制药分离工程结晶过程
制药分离工程实验指导定稿
四川理工学院制药分离工程实验指导第一版制药工程系编二○一二年制药分离工程实验目录目录实验一细胞SOD的提取和分离.............................................................................................. - 1 - 实验二大枣中多糖的提取分离 . (3)实验三有机溶剂沉淀法制备大豆脲酶 (6)实验四柱层析法对色素的提取与分离 (8)实验五质粒的提取及电泳分离 (10)实验六八角茴香油的提取与检识 (12)实验七秦皮中七叶苷和七叶内酯的提取、分离与鉴定 (15)实验八大孔吸附树脂分离纯化白头翁皂苷 (17)实验九重结晶及过滤 (19)实验十简单蒸馏及分馏 (3)实验一细胞SOD的提取和分离一、实验目的1．掌握有机溶剂沉淀法的原理和基本操作。
2．掌握SOD酶提取分离的一般步骤。
二、实验原理超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)是一种具有抗氧化、抗衰老、抗辐射和消炎作用的药用酶。
它可催化超氧负离子(O2-)进行歧化反应，生成氧和过氧化氢。
大蒜蒜瓣和悬浮培养的大蒜细胞中含有较丰富的SOD，通过组织或细胞破碎后，可用pH7.8的磷酸缓冲溶液提取出来。
由于SOD不溶于丙酮，可用丙酮将其沉淀析出。
有机溶剂沉淀的原理是有机溶剂能降低水溶液的介电常数，使蛋白质分子之间的静电引力增大。
同时，有机溶剂的亲水性比溶质分子的亲水性强，它会抢夺本来与亲水溶质结合的自由水，破坏其表面的水化膜，导致溶质分子之间的相互作用增大而发生聚集，从而沉淀析出。
三、试剂与仪器1.试剂与材料新鲜蒜瓣、0.05mol/L磷酸缓冲液（pH7.8）、氯仿-乙醇混合液：氯仿:无水乙醇=3:5 、丙酮：用前需预冷至4-10℃、0.05mol/L碳酸盐缓冲液（pH10.2）、0.1mol/LEDTA溶液、2mmol/L肾上腺素溶液2. 仪器恒温水浴锅、冷冻高速离心机、可见分光光度计、研钵、玻棒、烧杯、量筒四、实验步骤1. 组织细胞破碎：称取5g大蒜蒜瓣，置于研钵中研磨。
浅谈制药工程中的制药分离技术
浅谈制药工程中的制药分离技术制药分离技术是指在制药工程中应用一系列的分离方法，将药物或药物原料与其他成分分离开来，以实现纯化、提纯、浓缩等目的。
制药分离技术是制药工程中最为关键的环节之一，对于药品质量的控制和药物疗效的提高起着重要的作用。
常见的制药分离技术包括晶体分离、析出分离、重力分离、离心分离、过滤分离、蒸发分离、萃取分离、膜分离等。
晶体分离是指通过溶液中物质的结晶形成晶体，进而进行分离纯化的一种方法。
晶体分离具有高纯度、良好的晶体形态和易于干燥等特点，被广泛应用于制药工程中。
析出分离是指通过溶液中物质的生成或溶解性的变化，使物质析出或溶解，来实现分离纯化的方法。
阳离子、阴离子交换以及酸碱中和等都属于析出分离技术范畴。
重力分离是指通过重力的作用，将不同密度的物质分离开来。
该方法常用于悬浮液和乳浊液的分离、液体和气体的分离等。
离心分离是指利用离心机的离心力，对混合物进行分离纯化的方法。
离心分离广泛应用于制药工程中的固液分离、液液分离等方面。
过滤分离是指通过滤膜、滤纸或其他过滤介质的作用，将混合物中的固体颗粒或粒子分离出来。
过滤分离适用于分离悬浮液或固液混合物中的固体颗粒。
蒸发分离是指通过加热溶液，使溶剂蒸发，以实现分离纯化的方法。
