分离工程复习资料

第一章 绪 论

1、生物工程学的概念：生物工程学亦称生物技术，是指通过技术手段，利用生物体或生物过程生产有经济价值产品的学科，生物工程是基础科学和应用科学相结合的产物。

生物工程学的研究领域：基因工程、细胞工程、微生物工程、酶工程。

2、生物分离工程的概念：是生物化学工程的一个重要组成部分，指从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程，因它处于整个生物产品生产过程的后端，又称为生物工程下游技术。它描述了生物产品分离、纯化过程的原理、方法和设备。

3、生物分离加工过程按工艺流程顺序可分为四个主要阶段：发酵液的预处理、提取、精制和成品加工。

第二章 发酵液的预处理

1、发酵液的一般特征有哪些？发酵液预处理的目的和要求有哪些？

（1）组分大部分是水； （2）产物浓度低；

（3）固形物主要是菌体和蛋白的胶状物； （4）含有培养基残留成分； （5）含有代谢副产物；

（6）含有色素、毒性物质、热原质等有机杂质。 （一）发酵液预处理的目的

1）改变发酵液中固体粒子的物理性质，提高固液分离的效率；

2）使产物转入便于后处理的某一相中；

3）去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。 总之，改变发酵液的性质，以利于固液分离。 （二）、发酵液预处理的要求 1、菌体的分离(正确控制发酵终点); 2、固体悬浮物的去除； 3、蛋白质的去除； 4、重金属离子的去除；

5、色素、热原质、毒性物质等有机杂质的去除； 6、改变发酵液的性质，以利于提取和精制后续工序的操作顺利进行；

7、调节适宜的pH值。

2、发酵液预处理的方法有哪些？并简述各种方法的原理和特点？ （一）凝聚和絮凝

1、凝聚：在投加的化学物质作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成 1mm大小块状凝聚体的过程。(使胶体粒子间的排斥电位降低而发生沉淀)

2、絮凝：指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。 （二）、加热法 ①降低发酵液的粘度；

②去除某些热变性蛋白等物质；

③降低悬浮液的最终体积，破坏凝胶结构，增加滤饼的孔隙度，使固液分离变得十分容易。 关键取决于产品的热稳定性。 （三）、调节悬浮液的pH值

全细胞的聚集作用高度依赖于pH的大小，恰当的pH能够促进聚集作用。

一般用草酸、无机酸或碱来调节pH值。 （四）加水稀释法

主要适用于离心沉降分离发酵液预处理过程。同重量悬浮固体的发酵液，稀释到适当倍数，对后续的离心沉降分离速度非常有利。 （五）、加入助滤剂法

是一种颗粒均匀，质地坚硬，不可压缩的粒状物质，用于扩大过滤表面的适用范围。

使用方法：在滤布上预涂或按一定比例混入悬浮液中。 （六）、加吸附剂法或加盐法

加吸附剂法是使细菌细胞吸附在吸附剂上的方法；无机盐在发酵液中形成庞大的絮状物，把发酵液中的悬浮粒子裹住，吸附在其中。 （七）高价无机离子去除法 1、Ca2+的去除 常用草酸去除； 2、Mg 2+的去除 常用磷酸盐去除；

3、Fe 3+的去除 常加入黄血盐，也可加入碱化剂。 （八）、可溶性杂蛋白质的去除法

1、等电点沉淀法；2、热处理法；3、化学变性沉淀法；4、吸附法。

（九）色素及其他杂质的去除方法 常用的脱色法有离子交换和活性炭吸附。

3、发酵液过滤的目的是什么？影响发酵液过滤速度的因素有哪些？

目的：一是为了获得含所需产物的细胞（菌丝）或发酵液； 二是为了去除发酵液中的固形杂质。

影响因素：（一）菌种，菌种决定了各种悬浮粒子的大小和形状。如真菌较粗大，易过滤，不需做特殊处理，用真空过滤即可；而放线菌较小，且菌丝体细而分枝，过滤困难，需进行预处理。

（二）发酵液的粘度，1、发酵条件，发酵条件包括培养基组成、未用完培养基的量、消沫剂、发酵周

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期等。2、放罐时间（发酵终了时间）3、发酵染菌4、发酵液的pH值、温度。

第三章 细胞分离技术

1、常用细胞分离方法有哪些？并说明其原理。 一、过滤：指利用多孔性介质截流固体悬浮液中的固体颗粒，进行固液分离的方法。

二、离心沉降：是利用惯性离心力和物质的沉降系数或浮力密度的不同而进行的一项分离、浓缩或提取条件。 1）离心沉降的原理：固体和液体之间存在一定的密度差，经过阀座的中心孔道从阀座和阀杆之间的小环隙中喷出，速度可达几百米每秒。这种高速喷出的悬液又射击到静止的碰撞环上，被迫改变方向从出口管流出。

