8-1 新型分離技術(shù)簡(jiǎn)介(一)

第八章、新型分離技術(shù)簡(jiǎn)介1、電泳分離2、膜分離3、磁分離4、手性分離技術(shù)5、分子烙印技術(shù)6、氣浮分離法7、新型萃取技術(shù)2023最新整理收集do

something一、毛細(xì)管電泳分離法

（capillaryelectrophoresis,CE）1、簡(jiǎn)介2、基本原理（與HPLC的比較）3、儀器結(jié)構(gòu)4、分離機(jī)理及分類5、應(yīng)用1、毛細(xì)管電泳的簡(jiǎn)介

1981年Jorgenson和Lukacs首先提出在75um內(nèi)徑毛細(xì)管柱內(nèi)用高電壓進(jìn)行分離,創(chuàng)立了現(xiàn)代毛細(xì)管電泳。1984年Terabe等建立了膠束毛細(xì)管電動(dòng)力學(xué)色譜。1987年Cohen和Karger提出了毛細(xì)管凝膠電泳。1988～1989年出現(xiàn)了第一批毛細(xì)管電泳商品儀器。國(guó)內(nèi)最早是由竺安教授在1980年提出來的，他先后在中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所和浙江大學(xué)建立了兩個(gè)研究組。1992年CE開始受到國(guó)內(nèi)廣泛重視，發(fā)展很快。

毛細(xì)管電泳是一類以毛細(xì)管為分離通道、以高壓直流電場(chǎng)為驅(qū)動(dòng)力的新型液相分離技術(shù)。毛細(xì)管電泳實(shí)際上包含電泳、色譜及其交叉內(nèi)容，它使分析化學(xué)得以從微升水平進(jìn)入納升水平，并使單細(xì)胞分析，乃至單分子分析成為可能。長(zhǎng)期困擾我們的生物大分子如蛋白質(zhì)的分離分析也因此有了新的轉(zhuǎn)機(jī)。短短幾年內(nèi),由于CE符合了以生物工程為代表的生命科學(xué)各領(lǐng)域中對(duì)多肽、蛋白質(zhì)(包括酶，抗體)、核苷酸乃至脫氧核糖核酸(DNA)的分離分析要求,得到了迅速的發(fā)展。2、基本原理

電泳分離是在電解質(zhì)溶液中，位于電場(chǎng)中的帶電離子在電場(chǎng)力的作用下，以不同的速度向其所帶電荷相反的電極方向遷移的現(xiàn)象。不同分子所帶電荷性質(zhì)、多少不同，形狀、大小各異。受電場(chǎng)作用，樣本中各組分按一定速度遷移，從而形成電泳。經(jīng)典電泳分離法的不足：所用分離柱的柱徑大，柱較短，分離效率不高（遠(yuǎn)低于HPLC），溫度影響大。高效毛細(xì)管電泳在技術(shù)上采取了兩項(xiàng)重要改進(jìn)。

高效毛細(xì)管電泳在技術(shù)上采取了兩項(xiàng)重要改進(jìn)：

一是采用了0.05mm內(nèi)徑的毛細(xì)管；二是采用了高達(dá)數(shù)千伏的電壓。毛細(xì)管的采用使產(chǎn)生的熱量能夠較快散發(fā)，大大減小了溫度效應(yīng)，使電場(chǎng)電壓可以很高。電壓升高，電場(chǎng)推動(dòng)力大，又可進(jìn)一步使柱徑變小，柱長(zhǎng)增加，高效毛細(xì)管電泳的柱效遠(yuǎn)高于高效液相色譜，理論塔板數(shù)高達(dá)幾十萬塊/米，特殊柱子可以達(dá)到數(shù)百萬。CE與普通電泳比較：

CE和普通電泳相比,由于其采用高電場(chǎng),因此分離速度要快得多；一般電泳定量精度差,而CE和HPLC相近；CE操作自動(dòng)化程度比普通電泳要高得多。

CE的優(yōu)點(diǎn)：高靈敏度:常用紫外檢測(cè)器的檢測(cè)限可達(dá)10-13～10-15mol,激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器則達(dá)10-19～10-21mol，檢測(cè)器則除了未能和原子吸收及紅外光譜連接以外,其它類型檢測(cè)器均已和CE實(shí)現(xiàn)了連接檢測(cè)；

高分辨率:其每米理論塔板數(shù)為幾十萬；高者可達(dá)幾百萬乃至千萬,而HPLC一般為幾千到幾萬；

高速度:最快可在60s內(nèi)完成,在250s內(nèi)分離10種蛋白質(zhì),1.7min分離19種陽離子,3min內(nèi)分離30種陰離子；樣品少:只需nl(10-9L)級(jí)的進(jìn)樣量；成本低:只需少量(幾毫升)流動(dòng)相和價(jià)格低廉的毛細(xì)管。由于以上優(yōu)點(diǎn)以及分離生物大分子的能力,使CE成為近年來發(fā)展最迅速的分離分析方法之一。

當(dāng)然CE還是一種正在發(fā)展中的技術(shù),有些理論研究和實(shí)際應(yīng)用正在進(jìn)行與開發(fā)。

CE與HPLC比較：

CE是經(jīng)典電泳技術(shù)和現(xiàn)代微柱分離相結(jié)合的產(chǎn)物。

CE和高效液相色譜法(HPLC)相比,其相同處在于都是高效分離技術(shù),儀器操作均可自動(dòng)化,且二者均有多種分離模式。二者之間的差異在于：CE用遷移時(shí)間取代HPLC中的保留時(shí)間,

CE的分析時(shí)間通常不超過30min,比HPLC速度快；對(duì)CE而言,從理論上推得其理論塔板高度和溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)成正比,對(duì)擴(kuò)散系數(shù)小的生物大分子而言,其柱效就要比HPLC高得多；

CE所需樣品為nl級(jí),流動(dòng)相用量也只需幾毫升,而HPLC所需樣品為μl級(jí),流動(dòng)相則需幾百毫升乃至更多；但CE僅能實(shí)現(xiàn)微量制備,而HPLC可作常量制備。缺點(diǎn)與不足：進(jìn)樣不夠方便;應(yīng)用范圍相對(duì)較窄。分析陰離子時(shí)，由陰極進(jìn)樣，在陽極檢測(cè)。但電滲流方向與陰離子受電場(chǎng)力作用移動(dòng)方向相反，出峰時(shí)間較長(zhǎng)。3、儀器結(jié)構(gòu)1－溫度控制系統(tǒng)；2－高壓電源；3－高壓電極槽；4－毛細(xì)管；5－檢測(cè)器；6－低壓電極槽；7－鉑絲電極；8－記錄/數(shù)據(jù)處理毛細(xì)管電泳儀

