第三章-初级分离
分离器的结构原理
生物分离工程名词解释
凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）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。
PPT电泳：荷电的胶体粒子在电场中的移动。
PPT或者：荷电溶质（电解质）或粒子在电场作用下发生定向泳动的现象P362电泳迁移率（mobility）:在电位梯度E的影响下，带电颗粒在时间t中的迁移距离d。
PPT或者：单位电场强度下的电泳速度。
P363膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
PPT 或者：利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。
P56离子交换: 在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中。
PPT亲和层析：是利用生物分子对之间所具有的专一而又可逆的亲和力使生物分子分离纯化的技术。
PPT过滤：是在外力作用下，利用过滤介质使悬浮液中的液体通过，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的一种单元操作。
PPT或者：利用薄片形多孔性介质（如滤布）截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法。
P20沉降：离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程，当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降。
PPT重结晶：是利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度的晶体的操作。
PPT分辨率：也称分离度。
它是指相邻两色谱保留值之差与两峰底宽平均值之比。
PPT晶体：形成新相（固体）需要一定的表面自由能。
因此，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体尚不能析出，只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出。
溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。
PPT分子伴侣：是一种热休克蛋白质，在体内和体外都具有抑制蛋白质伸展肽链错误折叠和聚集、促进肽链折叠成天然活性肽的作用。
生物分离工程名词解释
生物分离工程：，从生物产品的生产技术来看：指生物产品的下游加工过程（Down stream processing）。
从生物工程的新技术看，主要指工程菌和动植物细胞产品的分离与纯化。
从研究对象看，主要指生物大分子产品的分离与纯化。
包涵体(inclusion body)：外源蛋白质在大肠杆菌中高效表达时常形成不可溶、无生物活性的聚集体。
初级分离是指从发酵液、细胞培养液、胞内抽提液（细胞破碎液）及其他各种生物原料初步提取目标产物，使目标产物得到浓缩和初步分离的下游加工过程。
胶体是一种尺寸在1～100 nm以至1000 nm的分散体。
它既非大块固体，又不是分子分散的液体，而是具有两相的微不均匀分散体系。
沉淀定义：物理环境的变化引起溶质溶解度降低，生成固体凝聚物（aggregrates)的现象盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低、发生沉淀的现象称为盐析。
利用蛋白质在pH值等于其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀分级的方法称为等电点沉淀法泡沫分离：根据表面吸附的原理，利用通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体对液相中的溶质和颗粒进行分离，又称泡沫吸附分离，泡沫分级或鼓泡分级。
在一种流体相间内或者两种流体相间，有一层薄的凝聚相物质，其把流体相分隔开来成为两部分，并在两部分之间进行传质作用，这一薄层物质称为膜。
膜分离技术利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
