10.6. Adsorpsi Adsorpsi adalah fenomena permukaan dimana komponen dari gas atau cairan terkonsentrasi pada permukaan partikel padat atau pada antarmuka cairan. Adsorpsi adalah hasil dari elektrostatik, van der Waals, reaktif atau kekuatan yang mengikat lainnya antara individu atom, ion atau molekul. Empat jenis adsorpsi dapat dibedakan: pertukaran, fisik, kimia dan non-spesifik. Adsorpsi mempunyai fungsi yang sama dengan ekstraksi dalam mengisolasi produk dari minuman keras fermentasi encer. Beberapa yang berbeda operasi adsorpsi digunakan dalam Bioprocessing, khususnya untuk produk medis dan farmasi. Ion-exchange adsorpsi dibuat untuk pemulihan dari asam amino, protein, vitamin dan antibiotik. Operasi adsorpsi umumnya memiliki selektivitas tinggi tetapi lebih kecil dibandingkan kapasitas ekstraksi.Prosedur Skala up untuk adsorpsi yang kurang jelas dibandingkan ekstraksi, karena itu, Data lebih eksperimental yang diperlukan untuk desain. Penanganan padatan dalam pengolahan industri juga agak lebih sulit dibandingkan dengan cairan yang digunakan dalam ekstraksi. Namun, meskipun kelemahan ini, aplikasi adsorpsi dapat meningkat terutama karena kesesuaian untuk isolasi protein. Dalam operasi adsorpsi, substansi yang terkonsentrasi di permukaan disebut adsorbat, bahan adsorbat mengikat adalah adsorben. Bahan adsorben yang ideal memiliki luas permukaan yang tinggi per satuan volume, hal ini dapat dicapai jika padat berisi jaringan internal pori-pori halus yang memberikan daerah sangat besar permukaan internal. Karbon dan resin sintetik berdasarkan stirena, divinilbenzena atau akrilamida polimer biasanya digunakan untuk adsorpsi biologi molekul. Adsorben yang tersedia secara komersial berpori butiran atau gel resin dengan volume hampa dari 30-50% dan diameter pori umumnya kurang dari 0,01 mm. Misalnya, total luas permukaan dalam partikel karbon aktif berkisar 450-1.800 m2 g-1. Tidak semua daerah ini tersedia untuk adsorpsi, molekul adsorbat hanya memiliki akses ke permukaan dalam pori-pori dengan diameter yang sesuai.10.6.1. Adsorpsi Operasi Sebuah operasi adsorpsi terdiri dari tahapan sebagai berikut: Desorpsi biasanya dilakukan dengan memberi aliran berbeda ionik kekuatan atau pH, elusi dengan pelarut organik atau Reaksi dari bahan diserap mungkin diperlukan dalam beberapa aplikasi. Eluan dilepaskan terlarut mengandung terkonsentrasi di bentuk diproses untuk memulihkan adsorbat, operasi untuk akhir pemurnian meliputi pengeringan semprot, curah hujan dan kristalisasi. Setelah elusi, adsorben tersebut mengalami regeneratif pengobatan untuk menghilangkan kotoran dan kembali aslinya adsorptif kapasitas. Meskipun regenerasi, kinerja resin akan menurun seiring digunakan sebagai penghapusan lengkap teradsorpsi materi adalah mustahil. Dengan demikian, setelah beberapa pembaharuan adsorbat diganti.10.6.2 Equilibrium Hubungan Untuk adsorpsi Seperti ekstraksi, analisis adsorpsi tergantung pada keseimbangan hubungan yang menentukan sejauh yang material dapat terserap ke permukaan tertentu. Ketika adsorbat dan adsorben berada pada kesetimbangan didefinisikan distribusi zat terlarut antara fase padat dan cairan dan tidak ada jaring lanjut adsorpsi terjadi. Adsorpsi kesetimbangan data tersedia sebagai isoterm adsorpsi. Untuk adsorbat A, sebuah isoterm memberikan konsentrasi A dalam fase teradsorpsi versus konsentrasi dalam fase unadsorbed dan diberikan temperatur. Isoterm adsorpsi berguna untuk memilih paling tepat adsorben, mereka juga memainkan peran penting dalam memprediksi kinerja adsorpsi sistem. Beberapa jenis ekuilibrium isoterm telah dikembangkan untuk menggambarkan hubungan adsorpsi. Namun, tidak ada satu Model ini berlaku universal, semua melibatkan asumsi yang mungkin atau tidak mungkin berlaku dalam kasus-kasus tertentu. Salah satu yang paling sederhana adsorpsi isoterm yang secara akurat menggambarkan tertentu sistem praktis adalah Langmuir isoterm. (10.30)Dalam Eq. (10.30), adalah konsentrasi kesetimbangan atau pemuatan A pada adsorben dalam satuan, misalnya kg solut kg-1 kg larutan padat atau zat terlarut m-3 padat. adalah jumlah maksimum sebesar adsorbat yang sesuai untuk melengkapi cakupan monolayer semua tersedia adsorpsi situs, adalah kesetimbangan konsentrasi zat terlarut dalam fase cairan dalam satuan, misalnya kg m-3, dan K adalah sebuah konstanta. Karena unit yang berbeda yang digunakan untuk cairan dan fase padat- konsentrasi, KA biasanya memiliki unit seperti m3 kg-1 padat. Secara teoritis, Langmuir adsorpsi berlaku untuk sistem di mana: (i) membentuk molekul teradsorpsi tidak lebih dari monolayer pada permukaan, (ii) setiap situs untuk adsorpsi setara dalam hal energi adsorpsi, dan (iii) tidak ada interaksi antara molekul teradsorpsi berdekatan. Dibanyak sistem eksperimental setidaknya satu dari kondisi ini tidak bertemu. Misalnya, adsorben komersial banyak memiliki sangat permukaan tidak teratur sehingga adsorpsi disukai pada khususnya poin atau 'situs yang kuat' di permukaan. Dengan demikian, setiap situs adalah tidak setara. Selain itu, interaksi antara teradsorpsi molekul ada untuk hampir semua sistem adsorpsi nyata. Pengakuan faktor ini dan lainnya telah menyebabkan penerapan adsorpsi isoterm lainnya. Kepentingan tertentu karena digunakan secara luas dalam cair-padat sistem adalah isoterm Freundlich, dijelaskan oleh hubungan:..(10.31)KF dan n adalah konstanta karakteristik adsorpsi tertentu sistem, dimensi KF tergantung pada dimensi dan dan nilai n. Jika adsorpsi menguntungkan n adalah > 1, jika adsorpsi kurang baik n adalah < 1. Bentuk Freundlich isoterm ditunjukkan pada Gambar 10.10 (b). Persamaan. (10.31) berlaku untuk adsorpsi berbagai antibiotik, hormon dan steroid. Ada banyak bentuk lain dari adsorpsi isoterm memberikan berbeda . Karena mekanisme yang tepat adsorpsi tidak dipahami dengan baik, adsorpsi Data kesetimbangan harus ditentukan secara eksperimental.