3) 超声波法，作用机理：声频高于15～20KHz的超声波在高强度声能输入可以引起空化现象，使气泡形成、胀大和破碎的现象。

4) 化学渗透法，作用机理：化学渗透取决于化学试剂的类型及细胞壁和膜的结构与组成。不同试剂对各种微生物细胞作用的部位和方式有所差异。

且固体密度大于液体的密度。

2）影响离心沉降速度的因素：密度差、颗粒大小、液体粘度、离心力大小

离心分离法根据其操作方式的不同，又可分为差速离心和密度梯度离心。

差速离心法的原理：差速离心是利用不同离心速度产生不同离心力，将各种亚细胞组分和各种颗粒分别分开。不同物质有不同的形状、大小、质量和密度，当在介质中离心时，它们的沉降速度各有差异。

一般密度梯度离心法：把样品铺放在一个连续的液体密度梯度上，然后进行离心，并控制离心分离的时间，使得粒子完全沉降之前，在液体梯度中移动而形成不连续的分离区带。

等密度梯度离心法：不同粒子存在密度差时，在离心力场作用下，粒子或向下沉降，或向上浮起，一直移动到与它们密度恰好相等的位置上（即等密度点）并形成区带，此即等密度梯度离心法。

三、离心过滤 原理：以离心力作为推动力完成过滤操作,具有离心和过滤的双重作用。

2、什么是细胞破碎和细胞破碎率？细胞破碎的方法主要有哪些？其原理各是什么?

细胞破碎：指选用物理，化学，酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。

破碎率： 被破碎细胞的数量占原始细胞数量的百分数。

1）珠磨法，作用机理：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆作用下充分混匀，珠子之间及珠子与细胞之间相互剪切、碰撞，促使细胞壁破裂，释放出内含物。 2) 高压匀浆法，作用机理：从高压室压出的细胞悬浮液，

5) 酶溶法，作用机理：溶酶具有高度专一性，蛋白酶只能水解蛋白质，葡聚糖酶只能水解葡聚糖，因此，利用溶酶系统处理细胞必须根据细胞的结构和化学组成选择适当的酶，并确定相应的使用次序。 6) 物理法

3、什么是包含体？包含体形成的原因有哪些？包含体的溶解常用的试剂有哪些？

1) 包含体的概念：在基因工程菌细胞内表达的重组蛋白，常常互相交联在一起，形成不溶性的聚积物，通常称为包含体。

2)包含体形成的原因：①产生少量蛋白时，可溶，量过多时，在细胞内超过其溶解度而沉淀；

②蛋白质合成速度太快，肽链来不及形成正常的折叠构象，导致分子间因疏水作用聚合而不溶，生物活性受影响； ③高表达的蛋白没有形成正常的二硫键，或宿主细胞内氧化还原等条件不同而生成不同的-S-S-；

④蛋白的溶解需要与其他成分结合或经其他成分诱导形成适当的可溶性构象，当产生的蛋白量过多，所需其他成分相对不足，如折叠酶，分子伴侣等。 ⑤包含体的形成亦与蛋白质自身稳定性有关。 3)包含体的溶解 1)溶解常用试剂:

尿素、盐酸胍→破坏蛋白质的高级结构 去污剂SDS→破坏肽链之间的疏水作用 2)二硫键的还原剂:

二硫基苏糖醇(DTT)、2-巯基已醇→使二硫键处于可逆断裂状态

4、蛋白质复性常用的方法有哪些?

1、稀释与透析复性法：稀释复性是将变性蛋白质溶液直接加入到复性缓冲液中，蛋白质周围变性剂浓度降低，从而使蛋白质折叠成天然构象。透析复性，用透析、超滤或电渗析等方法除去变性剂。

2、凝胶过滤复性技术：凝胶通过分子筛效应将变性蛋白质与变性剂加以分离，从而使变性蛋白质进入复性溶液进行复性。

3、反胶束萃取复性法

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第四章 沉淀技术

1、沉淀的概念？

沉淀又称为沉析，指在溶液中加入沉淀剂，改变溶剂和溶质的能量平衡来降低其溶解度，使生化产物离开溶液生成不溶性颗粒，沉降析出的过程。

2、常用的蛋白质沉淀的方法有哪几种（盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法），各自的作用机理是什么？ 一、盐析：蛋白质在高离子强度溶液中溶解度降低，以致从溶液里沉淀析出的现象称为盐析。