4、分離機(jī)理4.1

電泳現(xiàn)象與電滲流現(xiàn)象電泳現(xiàn)象：帶電離子在電場(chǎng)作用下的遷移，速度ν電泳電滲流現(xiàn)象：玻璃表面存在硅羥基,pH>3時(shí),形成雙電層，在高電場(chǎng)的作用下引起柱中的溶液整體向負(fù)極移動(dòng)，速度ν電滲流。（EOF）電泳與電滲流示意圖：4.2分離過程電場(chǎng)作用下，柱中出現(xiàn)電泳現(xiàn)象和電滲流現(xiàn)象。帶電粒子的遷移速度=電泳和電滲流兩種速度的矢量和。正離子：兩種效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方向一致，在負(fù)極最先流出；中性粒子：無電泳現(xiàn)象，受電滲流影響,在陽離子后流出;陰離子:兩種效應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方向相反,ν電滲流>ν電泳時(shí),陰離子在負(fù)極最后流出。

在這種情況下,不但可以按類分離,除中性粒子外,而且同種類離子由于受到的電場(chǎng)力大小不一樣也同時(shí)被相互分離。4.3影響柱效的因素及改進(jìn)方法熱效應(yīng)：焦耳熱仍是影響柱效的主要因素。采用外部冷卻的方法散熱，擇合適的電壓和電解質(zhì)也是提高柱效的有效途徑。選擇合適的電解質(zhì)降低電阻，電流低于200微安，一般幾十微安。電滲流控制：電滲流的大小和方向依賴于毛細(xì)管壁與溶液間電勢(shì)的極性和大小。使用添加劑可以改變電滲流的大小和方向，如添加NaCl和甲醇可降低電滲流；加入乙腈則可以增大電滲流。加入反轉(zhuǎn)劑,則可以改變電滲流的方向。由于CE還是一種正在發(fā)展中的技術(shù),有些理論研究和實(shí)際應(yīng)用正在進(jìn)行與開發(fā)。

4.4分離類型/操作方式：(1)毛細(xì)管區(qū)帶電泳（CZE）

最普遍、最基本的一種分離模式。(2)毛細(xì)管凝膠電泳（CGE）

將聚丙烯酰胺在毛細(xì)管柱內(nèi)交聯(lián)生成凝膠。其具有多孔性，類似分子篩的作用，試樣分子按大小分離。能夠有效減小組分?jǐn)U散，所得峰型尖銳，分離效率高?？煞蛛x測(cè)定蛋白質(zhì)、DNA等。(3)毛細(xì)管膠束電動(dòng)色譜（MECC）

在緩沖溶液中加入離子型表面活性劑，形成一疏水內(nèi)核、外部帶負(fù)電的膠束。在電場(chǎng)力的作用下，膠束在柱中移動(dòng)。由于電泳流和電滲流的方向相反，且ν電滲流>ν電泳，則帶負(fù)電的膠束以較慢的速度向負(fù)極方向移動(dòng)，中性試樣分子在膠束相和溶液（水相）兩相間分配，疏水性強(qiáng)的組分與膠束結(jié)合的較牢，流出時(shí)間長(zhǎng)。可用來分離中性物質(zhì)，擴(kuò)展了高效毛細(xì)管電泳的應(yīng)用范圍。5.毛細(xì)管電泳的應(yīng)用

自人類基因組計(jì)劃提出以來，DNA的快速測(cè)序一直是研究熱門課題。到目前為止，新的高速測(cè)序方法有兩類，一是基于DNA雜交的探針陣列或DNA芯片技術(shù)，另一種就是陣列毛細(xì)管電泳。CE在藥物制劑分析中的應(yīng)用藥物制劑中成分復(fù)雜，除含有有效成分外，往往還含有一些有效成分的穩(wěn)定劑或保護(hù)劑，一般幾毫克的有效成分需要幾十毫克的基體。CE法具有能排除高含量復(fù)雜基體干擾、檢測(cè)痕量成分的能力，且樣品只需經(jīng)簡(jiǎn)單預(yù)處理即可分析其有效成分含量，已廣泛應(yīng)用于片劑、注射劑、糖漿及復(fù)方制劑等主藥成分的定量測(cè)定。

CE在藥物雜質(zhì)檢查中的應(yīng)用:藥物合成中帶入的雜質(zhì)和藥物的降解產(chǎn)物通常與藥物有相似的結(jié)構(gòu)，而且一般含量很低。CE作為藥物的雜質(zhì)痕量組分分析方法，具有多組分、低含量和同時(shí)分離分析能力，故可以用毛細(xì)管電泳作為藥物雜質(zhì)的檢測(cè)手段及藥物生產(chǎn)過程全方位控制與檢測(cè)，以保證藥物質(zhì)量，提高工藝水平,己有文獻(xiàn)報(bào)道.CE在手性藥物分析中的應(yīng)用

手性藥物的每個(gè)對(duì)映異構(gòu)體在生物環(huán)境中表現(xiàn)出不同的藥效作用，在藥物吸收、分布、代謝、排泄等方面存在立體選擇性差異。CE因其高效、快速、選擇性強(qiáng)的特點(diǎn)而成為目前最有效的手性拆分方法。各種CE分離模式皆可用于對(duì)映異構(gòu)體分離，因此手性拆分成為CE應(yīng)用最活躍、最獨(dú)特的領(lǐng)域。CE在中藥分析中的應(yīng)用中藥品種繁多、藥材產(chǎn)地各異、成分復(fù)雜，無論是藥材還是成藥的分析，都是一項(xiàng)非常艱難的任務(wù)。中藥分析往往只是對(duì)藥材和成藥成百上千個(gè)成分中的一個(gè)或幾個(gè)成分的分析，實(shí)際只是一種象征性的代表式分析，與之起化學(xué)和藥理效應(yīng)的實(shí)際組合成分相比，仍有相當(dāng)大的距離。CE技術(shù)有希望解決長(zhǎng)期困擾中藥質(zhì)量控制中的重大難題。近年，報(bào)道CE分析中藥材已有18種、成藥70種和有效成分120個(gè)以上。毛細(xì)管電泳法已經(jīng)廣泛應(yīng)用到中藥有效成分的分離和含量測(cè)定中，如生物堿、黃酮類、有機(jī)酸類、酚類、苷類、蒽醌類、香豆素類等。生物樣本中的藥物及其代謝產(chǎn)物分析

