固液分离技术chen

但不能有效地沉淀病毒、小细胞器（如核蛋白体）或
单个分子。
低速冷冻离心机
高速冷冻离心机
超速离心机:主要由驱动、速度控制、温度控制、真空系统和
转头五部分组成。 驱动装置是由水冷和风冷电动机通过精密齿轮箱或皮带变速，
或直接用变频感应电机驱动，并由微机进行控制，由于驱动轴
的直径较细，因而在旋转时此细轴可有一定的弹性弯曲，以适 应转头轻度的不平衡，而不至于引起震动或转轴损伤，除速度 控制系统外，还有一个过速保护系统，以防止转速超过转头最 大规定转速而引起转头的撕裂或爆炸，为此，离心腔用能承电 受此种爆炸的装甲钢板密闭。
冷冻系统有类似冰箱的冷冻压缩机，可达-10℃。温度
控制是由安装在转头下面的红外线射量感受器直接并 连续监测离心腔的温度，以保证更准确更灵敏的温度 调控，这种红外线温控比高速离心机的热电偶控制装 置更敏感，更准确。
超速离心机装有真空系统，这是它与高速离心机的主要区别。 离心机的速度在20，000rpm以下时，空气与旋转转头之间 的摩擦只产生少量的热，速度超过20，000rpm时，由摩擦 产生的热量显著增大，当速度在40，000rpm以上时，由摩 擦产生的热量就成为严重问题，为此，将离心腔密封，并由机 械泵和扩散泵串联工作的真空泵系统抽成真空，温度的变化容 易控制，摩擦力很小，这样才能达到所需要的超高转速。
按转速分类：低速离心机、高速离心机、超速离心机。
低速（普通、常速）离心机：转速在10，000rpm 以内或相对离心力在15，000×g以内。 高速离心机：转速在10，000～30，000rpm以 内或相对离心力在15，000～70，000×g以内。
超速离心机：转速在30，000rpm以上或相对离心 力在70，000×g以上。
在水平安装的中空转鼓表面上覆以滤布，转鼓下部 浸入盛有悬浮液的滤槽中并以的转速转动。转鼓内分12 个扇形格，每格与转鼓端面上的带孔圆盘相通。此转动 盘与装于支架上的固定盘藉弹簧压力压紧叠合，这两个 互相叠合而又相对转动的圆盘组成一付分配头。 转鼓表面的每一格按顺时针方向旋转一周时，相继 进行着过滤、脱水、洗涤、卸渣、再生等操作。
滤布
细砂过滤介质
多孔陶瓷过滤板
4.影响因素
（１）悬浮微粒的性质和大小：悬浮微粒越大，粒子越坚 硬，大小越均匀，固液分离越快． 例如：一般，真菌的菌丝比较粗大，如青霉素的重量比阻 为（0.15一0.20）× l012 m／kg左右，发酵液容易过滤， 常不需特殊处理。放线菌发酵液菌丝细而分枝，交织成网 络状，如链霉素重量比阻为2000×1012m/kg左右，过滤较 困难，一般需经预处理 （２）混合液的黏度：与菌种种类、浓度和培养基、发酵 终点的判断有关．
高速冷冻离心机：最大容量可达3L，分离形式也是固 液沉降分离，转头配有各种角式转头，荡平式转头、 区带转头、垂直转头和大容量连续流动式转头，一般
都有制冷系统，以消除高速旋转转头与空气之间摩擦
而产生的热量，离心室的温度可以调节和维持在0～ 40℃，转速、温度和时间都可以严格准确地控制，并 有指针或数字显示，通常用于微生物菌体、细胞碎片、 大细胞器、硫铵沉淀和免疫沉淀物等的分离纯化工作，
1.离心机的分类
国际上对离心机的分类方法有：按用途分、按转速分 和结构分
按用途分类：制备型离心机和制备分析型离心机
制备分析型离心机：不但能分离浓缩、提纯试样，而 且可以通过光学系统对试样的沉降过程进行观察、拍 照、测量、数字输出、打印、自动显示。主要用于研 究纯的生物大分子颗粒的理化性质，依据待测物质在 离心场中的行为，能推断物质的纯度、形状和分子量 等。分析性离心机都是超速离心机。
固液分离技术
学习目标: 常用固-液分离技术的工作原理 常用固-液分离设备的构造及应用
一、固液分离的目的
１.收集胞内产物的细胞或菌体，分离除去液相， ２.收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物，如 细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和它们的絮 凝体等。
二、常用的固液分离方法
（一）过滤 （二）离心 （三）切向流过滤 （四）双水相萃取 （五）吸附法
（３）操作条件:操作温度、PH、压力、滤饼厚度等 影响分离速度。
（４）助滤剂的使用：一种不可压缩的多孔性微粒， 可使滤饼疏松，滤速增大。 （５）固液分离设备和技术：根据混合物性质、分 离要求、操作条件综合考虑。
5.过滤设备 （1）板框过滤机
结构与工作原理
由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构 成。板和框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样 板、框装合，压紧后即构成供滤浆、滤液或洗涤液流动 的通道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤
通常，在操作开始阶段所得到滤液是浑浊的， 须经过滤饼形成之后返回重滤。
过滤速度的大小决定于过滤推动力与过滤阻力之比。
过滤推动力是滤饼和介质两侧的压强差。 过滤阻力为过滤介质阻力与滤饼阻力之和
在滤饼过滤中，过滤阻力主要决定于滤饼的阻力。
在澄清过程中，过滤阻力开始时只决定于介质阻力