Contoh 10.4 Antibodi pemulihan dengan adsorpsi Sel-bebas minuman keras fermentasi mengandung 8 x 10-5 mol l-1 imunoglobulin G. Diusulkan untuk memulihkan setidaknya 90% dari antibodi ini oleh adsorpsi resin sintetis, non-polar. Data kesetimbangan eksperimental berkorelasi sebagai berikut:

di mana adalah mol zat terlarut teradsorpsi per cm3 adsorben dan adalah cairan-fase konsentrasi zat terlarut di mol 1-1. Berapa jumlah resin yang diperlukan untuk mengobati 2m3 minuman keras fermentasi dalam tangki tunggal-tahap campuran?solusi:Jumlah resin yang dibutuhkan adalah minimum ketika terjadi keseimbangan. Jika 90% dari antibiotik yang teradsorpsi, konsentrasi residu dalam cairan adalah:

Mengganti ini nilai dalam ekspresi isoterm memberikan immunoglobulin pemuatan keseimbangan:

Jumlah antibodi terserap adalah:

Oleh karena itu, massa adsorben yang dibutuhkan adalah:

Jumlah minimum resin yang dibutuhkan adalah 1.6 x 105 cm3, atau 0.16 m3.

10.6.3 Kinerja Karakteristik Fixed-Bed adsorbers

Berbagai jenis peralatan telah dikembangkan untuk adsorpsi operasi, termasuk fixed bed, moving bed, difluidisasi bed dan stirred tank contractor. Dari jumlah tersebut, fixed-bed adsorbers yang paling sering digunakan, daerah adsorpsi tersedia per satuan volume lebih besar di fixed bed dibandingkan konfigurasi lainnya. Sebuah adsorber unggun tetap-adalah kolom vertikal atau tabung dikemas dengan partikel adsorben. Operasi dari adsorber fixed-bed downflow digambarkan pada Gambar 10.11. Liquid larutan yang mengandung adsorbat pada konsentrasi Cai diumpankan pada bagian atas kolom yang awalnya bebas dari adsorbat. Pada awalnya resin, adsorben di bagian atas kolom mengambil zat terlarut dengan cepat, lewat solusi melalui kolom menjadi habis dari zat terlarut dan meninggalkan sistem dengan Konsentrasi efluen mendekati nol. Sebagai aliran larutan berlanjut, wilayah tempat tidur di mana sebagian besar terjadi adsorpsi, zona adsorpsi, bergerak ke bawah kolom sebagai resin atas menjadi jenuh dengan zat terlarut dalam kesetimbangan dengan konsentrasi cairan Cal. Gerakan dari zona adsorpsi biasanya terjadi pada kecepatan yang jauh lebih rendah daripada kecepatan fluida melalui bed, dan disebut gelombang adsorpsi. Akhirnya tepi rendah zona adsorpsi mencapai bagian bawah bed, resin hampir sepenuhnya jenuh, dan konsentrasi zat terlarut dalam limbah mulai naik, ini disebut breakpoint. Sebagai zona adsorpsi melewati bagian bawah tempat tidur, resin tidak bisa lagi menyerap zat terlarut dan limbah konsentrasi naik ke CAP, nilai inlet Saat ini tempat tidur benar-benar jenuh dengan adsorbat dan harus regenerasi. Kurva pada Gambar 10.11 menunjukkan limbah konsentrasi sebagai fungsi waktu atau volume bahan yang diproses adalah dikenal sebagai kurva terobosan. Bentuk kurva terobosan sangat mempengaruhi desain dan operasi fixed-bed adsorbers. Gambar 10.12 menunjukkan bagian dari kurva terobosan antara waktu t 3 dan t 4 ketika zat terlarut muncul di kolom limbah. Itu jumlah zat terlarut yang hilang dalam limbah diberikan oleh daerah di bawah kurva terobosan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.12 (a), jika adsorpsi berlanjut sampai seluruh tempat tidur jenuh dan Konsentrasi efluen sama cai, sejumlah besar solut yang terbuang. Untuk menghindari hal ini, operasi adsorpsi biasanya berhenti sebelum tidur benar-benar jenuh. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.12 (b), jika adsorpsi dihentikan pada waktu t 'ketika Konsentrasi efluen adalah C) t, hanya sejumlah kecil zat terlarut terbuang dibandingkan dengan proses Gambar 10.12 (a). Kerugiannya adalah bahwa beberapa bagian dari kapasitas tempat tidur yang tidak terpakai, seperti diwakili oleh daerah yang diarsir di atas kurva terobosan. Karena pentingnya kurva terobosan dalam menentukan jadwal operasi, banyak usaha telah diberikan kepada yang prediksi dan analisis faktor yang mempengaruhi hal itu. Hal ini dibahas lebih lanjut dalam bagian berikutnya. 10.6.4 Teknik Analisis Fixed-Bed Adsorbers Dalam desain fixed-bed adsorbers, jumlah resin dan waktu yang dibutuhkan untuk adsorpsi kuantitas tertentu zat terlarut harus diperkirakan. Prosedur desain melibatkan memprediksi bentuk kurva terobosan dan waktu penampilan breakpoint. Bentuk kurva terobosan dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti laju umpan, konsentrasi zat terlarut, sifat kesetimbangan adsorpsi dan laju adsorpsi. Kinerja adsorbers komersial biasanya dikendalikan oleh adsorpsi tingkat. Hal ini tergantung pada transfer massa proses dalam dan di luar partikel adsorben. Salah satu pendekatan untuk desain adsorber adalah untuk melakukan studi percontohan yang luas untuk memeriksa pengaruh variabel sistem utama. Namun, durasi dan biaya studi eksperimental dapat diminimalkan dengan sebelum matematis analisis proses. Karena fixed-bed adsorpsi adalah proses unstteadystate dan persamaan untuk adsorpsi isoterm umumnya non-linear, perhitungan yang terlibat dalam analisis rekayasa relatif kompleks dibandingkan dengan banyak unit operasi lainnya. Bahan isian non-homogen di adsorpsi bed dan kesulitan memperoleh untuk direproduksi hasil di bed tampaknya identik menambah masalah. Namun, teknik analisis disederhanakan disajikan di bawah ini. Mari kita mempertimbangkan proses yang menyebabkan perubahan dalam cairan- fase konsentrasi adsorbat dalam adsorber fixed-bed. Tujuan dari analisis ini adalah untuk memperoleh persamaan untuk konsentrasi efluen sebagai fungsi waktu (kurva terobosan). Teknik yang digunakan adalah neraca massa. Pertimbangkan kolom dikemas dengan resin adsorben ditunjukkan pada Gambar 10.13. Cairan yang mengandung sebuah zat terlarut dimasukkan di bagian atas kolom dan mengalir turun ke bed. Panjang total bed adalah L. Pada jarak z dari atas adalah bagian dari kolom yang bisa kita melakukan neraca massa unsteadystate. Kami akan menganggap bahwa bagian ini adalah sangat tipis sehingga z adalah kurang lebih sama di mana saja di setiap bagian. Batas sistem ditunjukkan pada Gambar 10.13 oleh garis putus-putus.