生物體內(nèi)藥物及其代謝物的隨時(shí)間與位置分布研究，即藥物動(dòng)力學(xué)分析，在臨床醫(yī)學(xué)中有重要意義。近年來，用毛細(xì)管電泳法進(jìn)行生物樣本中的藥物及其代謝產(chǎn)物的分析已成為研究熱點(diǎn)。已有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)用CE法監(jiān)測(cè)腺昔及其代謝物含量變化；用CE法測(cè)定人血漿中的優(yōu)降糖、甲福明二甲雙肌、苯乙雙肌含量；用CE一化學(xué)發(fā)光法檢測(cè)人尿中兒茶酚胺的含量；CE法測(cè)定血漿中蛋氨酸的含量；用CE-電導(dǎo)法檢測(cè)血清中的丙戊酸含量。

二、膜分離技術(shù)

1、簡(jiǎn)介（發(fā)展與特點(diǎn)）2、基本原理3、膜材料的分類與制備4、膜分離技術(shù)與應(yīng)用1、膜分離技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1、發(fā)展簡(jiǎn)史

高分子膜的分離功能很早就已發(fā)現(xiàn)。1748年，耐克特（A.Nelkt）發(fā)現(xiàn)水能自動(dòng)地?cái)U(kuò)散到裝有酒精的豬膀胱內(nèi)，開創(chuàng)了膜滲透的研究。1861年，施密特（A.Schmidt）首先提出了超過濾的概念。他提出，用比濾紙孔徑更小的棉膠膜或賽璐酚膜過濾時(shí)，若在溶液兩側(cè)施加壓力，使膜的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，即可分離溶液中的細(xì)菌、蛋白質(zhì)、膠體等微小粒子，其精度比濾紙高得多。這種過濾可稱為超過濾。按現(xiàn)代觀點(diǎn)看，這種過濾應(yīng)稱為微孔過濾。真正意義上的分離膜出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。1961年，米切利斯（A.S.Michealis）等人用各種比例的酸性和堿性的高分子電介質(zhì)混合物以水—丙酮—溴化鈉為溶劑，制成了可截留不同分子量的膜，這種膜是真正的超過濾膜。美國(guó)Amicon公司首先將這種膜商品化。50年代初，為從海水或苦咸水中獲取淡水，開始了反滲透膜的研究。1967年，DuPont公司研制成功了以尼龍—66為主要組分的中空纖維反滲透膜組件。同一時(shí)期，丹麥DDS公司研制成功平板式反滲透膜組件。反滲透膜開始工業(yè)化，首先出現(xiàn)的分離膜是超過濾膜（簡(jiǎn)稱UF膜）、微孔過濾膜（簡(jiǎn)稱MF膜）和反滲透膜（簡(jiǎn)稱RO膜）。以后又開發(fā)了許多其它類型的分離膜。80年代氣體分離膜的研制成功，使功能膜的地位又得到了進(jìn)—步提高。1.2膜分離的特點(diǎn)

膜分離技術(shù)是利用膜對(duì)混合物中各組分的選擇滲透性能的差異來實(shí)現(xiàn)分離、提純和濃縮的新型分離技術(shù)。膜分離過程的共同優(yōu)點(diǎn)是成本低、能耗少、效率高、無污染并可回收有用物質(zhì)，特別適合于性質(zhì)相似組分、同分異構(gòu)體組分、熱敏性組分、生物物質(zhì)組分等混合物的分離，因而在某些應(yīng)用中能代替蒸餾、萃取、蒸發(fā)、吸附等化工單元操作。實(shí)踐證明，當(dāng)不能經(jīng)濟(jì)地用常規(guī)的分離方法得到較好的分離時(shí)，膜分離作為一種分離技術(shù)往往是非常有用的。并且膜技術(shù)還可以和常規(guī)的分離方法結(jié)合起來使用，使技術(shù)投資更為經(jīng)濟(jì)。

膜分離過程沒有相的變化(滲透蒸發(fā)膜除外)，常溫下即可操作；由于避免了高溫操作，所濃縮和富集物質(zhì)的性質(zhì)不容易發(fā)生變化，因此在膜分離過程食品、醫(yī)藥等行業(yè)使用具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)；膜分離裝置簡(jiǎn)單、操作容易，對(duì)無機(jī)物、有機(jī)物及生物制品均可適用，并且不產(chǎn)生二次污染。由于上述優(yōu)點(diǎn)，近二三十年來，膜科學(xué)和膜技術(shù)發(fā)展極為迅速，目前已成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科技和人民日常生活中不可缺少的分離方法，越來越廣泛地應(yīng)用于化工、環(huán)保、食品、醫(yī)藥、電子、電力、冶金、輕紡、海水淡化等領(lǐng)域。2、基本原理

分離膜是指能以特定形式限制和傳遞流體物質(zhì)的分隔兩相或兩部分的界面。膜的形式可以是固態(tài)的，也可以是液態(tài)的。被膜分割的流體物質(zhì)可以是液態(tài)的，也可以是氣態(tài)的。膜至少具有兩個(gè)界面，膜通過這兩個(gè)界面與被分割的兩側(cè)流體接觸并進(jìn)行傳遞。分離膜對(duì)流體可以是完全透過性的，也可以是半透過性的。膜分離過程的主要特點(diǎn)是以具有選擇透過性的膜作為分離的手段，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分子尺寸的分離和混合物組分的分離。膜分離過程的推動(dòng)力有濃度差、壓力差和電位差等。膜分離過程可概述為以下三種形式：①滲析式膜分離

料液中的某些溶質(zhì)或離子在濃度差、電位差的推動(dòng)下，透過膜進(jìn)入接受液中，從而被分離出去。屬于滲析式膜分離的有滲析和電滲析等；②過濾式膜分離利用組分分子的大小和性質(zhì)差別所表現(xiàn)出透過膜的速率差別，達(dá)到組分的分離。屬于過濾式膜分離的有超濾、微濾、反滲透和氣體滲透等③液膜分離液膜與料液和接受液互不混溶，液液兩相通過液膜實(shí)現(xiàn)滲透，類似于萃取和反萃取的組合。溶質(zhì)從料液進(jìn)入液膜相當(dāng)于萃取，溶質(zhì)再?gòu)囊耗みM(jìn)入接受液相當(dāng)于反萃取。幾種主要分離膜的分離過程膜過程推動(dòng)力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型微濾壓力差顆粒大小形狀水、溶劑溶解物懸浮物顆粒纖維多孔膜超濾壓力差分子特性大小形狀水、溶劑小分子膠體和超過截留分子量的分子非對(duì)稱性膜納濾壓力差離子大小及電荷水、一價(jià)離子、多價(jià)離子有機(jī)物復(fù)合膜反滲透壓力差溶劑的擴(kuò)散傳遞水、溶劑溶質(zhì)、鹽非對(duì)稱性膜復(fù)合膜膜過程推動(dòng)力傳遞機(jī)理透過物截留物膜類型滲析濃度差溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞低分子量物、離子溶劑非對(duì)稱性膜電滲析電位差電解質(zhì)離子的選擇傳遞電解質(zhì)離子非電解質(zhì),大分子物質(zhì)離子交換膜氣體分離

