藥物分離技術教材吳昊課后參考答案

緒論1.根據你的理解，用自己的語言闡述分離與分析兩個概念的區(qū)別與聯(lián)系。答：分離是利用混合物中各組分在物理性質或化學性質上的差異，通過適當的裝置或方法，使各組分分配至不同的空間區(qū)域或在不同的時間依次分配至同一空間區(qū)域的過程。分析是研究物質成分、結構的方法，使化學成分得以定性和定量，化學結構得以確定，分析過程當中通常包含分離過程。區(qū)別：（1）目的不同。分析是確定物質的結構，分離是從物質中分離相關物質。（2）特點不同。分析是確定成分的含量，分離是將成分分離，不用確定含量。2.闡述濃縮、富集和純化三個概念的差異與聯(lián)系。答：濃縮是指將溶劑部分分離，使溶質濃度提高的過程。富集是指通過分離使目標組分在某空間區(qū)域的濃度增大的過程。純化是指通過分離使某種物質的純度提高的過程?？筛鶕繕私M分在原始溶液中的摩爾分數的不同進行區(qū)分，一般來說，富集中被分離目標組分的摩爾分數小于0.1，濃縮介于0.1～0.9，純化大于0.9。3.回收率、分離因子、富集倍數和純化倍數有什么區(qū)別和聯(lián)系?答：回收率是分離中的一個重要評價指標，它反映的是被分離物在分離過程中損失量的多少。分離因子表示兩種物質被分離的程度，它是指分離后A、B物質的總量與分離前A、B物質的總量之比值，也是A物質和B物質的回收率之比。富集倍數定義為富集后目標組分的回收率和基體組分的回收率之比。純化倍數是指操作后純度與操作前純度之比。純化倍數與回收率在一定范圍內呈負相關，總純化倍數越高，需要的分離純化步驟就越多，則總回收率越低。在制藥生產中，要綜合考慮純度的要求、回收率與分離操作成本等各方面因素，尋求合理的分離操作工藝。4.簡述制藥分離與純化過程的特點。答：（1）藥物種類繁多，性質差異較大，混合物復雜多樣（2）混合物中待分離的目的藥物成分含量低，分離步驟多，收率低（3）藥物成分的穩(wěn)定性通常較差（4）藥物分離操作嚴格（5）藥物質量要求高5.列舉一個日常生活中你認為尚未很好解決的分離問題，如果這個分離問題得以解決，人們的生活質量將會明顯改善。答：（1）生活中廢舊手機中的貴金屬分離與回收利用。廢舊手機被用來做重金屬提煉，據統(tǒng)計，每一部手機重金屬的重量都占了整個手機的35%，把回收的舊手機廢物利用提煉金、銀、銅等金屬，那將是廢舊手機的高價值回收與利用。（2）如今代表新能源汽車——電動汽車市場占有率越來越高，但如何解決廢舊電池的回收與利用成為一道難題。如果能從廢舊電池中分離提取出鋅、銅、鋰、錳、鉛等金屬，就可以實現廢舊電池的高附加值利用。第一章生物材料預處理一、選擇題1.A2.D3.A4.B5.C6.A二、簡答題1.微生物發(fā)酵液預處理的目的是什么?答：（1）改變發(fā)酵液體（培養(yǎng)液）的物理性質，以利于固液分離，主要方法有加熱、凝聚和絮凝；（2）去除發(fā)酵液中部分雜質，以利于后續(xù)各步操作。2.凝聚和絮凝的區(qū)別是什么?答：（1）凝聚是指在某些電解質作用下，破壞細胞、菌體和蛋白質等膠體粒子的分散狀態(tài)，使膠體粒子聚集的過程。（2）絮凝是使用絮凝劑（通常是天然或合成的分子量較大的物質）在懸浮粒子之間產生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團的過程。3.動植物材料預處理的方法有哪些?答：（1）植物預處理方法：選擇藥用植物材料部位視具體情況而定。對于植物藥，有的是取其整體作為藥用，有的只是部分器官、分泌物或其加工產物作為藥用，也有不同部位作不同藥用的情況。在我國中藥材料的預處理和加工是消除雜質和除去無藥用或藥效很弱的部位，以便于后續(xù)的炮制、切片和粉碎等。目的是盡可能保留有效成分，去除無效的物質，或是將無效成分轉化為有效成分，將毒性強的成分轉化為毒性弱的成分。通常選擇植物材料中的器官部位或組織，先進行干燥處理，便于后續(xù)的保藏以及粉碎。（2）動物預處理方法：動物材料預處理一般先去除脂肪，而后進行冷練。動物組織如需要進行細胞破碎，常用刨削機、絞肉機、高速組織搗碎器處理，或者加石英砂研磨，少量材料可用玻璃勻漿器。經過這些處理是為了有利于下一步的抽提。還可以進一步制成丙酮粉或反復進行凍融處理等。丙酮粉法是將新鮮材料粉碎后在低于的條件下加入5～10倍量的低溫預冷的丙酮，迅速攪拌均勻后經過濾、低溫干燥和粉碎即得丙酮干粉。這是一種有效的破細胞壁（膜）的方法，又具有去除脂類物質免除脂類的干擾作用和容易保存等優(yōu)點。第二章萃取分離技術一、選擇題1.B2.C3.C4.A5.C6.B7.A8.B9.B二、簡答題1.選擇萃取劑時需考慮哪些因素？其中首要考慮的因素是什么?答：選擇萃取劑需要考慮物理化學方面、生物學方面、經濟方面以及萃取劑來源是否易得等因素。首先考慮物理化學方面的溶解度因素。2.簡述溫度對萃取操作的影響。答：溫度會影響萃取速度和分配系數。隨著溫度的升高，分子擴散速度加快，故萃取速度隨之加快；溫度升高也影響了物質的溶解度，而使分配系數k發(fā)生變化。