蒸发分离广泛应用于溶剂去除、溶液浓缩等方面。
萃取分离是指通过两种不相溶溶剂的相互作用，将混合物中的组分分离出来。
萃取分离是一种高效的化学分离方法，被广泛应用于制药工程中的提取纯化等方面。
膜分离是指通过半透膜的选择性分离作用，将混合物中的成分分离出来。
膜分离具有操作简便、能耗低、分离效果好等优点，因此在制药工程中得到了广泛的应用。
制药分离技术是制药工程中实现药物纯化、提纯、浓缩等目标的关键技术之一。
不同的分离技术可以根据药品的要求和工艺流程的需要进行选择和组合，以提高药品质量和效益。
随着科学技术的不断发展，分离技术也在不断创新和改进，为制药工程的发展提供了更好的条件。
药物分离纯化的一般工艺流程
我们使用精纯层析这一术语描述在生物制药生产的最后阶段去除少量杂质的过程。
本
文介绍精纯步骤设计过程中应考虑的因素，从基本问题到面临的典型挑战，均有涉及。
什么是精纯层析，何时需要使用精纯层析？
在生物制药生产的下游生物工艺阶段，层析捕获的第一步是将产品与大部分杂质（例
如细胞培养基组分和蛋白酶）分离开来。
第二步是精纯层析，即去除剩余杂质，获得
更高纯度的目标分子（图 1）。
减少杂质最高效的办法是在开始纯化时尽可能地采用亲和步骤作为捕获的第一步。
在
单克隆抗体生产中，蛋白 A 亲和层析是广泛采用的捕获步骤。
经过该第一步纯化后，
纯度可以达到 95% 以上，这意味着只需进行有限的精纯即可进入最终的配制步骤。
但是，大部分涉及抗体相关产品（mAb、双特异性抗体、Fab 片段）及其他重组蛋白的工艺在捕获步骤完成后，都需要至少两个精纯步骤。
对于部分其他类型的分子，有时可能无法获得所需的亲和层析溶液。
目前尚无令人满
意的溶液可去除纯化后所有的痕量标签蛋白，因此生物制造中基本不考虑采用标签蛋
白质纯化。
如果无法获得目标分子纯化所需的亲和层析溶液，应设计第二步纯化以去除大部分工
艺和产品相关杂质，例如高分子量 (HMW) 杂质、宿主细胞残留蛋白 (HCP) 和 DNA。
如果捕获步骤不采用亲和层析，则捕获与最终精纯步骤之间的步骤也可称为“中度纯化”（图 1）。
结晶的工艺流程
结晶的工艺流程结晶是一种用于从含有溶质的溶液中获得纯净溶质的工艺流程。
它广泛应用于化学工业、药物制造、食品处理等领域。
结晶的工艺流程通常包括以下几个步骤：1. 选取溶解介质：首先需要选择适合的溶解介质。
溶解介质的选择应考虑溶质的性质、溶解度以及结晶的温度、压力等条件。
常用的溶解介质有水、有机溶剂等。
2. 溶解溶质：将溶质加入溶解介质中，并加热搅拌使其彻底溶解。
加热可以提高溶液的溶解度，搅拌可以使溶质均匀溶解。
3. 过滤杂质：将溶液经过滤器进行过滤，以去除其中的杂质。
过滤器可以选择纸滤纸、玻璃纸等，根据溶液的性质选择合适的过滤器。
4. 结晶：将经过过滤的溶液通过冷却或浓缩的方式使其中的溶质逐渐结晶。
冷却结晶可通过降低溶液的温度来实现，浓缩结晶则是将溶液中的溶剂蒸发掉，使溶液浓缩，达到饱和度从而结晶。
5. 分离结晶产物：将结晶的产物与溶剂分离，通常通过过滤或离心等方法进行。
过滤可以使用过滤纸将溶剂与结晶分离；离心通过离心机的离心力将两者分开。
6. 干燥结晶产物：将分离出的湿结晶产物放置在干燥器中进行干燥，直到其达到所需的含水率。
干燥可以使用自然风干、加热干燥等方式进行。
7. 结晶产物的纯化：对于需要进一步纯化的结晶产物，可以进行再结晶或其他纯化方法。
再结晶是将结晶产物溶解于溶剂中，再通过结晶过程纯化。
结晶的工艺流程需要根据溶质的性质和要求进行调整。
