生物分離工程

1、緒論1、 生物分離工程的定義：從發(fā)酵液或酶反應(yīng)液或動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)液中分離、純化生物產(chǎn)品的過(guò)程。2、 生物分離工程特點(diǎn)：1 發(fā)酵液或培養(yǎng)液是產(chǎn)物濃度很低的水溶液；2 培養(yǎng)液是多組分的混合物；3 生化產(chǎn)品的穩(wěn)定性差；4 對(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量要求高。3、 生物分離工程可分為幾大部分，分別包括哪些單元操作？答： 1、發(fā)酵液的預(yù)處理與固液分離，過(guò)濾(filtration)、離心(centrifugation) 2、初步純化，沉淀(precipitation)、萃取 (extraction)、吸附（adsorption）、膜分離(membrane separation) 3、高度純化，色譜（chromatog

2、raphy）、電泳(electrophoresis)4、成品加工，結(jié)晶(crystallization)、干燥(drying)。4、 在設(shè)計(jì)下游分離過(guò)程前，必須考慮哪些問(wèn)題方能確保我們所設(shè)計(jì)的工藝過(guò)程最為經(jīng)濟(jì)、可靠？ 答：1、產(chǎn)品價(jià)值 2、產(chǎn)品質(zhì)量3、產(chǎn)物在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的位置4、雜質(zhì)在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的位置。5、產(chǎn)品和主要雜質(zhì)獨(dú)特的物化性質(zhì)6、不同分離方法的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。5、 闡述生物分離工程的發(fā)展動(dòng)向。答、1、基礎(chǔ)理論研究 2、提高分離過(guò)程的選擇性3、開(kāi)發(fā)分離介質(zhì) 4、提高分離純化技術(shù)5、清潔生產(chǎn)6、規(guī)?；?、工程化研究6、分離效率的評(píng)價(jià)：目標(biāo)產(chǎn)物的濃縮程度、分離純化程度、回收率第 二 章 細(xì)

3、胞分離與破碎Cell isolation and disruption1 如何預(yù)處理發(fā)酵液?答：1. 高價(jià)無(wú)機(jī)離子的去除方法 去除鈣離子：通常使用草酸。去除鎂離子：加入三聚磷酸鈉，與鎂離子形成絡(luò)合物。用磷酸鹽處理，也能大大降低鈣離子和鎂離子的濃度。去除鐵離子: 加入黃血鹽，使其形成普魯士藍(lán)沉淀而除去。2、雜蛋白質(zhì)的除去：沉淀、吸附法、變性法、凝聚Coagulation和絮凝flocculation 3. 有色物質(zhì)的去除及其他：使用吸附劑去除有色物質(zhì)（離子交換劑、離子交換纖維、活性炭等）、用工業(yè)酶制劑可凈化發(fā)酵產(chǎn)物，除去干擾性渾濁物、使用惰性助濾劑、加入反應(yīng)劑2 凝聚和絮凝的區(qū)別答：凝聚：向膠體

4、懸浮液中加入電解質(zhì)，由于雙電層電位降低，使膠體體系不穩(wěn)定，膠體粒子間因相互碰撞而產(chǎn)生凝集（1mm左右）的現(xiàn)象。 絮凝：指在某些高分子絮凝劑存在下，在懸浮粒子之間發(fā)生架橋作用而使膠粒形成粗大（10mm）的絮凝團(tuán)的過(guò)程。絮凝劑可分為非離子型、陰離子型和陽(yáng)離子型三類。3 濾餅的重量比阻rB：濾餅的重量比阻rB：表示單位濾餅厚度的阻力系數(shù)，是衡量過(guò)濾特性的主要指標(biāo)。對(duì)于不可壓縮濾餅，比阻值為常數(shù)，但對(duì)于可壓縮濾餅，rB = f（p）。4 常用固-液分離方法、設(shè)備及其特點(diǎn)答：固-液分離設(shè)備：板框式壓濾機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、過(guò)濾面積大。缺點(diǎn)：不能連續(xù)操作、勞動(dòng)強(qiáng)度大、濾液澄清度不高。2. 鼓式真空

5、過(guò)濾機(jī)主要用于霉菌發(fā)酵液的過(guò)濾優(yōu)點(diǎn)： 能連續(xù)操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，適用于處理量大而固體含量較多的濾漿。缺點(diǎn)：壓差較小，不適用于濾餅阻力較大的物料。3、錯(cuò)流過(guò)濾是一種新的過(guò)濾方式，與常規(guī)過(guò)濾的區(qū)別在于它的固體懸浮液流動(dòng)方向與過(guò)濾介質(zhì)平行 。優(yōu)點(diǎn)：過(guò)濾速度快。缺點(diǎn)：固液相的分離不太完全4. 離心分離設(shè)備1）差速離心 生化工業(yè)最常用的方法2）區(qū)帶離心生化研究分為差速區(qū)帶離心（沉降系數(shù)）和平衡區(qū)帶離心（密度）用于核酸、蛋白質(zhì)的分離純化。設(shè)備管式離心機(jī)、碟片式離心機(jī)、三相傾斜式離心機(jī)、含固量較多的發(fā)酵液。5 常用的細(xì)胞破碎方法, 了解機(jī)械破碎法所用設(shè)備答：方法：機(jī)械、物理、化學(xué)1. 機(jī)械破碎 高壓勻漿器

