溶剂
滤纸
盖板
溶剂
滤纸
玻璃柱
流程
图1 0-3 7 薄 层凝胶层析装置
（ 4）凝集素
（ 5）辅酶和磷酸酰苷
（ 6）过渡金属离子
（ 7）组氨酸
（ 8）肝素
2．亲和吸附介质
（ 1）溴化腈活化法
（ 2）环氧基固定法
（ A）直接固定化法
（ B）间接固定化法
(a) 氧化法
（ b）碳二亚胺法
（ c）戊二醛活化法
（ 3）硅胶的活化
3．间隔臂
（四）亲和层析过程及其分析计算
1．分离过程
2．分析计算
（五）亲和层析设备
1．亲和层析柱
（六）应用举例
1,2-胰凝乳蛋白酶的提纯
（ 1）亲和吸附剂（ Σ -氨基 -N-乙酰 -Ｄ -色氨酸）的制备
（ 2）分离
2．单克隆抗体 (McAb)亲和层析柱纯化重组人 α 2a干扰素 (rHuIFN-α 2a)
（ 1） rHuIFN-α 2a的粗提：
（ 2）亲和层析
3．基因重组融合蛋白的纯化
2
1
流动相储
罐
进样阀
样品
多孔颗粒
柱子
检测器2
检测器1
数据处理系统
洗脱时间
信
号
色谱图
泵
图1 0 - 3 9 凝胶层析原理示意图
13
14
12
11
9
8
6
7 5
3
2
10
4
10-40 连续 层析装置示意图
1- 接头(连 接射水真空泵) 2 -回 流冷凝管 3- 层析柱
4- 蒸气通道 5,6 -双 通活塞 7 -分 析取样孔 8- 滴液口
9- 烧瓶 1 0- 温度计 1 1- 集热式磁力搅拌器 1 2- 射水泵
13-水槽 14-水泵
L L
L S
L S
L S L S
杂质
1- 酶与底物反应产生酶底复合物 2- 活性基质与配体结合产生亲和吸附剂
3- 亲和吸附剂与样品中有效成分（S） 结合产生偶联复合物和未结合的物质（杂质）
4、偶 联复合物经解体后，得到纯有效成分（S）
4
3
2
1
图10 -4 2 亲和层析的原理示意图
CH 2 -N
CH 2 C OO H
CH 2 C OO H
C u
+2
CH 2 -N
CH 2
CH 2
+2
C u O
H
H
O
C =O
O
C =O
P
OCH 2
CH 2
CH 2 -N
C =O
O
C u
+2
C =O
P
(IDA C u -H 2 O)
(ID A C u -P)
(ID A )
.
.
图10－ 43 固定化 ID A 与 C u 形成的鳌合结构及吸附蛋白质的平面示意图
（ P －蛋白质）
2 ＋
OH
OH
CNB r
OH
O CN 交联 O
O
C NH
R NH 2
PH10
O
O
C NH
H
R
N H 2
PH11
OH CH 2 C H C H 2 O (C H 2 ) 4 OCH 2 CH
O
CH 2
O
NaOH
OCH 2 C H C H 2 O (C H 2 ) 4
(B G E )
OH Cl CH 2 CH CH 2
O
NaOH
OCH 2 CH CH 2
O
或
OCH 2 CH CH
O
O ~ CH 2 CH
O
CH 2 R NH 2
P H 9 ~ 1 1
O ~ CH
OH
CH 2 NH R
O~ CH CH 2
O
N a O H
NaBH 4
P H 9 ~ 1 1
O~ C H C H 2 O H
OH
N a I O 4
O~ CH 2 C H O
R NH 2
NaBH 4 或 N a C N B H 3
O~ CH 2 CH 2 NH R
谷物提取物
毒素
甲醇
毒素
图1 0 - 4 6 免疫亲和层析技术用于分离示意图
装有毒枝菌素抗体的珠子