溶液的温度、浓度、搅拌速度等条件的控制对于结晶过程的成功至关重要。
此外，结晶的产物需要进行质量检测，确保其达到规定的纯度和含水率。
结晶工艺的优势在于能够得到高纯度的产物，同时还可以将溶液中的其他杂质剔除。
然而，结晶工艺也存在一些挑战，如结晶产物颗粒的大小和形状会对产品性能产生影响，对操作条件的控制要求较高。
总而言之，结晶是一种常用的分离和纯化工艺，它通过溶液的冷却或浓缩使得溶质逐渐结晶，再通过过滤、分离和干燥等步骤获得纯净的结晶产物。
结晶的工艺流程需要根据溶质的性质和要求进行调整，以确保最终获得高质量的产物。
浅谈制药工程中的制药分离技术
浅谈制药工程中的制药分离技术制药工程中的制药分离技术是指将药物从药品中分离出来的一系列技术方法。
制药分离技术在制药工程中起着至关重要的作用，能够提高药物的纯度、提高产品的质量和产量，同时还能够降低药物的生产成本。
本文将从制药分离技术的原理、分类以及应用等方面进行讨论。
制药分离技术的原理主要是通过物质之间的差异性实现药物的分离。
常用的分离原理包括溶剂抽提、蒸馏、干燥、结晶、过滤和离心等。
溶剂抽提是指将药物溶解于适当的溶剂中，通过溶剂的选择性将目标药物从混合物中分离出来；蒸馏是利用不同组分的沸点差异，通过升温使药物或其溶剂汽化，再通过冷凝收集药物的方法；干燥是利用热力将药物中的水分蒸发，从而得到干燥的药物；结晶是指将药物溶解于溶剂中，通过降低温度或者加入其他物质使药物从溶液中析出晶体，再通过过滤收集晶体；过滤是指利用不同孔径的过滤器将混合物中的杂质和固体颗粒分离出来；离心是利用离心力将混合物分离成为不同密度的分层，再通过离心操作将目标物质分离出。
制药分离技术根据分离过程的不同可以分为物理分离和化学分离两大类。
物理分离主要是指利用物理性质的差异将目标药物从混合物中分离出来，如上文提到的蒸馏、干燥、结晶、过滤和离心等。
化学分离则是利用化学反应将目标药物从混合物中分离出来，如酸碱中和、溶剂析出、络合反应等。
制药分离技术在制药工程中有着广泛的应用。
制药分离技术可以提高药物的纯度，将目标药物从杂质中分离出来，从而提高药物的纯度。
制药分离技术可以提高生产效率，通过合理选择分离工艺和设备，可以大幅提高产品的产量。
制药分离技术可以降低生产成本，通过合理的分离过程和设备的选型，可以降低用药和能源等方面的成本。
第四，制药分离技术可以提高药品的质量，通过对制药分离技术的应用，可以去除制药过程中产生的杂质和不纯物，从而提高药品的质量和安全性。
制药分离工程-第十二章结晶过程
溶剂化合物熔化为同组成液相的物系固液相图 3．化合物形成型 对于双组分物系，可能 生成一种或多种溶剂化 合物。 固相溶剂化合物能与 同样组成的液相建立 平衡关系
CaCl2一H2O—CaCl2· 6H2O
多晶型的双组分低共熔型物系固液相图
晶体生长过程有三步： 1）待结晶溶质借扩散作用穿过靠近晶体表面的静止液 层，从溶液中转移至晶体表面。
2）到达晶体表面的溶质嵌人晶面，使晶体长大，同时 放出结晶热。 3）放出来的结晶热传导至溶液中。
Байду номын сангаас
11.3 结晶过程的动力学
2．结晶生长速率
大多数溶液结晶时,晶体生长过程为溶质扩散控 制，晶体的生长速率G为：
结晶过程中，晶面生长速率的影响因素有两类，
1)晶体内部单元对晶面的各种应力；它是由晶体内部结构 决定的，一般不易改变。 2)晶面与周围环境的各种作用，如界面粘度、界面张力、 表面能、界面分子对周围环境中分子的作用力等。在实验 和生产中较易改变和控制的。 最有效和简便的手段是改变溶剂或往结晶母液中加入某些 特定的添加剂。