6、、水平密閉型珠磨器、噴霧撞擊破碎器、超聲波儀第三章 初級(jí)分離 1 常用的蛋白質(zhì)沉淀方法有哪些？答：鹽析沉淀、等電點(diǎn)沉淀、有機(jī)溶劑沉淀、其他沉淀法（熱沉淀、特殊沉淀劑法、聚電解質(zhì)、某些多價(jià)金屬離子）2 比較Ks鹽析法和鹽析法答：鹽濃度為0時(shí)，蛋白質(zhì)溶解度的對(duì)數(shù)值。與蛋白質(zhì)種類、溫度、pH值有關(guān)，與鹽無(wú)關(guān)。Ks鹽析常數(shù)，與蛋白質(zhì)和無(wú)機(jī)鹽的種類有關(guān)，與溫度、pH值無(wú)關(guān)。Ks鹽析法：在一定pH和溫度下，改變體系離子強(qiáng)度進(jìn)行鹽析的方法；鹽析法：在一定離子強(qiáng)度下，改變pH和溫度進(jìn)行鹽析的方法。Ks鹽析法由于蛋白質(zhì)對(duì)離子強(qiáng)度的變化非常敏感，易產(chǎn)生共沉淀現(xiàn)象，因此常用于提取液的前處理。鹽析法由于溶質(zhì)溶解度變化

7、緩慢，且變化幅度小，因此分辨率更高，常用于初步的純化。3 影響鹽析的主要因素有哪些？答：1、無(wú)機(jī)鹽種類離子半徑小電荷較多的陰離子鹽析效果較好。2、溫度和pH值。3、蛋白質(zhì)濃度 4 用乙醇沉淀蛋白質(zhì)時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？答： 溫度：溫度越低，沉淀越完全。10。 乙醇濃度：乙醇濃度上升，蛋白質(zhì)溶解度下降。 pH值：pI。蛋白質(zhì)濃度：0.5%2%稀：溶劑用量大，回收率低，但共沉作用??；濃：節(jié)省溶劑用量，共沉作用強(qiáng)，分辨率低。 6 泡沫分離定義、原理和操作過(guò)程影響因素答：定義：泡沫分離是以氣泡為介質(zhì)，利用組分的表面活性差進(jìn)行分離的一種方法。原理：利用待分離物質(zhì)本身具有表面活性或能與表面活性劑結(jié)合，在泡沫柱

8、中被吸附在氣泡表面，得以富集，氣泡上升帶出溶劑主體，達(dá)到凈化主體液、濃縮待分離物質(zhì)的目的。（泡沫柱和消泡器）影響因素：A、料液性質(zhì)溶液的pH值、離子強(qiáng)度和其他添加劑. B 、表面活性劑濃度不宜超過(guò)臨界膠束濃度。C、操作條件 溫度應(yīng)達(dá)到表面活性劑的起泡溫度氣體流速D、泡沫柱 第四章 膜分離1 何謂膜分離？主要有哪幾種膜分離方法？答：膜分離的定義：利用具有一定選擇性透過(guò)特性的過(guò)濾介質(zhì)進(jìn)行物質(zhì)的分離純化。微濾、超濾、反滲透、透析、電滲析、滲透汽化。2 膜分離技術(shù)有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：優(yōu)點(diǎn)：1 易于操作。 常溫下可連續(xù)使用,可直接放大，易于自動(dòng)化。2、成本低，壽命長(zhǎng)。 維護(hù)方便，能耗少。3、效率高，特別適宜

9、于熱敏感物質(zhì)分離濃縮。4、無(wú)相轉(zhuǎn)變，分離精度高，沒(méi)有二次污染 。缺點(diǎn)：價(jià)格高、易污染、應(yīng)用受限制。3 分析比較微濾、超濾和反滲透的異同點(diǎn)。答：反滲透不對(duì)稱膜、復(fù)合膜1nm水 壓力 1-10mpa溶解或懸浮物質(zhì)超濾不對(duì)稱微孔膜1-50nm水和鹽 0.1-1Mpa 生物大分子膠體物質(zhì)微濾對(duì)稱微孔膜， 0. 1-10m水和溶解物質(zhì)0.05-0.5Mpa懸浮物質(zhì)反滲透：定義：在溶質(zhì)濃度高的一側(cè)施加超過(guò)滲透壓的壓力，使溶劑透過(guò)膜的操作。RO膜無(wú)明顯的孔道結(jié)構(gòu)，透過(guò)機(jī)理尚不十分清楚。UF膜和MF膜有明顯的孔道結(jié)構(gòu)，主要用于截留高分子溶質(zhì)或固體微粒。超濾膜孔徑比MF膜小，用于處理不含固形成分料液，根據(jù)高分子