Persamaan massa-keseimbangan umum diberikan di Bab 4 dapat diterapkan untuk zat terlarut A:.......(4.1)Mari kita perhatikan setiap istilah dari Pers. (4.1) untuk melihat bagaimana hal itu berlaku untuk Sebuah zat terlarut di bagian yang ditunjuk dari kolom. Pertama, karena kita asumsikan ada reaksi kimia tidak terjadi dan A tidak dapat dihasilkan atau dikonsumsi, ketiga dan keempat hal Eq. (4.1) adalah nol. Di sisi kiri, persamaan ini hanya input dan persyaratan output. Apa mekanisme untuk masukan dari komponen A ke bagian kolom? Sebuah dibawa ke bagian terutama sebagai akibat dari aliran cairan ke kolom; ini ditunjukkan pada Gambar 10.13 oleh panah padat memasuki bagian. Mekanisme lain yang berkaitan dengan lokal pencampuran dan difusi proses dalam celah atau kesenjangan antara partikel resin. Misalnya, A beberapa mungkin masuk Bagian dari daerah tepat di bawah dengan difusi countercurrent terhadap arah aliran, hal ini ditunjukkan dalam Gambar 10.13 oleh panah Wiggly memasuki bagian dari bawah. Mari kita mempertimbangkan pergerakan A keluar dari sistem. Mekanisme untuk menghilangkan A adalah sama seperti untuk masuk: A dilakukan dari bagian oleh aliran cair dan dengan transfer aksial sepanjang panjang tabung terhadap arah aliran. proses ini juga ditunjukkan pada Gambar 10.13. Istilah yang tersisa dalam Pers. (4.1) adalah akumulasi dari A. A akan terakumulasi dalam bagian karena adsorpsi ke permukaan interior dan eksterior adsorben partikel. A juga bisa terakumulasi dalam cairan terjebak dalam ruang interstisial atau kesenjangan antara partikel resin. Ketika matematika ekspresi yang tepat untuk tingkat aliran, dispersi aksial dan akumulasi diganti menjadi Persamaan. (4.1), persamaan berikut ini didapat:(10.32)Axial dispersion + flow = accumulation + accumulation In the intersticesby adsorptionDalam Eq. (10.32), CA adalah konsentrasi A dalam cairan, Z bed depth, t adalah waktu dan CAS adalah konsentrasi rata-rata A dalam fase padat. DAZ adalah koefisien axialdispersion efektif untuk A dalam kolom. Dalam bed yang paling dikemas. DAZ Secara substansial lebih besar dari coefiicient difusi molekul, nilai DAZ Menggabungkan efek dari pencampuran aksial dalam kolom sebagai partikel padat mengganggu aliran cairan halus. adalah kekosongan fraction di bed, didefinisikan sebagai:.(10.33)di mana VT adalah volume total kolom dan Vs adalah volume dari partikel resin, u adalah kecepatan cairan interstitial, didefinisikan sebagai:.(10.34)dimana FL adalah laju alir volumetrik cair dan Ac adalah crosssectional daerah kolom. Dalam Eq. (10.32), menunjukkan diferensial parsial terhadap waktu, menunjukkan parsial diferensial terhadap jarak, dan menunjukkan kedua diferensial parsial terhadap jarak. Meskipun Persamaan. (10.32) terlihat rumit, hal ini berguna untuk mengenali fisik makna komponennya. Seperti ditunjukkan di bawah masing-masing jangka waktu tingkat persamaan, dispersi aksial, aliran, dan akumulasi dalam fase cair dan padat diwakili; akumulasi adalah sama dengan jumlah tingkat bersih difusi aksial dan mengalir ke sistem. Ada empat variabel dalam persamaan. (10.32): konsentrasi Sebuah dalam cairan CA, konsentrasi A dalam padat CAS; jarak dari atas kolom z, dan waktu t yang lainnya parameter dapat dianggap konstan. CA dan CAS bervariasi dengan waktu operasi dan kedalaman dalam kolom. Secara teoritis, dengan bantuan informasi lebih lanjut tentang sistem, Eq. (10.32) dapat diselesaikan untuk memberikan persamaan untuk konsentrasi limbah sebagai fungsi waktu: terobosan kurva. Namun, solusi of Eq. (10.32) umumnya sangat sulit. Untuk membantu analisis, menyederhanakan asumsi sering dibuat. Sebagai contoh, biasanya diasumsikan bahwa solusi encer sedang diproses, ini hasil hampir isotermal operasi dan menghilangkan kebutuhan untuk menyertai keseimbangan energi untuk sistem. Dalam banyak kasus istilah aksial-difusi dapat diabaikan, dispersi aksial umumnya signifikan hanya pada tingkat aliran rendah. Jika interstisial kandungan fluida dari tempat tidur kecil dibandingkan dengan total volume pakan, akumulasi A antara partikel dapat juga diabaikan. Dengan penyederhanaan ini, yang pertama dan ketiga hal Eq. (10.32) dieliminasi dan desain Persamaan direduksi menjadi:(10.35)Untuk kemajuan lebih lanjut dengan analisis ini, informasi tentang yang diperlukan. Istilah ini merupakan laju perubahan fase padat adsorbat konsentrasi dan tergantung pada keseluruhan tingkat di mana adsorpsi berlangsung. Secara keseluruhan tingkat adsorpsi tergantung pada dua faktor: 1. tingkat di mana zat terlarut ditransfer dari cair menjadi padat oleh transfer massa mekanisme, dan 2. laju adsorpsi aktual atau proses lampiran. Jalur transfer massa untuk adsorbat analog dengan dijelaskan dalam Bagian 9.5.2 untuk transfer oksigen. Ada yang sampai lima langkah yang dapat menimbulkan resistensi yang signifikan terhadap adsorpsi sebagai ditunjukkan pada Gambar 10.14 adalah: i. transfer dari curah cair ke lapisan batas cair sekitarnya partikel; ii. difusi melalui film cair yang relatif stagnan sekitarnya partikel; iii. mentransfer melalui cairan dalam pori-pori dari partikel yang permukaan internaliv. proses sebenarnya adsorpsi, dan v. difusi permukaan sepanjang permukaan pori internal, yaitu migrasi molekul adsorbat dalam permukaan tanpa desorpsi sebelumnya.