壓力差氣體和蒸汽的擴(kuò)散滲透氣體或蒸汽難滲透性氣體或蒸汽均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)稱膜滲透蒸發(fā)壓力差選擇傳遞易滲溶質(zhì)或溶劑難滲透性溶質(zhì)或溶劑均相膜、復(fù)合膜，非對(duì)稱膜液膜分離濃度差反應(yīng)促進(jìn)和擴(kuò)散傳遞雜質(zhì)溶劑乳狀液膜、支撐液膜3、膜材料

用作分離膜的材料包括天然的和人工合成的有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料。原則上講，凡能成膜的高分子材料和無機(jī)材料均可用于制備分離膜。但實(shí)際上，真正成為工業(yè)化膜的膜材料并不多。這主要決定于膜的一些特定要求，如分離效率、分離速度等。此外，也取決于膜的制備技術(shù)。目前，實(shí)用的有機(jī)高分子膜材料有：纖維素酯類、聚砜類、聚酰胺類及其他材料。從品種來說，已有成百種以上的膜被制備出來，其中約40多種已被用于工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室中。以日本為例，纖維素酯類膜占53％，聚砜膜占33.3％，聚酰胺膜占11.7％，其他材料的膜占2％，可見纖維素酯類材料在膜材料中占主要地位。類別膜材料舉例纖維素酯類纖維素衍生物類醋酸纖維素，硝酸纖維素，乙基纖維素等非纖維素酯類聚砜類聚砜，聚醚砜，聚芳醚砜，磺化聚砜等聚酰(亞)胺類聚砜酰胺，芳香族聚酰胺，含氟聚酰亞胺等聚酯、烯烴類滌綸，聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯腈等含氟(硅)類聚四氟乙烯，聚偏氟乙烯，聚二甲基硅氧烷等其他殼聚糖，聚電解質(zhì)等4、典型的膜分離技術(shù)與應(yīng)用

典型的膜分離技術(shù)有微孔過濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、納濾(NF)、滲析(D)、電滲析(ED)、液膜(LM)及滲透蒸發(fā)(PV)等，下面分別介紹。4.1微孔過濾技術(shù)1.微孔過濾和微孔膜的特點(diǎn)微孔過濾技術(shù)始于十九世紀(jì)中葉，是以靜壓差為推動(dòng)力，利用篩網(wǎng)狀過濾介質(zhì)膜的“篩分”作用進(jìn)行分離的膜過程。實(shí)施微孔過濾的膜稱為微孔膜。

微孔膜是均勻的多孔薄膜，厚度在90～150μm左右，過濾粒徑在0.025～10μm之間，操作壓在0.01～0.2MPa。到目前為止，國(guó)內(nèi)外商品化的微孔膜約有13類，總計(jì)400多種。微孔膜的主要優(yōu)點(diǎn)為：①孔徑均勻，過濾精度高。能將液體中所有大于制定孔徑的微粒全部截留；②孔隙大，流速快。一般微孔膜的孔密度為107孔/cm2，微孔體積占膜總體積的70％～80％。由于膜很薄，阻力小,其過濾速度較常規(guī)過濾介質(zhì)快幾十倍；③無吸附或少吸附。微孔膜厚度一般在90～150μm之間，因而吸附量很少，可忽略不計(jì)。④無介質(zhì)脫落。微孔膜為均一的高分子材料，過濾時(shí)沒有纖維或碎屑脫落，因此能得到高純度的濾液。微孔膜的缺點(diǎn)：①顆粒容量較小，易被堵塞；②使用時(shí)必須有前道過濾的配合，否則無法正常工作。2.微孔過濾技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

（1）微粒和細(xì)菌的過濾?？捎糜谒母叨葍艋?、食品和飲料的除菌、藥液的過濾、發(fā)酵工業(yè)的空氣凈化和除菌等。

（2）微粒和細(xì)菌的檢測(cè)。微孔膜可作為微粒和細(xì)菌的富集器，從而進(jìn)行微粒和細(xì)菌含量的測(cè)定。

（3）氣體、溶液和水的凈化。大氣中懸浮的塵埃、纖維、花粉、細(xì)菌、病毒等；溶液和水中存在的微小固體顆粒和微生物，都可借助微孔膜去除。

（4）食糖與酒類的精制。微孔膜對(duì)食糖溶液和啤、黃酒等酒類進(jìn)行過濾，可除去食糖中的雜質(zhì)、酒類中的酵母、霉菌和其他微生物，提高食糖的純度和酒類產(chǎn)品的清澈度，延長(zhǎng)存放期。由于是常溫操作，不會(huì)使酒類產(chǎn)品變味。（5）藥物的除菌和除微粒。熱壓法滅菌時(shí)，細(xì)菌的尸體仍留在藥品中。而且對(duì)于熱敏性藥物，如胰島素、血清蛋白等不能采用熱壓法滅菌。經(jīng)過微孔膜過濾后，細(xì)菌被截留，無細(xì)菌尸體殘留在藥物中。常溫操作也不會(huì)引起藥物的受熱破壞和變性。許多液態(tài)藥物，如注射液、眼藥水等，用常規(guī)的過濾技術(shù)難以達(dá)到要求，必須采用微濾技術(shù)。4.2超濾技術(shù)

1.超濾和超濾膜的特點(diǎn)超濾技術(shù)始于1861年，其過濾粒徑介于微濾和反滲透之間，約5～10nm，在0.1～0.5MPa的靜壓差推動(dòng)下截留各種可溶性大分子，如多糖、蛋白質(zhì)、酶等相對(duì)分子質(zhì)量大于500的大分子及膠體，形成濃縮液，達(dá)到溶液的凈化、分離及濃縮目的。超濾技術(shù)的核心部件是超濾膜，分離截留的原理為篩分，小于孔徑的微粒隨溶劑一起透過膜上的微孔，而大于孔徑的微粒則被截留。膜上微孔的尺寸和形狀決定膜的分離效率。