料液 清洗液 洗 脱液 清洗液
a,进 料吸附 b,清洗 c,洗脱 d,再 生
图10-47 亲 和层析操作示意图
（ ●-- -- 目标产物，△-- -- 杂蛋白）
HIS 3C
HIS PKCI PKCI
3C
HIS
GST
3CGST
GST
2A
b,溶液裂解
亲水标识物相同。
C,溶液裂解
亲水标识物不同。
a,柱内裂解
亲和柱：
谷胱甘肽- Sepharos e
清洗液
亲和柱
Ni-NTA
亲和柱 1
Ni-NTA
PKCI GST 3C
PKCI
亲和柱2：
谷胱甘肽-
琼脂糖
PKCI
2A
Hi s- -六组氨酸肽链
2A -- 目标蛋白
GS T- -谷胱甘肽S -转移酶（g lu ta th io ne S -t ra ns fe ra se ）
PK CI -- 蛋白激酶c抑制剂（i nh ib it or o f pr ot ei n ki na se c ）
Ni-NTA--镍-腈 三乙酸（nickel-nitriontriacetic acid）
图10 -5 5 融合蛋白酶裂解融合蛋白的三种方式
速度快、生产周期短，便于连续操作、容易实现自动控制；②分离效率高、生产能力
大等一系列优点，所以应用相当普遍；③能量消耗较少，设备投资费用不高；④采用
多级萃取可使产品达到较高纯度，便于下一步处理，减少以后工序的设备和操作费用
第一节 离子交换过程原理与设备
? 一、离子交换过程原理
? （一）离子交换树脂的分类
? （二）离子交换树脂的性能评价
? 离子交换树脂必须具备一定的理化性能。
? 1．外观
? 2．膨胀度
? 3．交联度
? 4．交换容量
? 5．滴定曲线
? （三）离子交换的理论基础
? 1．静力学
? 2．动力学
（四）离子交换平衡
（五）离子交换树脂和操作条件的选择
二、离子交换设备
（一）间歇式离子交换设备
1．反吸附离子交换罐
2．固定床离子交换设备
3．薄膜压滤式离子交换设备
4．活动式自动化离子交换设备
（二）半连续移动床式离子交换设备
（三）连续式离子交换设备
2,ISEP系统
（ 1） ISEP系统的工作原理
（ 2） ISEP系统的优点
（ 3） ISEP的操作方式
（ 4） ISEP系统的应用
（四）离子交换膜与电渗析
1．离子交换膜
2,电渗析技术
三、离子交换设备的计算
（一）固定床的放大
1．据单位树脂床体积中所通过的溶液的体积流量相同的原则进行放大
2．根据单位树脂床截面积上所通过溶液的体积流量相同的原则进行放大
（二）连续逆流离子交换设备的计算
过滤板
树脂
挤压介质
液体进入
液体通道
滤布
液体流出
32m m
图1 0 - 7 薄膜压滤式离子交换设备
第二节 吸附过程原理及设备
? 一、吸附过程与原理
? （一）吸附法基本概念
? （二）常用吸附剂
? 1．活性炭
? 2．硅胶
? 3．氧化铝
? 4．大孔网状聚合物吸附剂
? 5,W-Way沸石
? （三）吸附剂的性能要求
? 1．大的比表面积
? 2．颗粒大小均匀
? 3．具有一定的吸附分离能力
? 4．具有一定的商业规模及合理的价格
（四）吸附平衡
二、吸附操作方式
（一）分批（间歇）式吸附
（二）连续式吸附
三,吸附设备
（一）固定床吸附
1．固定床吸附的理论基础
（二）扩张床吸附
1．扩张床吸附剂
2．扩张床的吸附过程
3．扩张床的设备结构
4．扩张床的操作
5．扩张床吸附技术的应用和前景展望
(三 ) 流化床吸附
(四 ) 移动床和模拟移动床吸附
第三节 层析原理与设备
