《生物分離工程》題庫答案

1、生物分離工程題庫一、填充題1. 生物產(chǎn)品的分離包括 R不溶物的去除 ,I 產(chǎn)物分離，P 純化 和P精制 ；2. 發(fā)酵液常用的固液分離方法有過濾 和 離心 等；3. 離心設備從形式上可分為管式， 套筒式， 碟片式等型式;4. 膜分離過程中所使用的膜，依據(jù)其膜特性（孔徑）不同可分為微濾膜 ，超濾膜，納濾膜 和反滲透膜；5. 多糖基離子交換劑包括離子交換纖維素和葡聚糖凝膠離子交換劑兩大類；6. 工業(yè)上常用的超濾裝置有板式，管式，螺旋式和中空纖維式 ；7. 影響吸附的主要因素有吸附質(zhì)的性質(zhì)，溫度 ，溶液pH值，鹽的濃度和吸附物的濃度與吸附劑的用量；8. 離子交換樹脂由 網(wǎng)絡骨架（載體），聯(lián)結骨架上的功

2、能基團（活性基）和可交換離子組成。9. 電泳用凝膠制備時，過硫酸銨的作用是引發(fā)劑（提供催化丙烯酰胺和雙丙烯酰胺聚合所必需的自由基）；甲叉雙丙烯酰胺的作用是交聯(lián)劑（丙烯酰胺單體和交聯(lián)劑甲叉雙丙烯酰胺催化劑的作用下聚合而成的含酰胺基側鏈的脂肪族長鏈）：TEME的作用是 增速劑 （催化過硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和雙丙烯酰胺的聚合）：10影響鹽析的因素有 溶質(zhì)種類 ，溶質(zhì)濃度，pH和溫度 ；11. 在結晶操作中，工業(yè)上常用的起晶方法有自然起晶法 ，刺激起晶法 和 晶種起晶法 ；12. 簡單地說離子交換過程實際上只有外部擴散、內(nèi)部擴散和化學交換反應三步;13. 在生物制品進行吸附或離子交換分離時，

3、通常遵循Langmuir吸附方程，其形式為q業(yè)K c14. 反相高效液相色譜的固定相是 疏水性強 的，而流動相是 極性強 的；常用的固定相有q辛烷基和十八烷基C8；常用的流動相有乙腈和異丙醇；15. 超臨界流體的特點是與氣體有相似的粘度和擴散系數(shù)，與液體有相似的密度；16. 離子交換樹脂的合成方法有 加聚法 和 逐步共聚法 兩大類;17. 常用的化學細胞破碎方法有 滲透沖擊法，酶消化法，增溶法，脂溶法和堿處理法；18. 等電聚焦電泳法分離不同蛋白質(zhì)的原理是依據(jù)其等電點 的不同；19. 離子交換分離操作中，常用的洗脫方法有靜態(tài)洗脫 和 動態(tài)洗脫；20. 晶體質(zhì)量主要指晶體大小，形狀和純度三個方面

4、;21. 親和吸附原理包括配基固定化 ， 吸附樣品 和 樣品解析三步;22. 根據(jù)分離機理的不同，色譜法可分為吸附、離交、親和、凝膠過濾色譜23. 鹽析實驗中用于關聯(lián)溶質(zhì)溶解度與鹽濃度的Cohn方程為lgS= 3 -Ks!；當 在一定pH和溫度下，改變體系離子強度（鹽濃度）進行鹽析的方法稱為 Ks鹽析法；當 在一定離子強度下，改變 pH和溫度進行鹽析稱為3鹽析法；24. 蛋白質(zhì)分離常用的色譜法有免疫親和色譜法，疏水作用色譜法 ，金屬螯合色譜法和共價作用色譜法 ；25.SDS-PAGE!泳制膠時，加入十二烷基磺酸鈉（SDS的目的是消除各種待分離蛋白的分子形狀 和 電荷 差異，而將 分子量 作為分