微滤（ Microfiltration ，MF）：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025~14μm之间；超滤（ Ultrafiltration ，UF）：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02 μm，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质；反渗透（Reverse osmosis， RO）：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001~0.001 μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；纳滤（Nanofiltration，NF ）：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm； 电渗析(Electrodialysis，ED)：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；超滤：根据高分子溶质之间或高分子与小分子溶质之间分子量的差别进行分离的方法。
生物分离初级分离讲解
防止蛋白质凝聚沉淀的屏障
❖ ⑴蛋白质周围的水化层可以使蛋白质形成稳定 的胶体溶液。
❖ ⑵蛋白质分子间静电排斥作用。（存在双电层） ❖ 因此，可通过降低蛋白质周围的水化层和双电
层厚度（ζ电位）降低蛋白质溶液的稳定性， 实现蛋白质的沉淀。
蛋白质胶体溶液的稳定性
❖ 蛋白质可以看作是一个表面分布有正、负电 荷的球体，这种正、负电荷是由氨基和羧基 的离子化形成的，因此，蛋白质的沉淀，实 际上与胶体颗粒的凝聚和絮凝现象相似。
❖ 沉淀方法用于分离纯化是有选择性的，即有选择地 沉淀杂质或有选择地沉淀所需成分。
沉淀法
沉淀法就是采用适当的措施改变溶液的理化 参数，控制溶液的各种成分的溶解度，从而将溶 液中的欲提取的成分和其它成分分开的技术。
沉淀法是最古老的分离和纯化生物物质的方 法，但目前仍广泛应用在工业上和实验室中。
与结晶联系
除第（3）种有机溶剂沉淀法也能适用于抗生 素等小分子外，其他各种方法只适用蛋白质等大 分子。
蛋白质的表面特性
❖ 蛋白质的溶解行为是一个独特的性质，由其组 成、构象以及分子周围的环境所决定。
❖ 一般而言，小分子蛋白质比大分子蛋白质更易 溶解。
❖ 蛋白质在自然环境中通常是可溶的，所以其大 部分是亲水的，但其内部大部分是疏水的。
操作方式可分连续法或间歇法两种，规模较 小时，常采用间歇法。不管哪一种方式操作步骤 通常按三步进行：
操作步骤
①首先加入沉淀剂; ②沉淀剂的陈化，促进粒子生长； ③离心或过滤，收集沉淀物。
加沉淀剂的方式和陈化条件对产物的纯度、 收率和沉淀物的形状都有很大影响。
沉淀法的分类
❖ 根据所加入的沉淀剂的不同，沉淀法可以分为： ❖ （1）盐析法； ❖ （2）等电点沉淀法； ❖ （3）有机溶剂沉淀法； ❖ （4）非离子型聚合物沉淀法； ❖ （5）聚电解质沉淀法； ❖ （6）高价金属离子沉淀法等。
化工原理 第三章 非均相物系的分离PPT课件
层流
24
u
d2( s
)g
R et
t
18
试差法：假设 流型
选择 公式
计算
ut
计算
Re t
验算 Ret＜1 ?
例：求直径40μm球形颗粒在30℃大气中的自由沉降 速度。已知ρ颗粒为2600kg/m3,大气压为0.1MPa。
解： 查30℃、0.1MPa空气： 1.16k5gm3
设为Байду номын сангаас流，则：
1.8 61 0 5Pa s
9 28/ 0.295 0.01
筛孔尺寸 d， μm
1.981（9号） 1.651（10号） 1.397 （12号） 1.168 （14号） 0.991 （16号） 0.833 （20号） 0.701 （24号） 0.589 （28号） 0（无孔底盘）
筛过量质 量分数F
100 0.96 0.9 0.66 0.44 0.19 0.03 0.01
多层降尘室
清洁气流
挡板
隔板
含尘气流
降尘室的生产能力：VsNbLut
例:降尘室高2m,宽2m,长5m。气体流量为4m3/s, ρ为0.75kg/m3,μ为0.026cp。(1)求除尘的dc； (2)粒径 为40um的颗粒的回收百分率？(3)如欲回收直径为 15um的尘粒，降尘室应隔成多少层？
解:(1) V bLu
表面积 s=πd2
m2
比表面积 a=s/v=6/d 1/m
（2）非球形颗粒
①的体球积的当直量径直。径de：与非球形颗粒体积相等 de=(6vp/π)1/3
②的形表状面系积数与ψ该s ：颗与粒非表球面形积颗之粒比体。积相等的球 ψs=s/sp
式中：vp为非球形颗粒的体积。 Sp为非球形颗粒的表面积。
生物分离工程
绪论1、生物分离工程的定义：从发酵液或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。
2、生物分离工程特点：1发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液；2培养液是多组分的混合物；3生化产品的稳定性差；4对最终产品的质量要求高。
