制藥分離工程

第3頁共3頁吳木繁5801309074離子交換層析在制藥生產(chǎn)中的應(yīng)用及替代前言通過在江西制藥廠進(jìn)行了大概兩個(gè)禮拜的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，了解了更多關(guān)于制藥生產(chǎn)的知識(shí)，增長了對于生產(chǎn)設(shè)備的見識(shí)，尤其是分離設(shè)備方面。眾所周知，藥品是特殊商品，是用于預(yù)防、治療、診斷人的疾病，有目的地調(diào)節(jié)人的生理機(jī)能并規(guī)定有適應(yīng)癥或者功能主治、用法和用量的物質(zhì)。要保證用藥的安全性和療效，首先應(yīng)該在藥品純度上有保證；藥品的藥物含量和雜質(zhì)含量是藥品的外在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。由此可看出，在制藥行業(yè)，是離不開分離純化的。分離手段發(fā)展一定程度上是藥品生產(chǎn)技術(shù)的革新的積極動(dòng)力！簡介離子交換層析（IonExchangeChromatography簡稱為IEC）是以離子交換劑為固定相，依據(jù)流動(dòng)相中的組分離子與交換劑上的平衡離子進(jìn)行可逆交換時(shí)的結(jié)合力大小的差別而進(jìn)行分離的一種層析方法。1848年，Thompson等人在研究土壤堿性物質(zhì)交換過程中發(fā)現(xiàn)離子交換現(xiàn)象。本世紀(jì)40年代，出現(xiàn)了具有穩(wěn)定交換特性的聚苯乙烯離子交換樹脂。50年代，離子交換層析進(jìn)入生物化學(xué)領(lǐng)域，應(yīng)用于氨基酸的分析。目前離子交換層析仍是生物化學(xué)領(lǐng)域中常用的一種層析方法，廣泛的應(yīng)用于各種生化物質(zhì)如氨基酸、蛋白、糖類、核苷酸等的分離純化。基本原理及設(shè)備要求離子交換層析是依據(jù)各種離子或離子化合物與離子交換劑的結(jié)合力不同而進(jìn)行分離純化的。離子交換層析的固定相是離子交換劑，它是由一類不溶于水的惰性高分子聚合物基質(zhì)通過一定的化學(xué)反應(yīng)共價(jià)結(jié)合上某種電荷基團(tuán)形成的。離子交換劑可以分為三部分：高分子聚合物基質(zhì)、電荷基團(tuán)和平衡離子。電荷基團(tuán)與高分子聚合物共價(jià)結(jié)合，形成一個(gè)帶電的可進(jìn)行離子交換的基團(tuán)。平衡離子是結(jié)合于電荷基團(tuán)上的相反離子，它能與溶液中其它的離子基團(tuán)發(fā)生可逆的交換反應(yīng)。平衡離子帶正電的離子交換劑能與帶正電的離子基團(tuán)發(fā)生交換作用，稱為陽離子交換劑；平衡離子帶負(fù)電的離子交換劑與帶負(fù)電的離子基團(tuán)發(fā)生交換作用，稱為陰離子交換劑。

R+A-+B+→

R+B-+A+

其中R代表離子交換劑的高分子聚合物基質(zhì)，X-和X+分別代表陽離子交換劑和陰離子交換劑中與高分子聚合物共價(jià)結(jié)合的電荷基團(tuán)，Y+和Y-分別代表陽離子交換劑和陰離子交換劑的平衡離子，A+和A-分別代表溶液中的離子基團(tuán)。

從上面的反應(yīng)式中可以看出，如果A離子與離子交換劑的結(jié)合力強(qiáng)于Y離子，或者提高A離子的濃度，或者通過改變其它一些條件，可以使A離子將Y離子從離子交換劑上置換出來。也就是說，在一定條件下，溶液中的某種離子基團(tuán)可以把平衡離子置換出來，并通過電荷基團(tuán)結(jié)合到固定相上，而平衡離子則進(jìn)入流動(dòng)相，這就是離子交換層析的基本置換反應(yīng)。通過在不同條件下的多次置換反應(yīng)，就可以對溶液中不同的離子基團(tuán)進(jìn)行分離。下面以陰離子交換劑為例簡單介紹離子交換層析的基本分離過程。

陰離子交換劑的電荷基團(tuán)帶正電，裝柱平衡后，與緩沖溶液中的帶負(fù)電的平衡離子結(jié)合。待分離溶液中可能有正電基團(tuán)、負(fù)電基團(tuán)和中性基團(tuán)。加樣后，負(fù)電基團(tuán)可以與平衡離子進(jìn)行可逆的置換反應(yīng)，而結(jié)合到離子交換劑上。而正電基團(tuán)和中性基團(tuán)則不能與離子交換劑結(jié)合，隨流動(dòng)相流出而被去除。通過選擇合適的洗脫方式和洗脫液，如增加離子強(qiáng)度的梯度洗脫。隨著洗脫液離子強(qiáng)度的增加，洗脫液中的離子可以逐步與結(jié)合在離子交換劑上的各種負(fù)電基團(tuán)進(jìn)行交換，而將各種負(fù)電基團(tuán)置換出來，隨洗脫液流出。與離子交換劑結(jié)合力小的負(fù)電基團(tuán)先被置換出來，而與離子交換劑結(jié)合力強(qiáng)的需要較高的離子強(qiáng)度才能被置換出來，這樣各種負(fù)電基團(tuán)就會(huì)按其與離子交換劑結(jié)合力從小到大的順序逐步被洗脫下來，從而達(dá)到分離目的。