5、離的依據(jù)；26. 常用的蛋白質(zhì)沉析方法有 等電點沉析法,鹽析法 和 有機溶劑沉析：27. 常用的工業(yè)絮凝劑有有機高分子聚合物和無機高分子聚合物兩大類；28. 典型的工業(yè)過濾設備有板框壓濾機、垂直葉片式硅藻土過濾機和真空轉鼓過濾機 ；29. 常用離心設備可分為離心沉降設備和離心過濾設備 兩大類;30. 根據(jù)物化理論，萃取達到平衡時，溶質(zhì)在萃取相和萃余相中的化學勢 相等；31. 根據(jù)吸附劑與吸附質(zhì)之間存在的吸附力性質(zhì)的不同，可將吸附分為物理吸附、化學吸附 和交換吸附；32. 影響親和吸附的因素有配基濃度 、 空間位阻 、配基與載體的結合位點、微環(huán)境 和載體孔徑 ；33. 陽離子交換樹脂按照活性基團

6、分類，可分為強酸性陽離子交換樹脂、弱酸性和 中強酸性 ；其典型的活性基團分別有SQH _、 COOH _、PO(OH)2 ；34. 陰離子交換樹脂按照活性基團分類，可分為強堿性、弱堿性 和 中強堿性 ；其典型的活性基團分別有RN (CH3)3OH、 NH 2、兼有以上兩種基團；35. DEAE Sepharose是 陰 離子交換樹脂，其活性基團是ONH；36. CM Sepharose是 陽 離子交換樹脂，其活性基團是O CH 2COOH ；37. 影響離子交換選擇性的因素有 離子水合半徑、離子價 、離子強度、溶液pH、有機溶劑、和 交聯(lián)度、膨脹度、分子篩 ；38. 離子交換操作一般分為靜態(tài)和

7、動態(tài) 兩種:39. 蛋白質(zhì)等生物大分子，在溶液中呈穩(wěn)定的分散狀態(tài)，其原因是由于靜電斥力作用和水化膜層 ；40. 鹽析用鹽的選擇需考慮鹽析作用要強、鹽析用鹽需有較大的溶解度、受溫度影響小、鹽必須是惰性的、來源豐富、經(jīng)濟 等幾個方面的因素;41. 影響有機溶劑沉淀的因素有溫度、溶液pH、 離子強度、 樣品濃度 和 金屬離子的助沉作用；42. 常用的超濾裝置有板式、管式、 螺旋式和 中空纖維式：43. 依據(jù)電泳原理，現(xiàn)有電泳分離系統(tǒng)可分為移動界面電泳、 區(qū)帶電泳 和穩(wěn)態(tài)電泳 ；44. 依據(jù)建立pH梯度的原理不同，等電聚焦(IEF)可分為 載體兩性電解質(zhì)電泳和同相電泳;45. 雙相電泳中，第一相是等電

8、聚焦 ；第二相是 SDS-PAGE ;46. 結晶包括三個過程 過飽和溶液的形成、 晶核的形成 和 晶體生長 ；47. 過飽和溶液的形成方法有熱飽和溶液冷卻、部分溶劑蒸發(fā)、真空蒸發(fā)冷卻法、 化學反應結晶法和鹽析法；48. 晶核自動形成時，體系總的吉布斯自由能的改變G由 表面過剩吉布斯自由能厶G和 體積過剩吉布斯自由能厶 G 組成；49. 物料中所含水分可分為機械結合水、物化結合水和化學結合水 三種;50. 根據(jù)干燥曲線，物料干燥可分為恒速干燥 和 降速干燥 兩個階段;51. 工業(yè)生產(chǎn)中常用的助濾劑有硅藻土 和珍珠巖；52. 液-液萃取從機理上分析可分為物理萃取 和 化學萃取 兩類;53. 基本