一、凝胶层析
（一）基本原理
（二）凝胶的分类与特性
1．凝胶的分类
（ 1）聚丙烯酰胺凝胶
（ 2）聚丙烯酰胺葡聚糖凝胶
（ 3）聚乙烯醇凝胶
（ 4）琼脂糖凝胶
（ 5）葡聚糖凝胶
（ 6） Superdex Pharmacia公司提供的新型凝胶过滤介质
2．凝胶特性参数
（ 1）排阻极限（ exclusion limit）
（ 2）分级范围（ fractionation range）
（ 3）溶胀率：
溶胀率＝ 100％ × （溶胀处理平衡后重量－干燥重量） /干燥重量
（ 4）凝胶粒径
（ 5）床体积（ bed volume）
（ 6）空隙体积（ void volume）
（四）凝胶层析操作
1．装柱
2．加样
3．洗脱
（五）凝胶柱的再生和保存
1．再生
2．保存
（六）凝胶层析设备
1．柱层析装置
2．薄层凝胶层析装置
图10-3 1 凝胶过滤层析原理示意图
多孔介质颗粒; 大小不同的分子; 液流
(a)
混合蛋白物
(b)
A 280
分段收集
分段数
图10- 32 两组分的凝胶层析分离及洗脱曲线
3,AM90-1型凝胶层析仪
4,封闭连续柱层析装置
（七）应用
1．脱盐
2．分离提纯
3．测定高分子物质的分子量
4．高分子溶液的浓缩
二、亲和层析过程与设备
（一）概述
（二）基本原理
（三）亲和吸附介质的制备
1.亲和配基
（ 1）酶的抑制剂
（ 2）抗体
（ 3） A蛋白
A B
浓
度
浓
度
浓
度
A V 0 B V O
v o
洗脱体积
图10 -3 3 加样量对分辨率的影响
Ⅰ 加样量少时,,二种物质完全分开；
Ⅱ 加样量太大时,,二种物质只能部分分开；
Ⅲ 加样量适合时,,二种物质刚刚分开；
死空气
静水压参考点
(b)
(c)
(a)
操作
压参
考点
图10-34 凝胶柱
进口
磨口塞
柱
砂心滤板
出口
恒温浴
进口
滤板
保温夹层
接泵
螺丝
尼龙管
（1 ）
（2 ） （3 ）
砂心滤板
柱
柱
滤板
接泵
滤板
保温夹层
图1 0-3 5 常 用的几种层析柱
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
图10-36 反 转式分离柱
1-柱体 2-保温 夹套 3-密封 橡胶圈 4-滤 板 5-转 圈 6-支 柱 7-支 架
8-保温 液进出口 9-固定 螺钉 10-尼管 11-压力 表
溶剂
滤纸
盖板
溶剂
滤纸
玻璃柱
流程
图1 0-3 7 薄 层凝胶层析装置
（ 4）凝集素
（ 5）辅酶和磷酸酰苷
（ 6）过渡金属离子
（ 7）组氨酸
（ 8）肝素
2．亲和吸附介质
（ 1）溴化腈活化法
（ 2）环氧基固定法
（ A）直接固定化法
（ B）间接固定化法
(a) 氧化法
（ b）碳二亚胺法
（ c）戊二醛活化法
（ 3）硅胶的活化
3．间隔臂
（四）亲和层析过程及其分析计算
1．分离过程
2．分析计算
（五）亲和层析设备
1．亲和层析柱
（六）应用举例
1,2-胰凝乳蛋白酶的提纯
（ 1）亲和吸附剂（ Σ -氨基 -N-乙酰 -Ｄ -色氨酸）的制备
（ 2）分离
2．单克隆抗体 (McAb)亲和层析柱纯化重组人 α 2a干扰素 (rHuIFN-α 2a)
（ 1） rHuIFN-α 2a的粗提：
（ 2）亲和层析
3．基因重组融合蛋白的纯化
2
1
流动相储
罐
进样阀
样品
多孔颗粒
柱子
检测器2
检测器1
数据处理系统
洗脱时间
信
号
色谱图
泵
图1 0 - 3 9 凝胶层析原理示意图
13
