固定化细胞技术

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固定化

固定化

固定化技术及其应用摘要固定化细胞技术是酶工程的核心技术之一,它将酶工程提高到一个新水平。

该技术简化了工业分离纯化的步骤,并使酶反应的连续生产成为现实。

目前,该技术已经广泛应用于食品、发酵、三废处理等行业,经济效益显著。

首先分析了固定化细胞的优缺点,介绍了近年来在食品、发酵和三废处理行业的应用,最后对其应用进行了展望。

关键词固定化酶;食品;发酵;三废处理;应用引言固定化细胞就是被限制自由移动的细胞,既细胞受到物理化学等因素约束或限制在一定的空间界限内,但细胞仍保留催化活性并具备能被反复或连续使用的活力。

是在酶固定化基础上发展起来的一项技术。

【1】固定化微生物技术使用化学或物理手段,将游离细胞或者酶定位于限定的区域,使其保持活性并可反复利用的方法。

最初主要用于发酵生产,70年代后期,被利用到水处理领域,近年来则成为各国学者研究的热点【2】。

固定化微生物技术克服了生物细胞太小,与水溶液分离较难,易造成二次污染的缺点,保持了效率高、稳定性强、能纯化和保持高效菌种的优点,在废水处理领域有广阔的应用前景。

在实际应用过程中,如何固定、何种载体,才能使固定化微生物能较长时间的保持一定的强度和活度,才能降低固定化成本,延长固定微生物的使用寿命,是该技术在污水处理中得到广泛应用的关键。

固定化技术作为实现动物细胞大规模培养的重要途径, 相对悬浮培养而言具有细胞生长密度高、抗剪切力和抗污染能力强、产物易于收集和分离纯、对贴壁型和非贴壁型细胞【3】都适用的优点, 因此在动物细胞的大规模培养上得到越来越广泛的应用,相继出现了微载体、中空纤维及微囊化等多种固定化培养技术。

本文作者将结合动物细胞的培养特性,介绍目前动物细胞大规模培养中的固定化技术。

酶作为一种蛋白质,其催化活性与空间结构密切相关,在大多数情况下固相酶的催化活性较低,以固定化氨基酰化酶为例,选择比较好的载体材料和固定化方法,其活性一般也仅为游离酶的50%~60%。