Biasanya hanya sejumlah kecil adsorpsi terjadi pada perimeter luar partikel dibandingkan dengan di dalam pori-pori; sesuai, eksternal adsorpsi tidak ditampilkan pada Gambar 10.14. Transfer massal zat terlarut biasanya cepat karena pencampuran dan konvektif aliran lewat cairan selama padat, sedangkan Efek dari langkah (i) pada tingkat adsorpsi keseluruhan sehingga dapat diabaikan. Langkah adsorpsi itu sendiri kadang-kadang sangat lambat dan dapat menjadi tingkat-membatasi proses, namun di sebagian besar kasus adsorpsi terjadi relatif cepat sehingga langkah (iv) tidak menilai-pengendali. Langkah (ii) merupakan eksternal utama resistensi terhadap perpindahan massa, sementara langkah-langkah (iii) dan (v) merupakan internal resistensi utama. Salah satu atau semua langkah-langkah dapat mengendalikan tingkat keseluruhan adsorpsi tergantung pada situasi. Tingkat-langkah pengendalian biasanya diidentifikasi eksperimental menggunakan kolom kecil dengan kemasan yang identik ke sistem skala industri, koefisien transfer massa dapat kemudian diukur dalam kondisi aliran yang sesuai.Namun sayangnya, ada kemungkinan bahwa tingkat-pengendali langkah perubahan sebagai proses yang ditingkatkan, membuat rasionaldesain sulit. Greatest penyederhanaan Eq. (10.35) diperoleh ketika tingkat keseluruhan perpindahan massa dari cairan ke permukaan internal diwakili oleh persamaan tunggal. Misalnya, dengan analogi dengan Persamaan. (9.34) atau (9.35), kita dapat menulis:(10.36)mana KL adalah koefisien transfer massa keseluruhan, adalah permukaan daerah satuan volume padat per, CA adalah fase cair konsentrasi A, dan adalah konsentrasi cairan-fase A keseimbangan dengan CAS. Nilai KL akan tergantung pada sifat cairan dan kondisi aliran, dapat berkaitan dengan CAS oleh isoterm kesetimbangan. Pada akhirnya, setelah persamaan diferensial disederhanakan sebanyak mungkin dan kemudian diintegrasikan dengan kondisi batas yang sesuai (biasanya dengan komputer), hasilnya adalah hubungan antara limbah konsentrasi (CA pada z = L) dan waktu. Ketinggian kolom yang dibutuhkan untuk mencapai pemulihan tertentu terlarut dapat juga dievaluasi. Seperti yang sudah disebutkan dalam bagian ini, ada banyak ketidakpastian terkait dengan desain dan skala up adsorpsi sistem. Pendekatan yang dijelaskan di sini akan memberikan hanya perkiraan indikasi parameter desain dan operasi. Metode lain melibatkan berbagai asumsi penyederhanaan dapat dipekerjakan [2]. Analisis di atas menyoroti pentingnya Peran yang dimainkan oleh perpindahan massa dalam operasi adsorpsi praktis. Equilibrium jarang dicapai dalam sistem adsorpsi komersial; kinerja dikendalikan oleh tingkat keseluruhan adsorpsi. Paling parameter menentukan ekonomi adsorpsi adalah mereka mempengaruhi perpindahan massa. Peningkatan dalam operasi adsorber dapat dicapai dengan meningkatkan tingkat difusi dan mengurangi transfer massa resistensi.