超濾膜均為不對(duì)稱膜，形式有平板式、卷式、管式和中空纖維狀等。超濾膜的結(jié)構(gòu)一般由三層結(jié)構(gòu)組成。即最上層的表面活性層，致密而光滑，厚度為0.1～1.5μm，其中細(xì)孔孔徑一般小于10nm；中間的過渡層，具有大于10nm的細(xì)孔，厚度一般為1～10μm；最下面的支撐層，厚度為50～250μm，具有50nm以上的孔。支撐層的作用為起支撐作用，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度。膜的分離性能主要取決于表面活性層和過渡層。

制備超濾膜的材料主要有聚砜、聚酰胺、聚丙烯腈和醋酸纖維素等。超濾膜的工作條件取決于膜的材質(zhì)，如醋酸纖維素超濾膜適用于pH=3～8，三醋酸纖維素超濾膜適用于pH=2～9，芳香聚酰胺超濾膜適用于pH=5～9，溫度0～40℃，而聚醚砜超濾膜的使用溫度則可超過100℃。應(yīng)用:（1）純水的制備。超濾技術(shù)廣泛用于水中的細(xì)菌、病毒和其他異物的除去，用于制備高純飲用水、電子工業(yè)超凈水和醫(yī)用無菌水等。（2）汽車、家具等制品電泳涂裝淋洗水的處理。汽車、家具等制品的電泳涂裝淋洗水中常含有1％～2％的涂料（高分子物質(zhì)），用超濾裝置可分離出清水重復(fù)用于清洗，同時(shí)又使涂料得到濃縮重新用于電泳涂裝。（3）食品工業(yè)中的廢水處理。在牛奶加工廠中用超濾技術(shù)可從乳清中分離蛋白和低分子量的乳糖。（4）果汁、酒等飲料的消毒與澄清。應(yīng)用超濾技術(shù)可除去果汁的果膠和酒中的微生物等雜質(zhì)，使果汁和酒在凈化處理的同時(shí)保持原有的色、香、味，操作方便，成本較低。（5）在醫(yī)藥和生化工業(yè)中用于處理熱敏性物質(zhì)，分離濃縮生物活性物質(zhì)，從生物中提取藥物等。（6）造紙廠的廢水處理。4.3反滲透技術(shù)1.反滲透原理及反滲透膜的特點(diǎn)滲透是自然界一種常見的現(xiàn)象。人類很早以前就已經(jīng)自覺或不自覺地使用滲透或反滲透分離物質(zhì)。目前，反滲透技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一種普遍使用的現(xiàn)代分離技術(shù)。在海水和苦咸水的脫鹽淡化、超純水制備、廢水處理等方面，反滲透技術(shù)有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

滲透和反滲透的原理如圖所示。如果用一張只能透過水而不能透過溶質(zhì)的半透膜將兩種不同濃度的水溶液隔開，水會(huì)自然地透過半透膜滲透從低濃度水溶液向高濃度水溶液一側(cè)遷移，這一現(xiàn)象稱滲透（圖a）。這一過程的推動(dòng)力是低濃度溶液中水的化學(xué)位與高濃度溶液中水的化學(xué)位之差，表現(xiàn)為水的滲透壓。隨著水的滲透，高濃度水溶液一側(cè)的液面升高，壓力增大。當(dāng)液面升高至H時(shí)，滲透達(dá)到平衡，兩側(cè)的壓力差就稱為滲透壓（圖b）。滲透過程達(dá)到平衡后，水不再有滲透，滲透通量為零。滲透與反滲透原理示意圖

如果在高濃度水溶液一側(cè)加壓，使高濃度水溶液側(cè)與低濃度水溶液側(cè)的壓差大于滲透壓，則高濃度水溶液中的水將通過半透膜流向低濃度水溶液側(cè)，這一過程就稱為反滲透（圖c）。

反滲透技術(shù)所分離的物質(zhì)的分子量一般小于500，操作壓力為2～100MPa。

用于實(shí)施反滲透操作的膜為反滲透膜。反滲透膜大部分為不對(duì)稱膜，孔徑小于0.5nm，可截留溶質(zhì)分子。制備反滲透膜的材料主要有醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚苯并咪唑、磺化聚苯醚、聚芳砜、聚醚酮、聚芳醚酮、聚四氟乙烯等。

反滲透膜的分離機(jī)理至今尚有許多爭(zhēng)論，主要有氫鍵理論、選擇吸附—毛細(xì)管流動(dòng)理論、溶解擴(kuò)散理論等。2.反滲透與超濾、微孔過濾的比較

反滲透、超濾和微孔過濾都是以壓力差為推動(dòng)力使溶劑通過膜的分離過程，它們組成了分離溶液中的離子、分子到固體微粒的三級(jí)膜分離過程。一般來說，分離溶液中分子量低于500的低分子物質(zhì)，應(yīng)該采用反滲透膜；分離溶液中分子量大于500的大分子或極細(xì)的膠體粒子可以選擇超濾膜，而分離溶液中的直徑0.1～10μm的粒子應(yīng)該選微孔膜。以上關(guān)于反滲透膜、超濾膜和微孔膜之間的分界并不是十分嚴(yán)格、明確的，它們之間可能存在一定的相互重疊。反滲透、超濾和微孔過濾技術(shù)的原理和操作特點(diǎn)比較分離技術(shù)類型反滲透超濾微孔過濾膜的形式表面致密的非對(duì)稱膜、復(fù)合膜等非對(duì)稱膜，表面有微孔微孔膜膜材料纖維素、聚酰胺等聚丙烯腈、聚砜等纖維素、PVC等操作壓力/MPa2～1000.1～0.50.01～0.2分離的物質(zhì)分子量小于500的小分子物質(zhì)分子量大于500的大分子和細(xì)小膠體微粒0.1～10μm的粒子分離機(jī)理非簡(jiǎn)單篩分，膜的物化性能對(duì)分離起主要作用篩分，膜的物化性能對(duì)分離起一定作用篩分，膜的物理結(jié)構(gòu)對(duì)分離起決定作用水的滲透通量/(m3.m-2.d-1)0.1～2.50.5～520～2003.反滲透膜技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域反滲透膜最早應(yīng)用于苦咸水淡化。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，反滲透技術(shù)已擴(kuò)展到化工、電子及醫(yī)藥等領(lǐng)域。反滲透過程主要是從水溶液中分離出水，分離過程無相變化，不消耗化學(xué)藥品，這些基本特征決定了它以下的應(yīng)用范圍。（1）海水、苦咸水的淡化制取生活用水，硬水軟化制備鍋爐用水，高純水的制備。近年來，反滲透技術(shù)在家用飲水機(jī)及直飲水給水系統(tǒng)中的應(yīng)用更體現(xiàn)了其優(yōu)越性。（2）在醫(yī)藥、食品工業(yè)中用以濃縮藥液、果汁、咖啡浸液等。與常用的冷凍干燥和蒸發(fā)脫水濃縮等工藝比較，反滲透法脫水濃縮成本較低，而且產(chǎn)品的療效、風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)等均不受影響。（3）印染、食品、造紙等工業(yè)中用于處理污水，回收利用廢業(yè)中有用的物質(zhì)等。?4.4納濾技術(shù)1.納濾膜的特點(diǎn)