3、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？答：1、发酵液的预处理与固液分离，过滤(filtration) 、离心(centrifugation) 2、初步纯化，沉淀(precipitation) 、萃取(extraction) 、吸附(adsorption )、膜分离(membrane separation) 3、高度纯化，色谱(chromatography )、电泳(electrophoresis) 4、成品加工，结晶(crystallization) 、干燥(drying)。
4、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？答：1、产品价值2、产品质量3、产物在生产过程中出现的位置4、杂质在生产过程中出现的位置。
5、产品和主要杂质独特的物化性质6、不同分离方法的技术经济比较。
5、阐述生物分离工程的发展动向。
答、1、基础理论研究2、提高分离过程的选择性3、开发分离介质4、提高分离纯化技术5、清洁生产6、规模化、工程化研究6、分离效率的评价：目标产物的浓缩程度、分离纯化程度、回收率第二章细胞分离与破碎Cell isolation and disruption1 如何预处理发酵液？答：1.高价无机离子的去除方法去除钙离子：通常使用草酸。
去除镁离子：加入三聚磷酸钠，与镁离子形成络合物。
用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。
去除铁离子：加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。
2、杂蛋白质的除去：沉淀、吸附法、变性法、凝聚Coagulation和絮凝flocculation 3.有色物质的去除及其他：使用吸附剂去除有色物质(离子交换剂、离子交换纤维、活性炭等) 、用工业酶制剂可净化发酵产物，除去干扰性浑浊物、使用惰性助滤剂、加入反应剂2 凝聚和絮凝的区别答：凝聚：向胶体悬浮液中加入电解质，由于双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集(1mm左右)的现象。
生物分离工程名词解释
膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。
或者：利用具有一定选择性透过特性的过滤介质进行物质的分离纯化。
离子交换: 在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中。
亲和层析：是利用生物分子对之间所具有的专一而又可逆的亲和力使生物分子分离纯化的技术。
过滤：是在外力作用下，利用过滤介质使悬浮液中的液体通过，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的一种单元操作。
或者：利用薄片形多孔性介质（如滤布）截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法。
重结晶：是利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度的晶体的操作。
分辨率：也称分离度。
它是指相邻两色谱保留值之差与两峰底宽平均值之比。
晶体：形成新相（固体）需要一定的表面自由能。
因此，溶液浓度达到饱和溶解度时，晶体尚不能析出，只有当溶质浓度超过饱和溶解度后，才可能有晶体析出。
溶液达到过饱和状态是结晶的前提；过饱和度是结晶的推动力。
初级分离：指从菌体发酵液、细胞培养液、胞内抽提液（细胞破碎液）及其他各种生物原料初步提取目标产物，使目标产物得到浓缩和初步分离的下游加工过程。
截留率：表示膜对溶质的截留能力，可用小数或百分数表示。
（真实截留率和表观截留率）自溶：通过调节温度、PH值或添加有机溶剂，诱使细胞产生溶解自身的酶的方法，也是一种酶溶法。
：指从进样开始到被测组份在柱后出现浓度极大点时所通过的流动相保留体积VR体积。
：指色谱柱内固定相颗粒间所剩留的空间、色谱仪中管路和连接头间的死体积VM空间以及检测器的空间的总和，当后两项很小而可忽略不计时，V M可由t m与流动相体积流速F0(ml/min)的乘积计算。
理论塔板高度：单位理论塔板的长度称为理论塔板高度。
它等于色谱柱长度除以理论塔板数。
用理论塔板数与板高表示柱效率时是等价的。
生物分离工程(孙彦)1-4章部分答案
加入原点对Q2-t 做线性回归，比不包括原点时回归数据的相关度增加了。
第二章 细胞分离与破碎
方法三： 二次回归：
利用二次回归所得拟合方程最为精确，也为恒压过滤中介质比阻可以忽略提供依据
第二章 细胞分离与破碎
2.3
第二章 细胞分离与破碎 – 第二次作业
第二章 细胞分离与破碎
2.4 (式2.44a)
得
log 0.26 K S 9.0 （2） 由（1 ）和（2）解得：K S 1.107, 9.378 所以Cohn方程为： log S 9.378 1.107 I