10.7 Kromatografi Kromatografi adalah prosedur pemisahan untuk menyelesaikan campuran dan mengisolasi komponen. Banyak dari prinsip-prinsip dijelaskan pada bagian sebelumnya pada adsorpsi berlaku juga untuk kromatografi. Dasar kromatografi adalah diferensial migrasi, yaitu retardasi selektif molekul zat terlarut selama perjalanan melalui tempat tidur partikel resin. Sebuah skema deskripsi kromatografi diberikan pada Gambar 10.15; ini Diagram menunjukkan pemisahan tiga zat terlarut dari campuran disuntikkan ke dalam kolom. Sebagai arus pelarut melalui kolom, zat terlarut perjalanan dengan kecepatan yang berbeda tergantung pada relatif mereka afinitas untuk partikel resin. Sebagai hasilnya, mereka akan dipisahkan dan muncul untuk koleksi di akhir kolom pada waktu yang berbeda. Pola puncak zat terlarut muncul darikromatografi kolom disebut kromatogram. Cairan membawa zat terlarut melalui kolom atau digunakan untuk elusi adalah dikenal sebagai fase gerak, bahan yang tetap di dalam kolom dan efek pemisahan disebut fase stasioner. Dalam kromatografi gas (GC), fase gerak adalah gas. Gas kromatografi digunakan secara luas sebagai alat analisis untuk memisahkan yang relatif mudah menguap komponen seperti alkohol, keton, aldehida dan banyak senyawa organik dan anorganik lainnya. Namun, dari relevansi yang lebih besar untuk Bioprocessing berbentuk cair kromatografi, yang dapat mengambil berbagai bentuk. Cair kromatografi menemukan aplikasi baik sebagai laboratorium metode untuk analisis sampel dan sebagai teknik preparatif untuk skala besar pemurnian biomolekul. Dalam beberapa tahun terakhi telah terjadi perkembangan pesat dalam teknologi cairan kromatografi bertujuan untuk isolasi produk rekombinan dari organisme hasil rekayasa genetika. Kromatografi adalah resolusi tinggi teknik dan karena itu cocok untuk pemulihan kemurnian tinggi pengobatan dan farmasi. Kromatografi tersedia untuk pemurnian protein metode, peptida, asam amino, asam nukleat, alkaloid, vitamin, steroid dan banyak bahan biologis lainnya termasuk adsorpsi kromatografi, kromatografi partisi, pertukaran ion kromatografi,gel kromatografi dan kromatografi afinitas. Metode ini berbeda dalam mekanisme utama dimana molekul terbelakang dalam kolom kromatografi. (I) Adsorpsi kromatografi. Molekul biologis memiliki berbagai kecenderungan untuk menyerap ke adsorben polar seperti sebagai silika gel, alumina bumi, diatom dan arang. Kinerja adsorben bergantung kuat pada komposisi kimia dari permukaan, yaitu jenis dan konsentrasi atom terkena atau kelompok. Urutan elusi komponen sampel tergantung terutama pada molekul polaritas. Karena fase mobile dalam kompetisi dengan zat terlarut untuk situs adsorpsi, sifat pelarut juga penting. Polaritas skala untuk pelarut yang tersedia untuk membantu ponsel-tahap seleksi [13]. (II) Partisi kromatografi. Partisi kromatografi bergantung pada distribusi yang tidak merata antara dua zat terlarut bercampur pelarut. Hal ini dicapai dengan memperbaiki satu pelarut (yang stasioner fase) untuk mendukung dan melewati pelarut lainnya mengandung zat terlarut di atasnya. Pelarut melakukan kontak intim memungkinkan ekstraksi beberapa zat terlarut terjadi. Beberapa metode yang tersedia untuk obligasi kimia yang stationarysolvent untuk mendukung seperti silika [14]. Ketika stasioner fase lebih polar daripada fase gerak, teknik ini disebut normal-fase kromatografi. Ketika non-polar Senyawa yang dipisahkan itu adalah biasa untuk menggunakan stasioner fase yang kurang polar daripada fase gerak, ini disebut reverse-fase kromatografi. Sebuah fase stasioner yang umum untuk reverse-fase kromatografi adalah hidrokarbon dengan 8 atau 18 karbon terikat silika gel, bahan-bahan ini disebut C8 dan kemasan C18, masing-masing. Solvent kebanyakan sistem sering digunakan adalah air-asetonitril dan watermethanol; buffer air juga digunakan untuk menekan ionisasi komponen sampel. Elusi umumnya di urutan meningkatkan hidrofobisitas zat terlarut.(III) pertukaran ion kromatografi. Dasar pemisahan dalam prosedur ini adalah daya tarik elektrostatik antara zat terlarut dan padat cluster kelompok dibebankan pada kolomkemasan. Pertukaran ion kromatografi dapat memberikan resolusi tinggi makromolekul dan digunakan secara komersial untuk fraksionasi antibiotik dan protein. Kolom kemasan untuk molekul rendah-berat senyawa termasuk silika, kaca dan plastik; karboksimetil dan diethylaminoethyl kelompok melekat pada selulosa, agarosa atau dekstran memberikan resin cocok untuk kromatografi protein.Larutan yang dielusi dengan mengubah pH atau ion Kekuatan dari fase cair, gradien garam yang paling umum cara eluting protein dari penukar ion. Praktis aspek protein pertukaran ion kromatografi dijelaskan secara lebih rinci di tempat lain [15].(IV) Gel kromatografi. Teknik ini juga dikenal sebagai molekul-saringan kromatografi, kromatografi eksklusi, filtrasi gel dan gel-permeasi kromatografi. Molekul dalam larutan dipisahkan dalam kolom dikemas dengan partikel gel didefinisikan porositas. Gel paling sering digunakan adalah cross-linked dextran, agaroses dan poliakrilamidagel. Kecepatan yang komponen perjalanan melalui kolom tergantung pada molekul efektif ukuran. Molekul besar yang benar-benar dikeluarkan dari gel matriks dan bergerak cepat melalui kolom untuk muncul pertama dalam kromatogram. Molekul kecil yang mampu menembus pori-pori kemasan, melintasi Kolom sangat lambat, dan muncul terakhir dalam kromatogram. Molekul ukuran menengah memasuki pori-pori, tetapi menghabiskan lebih sedikit waktu di sana daripada zat terlarut kecil. Filtrasi geldapat digunakan untuk pemisahan protein dan senyawa lipofilik. Skala besar gel filtrasi-kolom dioperasikan dengan atas-aliran elusi. (V) Affinity kromatografi. Ini teknik pemisahan mengeksploitasi spesifisitas pengikatan biomolekul. Enzim, hormon, reseptor, antibodi, antigen, mengikat protein, lektin, asam nukleat, vitamin, seluruh sel dan komponen lain yang mampu spesifik dan reversibel pengikatan setuju untuk afinitas yang sangat selektif pemurnian. Packing kolom dibuat dengan menghubungkan molekul yang mengikat disebut ligan untuk dukungan yang larut; ketika sampel melewati kolom, zat terlarut hanya dengan afinitas yang cukup untuk ligan dipertahankan. Itu ligan harus dilampirkan untuk mendukung dalam sedemikian rupa sehingga sifat mengikat tidak terkena dampak serius; molekul lengan spacer disebut sering digunakan untuk mengatur ligan jauh dari dukungan dan membuatnya lebih mudah diakses oleh zat terlarut. Banyak siap pakai dukungan-ligan persiapan tersedia secara komersial dan cocok untuk berbagaiberbagai protein. Kondisi untuk elusi tergantung pada kompleks pengikatan spesifik terbentuk: elusi biasanya melibatkan perubahan pH, kekuatan ion atau komposisi buffer. Protein enzim dapat desorbed menggunakan senyawa dengan afinitas yang lebih tinggi untuk enzim daripada ligan, misalnya substrat atau analog substrat. Afinitas kromatografi menggunakan ligan disebut antibodi immuno-kromatografi afinitas. Pada bagian ini kita akan mempertimbangkan prinsip prinsip kromatografi cai untuk pemisahan molekul biologis seperti protein asam amino dan. Pilihan fase diam akan tergantung pada sebagian besar pada jenis kromatografi digunakan, namunpersyaratan dasar tertentu yang harus dipenuhi. Untuk kapasitas tinggi, dukungan yang solid harus berpori dengan luas permukaan yang tinggi internal; itu juga harus larut dan kimiawi stabil selama operasi dan pembersihan. Idealnya, partikel harus menunjukkan tinggi mekanik kekuatan dan menunjukkan sedikit atau tidak ada ikatan non-spesifik. Itu kekakuan rendah gel berpori banyak awalnya masalah diskala industri kromatografi, berat kemasan materi dalam kolom besar dan tekanan dikembangkan selama aliran cenderung untuk kompres kemasan dan menghambat operasi. Namun, berpori gel banyak dan bahan komposit kekakuan tinggi sekarang tersedia untuk keperluan industri. Dua metode untuk melakukan pemisahan kromatografi adalah kinerja tinggi kromatografi cair (HPLC) dan protein cepat kromatografi cair (FPLC). Pada prinsipnya, salah satu jenis kromatografi dijelaskan di atas dapat dilaksanakan dengan menggunakan teknik HPLC dan FPLC. Khusus peralatan untuk HPLC dan FPLC memungkinkan injeksi otomatis sampel, pesatnya arus material melalui pengumpulan, kolom dari fraksi dipisahkan, dan analisis data. Pemisahan kromatografi tradisional dilakukan di bawah atmosfer tekanan dalam kolom vertikal dengan sampel pengguna pakan dan elusi gravitasi dilakukan lebih cepat dan dengan lebih baik Resolusi menggunakan padat-dikemas kolom dan tingkat aliran tinggi di HPLC dan sistem FPLC. Perbedaan antara HPLC dan kebohongan FPLC dalam laju aliran dan tekanan yang digunakan, ukuran bahan kemasan, dan resolusi yang dicapai. Secara umum, Instrumen HPLC dirancang untuk skala kecil,resolusi tinggi analisis aplikasi, FPLC disesuaikan untuk skala besar pemurnian. Dalam rangka untuk mencapai resolusi tinggi karakteristik HPLC, stasioner fase-partikel 2-5 pm dengan diameter yang umum digunakan. Karena partikel begitu kecil, sistem HPLC yang dioperasikan di bawah tekanan tinggi (MPa 5-10) untuk mencapai tingkat aliran 1-5 ml min -1. FPLC instrumen tidak mampu mengembangkan tekanan tinggi seperti (1-2 MPa), dan karena itu dioperasikan dengan kemasan kolom dari ukuran yang lebih besar. Resolusi adalah FPLC menggunakan miskin dibandingkan dengan HPLC, oleh karenanya, itu adalah praktek umum untuk mengumpulkan hanya puncak pusat pulsa zat terlarut yang muncul dari ujung kolom dan untuk mendaur ulang atau membuang leading dan trailing tepi. FPLC peralatan sangat cocok untuk pemisahan protein; banyak gel yang digunakan untuk kromatografi gel dan af ~ nity kromatografi yang kompresibel dan tidak dapat menahan tekanan tinggi diberikan dalam HPLC. Kromatografi pada dasarnya adalah sebuah operasi batch, namun industri kromatografi sistem dapat dipantau dan dikendalikan untuk otomatisasi mudah. Membersihkan kolom di tempat yang umumnya sulit. Tergantung pada sifat dari kotoran terkandung dalam sampel, agak keras dengan perawatan terkonsentrasi garam atau encer solusi alkali yang diperlukan, ini dapat mempengaruhi pembengkakan manik-manik gel dan, karena itu, aliran cairan dalam kolom. Regenerasi di tempat diperlukan sebagai re-packing besar kolom dapat melelahkan dan memakan waktu. Berulang penggunaan kolom kromatografi sangat penting karena biaya tinggi.