10、溶質(zhì)間或高分子溶質(zhì)與小分子溶質(zhì)間分子量差別進(jìn)行分離；膜兩側(cè)滲透壓差較小，操作壓力較低。微濾膜孔徑大，用于懸浮液過(guò)濾，廣泛用于菌體分離與濃縮；膜兩側(cè)滲透壓可忽略，甚至可在常壓下操作。4 理解概念：膜，水通量，截留分子量，截留曲線，濃差極化， 凝膠極化答：水通量：定義：在一定條件下（一般壓力為0.1MPa，溫度為20) ，單位時(shí)間透過(guò)單位膜面積的純水體積。濃度極化：定義：膜分離操作中，不能完全透過(guò)膜的溶質(zhì)受到膜的截留作用，在膜表面附近濃度升高，高于料液主體濃度的現(xiàn)象。影響：膜兩側(cè)滲透壓差增大，透過(guò)通量降低。凝膠極化：定義：當(dāng)膜表面附近的濃度超過(guò)溶質(zhì)的溶解度時(shí)，溶質(zhì)會(huì)析出，形成凝膠層。影響：產(chǎn)生附加

11、的傳質(zhì)阻力，透過(guò)通量降低。截留曲線：膜的截留率與溶質(zhì)分子量之間關(guān)系的曲線。一般將在截留曲線上截留率為0.90的溶質(zhì)分子量定義為膜的截留分子量。膜的定義：在一種流體相間有一薄層凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔開(kāi)來(lái)成為兩部分，這一薄層物質(zhì)稱為膜。膜生物反應(yīng)器定義：膜分離過(guò)程與生物反應(yīng)過(guò)程耦合的生物反應(yīng)裝置。5 影響截留率、膜分離速度的因素有哪些？答：（一）截留率：1、溶質(zhì)分子量2、分子特性 不同分子截留率大小順序：球形帶支鏈線性；對(duì)于荷電膜，與膜相反電荷的分子截留率較低；若膜對(duì)溶質(zhì)有吸附作用，截留率增大。其他高分子溶質(zhì)的影響其他高分子溶質(zhì)的存在使溶質(zhì)截留率增大。操作條件溫度升高，膜表面流速增大，截留率降低

12、；pH=pI時(shí)，蛋白質(zhì)的截留率高于其他pH下的截留率。（二）膜分離速度的因素：1、操作方式傳統(tǒng)過(guò)濾操作：采用終端過(guò)濾(Dead-end filtration)形式，即料液流向與膜面垂直。膜表面濾餅阻力大，透過(guò)通量很低。超濾和微濾操作：采用錯(cuò)流過(guò)濾可大大減輕濃度極化現(xiàn)象，使透過(guò)通量維持在較高水平2、流速流速增大，傳質(zhì)系數(shù)提高，透過(guò)通量增大。流速增大，也有減弱濃度極化或凝膠極化的作用。3.壓力壓力較小時(shí)，無(wú)濃度極化現(xiàn)象發(fā)生4、料液濃度6 膜分離設(shè)備按膜組件形式可分為幾種？相比較的優(yōu)缺點(diǎn)？答：膜組件定義：由膜、固定膜的支撐體、間隔物及收納這些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元。管式：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合于處理

13、懸浮物含量較高的料液，清洗比較容易；缺點(diǎn)：造價(jià)高，比表面積很小。平板式膜組件：特點(diǎn)：保留體積小，比表面積較大，液流穩(wěn)定。但造價(jià)較高，操作方式為間歇式，主要用于小規(guī)模的分離純化。螺旋卷式膜組件：特點(diǎn)：比表面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格較便宜, 換新膜容易；處理懸浮物濃度較高的料液時(shí)易堵塞，難清洗。中空纖維（毛細(xì)管）式膜組件：特點(diǎn)：比表面積最大,可方便地進(jìn)行反洗，造價(jià)低，工業(yè)上普遍使用；易堵塞，對(duì)料液要求高。膜組件比表面積m2/m3設(shè)備 費(fèi)操作 費(fèi)膜面吸附層控制應(yīng)用管式20-30極高高很容易UF，MF平板式400-600高低容易UF，MF，PV螺旋管式800-1000低低難RO，UF，MF毛細(xì)管式600-1

14、200低低容易UF，MF，PV中空纖維式-10000很低低很難RO，DS7 膜污染有哪些途徑造成？如何有效防止和清除膜污染？答：造成膜污染的主要原因：凝膠極化現(xiàn)象引起的凝膠層；溶質(zhì)在膜表面的吸附；膜孔堵塞；膜孔內(nèi)的溶質(zhì)吸附。影響：透過(guò)通量大幅度下降；降低目標(biāo)產(chǎn)物的回收率。減輕膜污染的方法：1、料液的預(yù)處理 預(yù)過(guò)濾、絮凝、調(diào)節(jié)pH值2、改善膜的性質(zhì)表面極性、電荷、流體力學(xué)條件3、改變操作條件 提高水溫、降低膜兩側(cè)的壓差或料液濃度。膜污染的處理與再生：1、物理方法清洗 高速水洗、等壓水洗、反洗、循環(huán)清洗。2化學(xué)清洗方法起溶解作用的物質(zhì)：酸、堿、酶（蛋白酶）、螯合劑、表面活性劑、分散劑。起切斷離子結(jié)