第三章 初级分离
当C3＝3.5 mol时， I 3＝1/ 2 （2 3.5 1 ＋3.5 2 ）
第三章 初级分离
3.4
（式3.13-式3.15）
第三章 初级分离
( 2)沉淀颗粒直径达到 100 m时，假设生长过程中 粒子总体积不变 , 则：＝d 3CN / （式 6 3.19） 3.14 1.125 10 2.84 10 4 P 750 Kg /( m * s ) V P 4 P 1/ 2 [ v ] 759.55,由式C C 0 exp( [ v ]1 / 2 t ) V V 求得：t＝2002.24S 又v 1.3 10 3 Kg /( m * s ),
d (Vc) Qc(1 RT ) dt
① ②
dV Qdt
得：
V0 RT c ( ) c0 V 代入数据得：
5 1000 0.99 ( ) 1 V
V 196.78(m L)
由②积分得：
dV Qdt dV 0.5 dt
V0 0 V t
t
生物分离工程期末复习
生物分离工程复习题第一章绪论简答题：1、简述生物分离技术的基本涵义及内容。
答：基本涵义：生物分离技术是指从动植物与微生物的有机体或器官、生物工程产物（发酵液、培养液）及其生物化学产品中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。
内容主要包括：离心分离、过滤分离、泡沫分离、萃取分离、沉淀（析）分离、膜分离、层析（色谱）分离、电泳分离技术以及产品的浓缩、结晶、干燥等技术。
2、物质分离的本质是有效识别混合物中不同溶质间物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和扩大这些差别的分离设备实现溶质间的分离或目标组分的纯化。
请从物质的理化性质和生物学性质几个方面简述生物活性物质分离纯化的主要原理。
答：生物大分子分离纯化的主要原理是：1）根据分子形状和大小不同进行分离，如差速离心与超离心、膜分离、凝胶过滤等；2）根据分子电离性质（带电性）差异进行分离，如离子交换法、电泳法、等电聚焦法；3）根据分子极性大小及溶解度不同进行分离，如溶剂提取法、逆流分配法、分配层析法、盐析法、等电点沉淀及有机溶剂分级沉淀等；4）根据物质吸附性质的不同进行分离，如选择性吸附与吸附层析等；5）根据配体特异性进行分离，如亲和层析法等。
填空题：1.为了提高最终产品的回收率：一是提高每一级的回收率，二是减少操作步骤。
2、评价一个分离过程效率的三个主要标准是：①浓缩程度②分离纯化程度③回收率。
判断并改错：原料目标产物的浓度越高，所需的能耗越高，回收成本越大。
(×)改：原料目标产物的浓度越低。
选择题：1. B 可以提高总回收率。
A.增加操作步骤B.减少操作步骤C.缩短操作时间D.降低每一步的收率2．分离纯化早期，由于提取液中成分复杂，目的物浓度稀，因而易采用（ A ）A、分离量大分辨率低的方法B、分离量小分辨率低的方法C、分离量小分辨率高的方法D、各种方法都试验一下，根据试验结果确定第二章细胞分离与破碎概念题：过滤：是在某一支撑物上放多孔性过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒被截留，是固液分离的常用方法之一。
chapter3初级分离3.1沉淀分离
最常用(2SO4
优点:符合上述要求; 缺点:水解后溶液pH降低,在高 pH下产 氨,腐蚀性强,有异味,有毒,终产物 必须除尽. 次常用Na 次常用 2SO4.缺点:在400C以下溶解 度较低,主要用于热稳定蛋白.
62 26
3.1.2 盐析沉淀
B,无机盐添加方式
3.1.2 盐析沉淀
C,温度T T影响Cohn方程中的β值. T ↑, β ↓;T ↓ ,β ↑. Why P39 离子强度较高时,升高温度 有利于蛋白质失水 溶解度下降
第三章
3.1 沉淀分级
初级分离6
沉淀(precipitation)是物理环境的变化 沉淀(precipitation)是物理环境的变化 引起溶质溶解度降低,由液相变成固相析出生 引起溶质溶解度降低, 成固体凝聚物(aggregates)的现象. 成固体凝聚物(aggregates)的现象. 的现象 常用加入试剂的方法,改变溶剂和溶质的 能量平衡来降低其溶解度,使产物离开溶液生 成不溶性颗粒,沉降析出.沉淀具有浓缩与分 离的双重作用.
3.1.3 等电点沉淀法 isoelectric point precipitation
3.1.2 盐析沉淀
计算: 计算 Cohn经验公式 有时为简单计,也可以用浓度 代替离子强度,则上式成为
m为盐的摩尔浓度
3.1.2 盐析沉淀
方法: 方法 A, "Ks"分级盐析法: 在一定pH值及温度下, 改变盐浓度(即I) 达到沉淀的目的. B,"β"分级盐析法: B β" 在一定I下,改变溶 液的pH值及温度达到 沉淀的目的. C,应用:一般的初步 分离用第一种方法, 进一步纯化时用第二 种方法.