10.7.1 Differensial Migrasi Migrasi Diferensial menyediakan dasar untuk kromatografi pemisahan dan dijelaskan diagram pada Gambar 10.15. Solusi mengandung dua zat terlarut A dan B yang memiliki yang berbeda kesetimbangan afinitas untuk fase stasioner tertentu. Untuksingkatnya, mari kita mengatakan bahwa zat terlarut yang teradsorpsi ke stasioner fase meskipun mereka dapat terserap, terikat atau terjebak tergantung pada jenis kromatografi dipekerjakan. Asumsikan bahwa A teradsorpsi lebih kuat dari B. Jika sejumlah kecil larutan dilewatkan melalui kolom sehingga bahwa hanya kedalaman terbatas kemasan jenuh, baik zat terlarut akan dipertahankan di tempat tidur seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.16 (a). Sebuah Eluan yang cocok kini melewati tempat tidur. Seperti yang ditunjukkan Dalam Angka 10.16 (menjadi), kedua zat terlarut akan bergantian terserap dan desorbed pada posisi yang lebih rendah dalam kolom sebagai aliran Eluan terus. Karena B zat terlarut lebih mudahdesorbed dari A, bergerak maju lebih cepat. Perbedaan dalam migrasi kecepatan zat terlarut yang terkait dengan perbedaan keseimbangan distribusi antara stasioner dan mobile fase. Pada Gambar 10.16 (e), B terlarut telah dipisahkan dari Adan dicuci keluar dari sistem. Beberapa parameter yang digunakan untuk mengkarakterisasi diferensial migrasi. Variabel penting adalah volume V e eluting pelarut yang diperlukan untuk membawa zat terlarut melalui kolom sampai muncul pada konsentrasi maksimum. Masing-masing komponen terpisah dengan kromatografi memiliki volume elusi yang berbeda. Parameter lain yang umum digunakan untuk mengkarakterisasi elusi adalah faktor kapasitas, k: (10.37)di mana Vo adalah volume kosong, yaitu volume cairan dalam kolom luar dari partikel-partikel. Selama dua zat terlarut, rasio kapasitas mereka faktor k1 dan k2 disebut selektivitas atau kerabat retensi, : (10.38)

Persamaan (10.37) dan (10.38) biasanya diterapkan untuk adsorpsi, partisi, pertukaran ion dan kromatografi afinitas. dalam gel kromatografi mana pemisahan fungsi yang efektif ukuran molekul, volume elusi mudah berhubungan dengan tertentu sifat fisik dari kolom gel. Total volume gel kolom adalah:

(10.39)di mana VT adalah volume total, Vo adalah volume void luar partikel, Vi adalah volume internal cairan ke dalam pori-pori dari partikel-partikel, dan Vs adalah volume ge! itu sendiri. Volume luar Vo dapat ditentukan dengan mengukur volume elusi zat yang benar benar dikeluarkan dari fase stasioner, sebuah terlarut yang tidak menembus gel dapat dicuci dari kolom menggunakan volume cairan sama dengan Vo. Vo biasanya sekitar sepertiga T. Zat terlarut V yang hanya sebagian dikecualikan dari elusi fase diam dengan volume dijelaskan oleh mengikuti persamaan: (10.40)mana Kp adalah koefisien gelpartition, didefinisikan sebagai fraksi dari volume internal yang tersedia untuk zat terlarut. Untuk molekul besar yang tidak menembus padat, Kp = 0. Dari Persamaan. (10.40): (10.41)Kp adalah parameter nyaman untuk membandingkan hasil pemisahan diperoleh dengan berbagai gel kromatografi kolom-melainkan independen ukuran kolom dan packing density. Namun penentuan eksperimental Kp tergantung pada pengetahuan Vi, yang sulit untuk mengukur secara akurat. Vi biasanya dihitung menggunakan persamaan: (10.42)di mana adalah massa gel kering dan Wr adalah air kembali nilai, didefinisikan sebagai volume air diambil per massa gel kering. Nilai untuk Wr umumnya ditentukan oleh produsen gel. Jika, seperti yang sering terjadi, gel diberikan sudah basah dan bengkak, nilai dari tidak diketahui dan Vi ditentukan menggunakan persamaan berikut:(10.43)mana g adalah densitas gel basah dan w adalah densitas air.