15、合作用的方法：改變離子強(qiáng)度、pH、電位。起氧化作用的物質(zhì)：過(guò)氧化氫、次氯酸鹽起滲透作用的物質(zhì)：磷酸鹽、次氯酸鹽。8、滲透氣化：定義：通過(guò)滲透氣化膜，在膜兩側(cè)溶質(zhì)分壓差的作用下，根據(jù)溶質(zhì)間透過(guò)膜速度的不同，并在透過(guò)側(cè)發(fā)生氣化，使液體混合物得到分離的膜分離法。特點(diǎn)：溶質(zhì)發(fā)生相變，消除了滲透壓的作用，可在較低壓力下進(jìn)行，適于高濃度混合物的分離；特別適用于共沸物和揮發(fā)度相差較小的雙組分溶液的分離。9 試論述反滲透在工業(yè)中的應(yīng)用。答：海水淡化、超純水制備、抗生素和氨基酸等濃縮、回收有機(jī)溶劑10、膜分離在生物產(chǎn)物分離純化方面的應(yīng)用：答：培養(yǎng)基除菌；發(fā)酵液中細(xì)胞的收集或除去；細(xì)胞破碎后碎片的除去；目標(biāo)產(chǎn)物部

16、分純化后的濃縮或洗濾除去小分子溶質(zhì)；最終產(chǎn)品的濃縮和洗濾除鹽；制備無(wú)熱原水等。第五章 萃 取1 分配定律及其適用條件是什么？答：分配系數(shù) m： 一定溫度、壓力下，溶質(zhì)在互不相溶的兩相中達(dá)到分配平衡時(shí)，則其在兩相中的總濃度之比。分配定律：一定溫度、壓力下，溶質(zhì)在互不相溶的兩相中達(dá)到分配平衡時(shí)，如果其在兩相中的相對(duì)分子質(zhì)量相等，則其在兩相中的平衡濃度之比為常數(shù), 即分配常數(shù)A。適用條件：（1）必須是稀溶液; （2）溶質(zhì)對(duì)溶媒之互溶沒(méi)有影響；（3）溶質(zhì)必須是同一種分子類型，不發(fā)生締合或離解。 2 理解概念：萃取、反萃取 萃取因子 、物理萃取、化學(xué)萃取 帶溶劑 乳化 HLB 多級(jí)錯(cuò)流萃取 多級(jí)逆流萃取

17、答：萃?。豪萌苜|(zhì)在互不相溶兩相間分配系數(shù)的不同使溶質(zhì)得到純化或濃縮的方法。反萃取 定義：調(diào)節(jié)水相條件，將目標(biāo)產(chǎn)物從有機(jī)相轉(zhuǎn)入水相的操作。萃取因子 E：萃取平衡后萃取相與萃余相中目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量之比。物理萃取定義：溶質(zhì)根據(jù)相似相溶原理在兩相間達(dá)到分配平衡，萃取劑與溶質(zhì)間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)萃取定義：利用脂溶性萃取劑與溶質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)生成脂溶性復(fù)合分子，使溶質(zhì)向有機(jī)相分配。帶溶劑定義：能和欲提取的生物物質(zhì)形成復(fù)合物而易溶于溶劑中，此復(fù)合物在一定條件下又容易分解。乳化的定義：一種液體成細(xì)小液滴（分散相）分散在另一不相混合的液體（連續(xù)相）中形成的分散體系的現(xiàn)象。HLB 親憎平衡值，表示表面活性劑的親水與親

18、油程度的相對(duì)強(qiáng)弱。多級(jí)錯(cuò)流萃?。河蓭讉€(gè)混合-澄清器單元串聯(lián)組成，萃取劑分別加入各萃取單元，料液從第一級(jí)通入，逐次進(jìn)入下一混合器的萃取操作。多級(jí)逆流萃取：由幾個(gè)單級(jí)萃取單元串聯(lián)組成， 料液和萃取劑分別從兩端連續(xù)加入，互成逆流接觸。3 水相物理?xiàng)l件如何影響溶劑萃取操作？答：1） pH值 物理萃取時(shí)，弱酸性電解質(zhì)的分配系數(shù)隨pH降低(即氫離子濃度增大)而增大，而弱堿性電解質(zhì)則正相反。2）溫度 生化產(chǎn)物一般在室溫或較低溫度下進(jìn)行。3）無(wú)機(jī)鹽 無(wú)機(jī)鹽可使產(chǎn)物在水中溶解度降低，而易于轉(zhuǎn)入有機(jī)溶劑中；還能減少有機(jī)溶劑在水中的溶解度。4) 帶溶劑 能和欲提取的生物物質(zhì)形成復(fù)合物而易溶于溶劑中，此復(fù)合物在一定條

19、件下又容易分解。4 發(fā)酵液乳化現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？對(duì)分離純化產(chǎn)生何影響? 如何有效消除乳化現(xiàn)象？答：1、乳化現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)是因?yàn)楸砻婊钚晕镔|(zhì)的存在。2、產(chǎn)生乳化后使有機(jī)相和水相分層困難，出現(xiàn)兩種夾帶：發(fā)酵廢液(萃余液)中夾帶有機(jī)溶劑(萃取液)微滴，使目標(biāo)產(chǎn)物受到損失；有機(jī)溶劑(萃取相)中夾帶發(fā)酵液(萃余液)，給后處理操作帶來(lái)困難。3、1）過(guò)濾和離心分離2）加熱 3）稀釋4）加電解質(zhì)5）頂替法 6）轉(zhuǎn)型法。雙水相萃取某些親水性高分子聚合物的水溶液超過(guò)一定濃度后可形成兩相，并且在兩相中水分均占很大比例。1 理解概念：相圖 雙結(jié)點(diǎn)線 系線 臨界點(diǎn) 交錯(cuò)分配法 聚合物的不相溶性答：雙結(jié)點(diǎn)線 位置和形狀與