原理：蛋白质在稀溶液中，溶解度会随盐浓度的增高而上升（盐溶），但当盐浓度增高到一定数值时，其溶解度又逐渐下渐，直至蛋白质析出（盐析）。在蛋白质溶液中当盐浓度增加到一定数值时，水化膜逐渐被破坏，使蛋白质脱水，蛋白质所带电荷也逐渐被中和，使颗粒间的斥力失去，在布朗运动的互相碰撞下，蛋白质分子结合聚集成沉淀。

二、有机溶剂沉淀法：原理：有机溶剂使水溶液的介电常数降低，使蛋白质分子间的静电引力增大，导致凝集与沉淀；可与蛋白质的水化层结合，从而降低蛋白质的溶解度。 三、等电点沉淀方法：指利用蛋白质在pH等于等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀分离的方法。 原理：不同的蛋白质具有不同等电点，依次改变溶液的pH值，将杂蛋白沉淀除去，最后获得目标产物。

四、非离子多聚物沉淀法：机理：非离子型聚合物从溶剂中空间排斥蛋白质，使蛋白质浓度增加而产生沉淀。 五、变性沉淀：原理：被分离的目标物质能忍受一些较剧烈的实验条件，而一些杂质却因不稳定而从溶液中首先变性沉淀，从而达到分离出目标物的目的。

六、生成盐类复合物的沉淀：1、与生物分子的酸性功能团作用的金属复合物（如铜盐、银盐、锌盐、铅盐、锂盐、钙盐等）；

2、与生物分子的碱性功能团作用的有机酸复合盐（如苦味酸盐、苦酮酸盐、单宁酸盐等）； 3、无机复合盐（如磷钨酸盐、磷钼酸盐）

七、聚电解质沉淀方法：原理：蛋白质的反电荷与聚电解质结合，形成多分子络合物，超过游离蛋白质的溶解度极限值时，就发生沉淀。

第五章 萃取技术

1、萃取，萃取剂，萃取液，萃余液的概念？

萃取：利用溶质在互不相溶的溶剂里溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液（原料）中提取出来的方法。

在萃取过程中，被提取的目标物质称为溶质，用以进行萃取的溶剂称为萃取剂。萃取完成后，大部分溶质被转移到萃取剂中，此时得到的溶液称为萃取液，而失去了大部分

溶质的料液称为萃余液。 2、萃取法的分类。

根据萃取剂和原料的物理状态可分为： 有机溶剂 双水相 液液萃取：原料液为液体 液膜 反胶束 固液萃取：原料液为固体

超临界流体萃取：原料液是液体或固体

物理萃取

萃取原理 络合反应 阳离子交换反应

化学萃取 离子缔合反应

加合反应 带同萃取反应

操作方式：分批式萃取、连续式萃取

单级萃取

萃取流程 多级错流 多级萃取 多级逆流 微分萃取 3、分配定律内容及其适用条件。

分配定律内容：溶质的分配平衡规律即分配定律：在一定温度、压力下，溶质分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，如果其在两相中的相对分子质量相等，它在两相的浓度比为一常数A，这个常数叫分配常数。A=c1/c2=萃取相浓度÷萃余相浓度 条件：

1）必须是稀溶液；

2）溶质对溶剂的互溶没有影响；

3）必须同一种分子类型，即不发生缔合或离解。 4、简述液液萃取的一般操作过程。 1）混合，料液和萃取剂密切接触；混合器。 2）分离，萃取相与萃余相分离；分离器。

3）溶媒回收，萃取剂从萃取相中除去，并加以回收；回收器。

5、影响有机溶剂萃取的主要因素有哪些？如何选择有机溶剂？

（一）水相条件的影响 1、pH值 2、温度 3、盐析

4、带溶剂 指易溶于溶剂中并能够和溶质形成复合物且此复合物在一定条件下又容易分解的物质，也称为化学萃取

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剂。

有机溶剂的选择：溶剂萃取法属于平衡分离过程中物质添加型分离过程，关键是溶剂。 1、对产物的高容量，分配系数K0。 2、与水相比对产物有高的选择性

有机溶剂应满足的条件：

1、单位体积的萃取剂能萃取大量产物； 2、只萃取溶质而不萃取杂质；

3、与水相互溶性低，黏度低，表面张力小或适中； 4、易回收再生；

5、化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小； 6、价廉易得；

7、无毒或低毒，闪点高，安全性好。

闪点：指将试剂在规定的条件下加热，直到蒸汽与空气的混合气体接触火焰发生闪火时的最低温度，即为该试剂的闪点。

6、什么是乳化现象？消除乳化现象常用的方法有哪些？ 乳化:是指一种液体以细小液滴（分散相）的形式分散在另一不相溶的液体（连续相）中，这种现象称为乳化现象，生成的这种液体称为乳状液或乳浊液。 乳状液的消除方法:

离心法、化学法（加电解质）、物理法（搅拌、加热、稀释、吸附等）。

缺点：耗能，且在乳化产生后再消除；

最好采用预处理手段，将发酵液中表面活性剂（蛋白质）除去。

7、简述双水相的形成？并说明其形成的原因？

向水相中加入溶于水的高分子化合物，如PEG（聚乙二醇）或葡聚糖，可以形成密度不同的两相：轻相富含某一种高分子化合物；重相富含盐类或另一种高分子化合物。因两相均含有较多的水，所以称为双水相。

两种分子在结构上的不同而产生相互排斥作用，不同类型分子间的斥力大于同它们的亲水性相关的相互吸引力；

各个聚合物分子都倾向于在其周围有相同形状、大小和极性的分子。

8、常用的双水相系统的类型有哪些？影响双水相分配系数的主要因素有哪些？

高聚物-高聚物： 聚乙二醇(PEG)/葡聚糖

高聚物-低分子物质： PEG/无机盐 PEG/硫酸盐 PEG/磷酸盐

（一）、聚合物的分子量：分子量越小，蛋白质容易分配于富含该聚合物的相中。

（二）、聚合物的浓度：当接近分配的临界点蛋白质均匀分配于两相中，分配系数接近1；成相聚合物的总浓度或

聚合物/盐浓度的比例增加时，系统远离平衡点，此时两相性质的差别增加，蛋白质容易趋向于某一极。

（三）、盐的种类 在双水相聚合物系统中，加入电解质时，其阴阳离子在两相间会有不同的分配。同时，由于电中性的约束, 存在一穿过相界面的电势差，它是影响荷电大分子如蛋白质和核酸等分配的主要因素。

（四）、盐的浓度 盐类浓度也会影响到蛋白质的分配，一是影响蛋白质表面的疏水性；二是扰乱双水相系统，改变各相中成相物质的组成和相体积比。 （五）pH 值

如体系pH 值与蛋白质的等电点相差越大，则蛋白质在两相中分配越不均匀。

pH 值的变化也会导致组成体系的物质电性发生变化，也会使被分离物质的电荷发生改变，从而影响分配的进行。 （六）、温度

分配系数对温度的变化不敏感；成相聚合物对蛋白质有稳定化作用，所以室温操作活性收率依然很高，而且室温时粘度较冷却时(4 ℃) 低，有助于相的分离并节省了能源开支。 （七）细胞的浓度

细胞浓度会影响蛋白质等可溶性生物活性大分子的分配。大量细胞或细胞碎片的存在也会使体系两相的黏度增加，并且会不同程度的扰乱成相系统。

9、什么是液膜？并简述液膜的组成、液膜体系、液膜的分类、液膜分离机理。

液膜是悬浮在液体中很薄的一层液体。它能把两个组成不同而又互溶的溶液隔开，并通过渗透现象起到分离的作用。

外相：含有被分离组分的料液

液膜分离体系 内相：接受被分离组分的液体

膜相：处于两者之间成膜的液体

液膜的分类：乳状液膜、支撑液膜、流动液膜

单纯迁移：又称物理渗透，指单纯靠不同组分在膜中的溶解度（分配系数）和扩散系数的不同导致透过膜的速度不同来实现分离。其中，分配系数的差异起主要作用。

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促进迁移：I 型促进迁移：C组分与试剂 R 反应后，产物由外相转移至内相。II 型促进迁移： D组分与膜相中的试剂反应，产物再进一步与外相中的试剂反应，终产物由外相转移至内相。

载体输送：在膜相中加入可与目标产物发生可逆化学反应的萃取剂，目标产物与萃取剂在膜相的一侧发生正向反应生成中间产物。此中间物在浓度差的作用下扩散到膜相的另一侧，而萃取剂又从膜相的反萃取液一侧扩散到料液相一侧，重复目标产物的跨膜输送过程。萃取剂称为液膜的流动载体。

有载体液膜分离机理主要决定于载体的性质。载体有离子型和非离子型两类，其渗透机理分为逆向迁移和同向迁移两种。1）逆向迁移：离子型载体 2）同向迁移：非离子型载体

10、试述液膜的分离过程。并简述影响液膜分离效果的因素。

1)制备液膜：将反萃取的水溶液分散在有机相(表面活性剂、膜溶剂、载体及添加剂)中制成稳定的乳液； 2)液膜萃取：在温和搅拌的条件下，将上述乳液与被处理的溶液混合，制成液膜体系，外相中的溶质通过液膜进入水相被富集；

3)澄清分离：待液膜萃取完后，通过分层除去萃余液； 4)破乳：通过破乳，分离膜组分和内水相，前者重新利用制乳液，后者进行回收有用组分。 1、液膜体系组成的影响 （1）表面活性剂的结构