但由于生物產物在較高溫度下不穩(wěn)定，故萃取操作一般在常溫或較低溫度下進行，所以選擇適當的操作溫度﹐有利于目標產物的回收和純化。3.浸取操作方法的選擇原則是什么?答：（1）溶質的溶解度大，以便節(jié)省溶劑用量；（2）與溶質之間有足夠大的沸點差，以便于回收利用；（3）溶質擴散系數大，應能最大限度地溶解和浸出有效成分，而盡量避免浸出無效成分或有害物質；（4）價廉易得，無毒，腐蝕性小；（5）本身無藥理作用，不與藥材中有效成分發(fā)生不應有的化學反應，不影響含量測定。4.寫出冷浸法、熱浸法和重浸漬法這三種方法的異同點。答：浸漬法特點是靜態(tài)浸出，適用于黏性、無組織結構、新鮮及易于膨脹、價格低廉的芳香性藥材。冷浸法:常溫下(15～25℃）溶劑中浸漬。一般在乙醇中浸泡，可直接制得藥酒和酊劑。熱浸法:40~60℃溶劑中浸漬。一般花、葉、草類藥材采用煮沸后保溫80℃熱浸提。重浸漬法:重復2～3次，合并。定量溶劑多次浸漬，減小藥渣吸液損失。5.超臨界流體萃取有何特點?答：（1）萃取劑在常壓和室溫下為氣體，萃取后易與萃余相和萃取相分離;（2）在較低溫度下操作，特別適合于天然物質的分離;（3）可調節(jié)溫度和引入夾帶劑（添加第三種組分來提高溶劑的溶解能力，這種組分稱為夾帶劑）等調整超臨界流體的溶解能力，容易從固體或黏稠的原料中快速提取出有效成分，工藝條件易控制；（4）需要高壓設備，通過調節(jié)壓力可提取純度較高的有效成分或脫除有害成分;（5）降低操作壓力，容易使溶劑從產品中分離，無溶劑污染，且回收溶劑無相變過程，能耗低。6.簡述超臨界流體萃取的原理和應用，在超臨界流體萃取中應注意哪些操作條件。答：超臨界流體的密度和溶劑化能力接近液體，黏度和擴散系數接近氣體。在臨界點附近流體的物理化學性質隨溫度和壓力的變化極其敏感。超臨界流體萃取技術是指在不改變化學組成的條件下，利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關系，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行萃取分離的提純方法。由于二氧化碳臨界溫度和臨界壓力低，而且無毒，超臨界條件相對容易實現，廣泛應用在天然產物提取方面。超臨界流體萃取法是一種高效的提取技術，但是在使用時需要注意選擇合適的超臨界流體、控制萃取條件、注意安全以及對產品質量進行檢測和分析。7.什么是雙水相萃取?雙水相構成體系有哪些?它在生物分離中有何應用?答：利用物質在互不相溶的兩水相間分配系數的差異來進行萃取的方法為雙水相萃取法。雙水相萃取中使用的雙水相是由兩種互不相溶的聚合物溶液或者互不相溶的鹽溶液和聚合物溶液組成。廣泛應用在胞內物質的提取方面。第三章沉淀分離技術一、選擇題1.B2.A3.D4.C5.B6.D7.B8.B9.D10.C11.A12.A二、簡答題1．何謂等電點沉淀法？答：兩性生化物質在溶液pH處于等電點時，分子表面電荷為零，導致賴以穩(wěn)定的雙電層及水化層削弱或破壞，分子間靜電排斥作用減弱，因此吸引力增大，能相互聚集起來，發(fā)生沉淀。2.等電點沉淀的影響因素是什么？答：雜質種類的影響、離子強度的影響等。3．簡述鹽析的原理及產生的現象。答：鹽析原理主要有兩點：①高濃度的中性鹽溶液中存在大量的帶電荷的鹽離子，它們能中和蛋白質分子的表面電荷，使蛋白質分子間的靜電排斥作用減弱甚至消失而能相互靠攏，聚集起來;②中性鹽的親水性比蛋白質大，它會搶奪本來與蛋白質結合的自由水，使蛋白質表面的水化層被破壞，導致蛋白質分子之間的相互作用增大而發(fā)生凝聚，從而沉淀析出。4．何謂有機溶劑沉淀法？簡述有機溶劑沉淀的原理答：向蛋白質等生物大分子的水溶液中加入一定量親水性的有機溶劑，能顯著降低蛋白質等生物大分子的溶解度，使其沉淀析出。有機溶劑沉淀的機理主要有兩點:①加入有機溶劑后，會使水溶液的介電常數降低，而使溶質分子（如蛋白質分子）之間的靜電引力增加，從而促使它們互相聚集，并沉淀出來;②水溶性有機溶劑的親水性強，它會搶奪本來與親水溶質結合的自由水，使其表面的水化層被破壞，導致溶質分子之間的相互作用增大而發(fā)生凝聚，從而沉淀析出。5.影響有機溶劑沉淀的因素是什么？答：（1）溫度（2）pH（3）生物樣品的濃度（4）鹽濃度（5）金屬離子第四章固液分離技術一．選擇題1.C2.B3.A4.D5.A6.B7.C8.D二．簡答題1．什么是過濾，過濾推動力有哪些？答：利用多孔性介質截留固-液懸浮液中的固體粒子，進行固-液分離的方法稱為過濾（filtration）。過濾過程的推動力，可以是重力、壓差、離心力，其中在化工生產中以壓差為推動力進行過濾的應用最多。2．常用的過濾方法分幾類？答：按照過濾的原理不同可以分為表面過濾和深層過濾；按照過濾的方向不同可以分為死端過濾和切向流過濾；按照過濾推動力不同可分為壓力過濾和離心過濾，其中按照壓力推動力的產生條件不同，可將過濾分為常壓過濾、加壓過濾和減壓過濾三種；按照操作方式分類可分為間歇式過濾和連續(xù)式過濾。3．什么是離心分離，離心分離主要用于哪些方面？答：離心分離是指借助于離心力，使比重不同的物質進行分離的方法。