20、聚合物的分子量有關(guān)。聚合物的分子量越高，相分離所需的濃度越低；兩種聚合物的分子量相差越大，雙結(jié)點(diǎn)形狀越不對(duì)稱。雙結(jié)點(diǎn)以下為均相區(qū)，以上為兩相區(qū)。系線 TB系線的長(zhǎng)度是衡量?jī)上嚅g相對(duì)差別的尺度，系線越長(zhǎng)，兩相間的性質(zhì)差別越大，反之則越小。臨界點(diǎn) 當(dāng)系線長(zhǎng)度趨向于零時(shí)，即在圖b的雙節(jié)線上C點(diǎn)，兩相差別消失，任何溶質(zhì)在兩相中的分配系數(shù)均為1，因此C點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)(critical point)。交錯(cuò)分配法：測(cè)定蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的一種方法，在雙水相不同鹽系統(tǒng)中，分配系數(shù)與pH之間的關(guān)系曲線的交點(diǎn)即為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。聚合物的不相溶性(incompatibility)：當(dāng)兩種高分子聚合物之間存在相互排斥作用時(shí)，

21、由于相對(duì)分子質(zhì)量較大，分子間的相互排斥作用與混合過(guò)程的熵增加相比占主導(dǎo)地位，一種聚合物分子的周圍將聚集同種分子而排斥異種分子，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，即形成分別富含不同聚合物的兩相。這種含有聚合物分子的溶液發(fā)生分相的現(xiàn)象稱為聚合物的不相溶性。2 雙水相體系可分為哪幾類？目前常用的體系有哪兩種？答：1、高聚物/高聚物體系（分子間斥力）聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx）2、高聚物/無(wú)機(jī)鹽體系（鹽析作用）PEG/硫酸鹽 或 PEG/磷酸鹽3 雙水相萃取的影響因素有哪些？答：一）聚合物的種類、濃度及平均分子量 1、疏水性相差越大，越有利于兩相的分離。2成相聚合物的總濃度增加，系線越長(zhǎng)，兩相性質(zhì)的差別增大，蛋白質(zhì)

22、越容易分配于其中的某一相。3.當(dāng)聚合物的分子量降低時(shí)，蛋白質(zhì)易分配于富含該聚合物的相。（二）鹽的種類和濃度鹽的種類和濃度對(duì)分配系數(shù)的影響主要反映在對(duì)相間電位和蛋白質(zhì)疏水性的影響。（三）pH值1. 體系pH值影響蛋白質(zhì)分子可電離基團(tuán)的離解，因而改變表面電荷而影響分配系數(shù)。2.  pH影響緩沖物質(zhì)磷酸鹽的離解程度，影響相間電位差，從而影響分配系數(shù)（四）溫度分配系數(shù)對(duì)溫度的變化不敏感，可在室溫下操作。液膜萃取1名詞解釋：液膜、流動(dòng)載體、離子泵 答：液膜分離法是一種以液膜為分離介質(zhì)、以濃度差為推動(dòng)力的膜分離操作。液膜是懸浮在液體中很薄的一層乳液微粒。它能把兩個(gè)組成不同而又互溶的溶液隔開(kāi)，并通

23、過(guò)滲透現(xiàn)象起到分離的作用。流動(dòng)載體 在膜相中加入可溶性的萃取劑，在液膜內(nèi)選擇性遷移待分離的物質(zhì)。2液膜的組成和分類?答：組成：液膜通常是由溶劑、表面活性劑和添加劑制成。分類：1、乳狀液膜 (W/O)/W(水-油-水)油膜 生物分離 、(O/W)/O(油-水-油)2、支撐液膜3、流動(dòng)液膜3流動(dòng)載體必須具備的條件？答：a 溶解性b 絡(luò)合性c 載體不與膜相的表面活性劑反應(yīng)。流動(dòng)載體按電性可分為帶電載體與中性載體，一般來(lái)說(shuō)中性載體的性能比帶電載體(離子型載體)好。中性載體中又以大環(huán)化合物最佳。4液膜萃取機(jī)理分類?答：?jiǎn)渭冞w移又稱物理滲透，根據(jù)料液中各種溶質(zhì)在膜相中的溶解度(分配系數(shù))和擴(kuò)散系數(shù)的不同進(jìn)