酶及细胞固定化技术

酶及细胞固定化技术

酶及细胞固定化技术
酶及细胞固定化技术是一种常见的生物技术,在制药、化工、食品等领域广泛应用。

酶是一种天然催化剂,在一系列生化反应中起到了至关重要的作用。

然而,酶在传统的反应过程中通常难以重复利用,并且容易受到环境因素的影响导致其活性降低。

为了克服这些困难,研究人员发明了酶固定化技术,即将酶固定在固体基质上,从而提高其稳定性和功效。

使用固定化酶,可以在更广泛的工业应用场景中实现更高效、经济的生物转化过程。

固定化技术不仅可以应用于酶,还可以用于固定化细胞。

细胞固定化是将细胞固定在一种固定化基质上,以便在化工过程中重复使用。

固定化细胞繁殖能力更强,可稳定持续的提供所需生产物。

比如,用固定化酵母发酵葡萄汁制成果酒或啤酒。

固定化技术的实现方式有很多种,例如物理吸附、共价键结合、交联等。

其中最常见的方法是交联法,通过交联剂,如谷氨酸或戊二醛,将酶或细胞固定在载体上。

经过固定处理后,酶或细胞的增稳特性明显增强,同时也具有更广泛的适应性。

在化学反应中,固定化酶可用于一系列生产过程,包括生成和破坏多种化学键以及催化合成。

这种方法还可以改善化学反应的选择性和增加产物的纯度。

总之,酶及细胞固定化技术已成为现代生物工程的重要组成部分,它为生产高品质、低成本的化学品、食品、医药品以及可再生能源等提供了新的可能性。

由于固定化技术的成熟和发展,它在未来的研究和应用中将会得到越来越广泛的应用。

固定化细胞技术

固定化细胞技术

固定化细胞技术(简称IMC),也称固定化微生物技术,是指通过 化学或物理手段,将微生物细胞固定在载体上使之成为不悬浮于水但仍保 留其固有的生物催化活性,在适宜条件下能被重复连续使用的生物工程技 术。最初主要用于工业微生物发酵中。70年代后期,由于水污染问题日 益严重,迫切需要开发高效废水处理技术。于是人们开始考虑将固定化细 胞技术引入废水处理领域。该技术可将筛选出的优势菌种或微生物加以固 定,从而构成一个高效的废水处理系统。
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2、包埋法 包埋法的原理是将微生物细胞截留在水不溶性的凝胶聚合物孔隙的
网络空间中或埋于半透膜聚合物的超滤膜内,通过聚合作用、离子网络形 成、沉淀作用,以及通过改变溶剂、温度、pH 值来阻止细胞的泄漏,同 时能让底物渗入和产物扩散出来。
目前应用最为广泛的是凝胶包埋法固定大肠杆菌细胞。与液体发酵 相比,包埋的大肠杆菌生产周期短、产物分离方便、能耗低、设备投资少 且大大改善操作条件。包埋法仍存在一些不足,如包埋材料对细胞的毒性 作用、材料本身阻碍大分子底物和氧的扩散、使用过程中的杂菌污染等, 这些还需要进行更深入的研究。
(5)在反应器内长时间运转过程中,固定化系统具有良好的机械稳定性 和化学稳定性; (6)用于制备固定化细胞的载体对细胞来说是惰性的,不损伤细胞; (7)固定化系统使底物、产物和其他代谢产物能够自由扩散,因为产物 和其他代谢产物常常能抑制细胞的酶反应,更需要能够尽快扩散,以消 除抑制作用; (8)单位体积的固定化系统拥有尽可能多的细胞,以更后,氧和底物的传质速率也发生了变化,尤其是采用多 孔载体时,由于载体的作用,使得反应系统中主体的底物浓度及氧浓度与 微生物所处区域的底物及氧浓度发生差异,从而引起固定化后传质效果的 变化。通常,固定化后氧传质收到的阻碍更为明显,因此在好氧条件下, 由于氧传质的限制,固定化微生物处理的废水中的有机物浓度不能过高, 以免限制高密度的微生物活性的充分发挥;在厌氧条件下,由于不存在氧 传质供应的问题,废水中有机物的浓度可以大大高于好氧情况。所以,固 定化微生物的高处理能力可以得到充分体现,而且可以长时间地保持较高 的生物量和活性,充分显示出固定化微生物的优越性。

高中生物酵母细胞的固定化 (3)

高中生物酵母细胞的固定化 (3)
↓ 固定化酵母细胞:以恒定的速度缓慢地将注射器中的溶液滴加至 配制好的 CaCl2 溶液中,形成凝胶珠,使其在溶液中浸泡 30 min 左右
↓ 冲洗:将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用蒸馏水冲洗 2~3 次
↓ 发酵:将 150 mL 质量分数为 10%的葡萄糖溶液转移至 200 mL 的锥形瓶中,加入固定好的酵母细胞,25 ℃下发酵 24 h
3.用包埋法固定化细胞是将微生物细胞均匀地包埋于 不溶于水的多孔性载体 中,常用的包埋载体有
明胶 、 琼脂糖 、 海藻酸钠 、 醋酸纤维素 和 聚丙烯酰胺 等。 4.固定化酶的应用实例——高果糖浆的生产 固定化酶技术已经应用于高果糖浆的生产中,生产 高果糖浆所需要的酶是 葡萄糖异构酶 ,所使用的反 应柱上的孔应满足 酶颗粒 不能通过筛板上的小孔, 而 反应溶液却可以自由出入。
(3)影响实验成败的关键步骤是________________。 (4)海藻酸钠溶化过程的注意事项是______________。 (5)如果海藻酸钠浓度过低,形成的凝胶珠所包埋的酵母细胞 数目_____。如果形成的凝胶珠不是圆形或椭圆形 ,说明 ______。 (6)该实验中CaCl2溶液的作用是__________。
解析 (1)酵母细胞在缺水的状态下休眠。活化是加入水使酵 母菌恢复到生活状态。酵母细胞活化后体积会增大。(2)固定 化酶常用化学结合法和物理吸附法固定化。(3)实验的关键是 配制海藻酸钠溶液,得到凝胶珠。(4)海藻酸钠溶化过程要小 火加热(小火间断加热)不断搅拌,使海藻酸钠完全溶化,又 不会焦糊。(5)海藻酸钠浓度过低,包埋的酵母菌就过少;海 藻酸钠浓度过高,不易与酵母菌混合均匀。(6)氯化钙能使海 藻酸钠形成聚沉。
反应物不易 与酶接近, 尤其是大分 子物质,反 应效率下降