3.1.2 盐析沉淀
生物分离工程分
第一章绪论一、生物分离工程在生物技术中的地位？生物技术的主要目标是生物物质的高效生产，而分离纯化是生物产品工程的重要环节。
因此，生物分离是生物技术的重要组成部分。
生物分离工程是生物技术的下游技术，用于目标产物的提取、浓缩、纯化以及成品化。
二、生物分离工程的特点是什么？1．产品丰富，产品的多样性导致分离方法的多样性2．绝大多数生物分离方法来源于化学分离3．生物分离一般比化工分离难度大三、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？生物分离过程一般分四步：1.固-液分离（不溶物的去除）离心、过滤、细胞破碎，目的是提高产物浓度和质量2.浓缩（杂质粗分）离子交换吸附、萃取、溶剂萃取、反胶团萃取、超临界流体萃取、双水相萃取以上分离过程不具备特异性，只是进行初分，可提高产物浓度和质量。
3．纯化色谱电泳沉淀以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性。
4．精制结晶干燥四、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？（1）产品价值（2）产品质量（3）产物在生产过程中出现的位置（4）杂质在生产过程中出现的位置（5）主要杂质独特的物化性质是什么（6）不同分离方法的技术经济比较上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。
五、生物分离效率有哪些评价指标？1.目标产品的浓缩程度——浓缩率m2．系数α回收率REC第二章细胞分离与破碎一、细胞破碎的目的意义由于有许多生化物质存在于细胞内部，必须在纯化以前将细胞破碎，使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏（增大通透性）或破碎，释放其中的目标产物，然后方可进行提取。
二、细胞破碎方法的大致分类破碎方法可归纳为机械破碎法和非机械破碎法两大类，非机械破碎法又可分为化学（和生物化学）破碎法和物理破碎法。
1．机械破碎处理量大、破碎效率高速度快，是工业规模细胞破碎的主要手段。
细胞的机械破碎主要有高压匀浆、研磨、珠磨、喷雾撞击破碎和超声波破碎等。
2．化学（和生物化学）渗透破碎法（1）渗透压冲击法（休克法）（2）酶溶（酶消化）法3．物理破碎法1）冻结－融化法（亦称冻融法）（2）干燥法空气干燥法真空干燥法冷冻干燥法喷雾干燥法三、化学渗透法和机械破碎法相比有哪些优缺点？化学渗透破碎法与机械破碎法相比优点：化学渗透破碎法比机械破碎法的选择性高，胞内产物的总释放率低，特别是可有效地抑制核酸的释放，料液的粘度小，有利于后处理过程。
生物分离工程(三版)03章课件
的沉淀
7
沉淀的定义
由于物理环境的变化而引起 溶质溶解度的降低、生成固体凝 聚物的现象，称为沉淀。
8
沉淀与结晶的区别
沉淀生成的固体颗粒是不定形的 结晶产品为单一组分，而沉淀凝聚物则
成分非常复杂（除了目标产物外，还夹 杂着多种共存的杂质、盐和溶剂等） 沉淀的纯度远低于结晶 多步沉淀操作也可获得高纯度的目标产 品
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初级分离概念
初级分离是指从发酵液、细胞培养液、胞 内抽提液（细胞破碎液）及其他各种生物 原料初步提取目标产物，使目标产物得到 浓缩和初步分离的下游加工过程。
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初级分离特点
分离对象：体积大、杂质含量高； 分离技术：低操作成本、适于大规模生产
6
沉淀分离－学习要点
识记：盐析和盐溶概念 理解：蛋白质凝集沉淀的屏障，各种沉
32
等电点沉淀-实现方式
在低离子强度下调整溶液pH值至等电点 在等电点的pH值下利用透析等方法降低
溶液的离子强，使蛋白质沉淀
33
等电点沉淀-操作特点
等电点沉淀在较低的离子强度下进行， 因此沉淀操作结束后无需脱盐
与其它沉淀结合使用，例如在等电点附 近进行的盐析沉淀操作时可以获得更小 的蛋白质溶解度
40
其他沉淀技术
聚合物沉淀
非离子型聚合物沉淀 聚电解质沉淀
重金属盐沉淀蛋白质 生物碱试剂以及某些酸类沉淀蛋白质
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沉淀生成动力学-沉淀生长