離心分離對那些固體顆粒很小或液體黏度很大，過濾速度很慢，甚至難以過濾的懸浮液十分有效，對那些忌用助濾劑或助濾劑使用無效的懸浮液的分離，也能得到滿意的結果。離心分離不但可用于懸浮液中液體或固體的直接回收，而且可用于兩種不相溶液體的分離和不同密度固體或乳濁液的分離。4．什么是助濾劑？助濾劑的作用是什么？常用的助濾劑有哪些？答：助濾劑是有一定剛性的顆粒狀或纖維狀固體，其化學性質穩(wěn)定，不與混合體系發(fā)生任何化學反應，不溶解于溶液相中，在過濾操作的壓力范圍內是不可壓縮的。助濾劑的作用是減小可壓縮性濾餅的過濾阻力，改變?yōu)V餅結構，提高濾餅的剛性和顆粒之間的空隙率。常用的助濾劑，有硅藻土、活性碳、滑石粉、纖維粉、珍珠巖粉、石棉等。5.工業(yè)過濾設備一般經歷哪幾個階段？答：工業(yè)過濾設備一般經歷以下四個階段:①過濾階段,初期采用恒速過濾，壓力升至某值后，轉而采用恒壓過濾，懸浮液在推力作用下，克服過濾介質阻力進行固液分離，固體顆粒被過濾介質截留逐漸形成濾餅;②濾餅階段，濾餅毛細孔中含有許多濾液須用清水或其他液體洗滌，以得到較為純凈固體產品或盡量多的濾液;③濾餅干燥:用壓縮空氣吹或者真空吸，將存留的洗滌液排走,得到含量較低的濾餅:④卸料:把濾餅從過濾介質上卸出，并將過濾介質洗凈，最大限度回收濾餅。6.過濾式離心機與沉降式離心機有什么區(qū)別？答：區(qū)別如下：沉降式離心機設備轉鼓為密閉桶狀，該設備工作原理是通過離心力做到固液二相分離，這種形式的離心機我們通稱沉降式離心機。沉降式離心機適用物料廣泛，如物料粘度大，固相顆粒小都能通過提高離心力的方式來達到固液二相分離的要求。過濾式離心機設備轉鼓開孔，附加過濾介質通過攔截的方式做到固液二相分離的離心機統(tǒng)稱過濾式離心機，過濾式離心機適用于物料粘度小、固相顆粒不易變形(如結晶體)固相顆粒較大且小批量的生產的工況，多用于工業(yè)脫水。7.什么是超離心？有哪些離心方法？答：根據物質的沉降系數、質量和形狀不同，應用強大的離心力將混合物中各組分分離、濃縮、提純的方法稱為超離心法。分類：8.什么是速率區(qū)帶離心和等密度梯度離心？它們有什么區(qū)別和聯(lián)系？答：速率區(qū)帶離心是在離心管中裝入密度梯度溶液，溶液的密度從離心管頂部至底部逐漸增加。將所需分離的樣品小心地加入到密度梯度溶液的頂部。由于不同大小的粒子在離心力作用下，在梯度中移動的速度不同，所以經過離心后會形成幾條分開的樣品區(qū)帶，所以稱之為速率區(qū)帶離心法。等密度梯度離心是指在離心過程中，粒子會移動到與它本身密度相同的地方形成區(qū)帶。密度梯度的選擇要使密度梯度的范圍包括所有待分離粒子的密度。樣品可以在密度梯度溶液上面或者是混合后均勻分布在密度梯度溶液中。經過離心后，樣品粒子達到它們的平衡點。速率區(qū)帶離心法