24、行萃取分離。反萃相化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)遷移 膜相載體輸送 5、影響液膜分離效果的因素答、1、 液膜體系組成的影響2 液膜分離工藝條件的影響 1)攪拌速度的影響2)接觸時(shí)間的影響 3)乳水比的影響4)操作溫度的影響5)料液的濃度和酸度的影響6)膜內(nèi)比Roi的影響反膠團(tuán)萃取1臨界膠團(tuán)濃度、反膠團(tuán)答：反膠團(tuán)的定義：兩性表面活性劑在非極性有機(jī)溶劑中親水基團(tuán)自發(fā)地向內(nèi)聚集而成的，內(nèi)含微小水滴的，空間尺度僅為納米級(jí)的集合型膠體。臨界膠團(tuán)濃度,是膠團(tuán)形成時(shí)所需表面活性劑的最低濃度，用CMC來(lái)表示，這是體系特性，與表面活性劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)、溶劑、溫度和壓力等因素有關(guān)。2 反膠團(tuán)形成的條件，反膠團(tuán)和膠團(tuán)的比較答：反膠團(tuán) 若

25、將表面活性劑溶于非極性的有機(jī)溶劑中，并使其濃度超過(guò)臨界膠團(tuán)濃度(CMC)，便會(huì)在有機(jī)溶劑內(nèi)形成聚集體，這種聚集體稱為反膠團(tuán)表面活性劑的極性頭朝內(nèi)，疏水的尾部向外，中間形成極性的“核”膠團(tuán)：表面活性劑的極性頭朝外，疏水的尾部朝內(nèi)，中間形成非極性的“核。3 影響反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的主要因素答：1、水相pH值 對(duì)于陽(yáng)離子表面活性劑、溶液的pH值需高于蛋白質(zhì)的pI值，反膠團(tuán)萃取才能進(jìn)行；對(duì)于陰離子表面活性劑，當(dāng)pHpI時(shí)，萃取率幾乎為零。2 離子強(qiáng)度a.離子強(qiáng)度增大后，反膠團(tuán)內(nèi)表面的雙電層變薄，減弱了蛋白質(zhì)與反膠團(tuán)內(nèi)表面之間的靜電吸引，從而減少蛋白質(zhì)的溶解度；b. 鹽濃度的增大，反膠團(tuán)產(chǎn)生脫水效應(yīng)，反膠

26、團(tuán)直徑減小，空間排阻作用增大，蛋白質(zhì)的溶解率下降；c 離子強(qiáng)度增加時(shí)，增大了離子向反膠團(tuán)內(nèi)“水池”的遷移并取代其中蛋白質(zhì)的傾向，使蛋白質(zhì)從反膠團(tuán)內(nèi)被鹽析出來(lái)；3、表面活性劑種類和濃度。選用有利于增強(qiáng)蛋白質(zhì)與反膠團(tuán)間的靜電作用和增加反膠團(tuán)大小的表面活性劑。4、其他因素有機(jī)溶劑: 有機(jī)溶劑的種類影響反膠團(tuán)的大小。溫度: 增加溫度能夠增加蛋白質(zhì)在有機(jī)相的溶解度4反膠團(tuán)萃取法的優(yōu)點(diǎn)答：1.有很高的萃取率和反萃取率并具有選擇性。2.分離、濃縮同時(shí)進(jìn)行，過(guò)程簡(jiǎn)便。3.能解決蛋白質(zhì)在非細(xì)胞環(huán)境中易迅速失活的問(wèn)題。4.可直接從完整細(xì)胞中提取蛋白質(zhì)和酶。5.成本低，溶劑可反復(fù)使用超臨界流體萃取法1超臨界流體的性

27、質(zhì)答：超臨界流體密度接近液體，溶解能力與液體相近；低黏度、高擴(kuò)散系數(shù)易流動(dòng)2 理解概念：夾帶劑在純流體中加入少量與被萃取物親和力強(qiáng)的組分，以提高其對(duì)被萃取組分的選擇性和溶解度，添加的這類物質(zhì)稱為夾帶劑。3 超臨界流體萃取的原理、基本過(guò)程答：在臨界點(diǎn)附近，壓力上升或溫度下降則超臨界流體的密度增加，從混合物中有選擇地溶解某種組分，然后通過(guò)減壓，升溫或吸附將其分離析出。(1)依靠壓力變化的萃取分離法(等溫法) (2)依靠溫度變化的萃取分離法(等壓法) (3)用吸附劑進(jìn)行的萃取分離法(吸附法)4 闡述超臨界流體萃取的優(yōu)缺點(diǎn)答：1) 超臨界萃取同時(shí)具有液相萃取和精餾的特點(diǎn)。2) 超臨界流體萃取的獨(dú)特的優(yōu)

28、點(diǎn)是它的萃取能力取決于流體的密度，而密度很容易通過(guò)調(diào)節(jié)溫度和壓力來(lái)加以控制。3) 超臨界流體萃取中的溶劑回收很簡(jiǎn)便，并能大大節(jié)省能源。4) 超臨界流體萃取工藝可以不在高溫下操作，因此特別適合于熱穩(wěn)定性較差的物質(zhì)。同時(shí)產(chǎn)品中無(wú)其他物質(zhì)殘留。5) 超臨界流體萃取的操作壓力可根據(jù)分離對(duì)象選擇適當(dāng)?shù)妮腿┗蛱砑訆A帶劑來(lái)控制以避免高壓帶來(lái)的影響。超臨界流體萃取的主要缺點(diǎn)是由于高壓帶來(lái)的高昂設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用，所以目前應(yīng)用面不寬。第六章 吸附和離子交換1理解概念：吸附 吸附等溫線 交換容量 滴定曲線 穿透曲線答 吸附：利用吸附劑對(duì)液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使其富集在吸附劑表面的過(guò)程。吸附等

