第九章其他结晶技术课件.ppt
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- 第九 其他 结晶 技术 课件
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1、2022-11-1012022-11-1022022-11-103 盐溶盐溶蛋白质在纯水或低浓度盐溶液中,溶解度低,蛋白质在纯水或低浓度盐溶液中,溶解度低,若稍加一些无机盐则溶解度增加。若稍加一些无机盐则溶解度增加。盐析盐析当加入的无机盐浓度继续增加,蛋白质溶解度当加入的无机盐浓度继续增加,蛋白质溶解度又反而减小,从而沉淀出来。又反而减小,从而沉淀出来。2022-11-104蛋白质是亲水胶体,带有羧基解离的负电荷和氨基蛋白质是亲水胶体,带有羧基解离的负电荷和氨基成盐的正电荷,其极性基团使分子间排斥,同时与成盐的正电荷,其极性基团使分子间排斥,同时与水分子形成水膜。这些水分子形成水膜。这些因素使
2、蛋白质形成溶于水的因素使蛋白质形成溶于水的溶胶状态。溶胶状态。当加入少量无机盐时,当加入少量无机盐时,因而增大了在水中的溶解度,出现因而增大了在水中的溶解度,出现。当盐浓度到一定程度时,一方面盐同大量水分子结当盐浓度到一定程度时,一方面盐同大量水分子结合,使蛋白质没有足够的水维持溶解状态,合,使蛋白质没有足够的水维持溶解状态,破坏了破坏了水膜水膜,容易沉淀出来。一方面加入的离子中和了蛋,容易沉淀出来。一方面加入的离子中和了蛋白质的电荷,使相互聚集沉淀出来,出现白质的电荷,使相互聚集沉淀出来,出现。2022-11-1052022-11-106蛋白质在高浓度盐的溶液中,随着盐浓度的逐渐增蛋白质在高
3、浓度盐的溶液中,随着盐浓度的逐渐增加,由于蛋白质水化膜被破坏、溶解度下降而从溶加,由于蛋白质水化膜被破坏、溶解度下降而从溶液中沉淀出来。液中沉淀出来。各种蛋白质的溶解度不同,因而可利用不同浓度的各种蛋白质的溶解度不同,因而可利用不同浓度的盐溶液来沉淀分离各种蛋白质。盐溶液来沉淀分离各种蛋白质。优点优点:简单、经济、较少变性。:简单、经济、较少变性。缺点缺点:分辨率不高,要除盐。:分辨率不高,要除盐。球蛋白的选择性沉淀球蛋白的选择性沉淀2022-11-107盐析能力盐析能力:半径小的高价离子在盐析时的作用较半径小的高价离子在盐析时的作用较强,阴离子的盐析效果比阳离子好,尤其以高价强,阴离子的盐析
4、效果比阳离子好,尤其以高价阴离子更为明显。阴离子更为明显。PO4 3-SO42-CH3COO-Cl-NO3-I-NH4+K+Na+Li+盐析用盐要考虑几个因素盐析用盐要考虑几个因素:常用氯化钠、:常用氯化钠、硫酸铵硫酸铵2022-11-108溶解度大:每升水可溶解溶解度大:每升水可溶解767克之多。在这一高克之多。在这一高溶解度范围内,许多蛋白质和酶都可以被盐析沉溶解度范围内,许多蛋白质和酶都可以被盐析沉淀出来。淀出来。温度系数小:硫酸铵的溶解度受温度影响不大。温度系数小:硫酸铵的溶解度受温度影响不大。对于需要在低温条件下进行酶的纯化来说,应用对于需要在低温条件下进行酶的纯化来说,应用硫酸铵是