10.7.2 Zona Penyebaran Efektivitas kromatografi tidak hanya tergantung pada diferensial migrasi tetapi pada apakah band elusi untuk larutan individu tetap kompak dan tanpa tumpang tindih. Idealnya, setiap zat terlarut harus melewati keluar dari kolom pada berbagai instan dalam waktu. Dalam prakteknya, band elusi tersebar agak sehingga zat terlarut setiap mengambil periode waktu yang terbatas untuk lulus di akhir kolom. Zona spreading tidak begitu penting ketika tingkat migrasi bervariasi karena ada sedikit kemungkinan bahwa puncak zat terlarut akan tumpang tindih. Namun jika molekul untuk dipisahkan memiliki struktur yang mirip, tingkat migrasi juga akan serupa dan zona spreading harus dikontrol. Seperti diilustrasikan dalam Gambar 10.15, elusi kromatogram yang khas band memiliki puncak konsentrasi tinggi pada atau sekitar pusat pulsa tetapi lebar hingga sebagai konsentrasi Bersepeda ke nol sebelum dan sesudah puncak. Penyebaran puncak zat terlarut disebabkan oleh beberapa faktor diwakili bagan pada Gambar 10.17. I. Axial difusi. Sebagai zat terlarut dilakukan melalui kolom, difusi molekul zat terlarut akan terjadi dari daerah tinggi konsentrasi ke daerah konsentrasi rendah. Difusi dalam arah aksial, yaitu sepanjang tabung, ditunjukkan pada Gambar 10.17 (a) dengan rusak panah. Difusi aksial memperluas puncak zat terlarut dengan mengangkut materi hulu dan hilir jauh dari daerah konsentrasi terbesar. II. Eddy difusi. Dalam kolom dikemas dengan partikel padat, jalur aliran yang sebenarnya dari cairan melalui tempat tidur dapat menjadi sangat variabel. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.17 (a), cairan sebagian akan aliran hampir langsung melalui tempat tidur sementara lainnya cair akan memakan waktu lebih lama dan jalan lebih berliku-liku melalui kesenjangan atau celah antara partikel. Oleh karena itu,beberapa molekul zat terlarut dibawa dalam cairan akan bergerak lebih lambat dari tingkat rata-rata kemajuan melalui kolom sementara yang lain akan mengambil jalan pendek dan bergerak maju dari Rata-rata, hasilnya menyebar dari band zat terlarut. Diferensial gerak materi karena variasi lokal menentu dalam kecepatan aliran dikenal sebagai difusi eddy. III. lokal non-ekuilibrium efek. Dalam kolom kebanyakan, kurangnya keseimbangan adalah faktor yang paling penting yang mempengaruhi zona menyebar, meskipun mungkin yang paling sulit dimengerti. Mempertimbangkan situasi pada posisi X ditunjukkan dalam Gambar 10.17 (a). Sebuah pulsa terlarut yang melewati kolom; seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.17 (b) konsentrasi dalam pulsa ini meningkat dari tepi depan untuk maksimaldekat pusat dan kemudian menurun ke nol. Sebagai zat terlarut pulsa bergerak ke bawah kolom, peningkatan bertahap awal dalam konsentrasi zat terlarut akan dialami di X. Dalam Menanggapi kenaikan ponsel-fase konsentrasi zat terlarut, terlarut akan mengikat ke fase diam dan stasioner-fase konsentrasi akan mulai meningkat menuju nilai keseimbangan yang tepat. Kesetimbangan tidak dibentuk segera Namun, butuh waktu untuk zat terlarut untuk menjalani transfer massa langkah dari cair ke padat seperti diuraikan dalam Bagian 10.6.4. Memang, sebelum ekuilibrium dapat dibentuk, konsentrasi ponsel-fase meningkat lagi sebagai pusat pulsa terlarut bergerak lebih dekat ke X. Karena konsentrasi di ponsel fase terus meningkat, keseimbangan di X tetap selalu keluar dari jangkauan dan fase diam- Konsentrasi tertinggal valucs keseimbangan. Sebagai Akibatnya, konsentrasi yang lebih tinggi dari zat terlarut tetap cairan daripada jika keseimbangan didirikan, dan tepi depan pulsa terlarut efektif movcs depan lebih cepat daripada sisa pulsa. Sebagai puncak pulsa terlarut melewati X, konsentrasi ponsel fase mulai menurun seiring waktu. Sebagai tanggapan, fase padat harus melepaskan diri dari zat terlarut untuk mencapai kesetimbangan dengan rendah cair-fase konsentrasi. Sekali lagi, karena penundaan akibat perpindahan massa, kesetimbangan tidak dapatdidirikan dengan cairan terus berubah konsentrasi. Sebagai pulsa zat terlarut melewati dan cairan Konsentrasi di X jatuh ke nol, fase padat masih mengandung terlarut molekul yang terus dilepas ke cairan. Akibatnya, bagian belakang pulsa zat terlarut efektif membentang sampai fase stasioner mencapai keseimbangan dengan cairan. Secara umum, kondisi yang meningkatkan perpindahan massa akan meningkatkan tingkat di mana kesetimbangan dicapai antara fase dan meminimalkan penyebaran zona. Misalnya, meningkatkan luas permukaan partikel per satuan volume memfasilitasi perpindahan massa dan mengurangi efek non-ekuilibrium, luas permukaan biasanya ditingkatkan dengan menggunakan partikel yang lebih kecil. Di sisi lain, meningkatkan laju aliran cairan akan memperburuk non-ekuilibrium efek sebagai laju adsorpsi gagal untuk bersaing dengan konsentrasi perubahan dalam fase gerak. Solusi kental memberikan naik ke zona yang cukup memperluas sebagai akibat dari masstransfer lambat bunga; zona memperluas juga lebih jelas jika molekul zat terlarut besar. Perubahan suhu dapat mempengaruhi zona memperluas dalam beberapa cara. Karena viskositas berkurang pada temperatur tinggi, pemanasan kolom sering menurun zona menyebar. Namun, tingkat difusi aksial meningkat pada tinggi suhu sehingga efek keseluruhan tergantung pada sistem dan Kisaran suhu diuji.

10.7.3 Pelat Teoritis di Kromatografi Konsep pelat teoritis sering digunakan untuk menganalisis zona memperluas dalam kromatografi. Idenya adalah dasarnya sama seperti yang dijelaskan dalam Bagian 10.4 untuk tahap keseimbangan yang ideal. Kolom kromatografi dianggap terdiri dari jumlah segmen atau piring ketinggian H, besarnya H GAMBAR 10.18 adalah urutan yang sama seperti diameter partikel resin. Dalam setiap segmen kesetimbangan seharusnya ada. Seperti dalam operasi adsorpsi, kesetimbangan tidak sering dicapai dalam kromatografi sehingga konsep teoritis-plate tidak secara akurat mencerminkan kondisi di kolom. Namun gagasan pelat teoritis diterapkan secara luas, terutama karena menyediakan parameter, H tinggi piring, yang dapat digunakan untuk mengkarakterisasi zona menyebar. Penggunaan plate tinggi, yang juga dikenal sebagai ketinggian setara dengan plat teoritis (HETP), adalah praktek yang dapat diterima dalam kromatografi desain meskipun didasarkan pada model miskin kolom operasi. HETP adalah ukuran zona perluasan, dalam umum, semakin rendah nilai HETP yang sempit adalah zat terlarut puncak. HETP tergantung pada berbagai proses yang terjadi selama elusi sampel kromatografi. Sebuah populer dan sederhana ekspresi untuk HETP mengambil bentuk: (10.44)di mana H adalah tinggi piring, u adalah kecepatan linier cair, dan A, B, dan Perawatan eksperimen-ditentukan konstanta kinetik. A, B dan C mencakup dampak cair-padat perpindahan massa, maju dan mundur dispersi aksial, dan non-ideal distribusi cair sekitar pengepakan. Sebagaimana diuraikan dalam Bagian 10.6.4, keseluruhan tingkat adsorpsi zat terlarut dan desorpsi di kromatografi tergantung terutama pada transfer massa langkah. Nilai-nilai A, B dan C dikurangi dengan meningkatkan perpindahan massa antara cair dan padat fase, mengakibatkan penurunan HETP dan kolom yang lebih baikkinerja. Persamaan. (10.44) dan model HETP lainnya dibahas lebih lanjut dalam referensi lain [16, 17]. HETP untuk komponen tertentu berkaitan dengan elusi tersebut volume dan lebar puncak zat terlarut seperti yang muncul pada kromatogram. Jika, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.18 (a), pulsa memiliki bentuk simetris standar dari distribusi normal sekitar k nilai rata-rata, para oftheoreticalplates nomor dapatdihitung sebagai berikut: (10.45)di mana N adalah jumlah pelat teoritis, Ve adalah jarak pada kromatogram sesuai dengan volume elusi terlarut, dan w adalah garis dasar lebar puncak antara garis ditarik bersinggungan dengan titik infleksi kurva. Persamaan. (10.45) berlaku jika sampel dimasukkan ke dalam kolom sebagai sempit pulsa. Jumlah pelat teoritis terkait dengan HETP sebagai berikut:(10.46)di mana L adalah panjang kolom. Untuk kolom tertentu, yang besar jumlah pelat teoritis semakin besar jumlah tahapan keseimbangan yang ideal dalam sistem dan l-bih efisien adalah pemisahan. Nilai-nilai H dan N bervariasi untuk tertentu kolom tergantung pada komponen yang dipisahkan.