14
12
11
9
8
6
7 5
3
2
10
4
10-40 连续 层析装置示意图
1- 接头(连 接射水真空泵) 2 -回 流冷凝管 3- 层析柱
4- 蒸气通道 5,6 -双 通活塞 7 -分 析取样孔 8- 滴液口
9- 烧瓶 1 0- 温度计 1 1- 集热式磁力搅拌器 1 2- 射水泵
13-水槽 14-水泵
L L
L S
L S
L S L S
杂质
1- 酶与底物反应产生酶底复合物 2- 活性基质与配体结合产生亲和吸附剂
3- 亲和吸附剂与样品中有效成分（S） 结合产生偶联复合物和未结合的物质（杂质）
4、偶 联复合物经解体后，得到纯有效成分（S）
4
3
2
1
图10 -4 2 亲和层析的原理示意图
CH 2 -N
CH 2 C OO H
CH 2 C OO H
C u
+2
CH 2 -N
CH 2
CH 2
+2
C u O
H
H
O
C =O
O
C =O
P
OCH 2
CH 2
CH 2 -N
C =O
O
C u
+2
C =O
P
(IDA C u -H 2 O)
(ID A C u -P)
(ID A )
.
.
图10－ 43 固定化 ID A 与 C u 形成的鳌合结构及吸附蛋白质的平面示意图
（ P －蛋白质）
2 ＋
OH
OH
CNB r
OH
O CN 交联 O
O
C NH
R NH 2
PH10
O
O
C NH
H
R
N H 2
PH11
OH CH 2 C H C H 2 O (C H 2 ) 4 OCH 2 CH
O
CH 2
O
NaOH
OCH 2 C H C H 2 O (C H 2 ) 4
(B G E )
OH Cl CH 2 CH CH 2
O
NaOH
OCH 2 CH CH 2
O
或
OCH 2 CH CH
O
O ~ CH 2 CH
O
CH 2 R NH 2
P H 9 ~ 1 1
O ~ CH
OH
CH 2 NH R
O~ CH CH 2
O
N a O H
NaBH 4
P H 9 ~ 1 1
O~ C H C H 2 O H
OH
N a I O 4
O~ CH 2 C H O
R NH 2
NaBH 4 或 N a C N B H 3
O~ CH 2 CH 2 NH R
谷物提取物
毒素
甲醇
毒素
图1 0 - 4 6 免疫亲和层析技术用于分离示意图
装有毒枝菌素抗体的珠子
料液 清洗液 洗 脱液 清洗液
a,进 料吸附 b,清洗 c,洗脱 d,再 生
图10-47 亲 和层析操作示意图
（ ●-- -- 目标产物，△-- -- 杂蛋白）
HIS 3C
HIS PKCI PKCI
3C
HIS
GST
3CGST
GST
2A
b,溶液裂解
亲水标识物相同。
C,溶液裂解
亲水标识物不同。
a,柱内裂解
亲和柱：
谷胱甘肽- Sepharos e
清洗液
亲和柱
Ni-NTA
亲和柱 1
Ni-NTA
PKCI GST 3C
PKCI
亲和柱2：
谷胱甘肽-
琼脂糖
PKCI
2A
Hi s- -六组氨酸肽链
2A -- 目标蛋白
GS T- -谷胱甘肽S -转移酶（g lu ta th io ne S -t ra ns fe ra se ）
PK CI -- 蛋白激酶c抑制剂（i nh ib it or o f pr ot ei n ki na se c ）
Ni-NTA--镍-腈 三乙酸（nickel-nitriontriacetic acid）
图10 -5 5 融合蛋白酶裂解融合蛋白的三种方式