N 0 Kb N h M jG i
0<h≤4、 0.5<I≤3、 0.4<j≤2
N为搅拌强度，如转速或搅拌桨叶端线速；MT→悬浮 液密度；G→晶体的生长速率
11.3 结晶过程的动力学
二、结晶生长动力学 1．晶体生长机理 在过饱和溶液中已有晶体形成（加入晶种）后，以过 饱和度为推动力，溶质质点会继续一层层地在晶体表面有 序排列，晶体将长大的过程。
溶度积的大小与电解质和溶剂的类型有关。
同离子效应：增加溶液中电解质的正离子（或负 离子）浓度，会导致电解质溶解度的下降的现象。
分离纯化的工艺流程
分离纯化的工艺流程分离纯化（Separation and Purification）是一种常见的化学工艺，用于分离混合物的组分并纯化所需物质。
这种工艺广泛应用于化工、制药、食品等行业，在不同的工业领域有着各自特定的分离纯化工艺流程。
分离纯化工艺流程通常包括以下几个关键步骤：预处理、分离、纯化和收集。
下面以制药工业中的分离纯化工艺为例，介绍一下整个过程。
首先是预处理阶段。
在这个阶段，需要对原始混合物进行预处理，以去除其中的杂质和不需要的组分。
这通常包括筛选、过滤、沉淀、酸碱中和等步骤。
比如，在制药工业中，药物的原料中可能含有一些不溶于水的杂质，这时可以通过过滤或沉淀的方法去除。
接下来是分离阶段。
在这个阶段，需要将混合物中的不同组分分离出来。
常见的分离方法包括蒸馏、萃取、结晶、离心等。
选择何种分离方法取决于混合物的性质和所需组分的特性。
以制药工业为例，如果需要从混合物中提取溶于有机溶剂的药物成分，可以通过萃取方法实现。
然后是纯化阶段。
在这个阶段，已经分离出的组分需要进一步纯化，以满足所需的纯度要求。
常见的纯化方法包括结晶、溶剂沉淀、柱层析等。
以制药工业为例，如果所需药物成分存在结晶性质，可以通过结晶和再结晶的过程来纯化。
最后是收集阶段。
在这个阶段，纯化后的组分需要进行收集和储存。
收集的方式通常根据实际需要选择，可以是固体收集、液体收集或气体收集等。
在制药工业中，纯化后的药物成分可以通过水洗、干燥等步骤进行收集。
需要注意的是，分离纯化的工艺流程并不是一成不变的，它根据不同的混合物、所需组分以及工业领域的不同而有所差异。
因此，在应用分离纯化工艺之前，需要对混合物的性质和所需组分的特性进行分析和评估，以确定最适合的工艺流程。
在分离纯化工艺的实施过程中，还需要考虑工艺的经济性、安全性和环保性。
不仅需要高效地分离纯化所需组分，还需要尽量降低成本、减少废物排放和提高产品的质量。
总之，分离纯化是一种重要的化学工艺，可应用于多个工业领域。
生物分离工程-结晶与结晶设备
晶体
固相
在一定温度下，当溶解和结晶速率相等时(u溶解 = u结晶)，晶体的质量及
溶质的浓度不随时间的改变而改变，此时的溶液恰好处于饱和状态，此状态
就是固－液体系达到相平衡。
2.溶解度曲线 ①溶解度
在一定的温度下，固体物质在100g溶剂里达到饱和状态时，所能溶解的 克数(g/100g溶剂)。
生物分离工程-结晶与结晶设备
例如：通过结晶得到的岩白菜素是白色疏松的针状结晶（干燥后会变成
粉末状晶体）。
又如：从天然材料中提取并通过结晶得到的 咖啡因是白色（丝光）六角棱柱状结晶（干燥后 会变成粉末状晶体）。
生物分离工程-结晶与结晶设备
咖啡因晶体
⑤对X射线的衍射性 由于晶体具有对称性且长程有序，使得晶体
能对X射线发生衍射（X射线衍射法常用于测定晶 体结构）。