5、有利的。硫酸铵是有利的。硫酸铵不易引起蛋白质变性,对于很多种酶还有硫酸铵不易引起蛋白质变性,对于很多种酶还有保护作用,且价格低廉,容易获得。保护作用,且价格低廉,容易获得。2022-11-109不同的蛋白质分子,离子强度对蛋白质的溶解度不同的蛋白质分子,离子强度对蛋白质的溶解度影响的程度不同,表现为斜率的不同。影响的程度不同,表现为斜率的不同。血纤 维蛋白 原碳氧 血红蛋 白血清 白蛋白拟球 蛋白碳氧 肌红蛋 白0.500-0.50-1.000 2 4 6 8 10log S2022-11-1010蛋白质浓度提高,盐用量减少。蛋白质浓度提高,盐用量减少。-d dSP10987654321040
6、 50 60 70 80P30g/L 3g/L2022-11-1011在无盐或稀盐溶液中,在无盐或稀盐溶液中,大多数蛋白质溶解度是大多数蛋白质溶解度是随温度升高而增大的。随温度升高而增大的。在高盐溶液中随温度升在高盐溶液中随温度升高,溶解度减小。因此高,溶解度减小。因此在高温下,同浓度的蛋在高温下,同浓度的蛋白质所需的盐量小。白质所需的盐量小。210log S2 3 4 250pH6.62022-11-1012当溶液的当溶液的pH在蛋白质在蛋白质等电点附近时,由于其等电点附近时,由于其净电荷为零,在水中溶净电荷为零,在水中溶解度减小,可以解度减小,可以用来分用来分级沉淀蛋白质级沉淀蛋白质。但但
7、等电点时析出的沉淀,等电点时析出的沉淀,由于颗粒较细,难于过由于颗粒较细,难于过滤,只能用离心机分离。滤,只能用离心机分离。卵清蛋白碳氧血红蛋白765432103 4 5 6 7 8pH2022-11-1013分步盐析法分步盐析法:通过改变盐的浓度达到分离目的,通过改变盐的浓度达到分离目的,将盐的浓度准确地分步提高到各种蛋白质所需的将盐的浓度准确地分步提高到各种蛋白质所需的浓度。浓度。一般情况下,加入沉淀剂,分子量大的首先沉淀一般情况下,加入沉淀剂,分子量大的首先沉淀出来,随着沉淀剂用量的增加,各个大分子化合出来,随着沉淀剂用量的增加,各个大分子化合物按分子量由大到小的顺序陆续沉淀出来。物按分
8、子量由大到小的顺序陆续沉淀出来。重复盐析法重复盐析法反抽提法:反抽提法:一定的盐浓度下将目的蛋白夹带一一定的盐浓度下将目的蛋白夹带一定量的杂蛋白一同沉淀。将沉淀用较低浓度盐溶定量的杂蛋白一同沉淀。将沉淀用较低浓度盐溶液平衡,溶解其中的杂蛋白。液平衡,溶解其中的杂蛋白。2022-11-1014有机中间体含硫化合物中的磺酸及其盐类,大多有机中间体含硫化合物中的磺酸及其盐类,大多是固体,易溶于水,且没有特定的熔点,加热至是固体,易溶于水,且没有特定的熔点,加热至高温时易于分解。高温时易于分解。这类产品在生产过程中,要想得到它,就不能采这类产品在生产过程中,要想得到它,就不能采用精馏、结晶等方法来实现
9、;用精馏、结晶等方法来实现;要依靠酸析法、直接盐析法、中和盐析法、脱硫要依靠酸析法、直接盐析法、中和盐析法、脱硫酸钙法、萃取分离等方法来完成。酸钙法、萃取分离等方法来完成。2022-11-1015依靠某些芳磺酸在一定浓度的稀硫酸中的溶解度依靠某些芳磺酸在一定浓度的稀硫酸中的溶解度很小这个特性,而将磺化物料加水稀释,磺酸即很小这个特性,而将磺化物料加水稀释,磺酸即可析出。可析出。例如例如4-硝基硝基-2-氯氯-苯磺酸、苯磺酸、4-硝基硝基-2-甲基甲基-苯磺酸,苯磺酸,1,5-蒽醌二磺酸等均可用此法分离。蒽醌二磺酸等均可用此法分离。2022-11-1016向稀释后的磺化物中直接加人食盐、氯化钾或
