横向交变电场电色谱的传递理论和应用研究

论文摘要

本论文对三腔室横向交变电场电色谱的传热、传质理论以及该电色谱的应用进行了系统的研究。首先构建了横向电场电色谱测温系统,测定了电色谱冷却和施加电场的动态升温过程,研究了电流强度和流动相离子强度对柱内温度分布的影响。建立了横向电场电色谱过程的传热模型,模拟从非稳态操作到稳态操作的温度分布。利用该模型可同时获得柱内电压分布、有效电压和功耗等参数,分析电色谱放大的温度效应,以及各种条件下的温度分布行为。制备了不同配基修饰密度的离子交换介质,研究了电色谱的蛋白质动态吸附行为。结果表明,由于高配基密度介质的表面电荷密度较高,孔内电渗流对促进传质的作用更明显,故蛋白质动态吸附容量随电场强度增加较多。建立横向交变电场离子交换电色谱过程的理论模型,利用上述蛋白质动态吸附实验结果,验证了模型的可靠性。系统分析了电色谱过程的传质和色谱行为。理论分析发现,电渗引起的孔内对流受蛋白质不可逆吸附的影响,孔内对流速度对吸附饱和度呈负指数下降趋势;在电场作用下,吸附剂内蛋白质浓度分布呈现出沿电场方向的偏移,在操作的初始时刻电场作用效果有利于提高动态吸附容量。利用填充阴离子交换介质Q Sepharose Fast Flow的横向电场色谱,研究了卵清蛋白质的分离纯化,获得了高纯度卵铁传递蛋白和卵清白蛋白。与普通离子交换色谱相比,横向电场电色谱的分离能力提高一倍以上,证明了该横向电场电色谱的高容量分离纯化性能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 生物分离中的液相色谱技术
• 1.2.1 离子交换色谱
• 1.2.2 Langmuir 吸附平衡模型
• 1.3 电动理论和毛细管电色谱
• 1.3.1 双电层
• 1.3.2 电渗
• 1.3.3 电泳
• 1.3.4 毛细管电色谱
• 1.4 制备型电色谱的发展
• 1.4.1 逆向色谱电泳
• 1.4.2 体积排阻电色谱
• 1.4.3 自由流电泳和移动床电泳
• 1.4.4 电动力强化传质的五腔室电色谱
• 1.4.5 三腔室的横向摆动电场电色谱
• 1.5 色谱和电色谱过程模型
• 1.5.1 色谱传质模型
• 1.5.2 电色谱保留机理
• 1.6 电色谱的温度效应
• 1.6.1 温度对电色谱效率的影响
• 1.6.2 影响电色谱温度变化的因素
• 1.6.3 电色谱温度效应的研究方法
• 1.7 本文研究重点和主要目标
• 第二章 电色谱温度的测量
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料与方法
• 2.2.1 实验材料与仪器
• 2.2.2 实验系统
• 2.2.3 缓冲液的配制
• 2.2.4 电色谱柱内温度的测量
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 电色谱柱内温度的分布
• 2.3.2 电流强度的影响
• 2.3.3 离子强度的影响
• 2.3.4 应用电场后柱内温度随时间的变化
• 2.4 小结
• 第三章 横向电场电色谱传热模型及温度分布模拟
• 3.1 引言
• 3.2 电色谱温度模型的建立与求解方法
• 3.2.1 凝胶室内的传热模型
• 3.2.2 陶瓷板上的传热模型
• 3.2.3 数值方法
• 3.3 模型参数的确定
• 3.3.1 凝胶室内多孔介质的物理性质
• 3.3.2 陶瓷板的物理性质
• 3.3.3 凝胶室的电导率
• 3.3.4 陶瓷板的电导率
• 3.4 文献中的经验公式
• 3.4.1 强制对流传热系数
• 3.4.2 自然对流传热系数
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 模型求解温度与实验测量温度的比较
• 3.5.2 短柱（4 cm）的模拟分析
• 3.5.3 短柱的横向放大效果
• 3.3.4 凝胶室容积为0.5 升电色谱柱的放大效果
• 3.6 小结
• 本章符号说明
• 第四章 离子交换电色谱吸附蛋白质的穿透行为
• 4.1 引言
• 4.2 实验材料与仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 缓冲液的配制
• 4.3.2 标准曲线的获得
• 4.3.3 介质修饰
• 4.3.4 滴定法测定介质的修饰密度
• 4.3.5 静态吸附平衡实验
• 4.3.6 吸附动力学实验
• 4.3.7 迎头分析法测定色谱柱中BSA 穿透曲线
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 DEAE 修饰的系列介质的离子交换容量
• 4.4.2 静态吸附平衡
• 4.4.3 有效孔扩散系数
• 4.4.4 修饰密度与BSA 吸附容量和有效孔扩散系数的关系
• 4.4.5 BSA 的动态吸附行为
• 4.5 小结
• 第五章 离子交换电色谱过程理论模型
• 5.1 引言
• 5.2 横向交变电场电色谱过程模型
• 5.2.1 吸附剂孔内对流扩散传质
• 5.2.2 固定床主体液相中蛋白质浓度分布
• 5.2.3 横向电场电色谱中的轴向扩散系数
• 5.2.4 模型无因次化
• 5.2.5 数值解法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 Peclet 数
• 5.3.2 指数修正的Peclet 数
• 5.3.3 模拟穿透曲线
• 5.3.4 IEC 和pIEEC 柱内液相蛋白质浓度比较
• 5.3.5 IEC 和pIEEC 介质内蛋白质浓度比较
• 5.3.6 介质孔内流速分析
• 5.4 小结
• 本章符号说明
• 第六章 卵清蛋白的高容量分离纯化
• 6.1 引言
• 6.2 实验材料与仪器
• 6.3 横向电色谱操作及蛋白质电迁移原理
• 6.4 实验方法
• 6.4.1 试剂的配制
• 6.4.2 分析色谱
• 6.4.3 静态吸附实验
• 6.4.4 前端分析实验
• 6.4.5 离子交换色谱分离过程
• 6.4.6 蛋白质含量测定
• 6.4.7 SDS-PAGE 凝胶电泳
• 6.5 结果与讨论
• 6.5.1 卵清白蛋白的静态吸附实验
• 6.5.2 卵清的液相色谱分析
• 6.5.3 进样量比的确定
• 6.5.4 卵清蛋白分离洗脱条件的确定
• 6.5.5 IEC 和pIEEC 分离纯化卵清蛋白
• 6.5.6 分离产品的定性和定量分析
• 6.5.7 横向电场色谱的放大效果
• 6.6 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 创新点
• 7.3 对今后工作的建议和展望
• 参考文献
• 攻读博士期间发表论文和科研情况说明
• 附录
• 附录一：BSA 标准曲线
• 附录二：BCA 法测BSA 标准曲线
• 附录三：卵清白蛋白标准曲线
• 致谢