异向生长 发生在沉淀生成初期，微细的蛋白质颗粒
为布朗粒子，沉淀生长为扩散速率控制 同向凝聚
较大的沉淀颗粒在搅拌剪切作用下通过碰 撞而进一步凝聚，生成大颗粒沉淀
高离子强度下的盐析
第三章--分离与搅拌PPT课件
❖ 降尘室结构简单，流动阻力小，但体积庞大， 分离效率低，通常仅适用于分离直径大于 50μm的颗粒，用于过程的预除尘。
❖ 多层降尘室虽能分离细小的颗粒，并节省地面， 但出灰麻烦。
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15
2.沉降槽
❖ 利用重力沉降从 悬浮液中分离固 相的设备称为沉 降槽，它可从悬 浮液中分出清液 而得到稠厚的沉 渣，又称为增稠 器。按操作方式 分为间歇式和连 续式，一般化工 生产中均采用连 续沉降槽。
4
非均相物系的分离方法
❖ 1.沉降：依据重力、离心力、惯性力，使分散相与连续相 分离。据力的不同分：
重力沉降
离心沉降
❖ 2.过滤：借助压力或离心力使混合物通过某介质(固体)， 使液相与固相截留于介质两侧而达到分离的目的。主要用 于分离液态非均相物系。
❖ 3.气体湿法净制：让含尘气体通过水或其它液体中，使颗 粒溶于液体中或润湿颗粒，而使颗粒粘在一起，通过重力 沉降分离。
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19
2.1 离心沉降速度
❖ 流体作圆周运动时，使其方向不断改变的力称为向心力。
而颗粒的惯性却促使它脱离圆周轨道而沿切线方向飞出，
这种惯性力称为离心力。当颗粒在距中心R处旋转时，其
切向速度uT，径向速度ur 。受力分析：
离心力：F m uT2 R
6
d3S
uT2 R
方向向外
向心力：FC
离心沉降速度 ur ：4d(3S)
uT2 R
❖ ut是常量，ur随uT和R变化，是变量。 ❖ 2.离心沉降所处理的非均相物系中固粒直径通常很小，沉
降一般在滞流区进行，故其沉降速度可表示为：
火箭壳体与卫星分离的原理
火箭壳体与卫星分离的原理
火箭壳体与卫星分离是载人或无人航天飞行任务中的重要环节。
当火箭发射升空后，其主要任务是将卫星或宇航员送入预定轨道。
一旦完成任务，火箭壳体与卫星便需要分离，以便卫星或宇航员能够继续独立进行任务。
火箭壳体与卫星分离的原理是通过预先设计的分离机构来实现。
这些机构通常由爆炸螺栓、弹簧、气体推杆等组成。
在分离时，这些装置会产生足够的力量来将火箭壳体与卫星分离。
具体而言，火箭壳体与卫星分离主要分为两个阶段：初级分离和终级分离。
初级分离是指在火箭发射后一段时间内，通过设置的定时器或通过测量火箭运行的物理参数来触发分离机构。
这时，爆炸螺栓或其他分离装置会被启动，产生足够的力量将火箭壳体与卫星分离。
通常，初级分离会先将火箭的上部与下部分离，以减小卫星受到的振动和冲击。
终级分离是指在卫星进入预定轨道后，通过特定的控制系统来触发分离机构。
这时，火箭壳体与卫星之间的连接会被切断，卫星便能够独立运行。
终级分离也可以通过火箭的引擎停止工作来实现，这样火箭壳体就会因为惯性而继续向前运动，而卫星则会在惯性推力的作用下继续前进。
火箭壳体与卫星分离的过程需要精确的计算和控制。
分离机构的设计必须考虑到火箭壳体与卫星之间的力学特性、重心变化以及其他因素的影响。
分离时产生的振动和冲击也需要在设计过程中予以考虑，以保证卫星的正常运行和安全。
火箭壳体与卫星分离是载人或无人航天飞行任务中一个关键的环节。
通过精心设计的分离机构和准确的计算控制，火箭壳体能够在适当的时机与卫星分离，使卫星能够独立进行任务，实现人类对太空的探索和利用。
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(NH4)2SO4
对盐的要求：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 盐析作用强； 溶解度大，能配置足够高浓度盐溶液； 溶解度受温度影响小，低温时不至于析出盐晶体； 盐溶液密度不太高，便于蛋白质沉淀的沉降或离心分离； 价格便宜； 惰性无毒，或便于去除。
硫酸铵的缺点： 强酸弱碱盐，pH降低；高pH下放氨；腐蚀性；食 品中残留会被味觉感知；临床有毒性，需去除。
第三章
初级分离
沉淀、泡沫分离