各種離子與離子交換劑上的電荷基團(tuán)的結(jié)合是由靜電力產(chǎn)生的，是一個(gè)可逆的過程。結(jié)合的強(qiáng)度與很多因素有關(guān)，包括離子交換劑的性質(zhì)、離子本身的性質(zhì)、離子強(qiáng)度、pH、溫度、溶劑組成等等。離子交換層析就是利用各種離子本身與離子交換劑結(jié)合力的差異，并通過改變離子強(qiáng)度、pH等條件改變各種離子與離子交換劑的結(jié)合力而達(dá)到分離的目的。離子交換劑的電荷基團(tuán)對不同的離子有不同的結(jié)合力。一般來講，離子價(jià)數(shù)越高，結(jié)合力越大；價(jià)數(shù)相同時(shí)，原子序數(shù)越高，結(jié)合力越大。如陽離子交換劑對離子的結(jié)合力順序?yàn)椋篖i+蛋白質(zhì)等生物大分子通常呈兩性，它們與離子交換劑的結(jié)合與它們的性質(zhì)及pH有較大關(guān)系。以用陽離子交換劑分離蛋白質(zhì)為例，在一定的pH條件下，等電點(diǎn)pIpH的蛋白帶正電，能與陽離子交換劑結(jié)合，一般pI越大的蛋白與離子交換劑結(jié)合力越強(qiáng)。但由于生物樣品的復(fù)雜性以及其它因素影響，一般生物大分子與離子交換劑的結(jié)合情況較難估計(jì)，往往要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行摸索。工藝特點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，；無須用酸堿再生；不會(huì)因再生而停機(jī)；節(jié)省了再生用水及再生污水處理設(shè)施；無須酸堿儲(chǔ)備和酸堿稀釋運(yùn)送設(shè)施；占地面積??；使用安全可靠,避免工人接觸酸堿；降低運(yùn)行及維護(hù)成本；設(shè)備單元模塊化,可靈活的組合各種流量的凈水設(shè)施；安裝簡單、費(fèi)用低廉；設(shè)備初投資大。在分離時(shí)可以選擇納濾來替換離子交換層析。簡介納濾(NF，Nanfiltration)是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過程，納濾膜的孔徑范圍在幾個(gè)納米左右。與其他壓力驅(qū)動(dòng)型膜分離過程相比，出現(xiàn)較晚。它的出現(xiàn)可追溯到70年代末J.E.Cadott的NS-300膜的研究，之后，納濾發(fā)展得很快，膜組器于80年代中期商品化。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺復(fù)合膜和磺化聚醚砜膜等。但與反滲透相比，其操作壓力更低，因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏松反滲透”(LooseRO)。原理==納濾的基本原理與反滲透的基本原理類似，但多了電效應(yīng)，其中1.反滲透的基本原理：當(dāng)一張半透膜隔開溶液與純?nèi)軇r(shí)，加在溶液上并使其恰好能阻止純?nèi)軇┻M(jìn)入溶液的額外壓力稱之為滲透壓，通常溶液中溶質(zhì)的濃度越高滲透壓就越大。當(dāng)溶液一側(cè)沒有加壓時(shí)，純?nèi)軇?huì)通過半透膜向溶液一側(cè)擴(kuò)散，這一現(xiàn)象稱為滲透（Osmosis）。反之，如果加在溶液側(cè)所加壓力超過了滲透壓，則反而可以使溶液中的溶劑向純?nèi)軇┮粋?cè)流動(dòng)，這個(gè)過程就叫做反滲透（ReverseOsmosis），如圖所示。2.電效應(yīng)：納濾膜與電解質(zhì)離子間形成靜電作用，電解質(zhì)鹽離子的電荷強(qiáng)度不同，造成膜對離子的截留率有差異，在含有不同價(jià)態(tài)離子的多元體系中，由于道南(DONNAN)效應(yīng)，使得膜對不同離子的選擇性不一樣，不同的離子通過膜的比例也不相同。工藝特點(diǎn)NF分離是一種綠色新型的分離處理技術(shù)，技術(shù)原理近似機(jī)械篩分，但是納濾膜本體帶有電荷性。在某些方面可以替代傳統(tǒng)費(fèi)用高，工藝繁瑣的污水處理方法.其技術(shù)特點(diǎn)是:能截留分子量大于100的有機(jī)物以及多價(jià)離子，允許小分子有機(jī)物和單價(jià)離子透過；可在高溫，酸，堿等苛刻條件下運(yùn)行，耐污染；運(yùn)行壓力低，膜通量高，裝置運(yùn)行費(fèi)用低；可以和其他污水處理過程相結(jié)合以進(jìn)一步降低費(fèi)用和提高處理效果.在水處理中，NF膜主要用于含溶劑廢水的處理，能有效地去除水中的色度和異味。NF膜以其特殊的分離性能已成功地應(yīng)用于制糖，制漿造紙，電鍍，機(jī)械加工以及化工反應(yīng)催化劑的回收等行業(yè)的廢水處理。這是它在很低壓力下仍具有較高脫鹽性能和截留分子量為數(shù)百的膜也可脫除無機(jī)鹽的重要原因。設(shè)備要求1、系統(tǒng)過濾精度高，處理效果穩(wěn)定、維護(hù)簡單，設(shè)備外形美觀，制造精密；2、系統(tǒng)參數(shù)控制精確，自控設(shè)計(jì)完善，可根據(jù)客戶要求做到完