酵母菌细胞的固定化技术

酵母菌细胞的固定化技术

浓度太低:固定的酵母菌太少
第四步:将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合
① 过程 将溶化好的海藻酸钠溶液冷却至室温,加入以活化的酵 母细胞,进行充分搅拌,再转移至注射器中 ②注意事项 为什么要冷却至室温?
防止高温杀死酵母菌。恒定的速度缓慢的将注射器中的溶液滴加到配制好的 CaCl2溶液中,浸泡30min左右。 ②注意事项 为什么要浸泡30分钟?
③注意事项 溶解物质要彻底,勿用自来水溶解,以防自来水中各种离 子影响实验结果
第三步:配制海藻酸钠溶液
① 过程 称取0.2g海藻酸钠,放入40ml蒸馏水,用酒精灯小火间 断加热至完全溶化。 ②注意事项 为什么要小火间断加热?
防止海藻酸钠焦糊。 为什么说该步骤是实验成败的关键步骤?
浓度太高:得不到规则的凝胶珠
酵母菌细胞的固定化技术
一、基本步骤:
酵母细胞的活化 配制CaCl2溶液 配制海藻酸钠溶液 将海藻酸钠溶液与酵母细胞的混合 固定化酵母细胞
第一步:酵母细胞的活化
加水 活化
由于缺水,酵母处于 休眠状态
活化的干酵母
第二步:配制0.05mol/L的CaCl2
① 过程 称取无水CaCl2 0.83g,放入200ml的烧杯中,加入150ml 的蒸馏水,使其充分溶解,待用 ② 目的 使胶体聚沉
以便凝胶珠形成稳定的结构
球形或椭 球形,浅 黄色
二、用固定化酵母发酵
1.将固定好的酵母细胞(凝胶珠)用_蒸__馏__水__冲洗2~3次。
2.发酵时的温度就为__2_5_℃___,时间_2_4_h____(底物为葡 萄糖) 3.将凝胶珠加入用于发酵的葡萄糖溶液后会发现有_气__泡___ 产生,同时有_酒__精__味散发。

固定化酶和固定化细胞技术

固定化酶和固定化细胞技术

张 海 龙山东教育学院 生物系Shan Dong Institute of Education第九章 第九章 固固定化酶与固定化细胞技术第一节固定化酶•固定化酶:是指在在一定空间内呈闭锁状态存在的酶,能连续地进行反应,反应后的酶可以回收重复利用。

•酶的固定化是将酶与水溶性载体结合,制备固定化酶的过程。

固定化酶的特点(与游离酶相比)•(1)极易将固定化酶与底物、产物分开,产物溶液中没有酶的残留,提纯工艺简化;•(2)能够在较长时间 进行反应,便于实现连续化和自动化;•(3)大多数情况下,能够提高酶的稳定性;•(4)酶的反应过程能够严格控制;•(5)酶的利用率提高,生产成本降低;•(6)能够进行多酶反应;•(7)可以增加产物收率,提高产物的质量;•(8)增加了生产的成本;•(9)只能用于可溶性小分子底物,对大分子的底物适应性差,与完整的菌体细胞相比,不适宜于多酶反应,特别是需要辅助因子的反应。

一、固定化酶的制备方法•根据不同应用目的和不同应用环境选择不同的方法,遵循如下原则:–(1)必须维持酶的催化活性以及专一性;–(2)有利于实现连续化和自动化;–(3)固定化酶应有最小的空间位阻,尽可能不妨碍酶与底物的接近,以便提高产品的质量;–(4)酶与载体必须结合牢固,便于回收贮存,反复利用;–(5)固定化酶应有最大的稳定性,所选载体不应与产物或反应液发生化学反应;–(6)成本要低,以便于工业使用;实践中,可根据酶的性质,反应特征选择合适的方法。