生物分离工程-结晶与结晶设备
14
4.过饱和曲线与结晶 获得良好的晶体，应控制溶质浓度在
不饱和区上、过饱和区下
不稳区:产生结晶 稳定区:不会结晶 介稳区: 刺激起晶区 养晶区
生物分离工程-结晶与结晶设备
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稳定区 不稳区 介稳区
三个区域
AB线以下的区域称为稳定区，此区 溶液不可能发生结晶。
溶液浓度大于超溶解度曲线值时，自 发产生晶核，此区称为不稳区. 应避 免自发成核，以保证产品粒度。
• 溶质的纯度：越纯越易。多数蛋白质 和酶必须达到50％才能结晶
例如：
加热蒸发
岩白菜素(溶液)
岩白菜素(饱和液)
①降温
②蒸发溶剂
溶液结晶 岩白菜素(晶体)
苯甲酸－萘(混熔物) 降温
苯甲酸(晶体)+ 混熔物
硫(固体) 加热升华
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12.1 概述 结晶过程：固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液 或熔融物中析出的过程。工业结晶技术作为高效 的提纯、净化与控制固体特定物理形态的手段
晶浆：在结晶器中结晶出来的晶体和剩余的溶液 (或熔液)所构成的混悬物。
母液：去除悬浮液中的晶体后剩下的溶液(或熔液)。
结晶过程中，含有杂质的母液(或熔液)会以表面粘附和 晶间包藏的方式夹带在固体产品中。用适当的溶剂对固 体进行洗涤 。
晶体的均匀性：晶体中每一宏观质点的物理性质 和化学组成以及内部晶格都相同的特性。晶体的这 个特性保证了工业生产中晶体产品的高纯度。
一、晶体结构与特性
各向异性：晶体的几何特性及物理效应常随方向的 不同而表现出数量上的差异的性质。
晶格：构成晶体的微观质点在晶体所占有的空间 中按三维空间点阵规律排列，各质点间在力的作用 下，使质点得以维持在固定的平衡位置，彼此之间 保持一定距离的结构。
晶形：晶体的宏观外部形状，它受结晶条件或所处 的物理环境的影响比较大，对于同一种物质，即使 基本晶系不变，晶形也可能不同，如六方晶体，它 可以是短粗形、细长形或带有六角的薄片状，甚至 旱多棱针状。
七种晶系
晶体按其晶体粒度分布：不同粒度的晶体质量(或粒子数目) 与粒度的分布关系，它是晶体产品的一个重要质量 指标。
低共熔点：点E的温度， 该点物系完全固化。
对于低共熔物系，只 要通过结晶即可得到 纯物质。
双组分固体溶液物系固液相图
2．固体溶液型
液相结晶线：混合物开 始结晶的温度与平衡液 相组成之间的关系曲线。
固相熔化线：混合物 开始熔融的温度与固 相组成之间的关系曲 线。
对固体溶液物系，必须经 过多级固液平衡才能达到 所要求的产品纯度。
可用筛分法(或粒度仪)进行测定，筛分结果标绘 为筛下累积质量分数与筛孔尺寸的关系曲线，并可 换算为累积粒子数及粒数密度与粒度的关系曲线， 简便的方法是以中间粒度和变异系数来描述粒度分 布。
中间粒度(medium size，MS)：筛下累计质量分数 为50％时对应的筛孔尺寸值。
粒度分布曲线
二、晶体的粒度分布
X xYy xX y yY x
若理想溶液且达到溶解平衡时，则有 Kc [ X y ]x[Y x ]y
分别为阳离子和阴离子的浓度。
溶度积的大小与电解质和溶剂的类型有关。 同离子效应：增加溶液中电解质的正离子（或负 离子）浓度，会导致电解质溶解度的下降的现象。
x
y
[Y ][ X ]