3.1 沉淀/沉析(precipitation)
是物理环境的变化引起溶质的溶解度降低、 生成固体凝聚物（aggregates）的现象。
该固体沉淀物为不定形的固体颗粒，纯度较低。
产物的浓缩！
• 特点：
简单、经济、浓缩倍数高。
• 适用范围：
抗生素、有机酸等小分子及蛋白质、酶、多肽、 核酸和其它细胞组分的回收和分离。
为达到盐析所需的盐浓度，应加入固体硫酸铵 的量，可计算，也可查表（硫酸铵饱和度的配制 表）。
•
实验室确定盐析沉淀步骤：
1. 取部分料液，分成等体积数份，冷却至0℃ ； 2. 计算饱和度达到20～100％所需加入的硫酸铵量， 并在搅拌条件下分别加到料液中，继续搅拌1h， 保温0℃； 3. 离心，沉淀溶解于缓冲液，测定其中总蛋白浓度 和目标蛋白浓度（或活性）； 4. 测定上清中总蛋白浓度和目标蛋白浓度（或活 性），物料衡算，检验结果的可靠性； 5. 根据蛋白质活性收率和纯化倍数选择合适饱和度。
Γ为表面过剩，即表面吸附量，kmol/m2； γ为表面张力； α为表面活性物质的活度。若浓度c较低，可以用浓度c代替活度α。
1
RT ln c
在临界胶团浓度以下，表面活性剂溶液的表面张力 γ随表面活性剂浓度c的增大而降低。因此，表面活 性物质的表面吸附量为正值，即在表面上浓聚。 泡沫分离正是利用了表面活性物质的这种性质！
蛋白质的连续泡沫分离过程流程图
泡沫分离过程的参数
溶质浓缩率
(enrichment ratio)
Er
Rp
cf ci
M M
f i
f: foam i: initial
r: residue
收率
(recovery)
c: concentration M: weight A,B: component A and B
• 温度影响
低盐浓度下，蛋白质的溶解度与其它物质类 似，温度升高，溶解度升高。 在高盐浓度下，大多蛋白质的溶解度随温度 升高而下降（有助于蛋白质的失水）。
• pH影响
接近蛋白质等电点的溶液中蛋白质的溶解度 最小（β最小），所以调节溶液pH在等电点附近 有利于提高盐析效果。
• 盐析操作
（1）直接加入硫酸铵固体粉末，加入速度不能太快， 分批加入，并充分搅拌，防止局部浓度过高； （2）加入硫酸铵饱和溶液，在盐浓度不需太高时可采 用这种方式，可防止局部过浓，但料液会被稀释。
• 除杂！
嗜热微生物
嗜热酶
3.1.6其它沉淀法
非离子型聚合物、聚电解质和某些多价金属 盐可用作蛋白质的沉淀剂。例如，水溶性非离子 型聚合物，特别是PEG可用来选择性沉淀以纯化 蛋白质。PEG无毒，不可燃，对大多数蛋白质有 保护作用，能在常温进行，沉淀颗粒较大。
聚合物的作用认为与有机溶剂相似，能降低水活 度，使蛋白质沉淀，也有人认为是PEG的空间排斥作 用使蛋白质被迫挤靠在一起而引起沉淀。在等电点附 近，加入PEG沉淀效果较好。
• 常用溶剂（与水互溶的极性有机溶剂）： 乙醇、丙酮（毒，火）、甲醇（毒，需去除）。 介电常数较低。
液体 水 介电常数ε 80 液体 乙醚 介电常数ε 4.3
20%乙醇 40％乙醇 无水乙醇 甲醇
70 60 24 33
氯仿 乙酸乙酯 丙酮 2.5mol/L甘氨酸
4.8 6.0 21.4 137
ห้องสมุดไป่ตู้ • 优点：
3.2.1 泡沫分离原理
表面活性剂
阳离子表面活性剂分子结构示意图
• 胶团
Such aggregates are called micelles.
• 临界胶团浓度（critical micelle concentration, CMC）
• 表面过剩
Gibbs吸附等温式：
1
RT ln a
通常操作条件为：低离子强度；pH≈pI。蛋白 质的等电点多为偏酸性，一般加入无机酸（盐酸， 磷酸，硫酸等）调节pH。 优点：很多蛋白质偏酸，无机酸（盐酸、磷酸、 硫酸等）通常价廉，且为食品所允许。 缺点：酸化时，蛋白质易失活。
3.1.4有机溶剂沉淀
静电作用：
F
q1 q 2
r
2
在两粒子距离和带电都不变的情况下，静电 作用和介电常数ε成反比。因此，当加入有机溶 剂后，溶液的介电常数下降，导致离子间的静电 作用增大而凝聚沉淀。加入有机溶剂，蛋白质的 表面水化作用程度降低，也导致蛋白质在溶液中 不稳定。
分离比
(separation ratio)
Sr
Pr
cf cr
c f , A / ci, A c f ,B / ci,B E r,A E r ,B
双组分的分配比
(partition ratio)