滤饼阻力与滤饼干重之间有如下关系 Ｒc=rB m/A Rc为滤饼的阻力， rB为滤饼的质量比阻 m为滤饼干重， A为过滤面积 比阻值rB是衡量各种物质过滤特性的主要指标，与滤 饼的结构特性有关． 对于不可压缩滤饼， rB为常数；
对于可压缩滤饼（大多数生物滤饼）， rB是操作压力差 的函数，随压力增大而增大． rB＝r(ΔP) m r为不可压缩滤渣的比阻，对于一定的料液，其值为常数； m为压缩性指数，一般取0．5一0．8，对不可压缩性滤 饼，m为0。 因此，在过滤操作中，压力差是非常敏感和重要的参 数，特别是可压缩性强的滤饼．一般需要缓慢增大操作 压力，最终操作压力差不能超过０.３－０.４ＭＰa
按结构分类：一般在高速和低速离心机根据结构和功
能进行分类，品种繁多，各家命名也无统一标准。可 分为台式离心机、多管微量台式离心机、细胞涂片离 心机、血液洗涤台式离心机、高速冷冻离心机、大容 量低速冷冻离心机、低速冷冻离心机、台式高速冷冻 离心机、台式低速自动平衡离心机等。另外国外还有 三联式（五联式）高速冷冻离心机，专作连续离心用。
技术参数 最高转速：100，000rpm， 运转控制精度±10rpm 最大离心力：803.000×g （采用p100AT2转头） 加减速时间：5min内达到 转头温度控制精度： ±0.5℃（设定范围0～40 ℃） 噪音：最大53dB，超宁静
各种离心转头
各种转头的离心半径
结构性能
速率不能严格控 制，多数室温下 操作
有消除空气和转子间摩 擦热的制冷装置，速率 和温度控制较准确、严 格
备有消除转子与空气摩擦热的 真空和冷却系统，有更为精确 的温度和速率控制、监测系统， 有保证转子正常运转的传动和 制动装置等。
作用
收集易沉淀的大 颗粒（如RBC、 酵母细胞等）
收集微生物、细胞碎片、 主要分离细胞器、病毒、核酸、 大细胞器、硫铵沉淀和 蛋白质、多糖等。甚至能分开 免疫沉淀物等。 分子大小相近的同位素标记物 15N-DNA和未标记的DNA
（一）过滤
1.过滤原理
过滤是利用可以让液体通过而不能让固体通过的多孔 介质，将悬浮液中的固、液两相加以分离的操作。 2.过滤的类型 过滤机制有两种基本类型：即表面的和深层的。
表面过滤的代表是通过滤布的过滤。
深层过滤的代表如沙滤
① 表面过滤
过滤时悬浮液置于过滤介质的一侧。过滤介质常 用多孔织物，其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗 粒直径。在过滤操作开始阶段，会有部分颗粒进入过 滤介质网孔中发生架桥现象（图4-7b），也有少量颗 粒穿过介质而混与滤液中。 随着滤渣的逐步堆积，在介质上形成一个滤渣层， 称为滤饼。不断增厚的滤饼才是真正有效的过滤介质， 而穿过滤饼的液体则变为清净的滤液。
浆和滤饼的空间。
滤板和滤框
滤板及滤板角孔
板框压滤的操作过程可分为装合、过滤、洗涤、卸渣、整 理五个步骤。
悬浮液从框右上角的通道进入滤框，固体颗粒被截留在框内形成滤饼， 滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经板面从板的左下角旋塞排出。 待框内充满滤饼，即停止过滤。 如果滤饼需要洗涤，先关闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的 通道进入，依次穿过滤布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的 旋塞排出。
主要优缺点
优点：板框压滤机构造简单，过滤面积大而占地省，过 滤压力高，便于用耐腐蚀材料制造，操作灵活，过滤 面积可根据产生任务调节。 缺点：间歇操作，劳动强度大，产生效率低。 主要用于：培养基的过滤、霉菌、放线菌、酵母菌和细 菌的固液分离。 适合于固体含量1%-10%的悬浮液的分离。
（2）回转真空过滤机
② 深层过滤
颗粒尺寸比介质孔道小的多，孔道弯曲细长，颗 粒进入孔道后容易被截留。同时由于流体流过时所引 起的挤压和冲撞作用。颗粒紧附在孔道的壁面上 3.过滤介质
① 织物介质：即棉、毛、麻或各种合成材料制成的织 物，也称为滤布。 ② 粒状介质：细纱、木炭、碎石等。 ③ 多孔固体介质（一般要能够再生的才行）：多孔陶 瓷、多孔塑料、多孔玻璃等。
特点：回转真空过滤机的过滤面积不大，压差也不高， 但它操作自动连续，对与处理量较大而压差不需很 大的物料比较合适。
适用于：固体含量较大（>10%）的悬浮液的分离。
（二）离心技术
对于浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶 物，可以采用过滤分离。 但当固体颗粒细小而难以过滤时，发酵液 不易被过滤纯化，往往采用离心操作。 离心技术 是利用转鼓高速转动所产生的离心 力，根据物质颗粒的沉降系数、质量、密度 及浮力等因子的不同，来实现悬浮液、乳浊 液分离或浓缩的分离的过程。
离心机中装有一个光学系统，在整个离心期间都能 通过紫外吸收或折射率的变化监测离心杯中沉降着 的物质，在预定的期间可以拍摄沉降物质的照片， 在分析离心杯中物质沉降时，在重颗粒和轻颗粒之 间形成的界面就像一个折射的透镜，结果在检测系 统的照像底板上产生了一个“峰”，由于沉降不断 进行，界面向前推进，因此峰也移动，从峰的移动 速度可以计算出样品颗粒的沉降速度。