•(一)包埋法:–1、网格型–2、微囊型:界面沉淀法、界面聚合、二级乳化法、脂质包埋法•(二)吸附法:–1、物理吸附法–2、离子吸附法•(三)、共价偶联法•(四)、交联法•(五)、共价结合法–1、结晶法–2、分散法酶固定化方法示意图二、固定化酶的性质1、稳定性2、最适温度最适pH pH3、最适4、底物特异性go稳定性比游离酶的好(1)对热的稳定性提高,可以耐受较高的温度2040608010030405060708090Temperature ( ºC )R e l a t i v e a c t i v i t y (%)A BA 固定化酶B 游离酶稳定性(续)(2)保存稳定性好,保存时间延长(3)对蛋白酶的抵抗性增强,不易被蛋白(4)对变性剂)对变性剂((如尿素、有机溶剂、盐酸胍等如尿素、有机溶剂、盐酸胍等))的耐受性提高,保留较高酶活(5)对酶抑制剂、对不同)对酶抑制剂、对不同pH pH pH稳定性提高稳定性提高稳定性提高..(back back))最适温度与游离酶差不多050100150200250300350304050607080Temperature ( ºC )R e l a t i v e a c t i v i t y (%)A B最适温度(续)例外用重氮法制备的固定化胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶,5-10℃;比游离酶高比游离酶高5-105-15 ℃以共价结合法固定的色氨酸酶,比游离酶高5-15 以共价结合法固定的色氨酸酶,比游离酶高汤亚杰以交联法用壳聚糖固定胰蛋白酶最适温度为30 ℃同一种酶;80 ℃,比固定化前提高了,比固定化前提高了30用不同的方法或载体进行固定化,其最适温度可能不同不同方法和载体固定化氨基酰化酶的最适温度 <60烷基化法DEAE-DEAE-葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶 67离子键结合法DEAE-DEAE-纤维素纤维素 72离子键结合法DEAE-DEAE-葡聚糖凝胶葡聚糖凝胶 60游离最适温度最适温度((℃ ) 方法载体载体最适pH 值酶固定化后,对底物作用的最适酶固定化后,对底物作用的最适pH pH pH和酶和酶—pH pH曲线常发生偏曲线常发生偏移(见图),原因是微环境表面电荷性质的影响带负电荷的载体,固定化酶最适pH 值比游离酶的高(1)载体的带电性质对最适pH 的影响原因:吸引作用带正电荷的载体,固定化酶最适pH 值比游离酶的低H +H +H +H +H +H +H +偏酸微环境OH -OH -OH -OH -OH -OH -H+H+大环境偏碱酶不带电荷的载体,固定化酶最适pH 值一般不变(2)产物酸碱性对最适pH 值的影响酸性酸性::固定化酶的最适固定化酶的最适pH pH pH值比游离酶的高值比游离酶的高碱性碱性::固定化酶的最适固定化酶的最适pH pH pH值比游离酶的低值比游离酶的低中性中性::固定化酶的最适固定化酶的最适pH pH pH值一般不变值一般不变原因原因::载体障碍产物的扩散底物的特异性与底物分子量的大小有关与底物分子量的大小有关;;作用于低分子量底物的酶,没有明显变化,如氨基酰化酶、葡聚糖氧化酶等酰化酶、葡聚糖氧化酶等;;既可作用于大分子底物,又可作用于小分子底物的酶,往往会发生变化。

细胞固定化综述及实验报告

细胞固定化综述及实验报告

延伸阅读1 细胞固定化技术1.1细胞固定化技术概要1.1.1 固定化细胞[1]固定化细胞是在固定化酶的基础上发展起来的新技术,即一项利用物理或化学手段将游离的微生物(细胞)或酶,定位于限定的空间区域,并使其保持活性且能反复利用的技术。

由于固定化细胞保持了细胞的生命活动能力,它不但比游离细胞的发酵更具有优越性,而且比固定化酶有更多的优点,因为固定化细胞省去了制备酶或含酶细胞处理过程所需要的完整酶系.并能不断产生新酶及其所需的辅助因子,而且固定化方法较简单,成本也较低。