9、的離子交換過程由外部擴散、 內(nèi)部擴散和化學交換組成;54. 吸附包括 將待分離的料液通入吸附劑中，吸附質(zhì)被吸附到吸附劑表面，料液流出 和 解吸 四個過程組成；55. 大孔網(wǎng)狀吸附劑有非極性，中等極性和極性三種主要類型;56. 親和吸附劑表面連接的“手臂鏈”的作用是降低空間位阻的影響；57. 根據(jù)修飾基團的不同，離子交換樹脂可分為強酸性陽離子交換樹脂，強堿性陰離子交換樹脂，弱酸性陽離子交換樹脂和弱堿性陰離子交換樹脂等四大類；58. 根據(jù)聚合方法，離子交換樹脂的合成方法可分為加聚法 和 縮聚法 兩類;59. 根據(jù)聚合單體，離子交換樹脂的合成方法可分為共聚法 和 均聚法 兩類;60. 影響離子交換速

10、度的因素有顆粒大小、 交聯(lián)度 、溫度、離子化合價、離子大小、攪拌速率和溶液濃度 ;61. 分配色譜的基本構成要素有 載體、 固定相 和 流動相 ；62. 反相色譜常用的流動相有 乙腈 和 異丙醇等;63. 反相色譜常用的固定相有 C8和 C 18 等;64.Sepharose系列的離子交換樹脂的載體是 瓊脂糖凝膠 注：葡聚糖凝膠（sephadex系 列）_;65. 分子篩色譜（凝膠色譜）的主要應用是 脫鹽、生物大分子的分離；66. 因重復被刪67. 根據(jù)膜材料的不同，常用的膜可分為合成有機聚合物膜和無機材料膜_兩類；68. 根據(jù)膜結構的不同，常用的膜可分為對稱性膜 、不對稱膜 和 復合膜 三類

11、；69. 強制膜分離過程是指超濾和 反滲透過程;70. 電泳系統(tǒng)的基本組成有 電泳槽、 電源、灌膠模具、外循環(huán)恒溫系統(tǒng)、凝膠干燥器、電泳轉移裝置、電泳洗脫儀和凝膠掃描和攝錄裝置;71. 電泳后，樣品的主要染色方法有考馬斯亮藍 和 銀染法 ；72.SDS- PAGE!泳中，SDS的加入是為了消除不同樣品分子間形狀 和電荷的差異；加入二硫叔糖醇的目的是 強還原劑，破壞半胱氨酸間的二硫鍵；73. 電泳過程中，加入溴酚蘭的目的是指示蛋白的遷移位置；74. 固體可分為晶體和 無定形固體兩種狀態(tài);75. 因重復被刪76. 結晶的前提是溶液達到過飽和狀態(tài)；結晶的推動力是過飽和度；77. 根據(jù)晶體生長擴散學說

12、，晶體的生長包括 溶質(zhì)通過擴散作用穿過靠近晶體表面的一 個滯流層，從溶液中轉移到晶體的表面 、 到達晶體表面的溶質(zhì)長入晶面，使晶體增 大，同時放出結晶熱 和 結晶熱傳遞回到溶液中 三個過程；78. 影響晶體生長的主要因素有 雜質(zhì)、攪拌 和 溫度 ：79. 超臨界流體萃取過程中溶質(zhì)與溶劑分離的常用方法有改變溫度 和 壓力；80. 常用于描述吸附過程的數(shù)學模型有Iangmuir吸附模型和freundlich吸附模型，其形式分別為q業(yè)和q Kcn ；K c二.討論題1. 請結合圖示簡述凝膠排阻色譜（分子篩）的分離原理；答：凝膠排阻色譜的分離介質(zhì)（填料）具有均勻的網(wǎng)格結構，其分離原理是具有不同分 子量