造成液膜稳定性差的原因是表面活性剂在界面吸附速度的差异。这种差异是由表面活性剂本身所造成的。在一定时间内表面活性剂在界面吸附量越多，界面膜聚结电压高，则乳状液比较稳定。 （2）表面活性剂的浓度

随着表面活性剂浓度的增加，使表面活性剂分子在液膜的表面紧密排列，其粘度增加，厚度增加，稳定性也就增加，但是膜厚度的增加降低了传质速率。表面活性剂的用量一般以0.2%~10%为宜，且以0.5%~5%为最好。 (3)膜相添加剂

膜相添加剂(如，液体石腊)对液膜的稳定性起了重要作用，添加剂的用量大，液膜会更加稳定，又会增加传质阻力，使传质速率减慢。 （4）载体

载体的性质、取代基等对分离选择性和迁移速度有较大影响。

（5）金属离子的浓度； （6）离子的类型； （7）内相的组成； （8）膜溶剂。

2、液膜分离工艺条件的影响 （1）搅拌速率的影响

膜的粒径越小，就越稳定。搅拌速度越快，粒径就越小。因此，制膜时，搅拌速度要快。制乳时的搅拌速度一般为2000~3000r/min，萃取时搅拌速度为100~600r/min。但速度过快，使乳液包裹外相水分的几率增大，液膜溶胀大大增加，易造成液膜破裂，分离效果降低。 （2）接触时间的影响

萃取开始一段时间，内相中溶质的浓度逐渐增加；再延长萃取时间，料液中溶质的浓度又会增加。这是由于乳液滴破裂造成的，因此要控制接触时间。 （3）料液的浓度和酸度的影响

液膜分离一般适用于低浓度物质的分离提取。料液的酸度决定渗透物的存在状态，决定渗透物能否与液膜中的载体形成络合物而进入膜相。 （4）乳水比(Rew)

即液膜乳液体积与料液体积之比，对液膜分离过程来说非常重要。 Rew越大，渗透过程的接触面积越大，分离效果也越好，但乳液消耗多，成本高。 （5）膜内比Roi的影响

膜内比Roi：指膜相体积与内相体积之比。膜内比Roi增大，载体量也增加，传质速度加快；同时，膜内比Roi增大，膜厚度增加，传质阻力也增加。 （6）操作温度的影响

一般在常温或料液温度下进行分离操作，因提高温度，加快了传质速率，但降低了液膜的稳定性。 11、简述胶团及反胶团的形成。 （一）胶团

表面活性剂溶于水中，形成正常胶团，极性基团在外，非极性基团在内，形成一个非极性核心，可溶解非极性物质。

（二）反胶团

表面活性剂溶于非极性有机溶剂，形成反胶团，非极性基团在外，极性基团在内，形成一个极性核，可溶解极性物质，极性核溶解水后，形成水池；蛋白质可通过螯合作用进入水池。

12、简述反胶团萃取蛋白质的原理。说明影响反胶团萃取蛋白的主要因素。

1）静电作用力：表面活性剂与蛋白质都是带电分子，之间的静电相互作用是萃取的推动力。 pH影响蛋白质的所带净电荷的性质与多少 PH=pI时，蛋白呈电中性； PH＜pI时，蛋白质带正电荷； PH＞pI时，蛋白质带负电荷。

阳离子表面活性剂，萃取只发生在 pH ＞ pI 时（蛋白质带负电荷）的水溶液；阴相反。

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2）位阻效应

反胶束水池的物理性能（大小、形状等）及其中水的活度可以用W0的变化来调节，并且会影响大分子如蛋白质的增溶或排斥，达到选择性萃取的目的，这就是位阻效应。 第六章 膜分离过程

1、什么是膜分离过程？

膜分离过程是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的。 反胶束萃取适用于分子量低于 100 000的蛋白质分子 1、水相pH值

2、离子强度对萃取率的影响 3、离子种类对萃取的影响 4、表面活性剂类型的影响 5、表面活性剂浓度的影响 6、影响反胶束结构的其他因素 ①有机溶剂的影响

有机溶剂的种类影响反胶束的大小。 ②助表面活性剂的影响

如阳离子表面活性剂，引入助表面活性剂，能增进有机相的溶解容量，胶束尺寸增加。 ③温度的影响

增加温度能增加蛋白质在有机相的溶解度。 13、制备反胶团系统的方法主要有哪些？ 1、注入法

将含有蛋白质的水溶液直接注入到含有表面活性剂的非极性有机溶剂中去，然后进行搅拌直到形成透明的溶液为止。这种方法的过程较快并可控制反胶团的平均直径和含水量。 2、相转移法