10、向稀释后的磺化物中直接加人食盐、氯化钾或硫酸钠等无机盐类,可使某些磺酸成盐析出;硫酸钠等无机盐类,可使某些磺酸成盐析出;也可利用其盐类在不同的无机盐溶液中的溶解也可利用其盐类在不同的无机盐溶液中的溶解度不同的特性,而将他们的各种同分异构体分度不同的特性,而将他们的各种同分异构体分离。离。2022-11-1017由由2-萘酚用萘酚用20%发烟硫酸在约发烟硫酸在约80二磺化制取二磺化制取G酸酸(7-羟基羟基-1,3-萘二磺酸萘二磺酸)时。向稀释的磺化物中先)时。向稀释的磺化物中先加入加入KCl溶液,使溶液,使G酸以钾盐形式析出,滤出酸以钾盐形式析出,滤出G盐盐后,再向滤液中加入后,再向滤液中加入N
11、aCl溶液,即可获得其副产溶液,即可获得其副产R盐盐(钠盐,钠盐,2-萘酚萘酚-3,6-二磺酸二钠盐二磺酸二钠盐)。用氯化钾、。用氯化钾、氯化钠直接盐析时,有氯化氢气体放出,对设备腐氯化钠直接盐析时,有氯化氢气体放出,对设备腐蚀性强,因此这种方法的应用受到一定的限制。蚀性强,因此这种方法的应用受到一定的限制。OHSO3HHO3SOHHO3SSO3HGROH2022-11-1018利用芳磺酸在中和时生成的硫酸钠或其他无机盐,利用芳磺酸在中和时生成的硫酸钠或其他无机盐,而由于芳磺酸盐类在上述无机盐水溶液中的溶解度而由于芳磺酸盐类在上述无机盐水溶液中的溶解度大大小于在水中的溶解度,因而促使芳磺酸盐析
12、出大大小于在水中的溶解度,因而促使芳磺酸盐析出来。来。例如例如-萘酚生产过程中的萘酚生产过程中的-磺酸钠的盐析就用氢氧磺酸钠的盐析就用氢氧化钠中和。化钠中和。OHSO3HSO3Na2022-11-1019利用氢氧化钙中和,使生成的硫酸钙沉淀与可溶利用氢氧化钙中和,使生成的硫酸钙沉淀与可溶性的磺酸钙分离,此法适于某些多磺酸。性的磺酸钙分离,此法适于某些多磺酸。此法操作复杂,三废多,且生成的大量石膏要妥此法操作复杂,三废多,且生成的大量石膏要妥善处理等原因,故工业化受到限制。善处理等原因,故工业化受到限制。2022-11-1020中间体的盐析过程大多通过测定溶液密度,直接控中间体的盐析过程大多通过
13、测定溶液密度,直接控制溶液过饱和度。制溶液过饱和度。起始溶液密度一般较高,通常都需要用水稀释调整起始溶液密度一般较高,通常都需要用水稀释调整到规定密度。到规定密度。如果溶液密度低,需用密度高的溶液进行混配,否如果溶液密度低,需用密度高的溶液进行混配,否则就必须在盐析时多加盐,以保证晶浆总体密度。则就必须在盐析时多加盐,以保证晶浆总体密度。如间接法生产如间接法生产R盐是用盐是用R盐滤液盐析而得。盐滤液盐析而得。2022-11-1021盐析加盐过少,溶液密度低,盐析得率低;盐析加盐过少,溶液密度低,盐析得率低;加盐过多,溶液密度高,析出速度快,晶细且易加盐过多,溶液密度高,析出速度快,晶细且易形成
14、晶簇,增加了洗涤等后道工序的操作难度,形成晶簇,增加了洗涤等后道工序的操作难度,同时带入过多无机盐杂质,影响产品纯度和使用同时带入过多无机盐杂质,影响产品纯度和使用质量。质量。加盐量通常为溶液体积百分之几的比例。加盐量通常为溶液体积百分之几的比例。2022-11-1022工业生产中:工业生产中:盐析采取搅拌条件下长时间缓慢加盐或分步加盐盐析采取搅拌条件下长时间缓慢加盐或分步加盐的方法的方法,以防止在局部范围产生过饱和度的波动,以防止在局部范围产生过饱和度的波动,维持稳定的过饱和度;维持稳定的过饱和度;料液稀释时通常用盐析母液料液稀释时通常用盐析母液,利用母液中已有的,利用母液中已有的产品细晶的