4) 结晶产品包装、运输、储存或使用都很方便。
一、晶体结构与特性
结晶过程有四类：溶液结晶、熔融结晶、沉淀结晶和升 华结晶。
晶体:内部结构中的质点元作三维有序规则排列的固态 物质。
晶体的自范性：如果晶体生长环境良好，则可形成有规 则的结晶多面体（晶面）。晶体具有自发地生长成为结晶 多面体的可能性的性质，即晶体以平面作为与周围介质的 分界面。
几种物质在水中的溶解度曲线
溶解度曲线特性
溶解度曲线:溶解度对温度之间的关系曲线。
正溶解度特性：溶解度随温度的升高而增加，在 溶解过程中需要吸收热量的特性。L一维生素C、 L一精氨酸
逆溶解度特性：物质的溶解度随温度升高反而下 降，在溶解过程中放出热量的特性 。Na2SO4
有一些形成水合物的物质，在其溶解度曲线上 有折点，对应存在不同水分子数的水合物之间的 变态点 。L一精氨酸 、46OC 。
一、 溶解度 液固平衡:任何固体物质与其溶液相接触时，当溶液尚 未饱和，则固体溶解；当溶液恰好达到饱和，则固体溶解 与析出的量相等，此时固体与其溶液已达到相平衡。
溶解度：固液相平衡时，单位质量的溶剂所能溶解的固 体的质量。溶解度的其他单位有：克/升溶液、摩尔／升 溶液、摩尔分数等。
溶解度的影响因素：溶质及溶剂的性质、温度及压强。
溶剂化合物熔化为同组成液相的物系固液相图
3．化合物形成型 对于双组分物系，可能 生成一种或多种溶剂化 合物。 固相溶剂化合物能与 同样组成的液相建立 平衡关系
CaCl2一H2O—CaCl2·6H2O
多晶型的双组分低共熔型物系固液相图
4．晶型转变型
三、沉淀过程的溶度积原理
溶度积Kc:表示电解质在溶液中溶解度的大小。 电解质在溶液中存在着解离平衡
结晶过程的特点：
1) 能从杂质含量相当多的溶液或多组分的熔融 混合物中形成纯净的晶体。而用其他方法难以分 离的混合物系，采用结晶分离更为有效。如同分 异构体混合物、共沸物系、热敏性物系等。
2) 固体产品有特定的晶体结构和形态(如晶形、 粒度分布等)。
3) 能量消耗少，操作温度低，对设备材质要求不 高，三废排放少，有利于环境保护。
变异系数(coefficient of variation，cv)：为一统 计量，与Gaussian分布的标准偏差相关。
CV 100 (r84% r16% ) 2r50%
rm%为筛下累积质量分数为m％的筛孔尺寸。
对于一种晶体样品，MS越大，→平均粒度 大，CV值越小，粒度分布越均匀。
11.2 结晶过程的相平衡及介稳区
四、溶液的过饱和与介稳区
饱和溶液：浓度恰好等于溶质的溶解度，即达 到固液相平衡时的溶液。
过饱和溶液：含有超过饱和量的溶质的溶液。
将一个完全纯净的溶液在不受任何扰动(无搅拌， 无振荡)及任何刺激(无超声波等作用)的条件下，缓 慢降温，就可以得到过饱和溶液。但超过一定限度 后，澄清的过饱和溶液就会开始自发析出晶核。
溶解度曲线特性
溶解度随温度变化较大的物质→冷却结晶方法 分离；溶解度随温度变化较小的物质→蒸发结晶 法分离。
二、两组分物系的固液相图特征
一定压力下，在温度和浓度坐标系中两组分物系 的固液相图可分为四类。反映两组分物系的固液相 平衡关系。
双组分低共熔物系固液相图
1．低共熔型 曲线AE和BE为不同组 成混合物的固液平衡线。
过饱和度：同一温度下，过饱和溶液与饱和溶 液的浓度差。溶液的过饱和度是结晶过程的推动 力。
11.3 结晶过程的动力学
一、结晶成核动力学 晶核:过饱和溶液中新生成的微小晶体粒子，是晶体
生长过程的核心。晶核的大小粗估为数十纳米至几微米。