1.1.2 固定化细胞的优缺点[2]固定化细胞主要具有6个优点:一是不需要将酶从微生物细胞中提取出来并加以纯化,酶活力损失小、成本低。

二是细胞生长停滞时间短,细胞多、反应快,抗污染能力强,可以连续发酵,反复使用,应用成本低。

三是酶处于天然细胞的环境中,稳定性高。

四是使用固定化细胞反应器,可边加入培养基,边培养排出发酵液,能有效地避免反馈抑制和产物消耗。

五是适合于进行多酶顺序连续反应。

六是易于进行辅助因子的再生,因而更适合于需要辅助因子的反应,如氧化还原反应、合成反应等。

当然,固定化细胞也存在一些缺点,主要表现为:必须保持菌体的完整,防止菌体的自溶,否则会影响产物的纯度;必须抑制细胞内蛋白酶的分解作用;由于细胞内有多种酶存在,往往有副产物形成。

为防止副产物必须抑制其他酶活力;细胞膜或细胞壁会造成底物渗透与扩散的障碍。

1.2固定化细胞的特性[2]1.2.1 形态学特征固定化细胞多为球形颗粒,但也有制成立方块或膜状的。

用吸附法时,则取决于吸附物质的形状。

在球形固定凝胶内,细胞的分布并不均匀,而是接近于球的外表面。

有时细胞会在凝胶内的小泡中繁殖,直到最后充满整个可利用的空间。

1.2.2 生理学特征固定化细胞必需具有生命活力,因此创造良好的细胞载体或基质,选择恰当的固定化方法和生物反应器,最佳的反应溶液和周围微环境,维持细胞适度的生长和繁殖等尤为重要。

固定化细胞技术综述

固定化细胞技术综述

固定化细胞技术综述及其应用张弘扬1401024103 高娟丽1401024122 天津农学院农学与资源环境生物技术(1)班摘要固定化细胞是将动植物或微生物细胞固定于合适的不溶性载体上的一种技术,它既可以提高生产效率和生产能力、延长生产周期,又易于细胞的分离和回收。

在生物、医药、环境保护、食品工业等方面得到了广泛应用。

本文主要介绍了固定化细胞技术的方法,载体的选择与应用,综述了固定化细胞技术在工业、环境中的应用,并对其发展前景进行展望。

关键词细胞固定化固定化方法细胞固定载体生物反应器酒精发酵环境治理固定化技术包括固定化酶技术与固定化细胞技术。

固定化细胞技术起步较晚,在20世70年代后才从固定化酶技术发展而来,它是指通过物理或化学的方法将分散、游离的微生物细胞固定在某一限定空间区域内,以提高微生物细胞的浓度,使其保持较高的生物活性并反复利用的方法。

相对于固定化酶技术,该方法不需把酶从细胞中提取出来,且无需纯化,酶活力损失小。

目前,固定化细胞技术的应用范围涵盖生物学、生化工程、有机化学、合成化学、高分子化学、食品与发酵工业、环境净化、能源生产等多个领域,已经成为生物技术中十分活跃的跨学科研究领域。

本文主要对该技术及其应用进行了简单介绍,并对其发展前景进行一、生物细胞固定化技术1、细胞固定化的原理及方法固定化技术是使生物催化剂更广泛、更有效应用的一种重要手段,任何一种限制生物催化剂自由流动的技术都可以用于制备固定化生物催化剂。

由于细胞的种类多种多样,大小和特性各不相同,故此细胞固定化的方法有很多种。

Karel 等人将其归纳为表面吸附、多介质包埋、隔离和自凝集4 大类;王建龙把目前常用的固定化方法分为吸附法、包埋法、胶联法和截留法;杨文英等介绍了吸附法、包埋法、共价结合法、胶联法、多孔物质包络法、超过滤法、多种固定化方法联用等7 种常用方法;成庆利等按有无外加载体将细胞固定化方法分为有载体固定化法和无载体固定化法2 种;张磊等按照固定化载体与方式的不同将其分为吸附法、包埋法、共价结合法和胶联法。

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固定化细胞技术2010-04-26 09:45:07| 分类:电泳资料| 标签:|字号大中小订阅本文引用自啸月天狼《固定化细胞技术》更多相关资料请查看层析技术的应用与发展,对于植物各类化学成分的分离鉴定工作起到重大的推动作用。

如中药丹参的化学成分在30年代仅从中分离到3种脂溶性色素,分别称为丹参酮Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

