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色谱过程理论研究对于色谱介质的理性设计以及色谱操作的过程优化有着极其重要的意义。围绕目前生物大分子分离纯化过程中最常用的液相色谱技术——离子交换色谱,作者开展了以下的研究工作:(1)推导了基于Maxwell-Stefan理论的平行扩散模型(MS-ParD model),用实验获得的蛋白质吸附动力学数据对该模型及其两种简化形式——孔扩散和表面扩散模型,进行了分析,证明了该模型的合理性,及其相对于基于Fick定律的传统内传质模型的优越性。然后,将MS-ParD model推广至双组分蛋白竞争性吸附的情形(BiMS-ParD model),并结合双组分竞争性Langmuir吸附等温线方程,用BiMS-ParD模型分析了BSA和BHb在阳离子交换剂SP Sepharose FF上的竞争性吸附。取得了较好的结果。(2)推导了一个结构化的平行扩散模型(SParD model),用于描述多孔色谱介质内蛋白质吸附传质过程。在模型中考虑了表面扩散、限制性孔扩散、介质的孔径分布和蛋白质吸附造成的有效孔径的缩小。用实验获得的蛋白质吸附动力学数据对该结构化平行扩散模型进行了详细的分析,证明了其合理性,并对多孔离子交换色谱介质内的蛋白质传质和吸附行为有了更深层次的理解。(3)利用微色谱柱,实现了共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)对蛋白质吸附过程的在线观察。考虑到共聚焦观察中普遍存在的光削弱效应对定量分析的影响,根据CLSM成像机理,推导了一个具有普适性的光削弱方程,基本实现了CLSM的定量分析。随后,改进了微色谱柱实验体系,将微色谱柱换成了微流腔,同时对光削弱模型做了进一步的改进。由此建立起一套基于CLSM技术的完备的实验和理论系统,借助这套系统,可以对蛋白质的色谱吸附行为在单个吸附剂粒子的水平上进行准确的定量分析。