等密度梯度離心法密度梯度液：

有

有密度梯度介質：

蔗糖、甘油

氯化銫、溴化銫密度梯度介質的密度：

ρm<ρp

ρp在ρm梯度液范圍內，ρm>ρp區(qū)帶形成與時間關系：

與時間有關

與時間無關第五章吸附分離技術一．選擇題1.A2.B3.A4.B5.A6.A7.A8.D9.B10.A二．簡答題1.何為吸附分離技術？答：吸附分離技術(adsorptionseparation)是指利用吸附作用，將樣品中的生物活性物質或雜質吸附于適當的吸附劑上，利用吸附劑對活性物質和雜質間吸附能力的差異，使目的物和其它物質分離，達到濃縮和提純目的的方法。2.化學吸附與物理吸附的區(qū)別？答：吸附性能吸附類型物理吸附化學吸附作用力分子引力化學鍵選擇性一般沒選擇有選擇吸附層多層吸附單層吸附吸附熱較小，一般在41.9KJ/mol以內較大，一般在83.7～418.7KJ/mol以內吸附速度快較慢穩(wěn)定性不穩(wěn)定，易解吸較穩(wěn)定，不易解吸溫度的影響溫度升高，吸附量降低溫度升高，吸附速度增加3.寫出兩種以上常用吸附劑的性質，用途？答：硅膠：是一種堅硬、無定形鏈狀和網狀結構的硅酸聚合物顆粒，分子式為SiO2.nH2O，為一種親水性的極性吸附劑。它是用硫酸處理硅酸鈉的水溶液，生成凝膠，并將其水洗除去硫酸鈉后經干燥，便得到玻璃狀的硅膠，硅膠常作為干燥劑用于氣體或液體的干燥脫水，也可用于分離烷烴與烯烴、烷烴與芳烴，同時硅膠也是常用的色譜柱填充材料。氧化鋁：活性氧化鋁是由鋁的水合物加熱脫水制成，它的性質取決于最初氫氧化物的結構狀態(tài)，一般都不是純粹的Al2O3，而是部分水合無定形的多孔結構物質，其中不僅有無定形的凝膠，還有氫氧化物的晶體。由于它的毛細孔通道表面具有較高的活性，故又稱活性氧化鋁。它對水有較強的親和力，是一種對微量水深度干燥用的吸附劑。氧化鋁是一種常用的親水性吸附劑，具有較高的吸附容量，分離效果好，特別適用于親脂性成分的分離。廣泛應用在醇、酚、生物堿、氨基酸、蛋白質以及維生素、抗生素等物質的分離?；钚蕴浚阂环N吸附能力很強的非極性吸附劑。通常由木屑或煤屑等原料高溫（800℃）碳化而成的多孔網狀結構。種類：粉末活性炭、顆粒活性炭、錦綸活性炭。一般來說，吸附量主要受小孔支配，但對于分子量（或分子直徑）較大的吸附質，小孔幾乎不起作用。活性炭的吸附能力與其所處的溶液和待吸附物質的性質有關。一般來說，活性炭的吸附能力在水溶液中最強，在有機溶劑中較弱。活性炭具有非極性的表面，可以吸附非極性物質?；钚蕴考瓤捎糜跉庀辔?，又可用于液相吸附。已廣泛用于生化物質分離，例如溶液除臭、去除色素和熱原等雜質以及溶劑回收等。4.吸附劑的哪些特性會影響到吸附過程？答：吸附劑的比表面積(每克吸附劑所具有的表面積)、顆粒度、孔徑、極性對吸附過程的影響很大。5.有哪些吸附條件會影響吸附過程？答：主要有吸附劑的特性、吸附質的性質、溶劑的性質、吸附過程的具體操作條件、吸附質濃度與吸附劑用量、多組分的影響等。6.試列舉常見的吸附劑。答：（1）活性炭（2）白陶土（白土、陶土、高嶺土）（3）磷酸鈣凝膠（4）氫氧化鋁凝膠（5）氧化鋁（6）硅膠（7）滑石粉（8）硅藻土（9）皂土（10）沸石（11）聚酰胺粉（12）大網格聚合物吸附劑第六章離子交換分離技術一．選擇題1.A2.D3.C4.B5.A6.A7.C8.B9.D10.C11.A12.B二．簡答題1．離子交換樹脂怎樣分類？答：按骨架組成分為兩種：（1）人工高聚物作載體的離子交換樹脂；（2）使用多糖作載體的多糖基離子交換樹脂。按樹脂骨架的主要成分分為：(1)聚苯乙烯型樹脂(2)聚苯烯酸型樹脂(3)多乙烯多胺-環(huán)氧氯苯烷型樹脂(4)酚-醛型樹脂按骨架的物理結構來分可分為：(1)凝膠型樹脂（微孔樹脂）(2)大孔型樹脂（大網格樹脂）按活性基團（選擇性）分類可分為：(1)陽離子交換樹脂(2)陰離子交換樹脂2．什么是離子交換樹脂的交聯(lián)度？它對樹脂的性能有何影響？交聯(lián)度如何表示？答：交聯(lián)度是離子交換樹脂樹脂的重要性質之一。交聯(lián)度是指離子交換樹脂中交聯(lián)劑的含量。如在苯乙烯樹脂中，所含二乙烯苯(俗稱“交聯(lián)劑”)的質量百分率。