1 0.7.4 Resolusi Resolusi adalah ukuran dari zona tumpang tindih di kromatografi dan indikator efisiensi kolom. Untuk pemisahan dua komponen, resolusi diberikan oleh persamaan berikut: (10.47)mana RN adalah resolusi, Vel dan Ve2 adalah jarak pada sesuai dengan volume elusi kromatogram untuk komponen 1 dan 2, dan w1 dan w2 lebar dasar dari puncak kromatogram seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10.18 (b). Kolom Resolusi adalah berdimensi kuantitas, semakin besar nilai RN lebih dipisahkan adalah dua puncak zat terlarut. sebuah RN value dari 1,5 berkorespondensi dengan resolusi dasar dari 99,8% atau virtual lengkap pemisahan, ketika RN = 1.0 dua puncak tumpang tindih dengan sekitar 2% dari luas puncak total. Resolusi kolom dapat dinyatakan dalam bentuk HETP. Dengan asumsi w1 dan w2 kira-kira sama, Eq. (10.47) menjadi: (10.48)Menggantikan w2 dari Persamaan. (10.45): (10.49)Istilah

dapat dinyatakan dalam hal k2 dan dari Persamaan (10.37) dan (10.38), sehingga Persamaan. (10.49) menjadi:(10.50)Menggunakan ekspresi untuk N dari Persamaan. (10.46), persamaan untuk Resolusi kolom adalah:(10.51)Seperti terlihat dari Persamaan. (10.51), resolusi puncak meningkat sebagai fungsi L , di mana L adalah panjang kolom. resolusi juga meningkat dengan HETP menurun, karena itu, perangkat tambahan massa-transfer kondisi mengurangi H akan meningkatkan resolusi. Derivasi dari Pers. (10.51) melibatkan Persamaan. (10.45), yang berlaku untuk sistem kromatografi mana relatif kecil jumlah sampel disuntikkan dengan cepat. Resolusi sensitif terhadap peningkatan ukuran sampel, seperti jumlah sampel meningkat, resolusi menurun. Dalam pekerjaan analisis laboratorium itu adalah umum untuk menggunakan sampel volume yang sangat kecil, dari urutan microlitres. Namun, tergantung pada jenis kromatografi digunakan untuk produksi skala, volume sampel pemurnian 5-20% dari volume kolom dan tinggi yang digunakan. Karena Resolusi kondisi ini relatif miskin, jika puncak zat terlarut dikumpulkan untuk isolasi produk pusat Bagian puncak dipertahankan sementara leading dan trailing ujung-ujungnya didaur ulang kembali ke pakan. 10.7.5 Scaling-Up Kromatografi Tujuan dalam skala-up dari kromatografi adalah untuk mempertahankan resolusi dan pemulihan zat terlarut dicapai dengan menggunakan kolom skala kecil sementara meningkatkan throughput materi. Strategi untuk skala harus memperhitungkan dominasi masstransfer efek dalam pemisahan kromatografi. Pendekatan termudah untuk skala-up adalah hanya meningkatkan laju aliran melalui kolom. Ini memberi memuaskan Hasil; meningkatkan kecepatan cairan meningkatkan zona menyebar dan menghasilkan tekanan tinggi dalam kolom yang kompres stasioner fase dan menyebabkan kesulitan memompa. Pressuredrop The Masalah dapat diatasi dengan meningkatkan ukuran partikel; namun hal ini menghambat proses transfer massa keseluruhan dan sebagainya menurunkan resolusi. Peningkatan panjang kolom dapat membantu kembali setiap resolusi yang hilang dengan meningkatkan laju aliran atau partikel diameter, L namun meningkat juga memiliki efek yang kuat dalam meningkatkanpenurunan tekanan melalui kolom. Solusi untuk skala-up adalah untuk menjaga panjang kolom yang sama, alir linier kecepatan dan ukuran partikel seperti dalam kolom kecil, namun meningkatkan diameter kolom. Kapasitas lebih besar dari kolom Oleh karena itu semata-mata karena besar wilayahnya cross-sectional. Sampel volume dan laju aliran volumetrik meningkat dalam proporsi volume kolom. Dengan cara ini, semua penting parameter yang mempengaruhi matriks kemasan, aliran cairan, massa transfer dan ekuilibrium tetap konstan; mirip kinerja kolom sehingga dapat diharapkan. Karena Distribusi cairan dalam kolom berdiameter besar dikemas cenderung menjadi miskin, perawatan harus dilakukan untuk memastikan cairan dimasukkan secara merata di seluruh kolom penampang. Dalam prakteknya, variasi dalam sifat-sifat kolom dan efisiensi lakukan terjadi dengan skala-up. Sebagai, contoh padatan kompresibel seperti yang digunakan dalam gel kromatografi mendapatkan dukungan yang lebih baik dari kolom dinding kolom kecil daripada di kolom yang besar, sebagai akibatnya, rendah laju aliran linier harus digunakan dalam skala besar sistem. Sebuah Keuntungan menggunakan gel kekuatan mekanik yang tinggi di laboratorium sistem adalah bahwa mereka memungkinkan lebih langsung skala-up untuk komersial operasi. Elastisitas dan kompresibilitas gel digunakan untuk fraksinasi tinggi protein dengan berat molekul menghalangi penggunaan panjang kolom dalam skala besar proses, tidur tinggi dalam sistem biasanya terbatas pada 0,6-1,0 m.

10.8 Ringkasan Bab 10 Pada akhir Bab 10 Anda harus: 1. tahu apa yang merupakan operasi unit; 2. dapat menggambarkan umumnya ofdownstreamprocessing langkah; 3. memahami teori dan praktek filtrasi; 4. memahami prinsip-prinsip centrifiugation, termasuk skala-up pertimbangan 5. menjadi akrab dengan metode yang digunakan untuk celldisruption; 6. memahami konsep suatu idealstage; 7. dapat menganalisis berair dua-fase ekstraksi dalam hal dari partisi keseimbangan koefisien hasil, produk dan Faktor konsentrasi; 8. memahami prinsip-prinsip operasi dan adsorpsi desain fixed-bed adsorbers; 9. mengetahui jenis kromatografi yang digunakan untuk pemisahan ofbiomolecules; dan 10. memahami konsep migrasi diferensial, zona menyebarkan dan resolusi dalam kromatografi, tahu apa kondisi operasi meningkatkan kinerja kromatografi, dan dapat menggambarkan skala-up prosedur untuk kromatografi kolom.