29、溫線：當(dāng)溫度一定、溶質(zhì)在液固兩相達(dá)到吸附平衡時(shí)，吸附劑上的平衡吸附質(zhì)濃度 q 和液相溶質(zhì)濃度 c 之間的函數(shù)關(guān)系 交換容量 表征離子交換能力的主要參數(shù)。指單位質(zhì)量干樹(shù)脂或單位體積濕樹(shù)脂所能吸附的一價(jià)離子的的毫摩爾數(shù)。穿透曲線 吸附過(guò)程中吸附塔出口溶質(zhì)濃度的變化曲線。2吸附的類型？影響吸附的主要因素？大孔吸附劑在吸附溶質(zhì)與解吸時(shí)有哪些規(guī)律？答：1、物理吸附、化學(xué)吸附、交換吸附。2、A 吸附劑的性質(zhì)比表面積、粒度大小、孔B 吸附物的性質(zhì)C 溶液的pH值D溫度 3、非極性吸附劑可從極性溶劑中吸附非極性溶質(zhì)；極性吸附劑可從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)；中等極性吸附劑兼有以上兩種能力水溶液中，同族化合物分子

30、量大，極性弱易吸附;無(wú)機(jī)鹽促進(jìn)有機(jī)物吸附（優(yōu)點(diǎn)）?？讖脚c比表面積。解吸：最常用的是水溶性有機(jī)溶劑作解吸劑，如低級(jí)醇、酮或水溶液。對(duì)弱酸性物質(zhì)用堿解吸。對(duì)弱堿性物質(zhì)用酸解吸。吸附在高濃度鹽溶液中進(jìn)行，常用水解吸。易揮發(fā)溶質(zhì)可用熱水和蒸汽解吸。 3什么是離子交換？離子交換樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)類型命名和工作過(guò)程？答：1、利用離子交換劑作為吸附劑，通過(guò)靜電引力將溶液中帶相反電荷的物質(zhì)吸附在離子交換劑上，然后用合適的洗脫劑將吸附物從離子交換劑上洗脫下來(lái)，達(dá)到分離的目的。2、結(jié)構(gòu) 具有三維空間立體結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)骨架，聯(lián)接在骨架上的活性基團(tuán)活，性基團(tuán)所帶的相反電荷的活性離子（可交換離子）。類型：（1）陽(yáng)離子交換樹(shù)脂：含-

31、SO3H 或-COOH （2）骨架 a 凝膠樹(shù)脂：吸附無(wú)機(jī)離子等 b 大孔樹(shù)脂：吸附大分子有機(jī)物3、命名 離子交換樹(shù)脂的全名稱：分類名稱、骨架名稱、基本名稱組成 4、工作過(guò)程 樹(shù)脂預(yù)處理 上柱交換 洗脫 樹(shù)脂的再生4離子交換選擇性受哪些因素影響？答：1）離子水化半徑無(wú)機(jī)離子的水化半徑越小，越易被吸附。2）離子化合價(jià)低濃度溶液中樹(shù)脂優(yōu)先吸附高價(jià)離子 3）溶液的pH 4）有機(jī)溶劑不利于有機(jī)離子吸附，而易吸附無(wú)機(jī)離子5）樹(shù)脂物理結(jié)構(gòu): 交聯(lián)度 膨脹度與分子篩6）樹(shù)脂與交換離子之間的輔助力5膨脹床吸附EBA的操作過(guò)程？答1.膨脹床形成 2.操作過(guò)程 緩沖液膨脹、進(jìn)料、清洗微粒（膨脹床）、清洗

32、可溶性雜質(zhì)、洗脫（固定床） 第七章 色 譜1色譜法 阻滯因子 分離度 排阻極限 容量因子答：色譜法 利用混合物中的溶質(zhì)在固定相和流動(dòng)相之間分配行為的差別引起的隨流動(dòng)相移動(dòng)速度的不同進(jìn)行分離的方法。阻滯因子 溶質(zhì)移動(dòng)速度（距離）與流動(dòng)相移動(dòng)速度（距離）比值。分離度(Rs)：兩個(gè)相鄰洗脫峰之間的距離與兩個(gè)峰寬的代數(shù)平均值之比。 Rs=11.5 良好分離 容量因子：固定相與流動(dòng)相間溶質(zhì)總量之比 排阻極限 不能擴(kuò)散到凝膠基質(zhì)內(nèi)部的最小分子的分子量。 2 色譜法的特點(diǎn)、分類答：特點(diǎn) 分離效率高、可選操作參數(shù)多、應(yīng)用范圍廣、高靈敏度的在線快速檢測(cè)、分離過(guò)程自動(dòng)化操作。分類 1、流動(dòng)相與固定相 以流動(dòng)相的相