納濾膜是八十年代在反滲透復(fù)合膜基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，是超低壓反滲透技術(shù)的延續(xù)和發(fā)展分支，早期被稱作低壓反滲透膜或松散反滲透膜。目前，納濾膜已從反滲透技術(shù)中分離出來，成為獨(dú)立的分離技術(shù)。納濾膜主要用于截留粒徑在0.1～1nm，分子量為1000左右的物質(zhì)，可以使一價(jià)鹽和小分子物質(zhì)透過，具有較小的操作壓（0.5～1MPa）。其被分離物質(zhì)的尺寸介于反滲透膜和超濾膜之間，但與上述兩種膜有所交叉。目前關(guān)于納濾膜的研究多集中在應(yīng)用方面，而有關(guān)納濾膜的制備、性能表征、傳質(zhì)機(jī)理等的研究還不夠系統(tǒng)、全面。進(jìn)一步改進(jìn)納濾膜的制作工藝，研究膜材料改性，將可極大提高納濾膜的分離效果與清洗周期。2.納濾膜及其技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

納濾技術(shù)最早也是應(yīng)用于海水及苦咸水的淡化方面。由于該技術(shù)對(duì)低價(jià)離子與高價(jià)離子的分離特性良好，因此在硬度高和有機(jī)物含量高、濁度低的原水處理及高純水制備中頗受矚目；在食品行業(yè)中，納濾膜可用于果汁生產(chǎn)，大大節(jié)省能源；在醫(yī)藥行業(yè)可用于氨基酸生產(chǎn)、抗生素回收等方面；在石化生產(chǎn)的催化劑分離回收等方面更有著不可比擬的作用。4.5離子交換膜4.5.1.離子交換膜的分類

（1）按可交換離子性質(zhì)分類與離子交換樹脂類似，離子交換膜按其可交換離子的性能可分為陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極離子交換膜。這三種膜的可交換離子分別對(duì)映為陽離子、陰離子和陰陽離子。（2）按膜的結(jié)構(gòu)和功能分類按膜的結(jié)構(gòu)與功能可將離子交換膜分為普通離子交換膜、雙極離子交換膜和鑲嵌膜三種。普通離子交換膜一般是均相膜，利用其對(duì)一價(jià)離子的選擇性滲透進(jìn)行海水濃縮脫鹽；雙極離子交換膜由陽離子交換層和陰離子交換層復(fù)合組成，主要用于酸或堿的制備；鑲嵌膜由排列整齊的陰、陽離子微區(qū)組成，主要用于高壓滲析進(jìn)行鹽的濃縮、有機(jī)物質(zhì)的分離等。4.5.2.離子交換膜的工作原理（1）電滲析在鹽的水溶液（如氯化鈉溶液）中置入陰、陽兩個(gè)電極，并施加電場(chǎng)，則溶液中的陽離子將移向陰極，陰離子則移向陽極，這一過程稱為電泳。如果在陰、陽兩電極之間插入一張離子交換膜（陽離子交換膜或陰離子交換膜），則陽離子或陰離子會(huì)選擇性地通過膜，這一過程就稱為電滲析。

電滲析的核心是離子交換膜。在直流電場(chǎng)的作用下，以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質(zhì)從溶液中分離出來，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化、濃縮及鈍化；也可通過電滲析實(shí)現(xiàn)鹽的電解，制備氯氣和氫氧化鈉等。（2）膜電解膜電解的基本原理可以通過NaCl水溶液的電解來說明。在兩個(gè)電極之間加上一定電壓，則陰極生成氯氣，陽極生成氫氣和氫氧化鈉。陽離子交換膜允許Na+滲透進(jìn)入陽極室，同時(shí)阻攔了氫氧根離子向陰極的運(yùn)動(dòng)，在陽極室的反應(yīng)是：2Na++2H2O+2e=2NaOH+H2在陰極室的反應(yīng)為：2Cl－－2e=Cl2用氟代烴單極或雙極膜制備的的電滲析器已成為用于制備氫氧化鈉的主要方法，取代了其他制備氫氧化鈉的方法。如果在膜的一面涂上一層陰極的催化劑，在另一面涂一層陽極催化，在這兩個(gè)電極上加上一定的電壓，則可電解水，在陽極產(chǎn)生氫氣，而在陰極產(chǎn)生氧氣。4.5.3.電滲析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

自電滲析技術(shù)問世后，其在苦咸水淡化，飲用水及工業(yè)用水制備方面展示了巨大的優(yōu)勢(shì)。隨著電滲析理論和技術(shù)研究的深入，我國(guó)在電滲析主要裝置部件及結(jié)構(gòu)方面都有巨大的創(chuàng)新，僅離子交換膜產(chǎn)量就占到了世界的1/3。我國(guó)的電滲析裝置主要由國(guó)家海洋局杭州水處理技術(shù)開發(fā)中心生產(chǎn)，現(xiàn)可提供200m3/d規(guī)模的海水淡化裝置。電滲析技術(shù)在食品工業(yè)、化工及工業(yè)廢水的處理方面也發(fā)揮著重要的作用。特別是與反滲透、納濾等精過濾技術(shù)的結(jié)合，在電子、制藥等行業(yè)的高純水制備中扮演重要角色。