常用的苯乙烯系樹脂，其交聯(lián)度一般在4％一14％之間，以交聯(lián)度在7％左右的性能比較理想。交聯(lián)度表示方法：

樹脂的交聯(lián)度小，對水的溶脹性好，則樹脂的交聯(lián)網孔大，交換速度快，但樹脂的強度低。反之，當樹脂的交聯(lián)度高時，其交聯(lián)網孔小，樹脂的強度高，但對水的溶脹性差，反應速度慢。3．舉例說明離子交換樹脂的工作過程。答：離子交換樹脂工作過程應為：裝柱——上樣（吸附）——洗滌——洗脫（解吸）——再生。見下圖所示。4．簡述軟水和無鹽水的制備方法？答：軟水的制備：利用鈉型磺酸樹脂除去水中的Ca2+和Mg2+等堿金屬離子后即可制得軟水，其交換反應式為：2RSO3Na

+

Ca2+

(或Mg2+)

→(RSO3

)2Ca2+(或Mg2+)+2Na+失效后的樹脂用10%～15%工業(yè)鹽水再生成鈉型，反復使用。經過鈉型離子交換樹脂床的原水，殘余硬度可降至0.05mol/L以下，甚至可以使硬度完全消除。無鹽水的制備:無鹽水是將原水中的所有溶解性鹽類、游離的酸、堿離子除去。離子交換法制備無鹽水是將原水通過氫型陽離子交換樹脂和羥型陰離子交換樹脂的組合，經過離子交換反應，將水中所有的陰陽離子除去，從而制的純度很高的無鹽水。5.怎樣進行離子交換樹脂的預處理？答：預處理步驟一般為溶脹——浸泡——轉型，溶脹是加入蒸餾水，使其充分溶脹，利用傾倒法將劣質的細小顆粒去除。浸泡就是用8~10倍量的1mol/L鹽酸或NaOH交替浸泡(或攪拌)一次，每次換酸堿前都要用蒸餾水洗至中性。酸堿交替浸泡目的是去除雜質，注意不能直接交替浸泡，這樣會產生酸堿中和反應，產生大量的熱量，從而破壞樹脂。最后，在使用時常用酸、堿或NaCl將樹脂轉變?yōu)橐欢ǖ碾x子形式稱為轉型。陽離子交換樹脂處理成氫型按酸-堿-酸順序處理，處理成鈉型按堿-酸-堿?(或NaCl)順序處理；陰離子交換樹脂處理成羥型按堿-酸-堿順序處理，處理成氯型按酸-堿-酸(或NaCl)順序處理。對于干樹脂的預處理，應先用10%濃食鹽水浸泡，再逐漸稀釋，不能直接放于水中，以免樹脂急劇膨脹而破碎。6．離子交換過程分幾步進行？決定離子交換速度的是哪幾步？答：實際的離子交換過程是由下面五個步驟組成的：①A+自溶液中通過液膜擴散到樹脂表面；②A+穿過樹脂表面向樹脂孔內部擴散,到達有效交換位置；③A+與樹脂內部的活性離子B+進行離子交換；④B+從樹脂內部的活性中心向樹脂表面擴散；⑤B+穿過樹脂表面的液膜進入溶液中。上述五個步驟中，步驟①和⑤、②和④互為可逆過程，擴散速度相同，而擴散方向相反。將步驟①和步驟⑤為外擴散;