33、態(tài)分 氣相色譜法、液相色譜法、超臨界流體色譜法。2、固定相的形狀 紙色譜、薄層色譜、柱色譜。3、壓力 低壓、高壓、中壓4流動(dòng)相流動(dòng)方向 軸向流層析、徑向流層析。 3 簡(jiǎn)述凝膠色譜、色譜聚焦、羥基磷灰石色譜的工作原理？答：凝膠色譜 利用凝膠粒子（凝膠過(guò)濾介質(zhì)）為固定相，根據(jù)料液中溶質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量的差別進(jìn)行分離的液相層析法。色譜聚焦 利用蛋白質(zhì)分子或其他兩性分子等電點(diǎn)的不同，在一個(gè)穩(wěn)定的、連續(xù)的、線性的pH梯度中進(jìn)行蛋白質(zhì)的分離純化。HAP色譜通常以磷酸鹽緩沖液為流動(dòng)相，采用提高鹽濃度的線性梯度脫法。在中性pH環(huán)境下酸性蛋白質(zhì)（pI7 ）主要吸附于C點(diǎn)，堿性蛋白質(zhì)（pI7）主要吸附于P點(diǎn)。利用磷酸

34、鹽緩沖液（K2HPO4KH2PO4）為流動(dòng)相洗脫展開(kāi)時(shí)，磷酸根離子在C點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)性吸附，交換出酸性蛋白質(zhì)，而K在P點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)性吸附，交換出堿性蛋白質(zhì)。4 IEC操作為什么很少采用恒定洗脫?答：利用離子交換劑為固定相，根據(jù)荷電溶質(zhì)與離子交換劑之間靜電相互作用力的差別進(jìn)行溶質(zhì)分離的洗脫色譜法。原因：若采用離子強(qiáng)度不變的流動(dòng)相進(jìn)行恒定洗脫，不同蛋白質(zhì)的洗脫體積相差很大，甚至分配系數(shù)大的蛋白質(zhì)很難洗脫，造成洗脫劑的大量消耗和洗脫時(shí)間的大幅度增加。在同一離子強(qiáng)度下不同蛋白質(zhì)分配系數(shù)可能相差非常大；蛋白質(zhì)的分配系數(shù)對(duì)離子強(qiáng)度非常敏感，即離子強(qiáng)度的微小改變，引起分配系數(shù)的很大變化。5 HIC操作中影響疏水性吸附的因

35、素有哪些?答：HIC利用表面偶聯(lián)弱疏水性基團(tuán)的疏水性吸附劑為固定相，根據(jù)蛋白質(zhì)與疏水性吸附劑之間的弱疏水性相互作用的差別進(jìn)行蛋白質(zhì)類生物大分子分離純化的洗脫層析法。因素：離子強(qiáng)度及種類、破壞水化作用的物質(zhì)、表面活性劑、溫度6、凝膠特性參數(shù) 排阻極限 分級(jí)范圍 分級(jí)范圍 空隙體積 溶脹率 床體積 第八章 親和色譜1、影響親和作用的因素答：1. 離子強(qiáng)度 2. pH 3. 抑制氫鍵形成的物質(zhì)4. 溫度5. 離液離子 6. 螯合劑 2 配基 特異性洗脫與非特異性洗脫 凝集素答：配基 一般將被固定的分子稱為其親和結(jié)合對(duì)象的配基（ligand），用L表示。凝集素（lectin）是與糖特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)（

36、酶和抗體除外）的總稱。特異性洗脫利用含有與親和配基或目標(biāo)產(chǎn)物具有親和結(jié)合作用的小分子化合物溶液為洗脫劑，通過(guò)與親和配基或目標(biāo)產(chǎn)物的競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，脫附目標(biāo)產(chǎn)物。非特異性洗脫通過(guò)調(diào)節(jié)洗脫液的pH值、離子強(qiáng)度、離子種類或溫度等理化性質(zhì)降低目標(biāo)產(chǎn)物的親和吸附作用，是使用較多的洗脫方法3 親和色譜操作步驟答 進(jìn)料 雜質(zhì)清洗 目標(biāo)產(chǎn)物洗脫 色譜柱再生4 親和吸附劑的制備方法1. 溴化腈活化法2. 環(huán)氧基活化法3. 硅膠的活化4. 間隔臂5 膜親和過(guò)濾方法的兩個(gè)分支及原理?1）親和膜分離技術(shù)親和膜是利用親和配基修飾的膜。親和膜分離是以親和膜為親和吸附介質(zhì)純化目標(biāo)產(chǎn)物的分離方法，是親和色譜的變型。2）親和錯(cuò)流過(guò)濾親和錯(cuò)流過(guò)濾ACFF）又稱親和過(guò)濾或親和超濾 是生物親和相互作用與膜分離相結(jié)合的生物大分子的分離純化技術(shù)。第九章 電 泳1聚丙烯酰胺凝膠電泳的分子篩效應(yīng)答 凝膠中的大分子分離取決于它的電荷、尺寸和形狀。凝膠的這種用于分離不同尺寸分子的特性是由于它的尺寸篩分能力（size sieving capacity），這種現(xiàn)象被稱為分子篩效應(yīng)。2 SDS-PAGE 的原理答：蛋白質(zhì)分子的解聚SDS是一種陰離子去污劑，作為變