15、诱导作用,晶核逐渐长大并诱导产生产品细晶的诱导作用,晶核逐渐长大并诱导产生新的晶核,使结晶过程持续不断,同时在接近饱新的晶核,使结晶过程持续不断,同时在接近饱和状态时,一些极其微小的晶体将自动地溶解,和状态时,一些极其微小的晶体将自动地溶解,而已形成的一些较大晶体则自动地长大。而已形成的一些较大晶体则自动地长大。2022-11-1023结晶未开始时搅拌强度大,开始析出时搅拌强度适当结晶未开始时搅拌强度大,开始析出时搅拌强度适当小些。生产中通常根据不同形式搅拌器,控制不同的小些。生产中通常根据不同形式搅拌器,控制不同的搅拌速度、时间来达到预期的搅拌效果。搅拌速度、时间来达到预期的搅拌效果。一般来
16、说,一般来说,盐析时适当延长搅拌时间,可使盐析过程完成得较好。盐析时适当延长搅拌时间,可使盐析过程完成得较好。直接法生产直接法生产R盐,国内一些厂家只搅拌盐,国内一些厂家只搅拌15-30min结束结束盐析过程;德国拜耳公司搅拌盐析过程;德国拜耳公司搅拌15h,盐析收率能达到,盐析收率能达到67-68%,国内只达到,国内只达到45-50%。在搅拌中因磨损而产生的细晶,可通过适当提高盐析在搅拌中因磨损而产生的细晶,可通过适当提高盐析温度重新溶解加以消除。温度重新溶解加以消除。2022-11-1024 有机中间体一般均具正溶解度,温度对产品盐析影有机中间体一般均具正溶解度,温度对产品盐析影响较大。响
17、较大。通常高温有助于消除细晶,有助于产品溶解,通常高温有助于消除细晶,有助于产品溶解,低温有助于溶质在晶面上长大(生成粗晶)低温有助于溶质在晶面上长大(生成粗晶),有助于产有助于产品析出。品析出。例如中间体例如中间体DSD酸(酸(4,4-二氨基二苯乙烯二氨基二苯乙烯-2,2-二二磺酸),盐析温度急冷至磺酸),盐析温度急冷至50时,溶液变浊开始析出,时,溶液变浊开始析出,再慢冷到再慢冷到25,析出量明显增加。,析出量明显增加。H2NNH2SO3HHO3S2022-11-1025 温差过大或冷却速度过快会发生温度的激荡,而温差过大或冷却速度过快会发生温度的激荡,而在局部区域产生高度的过饱和,引起过
18、量的成核。在局部区域产生高度的过饱和,引起过量的成核。因此,因此,盐析结晶应适当控制冷却速率和盐析前后温盐析结晶应适当控制冷却速率和盐析前后温度差。度差。通常将热溶液充分搅匀后,快速冷却到过饱和状态通常将热溶液充分搅匀后,快速冷却到过饱和状态,然后放慢冷却速率,结晶开始后,然后放慢冷却速率,结晶开始后,溶液温度由于结溶液温度由于结晶热的放出而有所上升,晶热的放出而有所上升,此时则控制较慢的冷却速此时则控制较慢的冷却速度匀速降温,待大部分溶质在晶种表面上成长以后,度匀速降温,待大部分溶质在晶种表面上成长以后,再增加冷却速率以达到最终温度,让溶液饱和度始再增加冷却速率以达到最终温度,让溶液饱和度始
19、终处于介稳状态,从而控制产品结晶。终处于介稳状态,从而控制产品结晶。2022-11-1026 利用一定温度下各种异构体钠盐或镁盐等溶解利用一定温度下各种异构体钠盐或镁盐等溶解度的差异,通过盐析温度的控制,达到异构体分度的差异,通过盐析温度的控制,达到异构体分离的目的离的目的。综上所述,盐析在中间体工业生产中是较为重要综上所述,盐析在中间体工业生产中是较为重要的操作工序。但盐析也同时带来了大量无机盐母的操作工序。但盐析也同时带来了大量无机盐母液,除一部分在生产中循环套用之外,大部分母液,除一部分在生产中循环套用之外,大部分母液还有待于进一步处理和综合利用。液还有待于进一步处理和综合利用。2022
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