将含蛋白质的水相与含表面活性剂的有机相接触。在缓慢搅拌下，一部分蛋白质转入有机相。此过程较慢，但最终体系处于稳定的热力学平衡状态，这种方法可在有机溶剂相中获得较高的蛋白质浓度。 3、溶解法

将含有反胶团的有机溶液与蛋白质固体粉末一起搅拌，使蛋白质进入反胶团中，该法所需时间较长。含蛋白质的反胶团也是稳定的。该法适用于非水溶性蛋白质。 14、简述反胶团萃取蛋白质的过程。

水相中的溶质进入反胶团相常需经历三步传质过程： 1）蛋白质从水溶液主体扩散到界面； 2）在界面形成包容蛋白质的反胶束；

3）含有蛋白质的反胶束在有机相中扩散离开界面。 反萃取的过程相反：含有蛋白质的反胶束从有机相主体扩散到界面；包容蛋白质的反胶束在界面崩裂；蛋白质从界面扩散到水溶液主体。

15、什么是液固萃取？什么是超临界流体？

液固萃取：是利用溶剂分离固体混合物中的组分，又称为溶剂浸取。

超临界流体是处于临界温度和临界压力以上，介于气体和液体之间的高密度流体。

通常将膜的原料侧称为膜上游侧，将透过侧称为膜下游侧。

根据推动力本质的不同膜分离过程分为哪几类？各种分离过程的原理是什么？

以静压力差为推动力的膜分离过程 （1）微虑 筛分

（2）超虑 筛分 粒子荷电性及其与荷电膜相互作用的影响

（3）反渗透 溶解扩散

以温度(蒸气分压)差为推动力的膜分离过程 膜蒸馏 以浓度差为推动力的膜分离过程 渗透蒸发

以电位差为推动力的膜分离过程 通过电位差，用荷电膜从水溶液中分离离子的过程。 3、膜的概念及膜的特征?

在一定流体相中，有一薄层凝聚相物质，把流体相分隔成为两部分，这一薄层物质称为膜。 ①膜的厚度在0.5 mm以下；

②膜是均匀的一相或是由两相以上凝聚物质所构成的复合体；

③界面，膜有两个界面，与两侧流体相物质接触，膜可以完全可透性，也可半透性，但不是完全不透性的； ④存在方式，膜面积可以很大并地存在于流体相间，也可附着于支撑体或载体的微孔隙上；

⑤渗透选择性，膜具有高度的渗透选择性，膜传递的某物质的速度必须比其他物质快。 4、什么是浓差极化?

形成浓度梯度：是指在分离过程中，料液中的溶剂在压力推动下透过膜，溶质被截留，于是在膜表面及临近膜面区域浓度越来越高，形成浓度梯度；

速度达到平衡：溶剂向膜面流动引起溶质向膜面流动，当溶质在膜面的流动速度与浓度梯度使溶质向本体溶液扩散速度达到平衡时，在膜面附近存在一个稳定的浓度梯度区，这一区域称为浓度极化边界层，这一现象称为浓差极化。

5、什么是膜污染？膜污染的控制方法有哪些？膜清洗方法主要有哪些？

膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。 1、膜材料的选择

膜的亲疏水性、荷电性会影响到膜与溶质间相互作用的

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大小。一般来讲，亲水性膜及膜材料电荷与溶质电荷相同的膜较耐污染。

2、膜孔径或截流分子量的选择

当待分离物质的尺寸大小与膜孔相近时，由于压力的作用，溶剂透过膜时把粒子带向膜面，极易产生堵塞作用；化学吸附

①反应时放出大量的热； ②需一定的活化能； ③选择性能较强； ④单分子层吸附； 而当膜孔径小于粒子或溶质尺寸，由于横切流作用，它们在膜面很难停留聚集，因而不易堵孔。 3、膜结构选择

对称膜较非对称膜较耐污染。 4、溶液pH值

溶液的pH值对蛋白质在水中溶解性、荷电性及构型有很大影响。

5、溶液中盐浓度的影响

无机盐在膜表面或膜孔直接沉积，或使膜对蛋白质吸附增强而污染膜；

无机盐可改变溶液离子强度，影响到蛋白质溶解性、构型、悬浮状态等，使形成的沉积层疏密程度改变，从而对膜透水率产生影响。

6、对原料液进行预处理，除去料液中的大颗粒； 7、定期对膜进行反冲和清洗。 1) 物理方法有:

高流速水冲洗；海绵球机械擦洗和反洗；抽吸清洗方法；电场过滤、脉冲电脉清洗、脉冲电解清洗及电渗透反洗。

2) 化学清洗：

化学清洗剂如稀碱、稀酸、酶表面活性剂、络合剂、氧化剂等。

第七章 吸附与离子交换 1、吸附的概念。

吸附作用：物质从流体相(气体或液体)浓缩到固体表面从而实现分离的过程。

吸附剂：在表面上能发生吸附作用的固体。 吸附物：被吸附的物质。

表面吸附：仅发生在表面上的吸附。

吸附

吸收：被吸收的物质遍及整个相中的吸附。

2、按照产生吸附效应力的特性，吸附可分为哪几种类型？各自的特点是什么？ 物理吸附

①吸附发生在整个自由界面； ②吸附是放热过程；

③吸附物分子的状态变化不大; ④物理吸附是可逆的;

⑤一种吸附剂可吸附多种物质，没有严格的选择性； ⑥物理吸附与吸附剂的表面积、细孔分布和温度等因素密切相关。

⑤吸附后较稳定；

⑥化学吸附与吸附剂表面化学性质以及吸附物化学性质有关。 交换吸附

①在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中。

②离子的电荷是交换吸附的决定因素，电荷越多，吸附力越强;

③电荷相同的离子，水化半径越小越易被吸附。 3、简述一般的吸附过程。 (1) 待分离料液与吸附剂混合; (2) 吸附质被吸附到吸附剂表面; (3) 料液流出; (4) 吸附质解吸回收。 4、常用的吸附剂有哪些？

活性炭 有机吸附剂

大孔吸附树脂 按其化学结构分类

硅胶 无极吸附剂

氧化铝 5、生化专用的离子交换剂有哪些？具有哪些特点？ （1）纤维素类

（2）葡聚糖系离子交换介质 （3）琼脂糖系 （4）聚乙烯醇系 （5）苯乙烯系离子交换剂 （1）、亲水性及生物相容性

由亲水性骨架衍生的离子交换剂, 与生物大分子有很好的生物相容性。 （2)、孔结构

分离介质的孔结构有三种：凝胶孔、大孔树脂和琼脂糖介质的孔。生化专用离子交换剂要求孔径分布更均匀。 (3)、电荷密度

生化专用离子交换树脂的电荷密度适当才有利于对生物大分子的纯化，电荷密度过大反而不能获得满意结果。 (4)、粒度

介质粒度越小，分布越均匀，分离效果越好。生化专用离子交换剂的一大特点就是粒径小。

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6、离子交换法的实验操作有哪些？

1) 交换剂的处理，再生与转型：干树脂用水浸泡 2 h 使之膨胀，倾去水，再用无离子水洗至澄清；去水后加4倍体积2N HCl搅拌4 h，除去酸液，水洗到中性;再加4倍体积2N NaOH搅抖4 h，除碱液， 水洗到中性备用。

将树脂带上所希望的某种离子的操作称为转型。如希望阳树脂带Na+，则用NaOH搅拌浸泡2 h 以上；阴树脂转型也同样，若希望带Cl-则用HCl。用过的树脂使其恢复原状的方法称为再生。

2) 装柱：处理过的树脂放入烧杯，加少量水边搅拌边倒入保持垂直的层析管中，使树脂缓慢沉降。交换剂在柱内必须分布均匀。

3) 加样：向层析柱内倾入样品液

4)洗脱与收集：不同样品选用的洗脱液不同。原则是用一种比吸附物质更活泼的离子，把吸附物交换出来。除了正确选择洗脱液外还需控制流速和分步收集的方法获得所需的单一物质。

7、吸附等温线的概念。影响吸附的主要因素有哪些？ 指在一定温度下，物质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时，它们在两相中浓度之间的关系。 1、吸附剂的性质：比表面积、粒度大小、极性； 2、吸附质的性质：对表面张力的影响，溶解度，极性，相对分子量；

3、温度：吸附是放热过程，吸附质的稳定性； 4、溶液pH值：影响吸附质的解离； 5、盐浓度：影响复杂，要视具体情况而定。 8、简述离子交换机理。（见最后一页）

A+自溶液中扩散到树脂表面；

A+从树脂表面进入树脂内部的活性中心； A+与RB在活性中心上发生复分解反应； 解吸附离子B+自树脂内部扩散至树脂表面； B+离子从树脂表面扩散到溶液中；

交换速度的控制步骤是扩散速度，不同的分离体系可能由内部扩散或外部扩散控制。

9、简述膨胀床(EBA) 吸附的操作步骤。 1）床层的稳定膨胀和介质的平衡 a、膨胀床的膨胀率

床层膨胀高度与沉降高度之比，一般情况下，膨胀率为2吸附性能较好。随着流体流速和粘度的增大, 床层的膨胀率也随着增大。 b、温度的影响

温度升高, 膨胀率反而下降。其主要原因是温度升高降低了水溶液的粘度和密度, 从而导致膨胀率的下降。 2）进料吸附：流速非常关键，保证床层稳定及有效吸附，并确定吸附终点。