但以后进一步的研究,发现除丹参酮Ⅰ为纯品外,Ⅱ、Ⅲ、均为混合结晶。

此后通过各种层析方法,迄今已发现15种单体(其中有4种为我国首次发现)。

目前新的层析技术不断发展,随着层析理论和电子学、光学、计算机等技术的应用,层析技术已日趋完善。

一.层析法的基本原理:层析过程是基于样品组分在互不相溶的两“相”溶剂之间的分配系数之差(分配层析),组分对吸附剂吸附能力不同(吸附层析),和寓子交换,分子的大小(排阻层析)而分离。

通常又将一般的以流动相为气体的称为气相层析,流动相为液体的称为液相层析。

一、吸附层析法(AdsorptionChromatography)(一)吸附剂、溶剂与被分离物性质的关系:液一固吸附层析是运用较多的一种方法,特别适用于很多中等分子量的样品(分子量小于1,000的低挥发性样品)的分离,尤其是脂溶性成分一一般不适用于高分子量样品如蛋白质、多糖或离子型亲水住化合物等的分离。

吸附层析的分离效果,决定于吸附剂、溶剂和被分离化合物的性质这三个因素。

1.吸附剂:常用的吸附剂有硅胶、氧化铝、活性炭、硅酸镁、聚酰胺、硅藻土等。

(1)硅胶:层析用硅胶为一多孔性物质,分子中具有硅氧烷的交链结构,同时在颗粒表面又有很多硅醇基。

硅胶吸附作用的强弱与硅醇基的含量多少有关。

硅醇基能够通过氢键的形成而吸附水分,因此硅胶的吸附力随吸着的水分增加而降低。

若吸水量超过17%,吸附力极弱不能用作为吸附剂,但可作为分配层析中的支持剂。

对硅胶的活化,当硅胶加热至100~110℃时,硅胶表面因氢键所吸附的水分即能被除去。

当温度升高至500℃时,硅胶表面的硅醇基也能脱水缩台转变为硅氧烷键,从而丧失了因氢键吸附水分的活往,就不再有吸附剂的性质,虽用水处理亦不能恢复其吸附活性。

所以硅胶的活化不宜在较高温度进行(一般在170cC以上即有少量结合水失去)。

硅胶是一种酸性吸附剂,适用于中性或酸性成分的层析。

同时硅胶又是一种弱酸性阳离子交换剂,其表面上的硅醇基能释放弱酸性的氢离子,当遇到较强的碱注化台物,则可因离子交换反应而吸附碱性化合物。

(2)氧化铝:氧化铝可能带有碱性(因其中可混有碳酸钠等成分),对于分离一些碱性中草药成分,如生物碱类的分离颇为理想。

但是碱性氧化铝不宜用于醛、酮、醋、内酯等类型的化合物分离。

因为有时碱性氧化铝可与上述成分发生次级反应,如异构化、氧化、消除反应等。

除去氧化铝中绚碱性杂质可用水洗至中性,称为中性氧化铝。

中性氧化铝仍属于碱性吸附剂的范畴,本适用于酸性成分的分离。

用稀硝酸或稀盐酸处理氧化铝,不仅可中和氧化铝中含有的碱性杂质,并可使氧化铝颗粒表面带有NO3一或CI一的阴离子,从而具有离于交换剂的性质,适合于酸性成分的层析,这种氧化铝称为酸性氧化铝。