13、的溶質(zhì)分子，在流經(jīng)柱床是，由于大分子難以進入凝膠內(nèi)部，而從凝膠顆粒之間流 出，保留時間短；而小分子溶質(zhì)可以進入凝膠內(nèi)部，由于凝膠多孔結構的阻滯作用，流 經(jīng)體積變大，保留時間延長。這樣，分子量不同的溶質(zhì)分子得以分離 2. 繪制結晶過程中飽和曲線和過飽和曲線圖，并簡述其意義；答：結晶過程中的飽和溫度曲線和不飽和溫度曲線的簡圖如右圖所示：S-S曲線為飽和溫度曲線，在其下方為穩(wěn)定區(qū)，在該區(qū)域溶液為不飽和溶液，不會自發(fā)結 晶；T-T曲線為過飽和溫度曲線，在其上方為不穩(wěn)定區(qū)，能夠自發(fā)形成結晶；S-S曲線和T-T曲線之間為亞穩(wěn)定區(qū)，在該區(qū)域，溶液為過飽和溶液，但若無晶種存在， 也不能自發(fā)形成晶體3何謂親和吸

14、附，有何特點？答：親和吸附是吸附單元操作的一種，它是利用親和吸附劑與目標物之間的特殊的化學 作用實現(xiàn)的高效分離手段。親和吸附劑的組成包括：惰性載體、手臂鏈、特異性親和配 基。親和吸附的特點是高效、簡便、適用范圍廣、分離速度快、條件溫和，但載體制備難度 大，通用性差，成本較高。4. 簡述結晶過程中晶體形成的條件；答：結晶過程包括過飽和溶液的形成、晶核的形成及晶體的生長三個過程，其中溶液達 到過飽和狀態(tài)是結晶的前提，過飽和度是結晶的推動力。5. 試比較常規(guī)聚丙稀酰胺凝膠電泳與 SDS PAG的分離原理；答：常規(guī)聚丙烯酰胺凝膠電泳和 SDS-PAG均為凝膠電泳的一種。聚丙烯酰胺凝膠電泳分離蛋白質(zhì)是依

15、據(jù)其電荷 （性質(zhì)、荷電量）、分子形狀和分子大?。ǚ?子量）差異實現(xiàn)分離的；SDS-PAG由于加入了 SDS和強還原劑（DTT等），破壞了蛋白質(zhì)分子的高級（二級、三級、四級）結構，并與蛋白質(zhì)形成荷大量負電荷的聚合物， 消除了不同蛋白質(zhì)分子電荷及分子形狀差異，而僅將+ 一T T-不卷區(qū)亞穂區(qū)分子量差異作為分離依據(jù)，常用于測定未知蛋白質(zhì)的亞基分子量。6.簡述生物分離過程的特點；T T5匸珥羸艷和度穩(wěn)理區(qū)七和灤度答：產(chǎn)品的品種很多；生物物質(zhì)分離的難度比一般化工產(chǎn)品大。圖10.1-1憾和曲媒與過宦和曲絃7.試比較凝聚和絮凝兩過程的異同；答：凝聚，從作用機理來看，是指膠體和分散系雙電層壓縮、Z電位破壞、電

16、性中和而 脫穩(wěn)并聚集為絮粒的過程。絮凝，從工藝上看，是指絮粒通過吸附、交聯(lián)、網(wǎng)捕，聚結為大絮體沉降的過程。采用 凝聚方法得到的凝聚體，顆粒常常是比較細小的，有時還不能有效地分離。8.簡述超臨界流體萃取的原理及其特點；答：超臨界流體萃取是利用超臨界流體具有的類似氣體的擴散系數(shù)，以及類似液體的密 度（溶解能力強）的特點，利用超臨界流體為萃取劑進行的萃取單元操作。其特點是安 全、無毒、產(chǎn)品分離簡單，但設備投資較大。9何謂反微團，反微團萃取？其特點有哪些？答：反微團是表面活性劑在非極性有機溶劑中形成的一種聚集體。反微團萃取是將表面活性劑溶于水中，使其濃度超過微團濃度 優(yōu)點：極性“水核”具有較強的溶解能