3）洗涤： 洗去滞留在吸附柱内的杂质。 4）洗脱：从吸附剂上分离目标产物。 5）再生和清洗 第八章 色谱分离法 1、色谱法的概念。

是一种基于被分离物质的物理、化学及生物学特性的不同，使它们在某种基质中移动速度不同而进行分离和分析的方法。

2、层析系统的组成？

固定相（固、液） 流动相（液、气） 层析系统 样品 泵系统 在线检测系统

3、吸附色谱、分配色谱、凝胶过滤色谱、离子交换色谱、亲和色谱的原理分别是什么？ 吸附色谱

原理 根据物质对活性固体（如羟基磷灰石）表面吸附亲和力的差异来分离。亲和力主要取决于物质极性的大小。有机化合物中的功能基团要比非极性的碳链骨架对分离有更大的影响。所以，吸附色层分离法是按混合物中各物质所含极性基团的数目和类型来进行分离的。 分配色谱

原理：在一个有两相同时存在的溶剂系统中，不同物质的分配系数不同而达到分离目的的一种色谱技术。 离子交换色层分离法

原理：利用固定相偶联的离子交换基团与流动相解离的离

子化合物之间发生可逆的离子交换反应而进行分离。 由于不同的离子在同一种溶液中解离度不同，它们所带净电荷有差异，因此二者在层析柱内的迁移速度不同。 凝胶过滤色层分离法

原理： 利用凝胶的网状结构根据分子大小进行分离的方法。

含有大小不同分子的样品进入层析柱后，较大的分子不能通过孔道扩散进入凝胶珠体内部，而与流动相一起流

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出层析柱。较小的分子可通过部分孔道，更小的分子可通过任意孔道扩散进入珠体内部。 亲和色层分离法

原理： 将一对能可逆结合和解离生物分子的一方作为配基，与具有大孔径、亲水性的固体相偶联，制成专一的亲和吸附剂，当被分离物随着流动相经过亲和吸附剂时，亲和吸附剂上的配基就选择性地吸附待分离物质，通过解吸附使得待分离物质得到纯化。 4、简述色谱系统的操作。 （一）装柱

1、填充剂溶胀，除气泡；

2、柱子的处理（清洗，加缓冲液，封口）； 3、将处理好的填充剂装柱（控制流速和操作压）； 注意：柱子内“节”的产生及气泡的存在。 （二）平衡

平衡：是指使柱子内的pH值和离子强度与起始缓冲液相同。

一般平衡缓冲液的用量为柱床体积的3~5倍。 平衡标准：柱子均匀，无纹路，无气泡，柱顶部平整。 平衡检测：有色物质装柱检测。 （三）上样量与上样体积

取决于对产品的要求，样品的纯度、浓度、亲和力的大小等因素。 1、样品的准备 2、加样方法 （四）、洗脱与收集

不同样品选用的洗脱液不同。原则是用一种比吸附物质更活泼的离子，把吸附物交换出来。除了正确选择洗脱液外还需控制流速和分步收集的方法获得所需的单一物质。

第九章 离心技术

1、离心分离可分为哪几种形式，各自的原理是什么？ 1）离心沉降

固体和液体之间存在一定的密度差，且固体密度大于液体的密度。 2）离心过滤

以离心力作为推动力完成过滤操作，具有离心和过滤的双重作用。

3）离心分离和超离心

2、影响离心沉降、离心过滤的因素有哪些？ 影响离心沉降速度的因素

密度差、颗粒大小、液体粘度、离心力大小 影响离心过滤速度的因素 过滤面积和离心力

3、沉降式离心机主要有哪几种？ 瓶式离心机 无孔转鼓离心机 1)管式离心机 2)多室离心机 3)碟片式离心机 4)卧螺式离心机

4、什么是超离心？超离心技术按处理要求和规模分为（）和（）两类。制备性超离心和分析性超离心

根据物质的沉降系数、质量和形状不同，应用强大的离心力，将混合物中各组分分离、浓缩、提纯的方法称为超离心法。

制备性超离心：从样品中分离高纯度目标组分，进行深入的生物化学研究。

分析性超离心：主要用于研究纯的或基本上是纯的大分子或粒子。

5、制备性超离心又可分为差速离心法，一般密度梯度离心法和等密度梯度离心法。 第十章 浓缩、结晶与干燥 1、浓缩、结晶与干燥的概念。

浓缩是低浓度溶液通过除去溶剂(包括水)变为高浓度溶液的过程。

结晶是溶液中的溶质在一定条件下因分子有规则的排列而结合成晶体的过程。

干燥是从湿的固体生化药物中除去水分和溶剂而获得相对或绝对干燥制品的工艺过程。

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