供层析用的氧化铝,用于拄层析的,其粒度要求在100~160目之间。

粒度大子100目,分离效果差:小于160目,溶浓流速大慢,易使谱带扩散。

样品与氧化铝的用量比,一般在1:20~50之间层析柱的内径与柱长比例在1:10-20之向。

在用溶剂冲洗柱时,流速不宜过快,洗脱液的流速一般以每半~1小时内流出液体的毫升数与所用吸附剂的重量(克)相等为合适。

(3)活性炭:是使用较多的一种非极性吸附剂。

一般需要先用稀盐酸洗涤,其次用乙醇洗,再以水洗净,于80℃干燥后即可供层析用。

层析用的活性炭,最好选用颗粒活注炭,若为活性炭细粉,则需加入适量硅藻土作为助滤剂一并装柱,以免流速太慢。

活性炭主要且于分离水溶性成分,如氨基酸、糖类及某些甙。

活性炭的有为吸附作用,在水溶液中最强,在有机溶剂中则较低弱。

故水的洗脱能力最弱,而有机溶剂则较强。

例如以醇-水进行洗脱时,则随乙醇浓度的递增而洗脱力增加。

活性炭对芳香族化合物的吸附力大于脂肪族化合物,对大分子化合物的吸附力大于小分子化合物。

利用这些吸附性的差别,可将水溶性芳香族物质与脂肪族物质分开,单糖与多糖分开,氨基酸与多肽分开。

2.溶剂:层析过程中溶剂的选择,对组分分离关系极大。

在柱层析时所用的溶剂(单一剂或混合溶剂)习惯上称洗脱剂,用于薄层或纸层析时常称展开剂。

洗脱剂的选择,须根据被分离物质与所选用的吸附剂性质这两者结合起来加以考虑在用极性吸附剂进行层析时,当被分离物质为弱极性物质,一般选用弱极性溶剂为洗脱剂;被分离物质为强极性成分,则须选用极性溶剂为洗脱剂。