17、力； 生物大分子由于具有較強的極性，可溶解于極性水核中，防止與外界有機溶劑接觸， 減少變性作用； 由于“水核”的尺度效應，可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的立體結構，增加其結構的剛性，提高其 反應能力。10. 何謂色譜的理論塔板數(shù)，如何計算？答：理論塔板數(shù)反應不同時刻溶質(zhì)在色譜柱中的分布以及分離度與柱高之間的關系。N 5.54（旦）2 N 16（如）2 N-理論塔板數(shù)t r-保留時間W/2半峰寬 W 峰底寬 W/2Wb11. 簡述疏水層析的原理，并說明基本操作步驟；答：在載體表面連接上疏水的直鏈碳鏈或其他疏水基團，可以與蛋白質(zhì)的某些疏水基團 相互作用，從而實現(xiàn)多組分的分離。在高鹽濃度下，蛋白質(zhì)表面的疏水區(qū)域暴露

18、，固定相表面修飾了一些疏水基團，這樣 蛋白質(zhì)的疏水部分即可與固定相發(fā)生較強的疏水相互作用，從而被結合在固定相表面， 而一旦降低流動相的鹽濃度即可實現(xiàn)蛋白質(zhì)的洗脫。12. 簡述等電點沉析的基本原理；答：兩性電解質(zhì)在溶液pH處于等電點（pl）時，分子表面凈電荷為零，導致賴以穩(wěn)定的雙 電層及水化膜的削弱或破壞，分子間引力增加，溶解度降低。調(diào)節(jié)溶液的PH值，使兩性溶質(zhì)溶解皮下降，析出沉淀。13. 簡述有機溶劑沉析的原理；答：向水溶液中加入一定量親水性的有機溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出的分 離純化方法稱為有機溶劑沉析法。機理主要有兩點： 水性有機溶劑加入溶液后降低了介質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)分子間的

19、靜電引力增加，聚 集形成沉淀。 水溶性的有機溶劑本身的水合作用降低了自由水的濃度， 壓縮了親水溶質(zhì)分子表面原 有水合層的厚度，降低了它的親水性，導致脫水聚集。14. 簡述鹽析原理；答：由于鹽離子與蛋白質(zhì)表面具相反電性的離子基團結合，形成離子對，鹽離子部分 中和了蛋白質(zhì)的電性，是蛋白質(zhì)分子之間排斥作用減弱而能相互靠攏，聚集起來； 由于中性鹽的親水性比蛋白質(zhì)大，鹽離子在水中發(fā)生水合而使蛋白質(zhì)脫去了水合膜， 暴露出疏水區(qū)域，由于疏水區(qū)域的相互作用，使其沉淀。15. 結合SDS PAG電泳的分離原理說明未知蛋白質(zhì)分子量的測定方法；答：以不同分子量的標準蛋白進行 SDS-PAG電泳得到不同標準蛋白的電泳

20、遷移率，制作 標準曲線，然后對未知蛋白在相同條件下進行 SDS-PAGI電泳，測定遷移率，從標準曲線 得到相應的分子量。16. 請說明在進行SDS PAG電泳之前，樣品的處理方法，并解釋其原因； 答：樣品處理方法：加入 SDS和還原劑DTT.原因：SDS-PAG由于加入了 SDS和強還原劑，破壞了蛋白質(zhì)分子的高級結構，并與蛋 白質(zhì)形成帶大量負電荷的聚合物，消除了不同蛋白質(zhì)分子電荷及分子形狀的差異，而僅 將分子量差異作為分離的依據(jù)，常用于測定未知蛋白質(zhì)的亞基分子量。17. 簡述載體兩性電介質(zhì)梯度等電聚焦（IEF）的分離原理； 答：在支持介質(zhì)中加入載體兩性電解質(zhì)，通以直流電后在兩極之間形成穩(wěn)定、連續(xù)和線 性的pH梯度，當帶電的蛋白質(zhì)分子進入該體系時，便會產(chǎn)生移動，并聚集于相當其等電 點的位置。18. 何謂反滲透膜分離，其特點是什么？ 答：反滲透過程是用一種半透膜把兩種不同濃度的溶液隔開，只是純?nèi)軇┩ㄟ^膜，而低 分子量的化合物被截留。因此，操作壓力比超濾大得多。特點：操作壓力大，適用于小分子物質(zhì)濃縮，最常