步驟②和④稱為內擴散，步驟③稱為交換反應。交換反應速度很快，而擴散速度很慢，離子交換過程的速度主要取決于擴散速度。第七章色譜分離技術一．選擇題1.B2.A3.A4.D5.B6.D7.B8.D9.A10.B11.A12.C二．簡答題1.有一蛋白質混合物，分子量相近，等電點分別為：pIA=9.7，pIB=6.8，pIC=4.5，pID=8.5，pIE=7.0。在高pH時加到QAE-纖維素離子交換柱上。如果用逐步降低洗脫液pH的方法來進行洗脫，請指出各蛋白質的洗脫順序，并說明理由。答：在高pH值緩沖溶液中，能使蛋白質按pI值大小不同形成負電荷，電荷量由低到高依次順序是A>D>E>B>C，因此隨著pH逐漸降低，即H+濃度逐漸增大，中和了pI值由低到高的蛋白質的負電荷，故蛋白質洗脫順序為A>D>E>B>C。2.簡述凝膠色譜的分子篩效應，并舉例說明其在藥物分離純化中的具體應用。答：凝膠是一種不帶電荷的、具有三維空間多孔網狀結構的、呈珠狀顆粒的物質。每個顆粒的細微結構及篩孔的直徑均勻一致，像篩子一樣。直徑大于孔徑的分子將不能進入凝膠內部，便直接沿凝膠顆粒的間隙流出，稱為全排阻。較小的分子在容納它的空隙內，自由出入，造成在柱內保留時間長。這樣，較大的分子先被洗脫下來，而較小的分子后被洗脫下來，從而達到相互分離的目的。凝膠色譜法的應用范圍廣，除了可以用于蛋白質脫鹽、蛋白質分級分離外，還應用于測定球狀蛋白質的分子量，測定的依據是蛋白質分子量的對數與洗脫液體積呈線性關系。先測得幾種標準蛋白質的洗脫體積Ve，并以其分子量對數對洗脫體積Ve作圖得一直線，再測出待測樣品的洗脫體積Ve，查標準曲線即可確定分子量。3.簡述吸附色譜、離子交換色譜及親和色譜的基本原理，并舉例說明其在藥物分離純化中的具體應用。答：吸附色譜法是指混合物樣品隨流動相通過由吸附劑組成的固定相時，吸附劑對不同物質的吸附力不同而使混合物分離的方法。吸附色譜在生物化學和藥學領域有比較廣泛的應用，主要體現在對生物小分子物質的分離。生物小分子物質分子量小，結構和性質比較穩(wěn)定，操作條件要求不太苛刻，其中生物堿、菇類、苷類、色素等次生代謝小分子物質的分離常采用吸附色譜法。吸附色譜法在天然藥物的分離制備中占有很大的比例。離子交換色譜是以離子交換樹脂為固定相，依據流動相中的組分離子與交換劑上的平衡離子進行可逆交換時的結合力大小的差別而進行分離的一種色譜方法。離子交換色譜是目前制藥領域中常用的一種色譜方法，廣泛應用于各種生化物質如氨基酸、蛋白質、糖類、核苷酸等的分離純化。利用生物分子之間的專一性識別或特異性的相互作用的色譜技術稱為親和色譜，其原理是將具有親和力的兩個分子中一個固定在不溶性載體上，利用分子間親和力的特異性和可逆性，對另一個分子進行分離純化。由于親和色譜法具有快速、專一和高效等特點，親和色譜的應用十分廣泛，主要用來純化生物大分子，特別是樣品組分之間的溶解度、分子大小、電荷分布等理化性質差異較小，傳統(tǒng)分離手段有困難的生物大分子。例如，抗原和抗體的分離、干擾素的分離純化等。第八章膜分離技術一．選擇題1.A2.C3.B4.D5.D6.B7.B8.D9.A10.C11.B12.C13.D二．簡答題1.與傳統(tǒng)分離技術相比較膜分離技術的特點是什么?答：（1）膜分離是一個高效分離過程，可以實現高純度的分離﹔（2）大多數膜分離過程不發(fā)生相變化、因此能耗較低；（3）膜分離通常在常溫下進行，特別適合處理熱敏性物料;（4）膜分離設備本身沒有運動的部件，可靠性高，操作、維護都十分方便。2．簡述膜材料組成與分類。答：目前使用的固體分離膜大多數是高分子聚合物膜，近年來又開發(fā)了無機材料分離膜。高聚物膜通常是用纖維素類、聚砜類、聚酰胺類、聚酯類、含氟高聚物等材料制成。無機分離膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金屬膜和分子篩炭膜等。