此外，離子交換膜還大量應(yīng)用于氯堿工業(yè)。全氟磺酸膜（Nafion）以化學(xué)穩(wěn)定性著稱，是目前為止唯一能同時(shí)耐40％NaOH和100℃溫度的離子交換膜，因而被廣泛應(yīng)用作食鹽電解制備氯堿的電解池隔膜。全氟磺酸膜還可用作燃料電池的重要部件。燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苄首罡叩哪茉矗赡艹蔀?1世紀(jì)的主要能源方式之一。經(jīng)多年研制，Nafion膜已被證明是氫氧燃料電池的實(shí)用性質(zhì)子交換膜，并已有燃料電池樣機(jī)在運(yùn)行。但Nafion膜價(jià)格昂貴（700美元/m2），故近年來正在加速開發(fā)磺化芳雜環(huán)高分子膜，用于氫氧燃料電池的研究，以期降低燃料電池的成本。4.6滲透蒸發(fā)4.6.1滲透蒸發(fā)的特點(diǎn)滲透蒸發(fā)的實(shí)質(zhì)是利用高分子膜的選擇性透過來分離液體混合物。由高分子膜將裝置分為兩個(gè)室，上側(cè)為存放待分離混合物的液相室，下側(cè)是與真空系統(tǒng)相連接或用惰性氣體吹掃的氣相室?；旌衔锿ㄟ^高分子膜的選擇滲透，其中某一組分滲透到膜的另一側(cè)。由于在氣相室中該組分的蒸氣分壓小于其飽和蒸氣壓，因而在膜表面汽化。蒸氣隨后進(jìn)入冷凝系統(tǒng)，通過液氮將蒸氣冷凝下來即得滲透產(chǎn)物。滲透蒸發(fā)過程的推動(dòng)力是膜內(nèi)滲透組分的濃度梯度。滲透蒸發(fā)分離示意圖(真空氣化)4.6.2滲透蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

滲透蒸發(fā)作為一種無污染、高能效的膜分離技術(shù)已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是很高的單級(jí)分離度，節(jié)能且適應(yīng)性強(qiáng)，易于調(diào)節(jié)。目前滲透蒸發(fā)膜分離技術(shù)已在無水乙醇的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。與傳統(tǒng)的恒沸精餾制備無水乙醇相比，可大大降低運(yùn)行費(fèi)用，且不受汽—液平衡的限制。除了以上用途外，滲透蒸發(fā)膜在其他領(lǐng)域的應(yīng)用尚都處在實(shí)驗(yàn)室階段。預(yù)計(jì)有較好應(yīng)用前景的領(lǐng)域有：工業(yè)廢水處理中采用滲透蒸發(fā)膜去除少量有毒有機(jī)物（如苯、酚、含氯化合物等）；在氣體分離、醫(yī)療、航空等領(lǐng)域用于富氧操作；從溶劑中脫除少量的水或從水中除去少量有機(jī)物；石油化工工業(yè)中用于烷烴和烯烴、脂肪烴和芳烴、近沸點(diǎn)物、同系物、同分異構(gòu)體等的分離等。4.7氣體分離膜1.氣體分離膜的分離機(jī)理氣體分離膜有兩種類型：非多孔均質(zhì)膜和多孔膜。它們的分離機(jī)理各不相同。（1）非多孔均質(zhì)膜的溶解擴(kuò)散機(jī)理該理論認(rèn)為，氣體選擇性透過非多孔均質(zhì)膜分四步進(jìn)行：氣體與膜接觸，分子溶解在膜中，溶解的分子由于濃度梯度進(jìn)行活性擴(kuò)散，分子在膜的另一側(cè)逸出。（2）多孔膜的透過擴(kuò)散機(jī)理用多孔膜分離混合氣體，是借助于各種氣體流過膜中細(xì)孔時(shí)產(chǎn)生的速度差來進(jìn)行的。2.氣體分離膜的應(yīng)用領(lǐng)域

氣體分離膜是當(dāng)前各國(guó)均極為重視開發(fā)的產(chǎn)品，已有不少產(chǎn)品用于工業(yè)化生產(chǎn)。如美國(guó)DuPont公司用聚酯類中空纖維制成的H2氣體分離膜，對(duì)組成為70％H2，30％CH4，C2H6，C3H8的混合氣體進(jìn)行分離，可獲得含90％H2的分離效果。此外，富氧膜、分離N2，CO2，SO2，H2S等氣體的膜，都已有工業(yè)化的應(yīng)用。例如從天然氣中分離氮、從合成氨尾氣中回收氫、從空氣中分離N2或CO2，從煙道氣中分離SO2、從煤氣中分離H2S或CO2等等，均可采用氣體分離膜來實(shí)現(xiàn)。4.8液膜4.8.1.液膜的概念和特點(diǎn)

液膜分離技術(shù)是1965年由美國(guó)?？松‥xssen）研究和工程公司的黎念之博士提出的一種新型膜分離技術(shù)。直到80年代中期，奧地利的J.Draxler等科學(xué)家采用液膜法從粘膠廢液中回收鋅獲得成功，液膜分離技術(shù)才進(jìn)入了實(shí)用階段。液膜是一層很薄的液體膜。它能把兩個(gè)互溶的、但組成不同的溶液隔開，并通過這層液膜的選擇性滲透作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。根據(jù)形成液膜的材料不同，液膜可以是水性的，也可是溶劑型的。

液膜的特點(diǎn)是傳質(zhì)推動(dòng)力大，速率高，且試劑消耗量少，這對(duì)于傳統(tǒng)萃取工藝中試劑昂貴或處理能力大的場(chǎng)合具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。另外，液膜的選擇性好，往往只能對(duì)某種類型的離子或分子的分離具有選擇性，分離效果顯著。目前存在的最大缺點(diǎn)是強(qiáng)度低，破損率高，難以穩(wěn)定操作，而且過程與設(shè)備復(fù)雜。4.8.2.液膜的組成與類型（1）液膜的組成

a）膜溶劑b）表面活性劑c）流動(dòng)載體（2）液膜的類型

從形狀來分類，可將液膜分為支撐型液膜和球形液膜兩類，后者又可分為單滴型液膜和乳液型液膜兩種。

a）支撐型液膜b）單滴型液膜c）乳液型液膜

a支撐型液膜示意圖b單滴型液膜示意圖c乳液型液膜示意圖

三種液膜中，乳液型液膜的傳質(zhì)比表面最大，膜的厚度最小，因此傳質(zhì)速度快，分離效果較好，具有較好的工業(yè)化前景。4.8.3.液膜分離技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域（1）在生物化學(xué)中的應(yīng)用在生物化學(xué)中，為了防止酶受外界物質(zhì)的干擾而常常需要將酶“固定化”。利用液膜封閉來固定酶比其他傳統(tǒng)的酶固定方法有如下的優(yōu)點(diǎn)：①容易制備；②便于固定低分子量的和多酶的體系；③在系統(tǒng)中加入輔助酶時(shí)，無需借助小分子載體吸附技術(shù)（小分子載體吸附往往會(huì)降低輔助酶的作用）。黎念之博士曾成功地將已提純的酚酶用液膜包裹，再將液膜分散在含酚水相中，酚則有效地?cái)U(kuò)散穿過膜與酶接觸后轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸锒e累在內(nèi)相中。而且液膜的封閉作用不會(huì)降低酶的活性。（2）在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