如果对某一极性物质用吸附性较弱的吸附剂(如以硅藻土或滑石粉代替硅胶),则洗脱剂的极性亦须相应降低。

在柱层操作时,被分离样品在加样时可采用于法,亦可选一适宜的溶剂将样品溶解后加入。

溶解样品的溶剂应选择极性较小的,以便被分离的成分可以被吸附。

然后渐增大溶剂的极性。

这种极性的增大是一个十分缓慢的过程,称为“梯度洗脱”,使吸附在层析柱上的各个成分逐个被洗脱。

如果极性增大过诀(梯度太大),就不能获得满意的分离。

溶剂的洗脱能力,有时可以用溶剂的介电常数(ε)来表示。

介电常数高,洗脱能力就大。

以上的洗脱顺序仅适用于极性吸附剂,如硅胶、氧化铝。

对非极性吸附剂,如活性炭,则正好与上述顺序相反,在水或亲水住溶剂中所形成的吸附作用,较在脂溶性溶剂中为强。

3.被分离物质的性质:被分离的物质与吸附剂,洗脱剂共同构成吸附层析中的三个要素,彼此紧密相连。

在指定的吸附剂与洗脱剂的条件下,各个成分的分离情况,直接与被分离物质的结构与性质有关。

对极性吸附剂而言,成分的极性大,吸附住强。

当然,中草药成分的整体分子观是重要的,例如极性基团的数目愈多,被吸附的住能就会更大些,在同系物中碳原子数目少些,被吸附也会强些。

总之,只要两个成分在结构上存在差别,就有可能分离,关键在于条件的选择。

要根据被分离物质的性质,吸附剂的吸附强度,与溶剂的性质这三者的相互关系来考虑。

首先要考虑被分离物质的极性。

如被分离物质极性很小为不含氧的萜烯,或虽含氧但非极性基团,则需选用吸附性较强的吸附剂,并用弱极性溶剂如石油醚或苯进行洗脱。

但多数中药成分的极性较大,则需要选择吸附性能较弱的吸附剂(一般Ⅲ~Ⅳ级)。

采用的洗脱剂极性应由小到大按某一梯度递增,或可应用薄层层析以判断被分离物在某种溶剂系统中的分离情况。

此外,能否获得满意的分离,还与选择的溶剂梯度有很大关系。

现以实例说明吸附层析中吸附剂、洗脱剂与样品极性之间的关系。

如有多组分的混合物,象植物油脂系由烷烃、烯烃、舀醇酯类、甘油三酸醋和脂肪酸等组份。

当以硅胶为吸附剂时,使油脂被吸附后选用一系列混合溶剂进行洗脱,油脂中各单一成分即可按其极性大小的不同依次被洗脱。

又如对于C-27甾体皂甙元类成分,能因其分字中羟基数目的多少而获得分离:将混合皂甙元溶于含有5%氯仿的苯中,加于氧化铝的吸附柱上,采用以下的溶剂进行梯度洗脱。

如改用吸附性较弱的硅酸镁以替代氧化铝,由于硅酸镁的吸附性较弱,洗脱剂的极牲需相应降低,亦即采用苯或含5%氯仿的苯,即可将一元羟基皂甙元从吸附剂上洗脱下来。

这一例子说明,同样的中草药成分在不同的吸附剂中层析时,需用不同的溶剂才能达到相同的分离效果,从而说明吸附剂、溶剂和欲分离成分三者的相互关系。

(二)簿层层析:薄层层析是一种简便、快速、微量的层析方法。

一般将柱层析用的吸附剂撒布到平面如玻璃片上,形成一薄层进行层析时一即称薄层层析。

其原理与柱层析基本相似。

1.薄层层析的特点:薄层层析在应用与操作方面的特点与柱层析的比较。

2.吸附剂的选择:薄层层析用的吸附剂与其选择原则和柱层析相同。

主要区别在于薄层层析要求吸附剂(支持剂)的粒度更细,一般应小于250目,并要求粒度均匀。

用于薄层层析的吸附剂或预制薄层一般活度不宜过高,以Ⅱ~Ⅲ级为宜。

而展开距离则随薄层的粒度粗细而定,薄层粒度越细,展开距离相应缩短,一般不超过10厘米,否则可引起色谱扩散影响分离效果3.展开剂的选择:薄层层析,当吸附剂活度为一定值时(如Ⅱ或Ⅲ级),对多组分的样品能否获得满意的分离,决定于展开剂的选择。

中草药化学成分在脂溶性成分中,大致可按其极性不同而分为无极性、弱极性、中极性与强极性。

但在实际工作中,经常需要利用溶剂的极性大小,对展开剂的极性予以调整。

4?特殊薄层:针对某些性质特殊的化合物的分离与检出,有时需采用一些特殊薄层。

①荧光薄层:有些化合物本身无色,在紫外灯下也不显荧光,又无适当的显色剂时,则可在吸附剂中加入荧光物质制成荧光薄层进行层析。

展层后置于紫外光下照射,薄层板本身显荧光,而样品斑点处不显荧光,即可检出样品的层析位置。

常用的荧光物质多为无机物。

其一是在254nm紫外光激发下显出荧光的,如锰激洁的硅酸锌。

另一种为在365nm紫外光激发下发出荧光的,如银激化的硫化锌硫化镐。

②络合薄层:常用的有硝酸银薄层,用来分离碳原子数相等而其中C一C双键数目不等的一系列化合物,如不饱和醇、酸等。

其主要机理是由于C一C键能与硝酸银形成络合物,而饱和的C一C键则不与硝酸银络合。

因此在硝酸银薄层上,化台物可由于饱和程度不同而获得分离。

层析时饱和化合物由于吸附最弱而Rf最高,含一个双键的较含两个双键的Rf值高,含一个三键的较含一个双键的Rf 值高。

此外,在一个双键化台物中,顺式的与硝酸银络合较反式的易于进行。

因此,还可用来分离顺反异构体。

③酸碱薄层和PH缓冲薄层:为了改变吸附剂原来的酸碱性,可在铺制薄层时采用稀酸或稀碱以代替水调制薄层。

例如硅胶带微酸性,有时对碱性物质如生物碱的分离不好,如不能展层或拖尾,则可在铺薄层时,用稀碱溶液0.1~0.5NNa0H溶液制成碱性硅胶薄层。

例如猪屎豆碱在以硅胶为吸附剂时,以氯仿-丙酮一甲醇(8:2:1)为展开剂Rf<0.1,采用碱性硅胶薄层用上述相同展开剂,Rf值增至0.4左右。

说明猪屎豆碱为--碱性生物碱。

5.应用:薄层层析法在中草药化学成分的研究中,主要应用于化学成分的预试、化学成分的鉴定及探索柱层分离的条件。

用薄层层析法进行中草药化学成分预试,可依据各类成分性质及熟知的条件,有针对性地进行。

由于在薄层上展层后,可将一些杂质分离,选择性高,可使预试结果更为可靠。

以薄层层析法进中草药化学成分鉴定,最好要有标准样品进行共薄层层析。

如用数种溶剂展层后,标准品和鉴定品的Rf值、斑点形状颜色都完全相同,则可作初步结论是同一化合物。

但一般需进行化学反应或红外光谱等一种仪器分析方法加以核对。

用薄层层析法探索柱层分离条件,是实验室的常规方法。

在进行柱层分离时,首先考虑选用何种吸附剂与洗脱剂。

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