相對于聚合物材料而言，無機材料具有化學和熱穩(wěn)定性非常好的優(yōu)點，不僅可耐高溫消毒、反復沖洗，而且可用熱堿液或強氧化劑清洗，但無機膜價格昂貴，品種和規(guī)格也較少，限制了其廣泛使用。近年來，無機陶瓷膜材料發(fā)展迅猛并進入工業(yè)應用，尤其是在微濾、超濾、膜催化及高溫氣體分離中，充分展示了其化學性質穩(wěn)定、耐高溫、機械強度高等優(yōu)點。膜的種類與功能較多，分類方法也較多，通常按照來源、形態(tài)和結構進行膜的分類。按照膜的分離原理及使用范圍或截留分子量高低，膜又分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜。但普遍采用的是按膜的形態(tài)結構分類，將分離膜分為對稱膜和非對稱膜兩類。3．衡量膜性能的參數有哪些？各具有什么重要意義?答：分離膜是膜過程的核心部件，其性能直接影響著分離效果、操作能耗以及設備的大小。分離膜的性能主要包括兩個方面：透過性能與分離性能。表征膜透過性能的參數是透過速率。膜的透過速率與膜材料的化學特性和分離膜的形態(tài)結構有關，且隨操作推動力的增加而增大。此參數直接決定分離設備的大小。分離膜必須對被分離混合物中各組分具有選擇透過的能力，即具有分離能力，這是膜分離過程得以實現的前提。不同膜分離過程中膜的分離性能有不同的表示方法，如截留率、截留分子量、分離因數等。截留率反映膜對溶質的截留程度，對鹽溶液又稱為脫鹽率；截留分子量表示膜分離性能，截留分子量的高低，在一定程度上反映了膜孔徑的大??；分離因數的大小反映該體系分離的難易程度。4．膜的選擇應考慮哪些方面?答：（1）膜分離過程的選擇首先確定采用哪一種膜分離過程(RO、NF、UF或MF)，以便于后續(xù)膜組件的選擇。（2）分離過程對膜材料的要求化學穩(wěn)定性和機械強度，如膜的耐酸堿性、耐溶劑性、最高耐受溫度、最大承受壓力等。（3）根據被分離物質特性被分離物質的分子大小及結構、荷電性、黏度等。如小分子的濃縮通常采用NF膜或RO膜；大分子的澄清采用UF膜或MF膜。通常認為親水性膜或荷電膜具有較好的抗污染性能，對于生物發(fā)酵液，由于組成復雜，造成膜污染的因素各不相同，應在不同條件下進行篩選。（4）膜孔徑的選擇對膜孔而言，被截留分子的大小要與膜孔有1~2個數量級的差別，或者對膜的截留相對分子質量而言，至少要小于被截留物質分子的5~10倍，才能保證好的回收率?？讖竭x擇過小，易造成膜孔堵塞，不僅不會得到高膜通量，而且會造成膜清洗困難。（5）對膜分離特性的要求分離特性好與膜通量有時是矛盾的。截留率大、截留分子量小的膜往往透過量低。因此，在選擇膜時需在兩者之間做出權衡。（6）經濟可行性要求性價比高，投資及能源消耗等方面綜合考慮。根據以上幾個方面進行膜的初選后，膜的最終選擇還要通過小試、中試甚至實際的生產應用來確定。5.常見的膜組件有哪些形式?答：膜組件是將一定膜面積的膜以某種形式組裝在一起的器件，在其中實現混合物的分離。常用的膜組件有板框式、螺旋卷式、管式和中空纖維式。6.什么是濃差極化現象?該如何減小?答：對于壓力推動的膜過程，無論是超濾與微濾，還是反滲透，在操作中都存在濃差極化現象。在操作過程中，由于膜的選擇透過性，被截留組分在膜料液側表面都會積累形成濃度邊界層，其濃度大大高于料液的主體濃度，在膜表面與主體料液之間濃度差的作用下，將導致溶質從膜表面向主體的反向擴散，這種現象稱為濃差極化。減小濃差極化措施的本質是提高傳質系數K。①提高料液的流速，提高傳質系數；②在料液的流通內，設置湍流促進器，增強料液湍流程度，提高傳質系數；③適當提高料液溫度，對于液體來說，提高溫度，黏度降低(氣體除外)，有利于提高傳質系數。7．如何防治膜污染?答：減輕濃差極化與膜污染的途徑主要有：（1）對原料液進行預處理，除去料液中的大顆粒；（2）增加料液的流速或在組件中加內插件以增加湍動程度，減薄邊界層厚度；（3）定期對膜進行反沖和清洗。