液膜在醫(yī)學(xué)上用途也很廣泛。如液膜人工肺、液膜人工肝、液膜人工腎以及液膜解毒、液膜緩釋藥物等。目前，液膜在青霉素及氨基酸的提純回收領(lǐng)域也較為活躍，（3）在萃取分離方面的應(yīng)用液膜分離技術(shù)可用于萃取處理含鉻、硝基化合物、含酚等的廢水。我國(guó)利用液膜處理含酚廢水的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。其他如石油、氣體分離、礦物浸出液的加工和稀有元素的分離等方面也有應(yīng)用。三、免疫磁性微球的研究——在分離中的應(yīng)用

免疫磁性微球(Immunomagncticbeads,IMB)是免疫學(xué)和磁載體技術(shù)結(jié)合而發(fā)展起來的一類新型材料。IMB是包被有單克隆抗體的磁性微球，可與含有相應(yīng)抗原的靶物質(zhì)特異性地結(jié)合形成新的復(fù)合物。通過磁場(chǎng)時(shí)，這種復(fù)合物可被滯留，與其它組分相分離,該過程稱為免疫磁性分離法(ImmunomagncticSeparation)。免疫磁性分離簡(jiǎn)便易行，分離純度高，保留靶物質(zhì)活性，且高效、快速、低毒，可廣泛應(yīng)用于細(xì)胞分離和提純、免疫檢測(cè)、核酸分析和基因工程、作靶向釋藥的載體等領(lǐng)域。1.磁性微球的結(jié)構(gòu)和特性2.免疫磁性微球的制備3.免疫磁性微球的分離原理和特點(diǎn)4.

免疫磁性微球的應(yīng)用磁性微球結(jié)構(gòu)

磁性物質(zhì)高分子層功能配基磁性微球由載體微球和配基結(jié)合而成。理想的磁性微球?yàn)榫鶆虻那蛐巍⒕哂谐槾判约氨Ｗo(hù)性殼的粒子。磁性材料：γ-Fe2O4、Me-Fe2O4（Me=Co，Mn，Ni）、Fe3O4、Ni、Co、Fe、Fe-Co和Ni-Fe合金等，目前被研究最多且應(yīng)用最廣泛的是鐵及其氧化物（Fe、Fe2O4和Fe3O4等）。高分子材料：聚乙烯亞胺、聚乙烯醇、多糖(纖維素、瓊脂糖、葡聚糖、殼聚糖等)和牛血清白蛋白等。表面常帶有化學(xué)功能的基團(tuán),如-OH、-NH2、-COOH和-CONO2等，使得磁性微載體就幾乎可以偶聯(lián)任何具有生物活性的蛋白。功能配基：配基必須具有生物專一性的特點(diǎn),而且載體和微球與配基結(jié)合后不影響或改變配基原有的生物學(xué)特性，保證微球的特殊識(shí)別功能。外加磁場(chǎng)作用力與磁性微球的關(guān)系

磁性高分子微球決定了免疫磁性微球的大小和形狀。Hirschein得到外加磁場(chǎng)作用力與磁性微球的關(guān)系為:F=(Xv-Xv0)VH(dH/dX)其中F為外加磁場(chǎng)作用力；Xv為磁性微球的磁化率；

Xv0為介質(zhì)的磁化率；H為外加磁場(chǎng)；V為磁性微球的體積；

dH/dX為磁場(chǎng)強(qiáng)度。可見磁性粒子在磁場(chǎng)中受的力F與粒子的大小成正比。當(dāng)粒子直徑D>10μm時(shí)，能在弱磁場(chǎng)下分離，容易沉淀，吸附生物分子的量也少；在直徑D<0.03μm時(shí)，粒子可以穩(wěn)定分散在溶液中，分離需要很大的磁場(chǎng)強(qiáng)度。選用的粒徑范圍應(yīng)根據(jù)分離物系的特點(diǎn)確定。

F還與磁性微球的磁化率有關(guān)，微球的磁化率直接決定于作為磁核的磁粉的組成及大小，常用的缺氧化物，當(dāng)其結(jié)構(gòu)的晶體小于14nm時(shí),成為超順磁材料，當(dāng)晶體大于14nm時(shí),成為鐵磁性。磁性微球的特性

大比表面和高分散穩(wěn)定性：隨著微球的細(xì)化，其粒徑達(dá)到納米級(jí)時(shí)，其比表面激增，微球表面官能團(tuán)密度及選擇性吸附能力變大，達(dá)到吸附平衡的時(shí)間大大縮短，粒子的分散穩(wěn)定性也大大提高。

軟磁效應(yīng)：在外加磁場(chǎng)作用下軟磁性高分子微球可產(chǎn)生磁性，并做定向移動(dòng)，磁場(chǎng)去出后磁性消失，由此可方便地進(jìn)行分離和磁性導(dǎo)向。

生物相容性：納米磁性微球與多數(shù)生物高分子如多聚糖、蛋白質(zhì)等具有良好的生物相容性。在生物工程，特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用，具有良好的生物相容性是非常重要的。

功能基特性：磁性微球表面功能化的基團(tuán)能與生物高分子的多種活性基團(tuán)如-OH、-COOH、-NH2共價(jià)連接，可在其表面穩(wěn)定地固定生物活性物質(zhì)(如抗體、抗原、受體、酶、核酸和藥物等)。由于納米磁性高分子微球具有以上特性，可根據(jù)不同需要，通過共聚，表面改性，賦予其表面多種特定的反應(yīng)性功能基，進(jìn)而結(jié)合各種功能物質(zhì),廣泛用于有機(jī)合成載體、親和色譜填料、細(xì)胞的標(biāo)記與分離、固定化酶及細(xì)菌、核酸的分離與純化、生物芯片材料、工業(yè)廢水凈化、靶向釋藥系統(tǒng)的載體和免疫分析等。免疫磁性微球的制備

磁性微載體的制備：