• 下一节：膜分离
3.1.7沉淀生成动力学
沉淀的生长经历两个过程：
1）沉淀生成初期，异向生长
2）沉淀颗粒进一步凝聚，同向凝聚
3.2 泡沫分离
泡沫分离（foam separation）根据表面吸附的原 理，利用通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体对 液相中的溶质或颗粒进行分离，因此又称泡沫吸 附分离，也称泡沫分级(foam fractionation)或鼓 泡分级(bubble fractionation)。 需有表面活性剂（surfactant）的存在。
消泡器
泡 沫 柱
泡沫
泡 沫 柱
泡沫
泡 沫 柱
泡沫 泡沫液 (产品)
料液
液体
残液1
液体
残液2
液体
残液排出
气体
多柱串联的泡沫分离
3.2.3 泡沫分离的应用 优势：
1. 2. 3. 4. 5. 6. 设备简单，容易放大； 操作简单，能耗低； 可连续和间歇操作； 可处理体积庞大的稀料液； 可直接用于处理含细胞或细胞碎片的料液； 可获得很高的分离效率。
补充表面活性剂
消泡器
泡沫
泡沫 泡沫液 (产品)
液体 气体
液体
气体
(a)表面活性物质的泡沫分离
(b)非表面活性物质的泡沫分离
间歇泡沫分离过程示意图
消泡器 回流 泡 沫 柱 料液 泡沫 泡沫液 (产品)
料液
消泡器
泡 沫 柱
泡沫 泡沫液 (产品)
液体
液体
气体
残液
气体
残液
(a)浓缩纯化
(b)提取分离
连续泡沫分离过程示意图
有机溶剂密度低，易于生成的沉淀进行分离； 与盐析法相比，不用脱盐处理；有机溶剂易挥发， 容易除去。
• 缺点：
容易引起蛋白质变性（沉淀的蛋白如不再溶 解，则可能已变性），需在低温下进行；可能有 毒。
• 3.1.5 热沉淀(Thermal precipitation)
在较高温度下，对热稳定性差的蛋白质会发 生变性沉淀。对热稳定的蛋白质可采用这种方法 进行纯化。
β
lg S/(g/L)
Ks
I /(mol/L)
• 盐析用盐的选择
一般中性盐的阴离子对Ks的影响更为显著。 离子半径小而带电荷较多的阴离子的盐析效果较 好，即盐析常数大。常见阴离子的盐析作用顺序 为:
PO43->SO42->CHCOO->Cl->NO3->ClO4->I->SCN-
阳离子的盐析作用顺序为:
Langmuir型吸附等温线
mc 1 m c
C Γ
m和m’为常数。 C较低时，m’c«1,
mc
m m'
一般在CMC以下进行泡沫分离。 多数表面活性剂的CMC为1～ 20mmol/L。
C较高时，m’c»1，
• 泡沫的形成与结构
3.2.2 泡沫分离设备和过程
消泡器 泡 沫 柱 泡 沫 柱 泡沫液 (产品)
lg S/(g/L)
I /(mol/L)
在盐析区，溶解度的对数与离子强度之间呈线 性关系，符合下式（Cohn经验方程）： lgS=β-KsI
S—蛋白质溶解度， g/L; I —盐离子强度， I= ½ΣciZi2 , ci为i离子浓度mol/L，Zi为i离子化 合价； β—常数，当盐离子强度为零时，蛋白质溶解度的对数值，与蛋 白质种类、温度和pH有关，与无机盐无关； Ks—盐析常数，直线的斜率，与蛋白质和盐的种类有关，但与 温度和pH无关。Ks大时，溶解度受盐浓度影响大，盐析效 果好。
3.1.1 蛋白质的表面性质
• 蛋白质溶液稳定的因素
1. 水化膜层，保护蛋白质粒子，避免因碰撞而聚沉。 2. 双电层，静电斥力作用，使分子互相排斥。
3.1.2 盐析
主要适用于蛋白质（酶）等生物大分子物质， 在高浓度中性盐存在下，它们在水溶液中的溶解 度降低而产生沉淀。
• 盐溶（salting-in）少量加入中性盐，蛋白 质溶解度增加的现象。 • 盐析（salting-out）双电层厚度降低，静电 排斥作用下降；盐离子的水化作用，脱去 蛋白质的水化膜，暴露出疏水区域，容易 发生凝聚和沉淀。
盐析沉淀平衡后上清液中蛋白质浓度与硫酸铵饱和度关系示例
3.1.3等电点沉淀
蛋白质为两性物质，具有等电点，在等电点 pH处蛋白质净电荷为零，蛋白质之间静电排斥力 最小，溶解度最低。利用这一性质，进行蛋白质 沉淀分级的方法称为等电点沉淀法（Isoelectric precipitation）。 等电点沉淀法一般适用于疏水性较大的蛋白质， 而对亲水性很强的蛋白（如明胶），由于其在水 中溶解度较大，在等电点的pH下也不易产生沉淀。