第九章濃縮技術一、選擇題1.D2.C3.A4.A5.B6.B7.D8.B9.C10.D二、簡答題1．簡述影響蒸發(fā)濃縮的因素。答：傳熱面積、傳熱溫度差、傳熱系數以及與二次蒸汽的氣化潛熱2．簡述減壓蒸發(fā)濃縮的特點。答：減壓濃縮的特點是①適用于熱敏性溶液和不耐高溫的溶液，即減少或防止熱敏性物質的分解；②增大傳熱溫度差，蒸發(fā)效率提高；③能不斷的排除溶劑蒸汽，有利于蒸發(fā)順利進行；④對熱源的要求降低，可利用低壓蒸汽或廢氣加熱，能回收乙醇等有機溶劑。然而，藥液隨著溶液沸點降低使黏度增大，對傳熱過程不利。另外，需要增加真空裝置，并增加了能量的消耗。3．簡述真空濃縮罐的分類及其結構。答：制藥生產中減壓裝置常采用真空濃縮罐。根據濃縮罐的形狀不同有圓柱形真空濃縮、球形真空濃縮罐和錐形真空濃縮罐；根據換熱器的形式不同，可分為夾套式濃縮罐、盤管式濃縮罐和薄膜濃縮罐。（1）通用式濃縮罐該濃縮罐由加熱室和蒸發(fā)室組成。①加熱室：由加熱管、中央降液管和上下管板組成。中央降液管的作用是形成內循環(huán)，它的內截面積是加熱管總內截面積的0.25倍。上下管板的作用是將物料和蒸汽分開。②蒸發(fā)室：在加熱室上方有一定空間，保證藥液有足夠的蒸發(fā)空間，便于汽液進行分離，防止藥液被二次蒸汽帶走，故有一定的高度要求，即不應小于從沸騰表面被蒸汽帶出液滴升高的距離，另外，還要考慮清洗、維修加熱管的需要，一般取加熱管長的1.1~1.5倍。（2）夾套式真空濃縮罐采用夾套方式通入蒸汽間接加熱，由圓筒形夾套殼體、汽液分離器、真空系統(tǒng)等部分組成。對于黏稠的物料，可設置攪拌裝置，在下鍋體外壁有一夾套，在夾套間通入加熱蒸汽，對罐內藥液進行濃縮，同時通過橫臥在下罐體的攪拌器不斷進行攪拌。攪拌以強化流動，不斷更新加熱接觸表面的藥液，從而提高濃縮效果和保證產品質量。溶劑在低壓條件下蒸發(fā)。二次蒸汽從頂部排出，經冷凝器冷凝回收。該濃縮罐優(yōu)點是結構簡單，操作控制容易；缺點是加熱面積小，生產能力低，不能連續(xù)生產。（3）盤管式真空濃縮罐盤管式真空濃縮罐是制藥廠較早采用的一種真空單效濃縮裝置。在罐體內有盤管，管內通加熱蒸汽，對物料加熱。盤管一般由4-5組分層排列，每組有1-3圈。盤管的蒸汽進口和凝結水出口有兩種形式：①盤管多采用扁平橢圓形截面，以減少罐內流體自然循環(huán)阻力，而且便于清洗。②各層盤管單獨用閥門控制，可根據藥液面來調節(jié)加熱面。（4）薄膜式真空濃縮罐在減壓條件下，使液體形成薄膜后實現快速蒸發(fā)的裝置。薄膜蒸發(fā)器由預熱器、加熱室、汽液分離器三部分組成，按照蒸發(fā)器的結構形式及成膜原因可分為管式、套管式（自然循環(huán)）、板式、刮板式、離心式等薄膜蒸發(fā)器。按照料液流動方向不同，可分為升膜式、降膜式和升降膜式等。4．簡述薄膜蒸發(fā)濃縮的特點。答：薄膜蒸發(fā)器的特點是①浸提液的受熱溫度低，濃縮速度快，受熱時間短；②具有極大的氣化表面，不受液體靜壓和過熱影響，成分不易被破壞；③能連續(xù)操作，可在常壓或減壓下進行；④能將溶劑回收重復使用。5．簡述MVR蒸發(fā)濃縮的工作原理。答：MVR蒸發(fā)濃縮工作原理是將蒸發(fā)器產生的二次蒸汽，通過壓縮機的絕熱壓縮，使其壓力、溫度提高后，再作為加熱蒸汽送入蒸發(fā)器的加熱室，冷凝放熱，因此蒸汽的潛熱得到了回收利用。原料液在進入蒸發(fā)器前，通過熱交換器吸收了冷凝水的熱量，使之溫度升高，同時也冷卻了冷凝液和完成液，進一步提高熱的利用率。6．簡述冷凍濃縮的原理。答：冷凍濃縮的主要原理是溶劑在低溫下形成冰晶固體，而溶質還停留在溶液中，通過離心或過濾，去除冰晶溶劑，從而實現濃縮。第十章結晶技術一、選擇題1.B2.B3.A4.D5.A6.A7.A8.C9.C10.CBAD二、簡答題1.為什么晶體產品具有較高的純度？答：結晶過程具有高度的選擇性，析出晶體純度較高。2.結晶的首要條件是什么？制備