生物物质分离工程复习题

生物物质分离工程复习题2014.4名词解释（包括翻译）：凝聚：指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。

絮凝：指使用絮凝剂将胶体粒子连接成网，形成10mm大小絮凝团的过程。

渗透汽化(pervaporation)：即通过渗透蒸发膜，在膜两侧组分的蒸汽压作用下，使液体混合物部分蒸发，从而达到分离目的的一种膜分离方法。

离子对/反应萃取：就是使目标溶质与溶剂通过配位反应，酸碱反应或离子交换反应生成可溶性的配合物，易从水相转移到有机溶剂系统中。

胶束：将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过临界胶束浓度时，表面活性剂就会在水溶液中聚集在一起形成的聚集体就称为胶束。

反胶束（reversed micelle）：是表面活性剂分散于连续有机相中一种自发形成的纳米尺度的聚集体临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration）：是胶束形成所需表面活性剂的最低浓度，用CMC来表示，这是体系特性，与表面活性剂的化学结构、溶剂、温度和压力等因素有关。

浊点萃取(cloud point extraction,CPE)：一种新型的液-液萃取技术，以表面活性剂胶束的水溶液的溶解性和浊点现象为基础，通过改变实验条件而引起相分离，从而将水溶性物质与亲油性物质分离。

增溶作用（solubilization）：表面活性剂在水溶液中浓度达到临界胶束浓度而形成胶束后，能使不溶或微溶于水的有机物溶解度显著增大，形成澄清透明溶液的现象。

浊点（cloud point）：溶液由透明变为浑浊时的温度称为浊点（cloud point ）液膜分离法(Liquid membrane separation)：又称液膜萃取法(Liquid membrane extraction)以液膜为分离介质、以浓度差为推动力的膜分离操作。

支撑液膜(supported liquid membranes)：是由溶解了载体的液膜，在表面张力作用下，依靠聚合凝胶层中的化学反应或带电荷材料的静电作用，含浸在多孔支撑体的微孔内而制得的。

细胞破碎（cell rupture）：是指利用物理、化学、酶或机械的方法破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。

膜的水通量：是在一定的条件下每单位时间内通过单位膜面积的水体积流量，也叫透水率，即水透过膜的速率。

区带电泳(zone electrophoresis)：即应用支持介质的电泳它表示在一个电场的作用下，样品组成在某一支持物上彻底分离成若干条区带的过程。

亲和膜分离(Affinity Membrane Separation)：亲和膜分离技术是将膜分离和层析技术的结合起来的一项技术，有两者结合的亲和膜分离技术，可发挥两者的特色，具有处理量大、选择性强、易于放大等显著优点。

亲和载体（affinity escort）：亲和载体的结构包括一个由对生物分子无特异吸附性的物质组成的内核以及内核表面上连接的某些特定基团，这些基团必须对所提取的蛋白质有一定的特异吸附性。

等电聚焦电泳（isoelectric focusing electrophoresis）：一种依据静电荷的不同来离析分子的方法，能利用电场和pH梯度的符合作用实现两性物质的选择分离。

填空题型：膜的截留率是指对一定相对分子量的物质，膜能截断的程度。

定义为 ，如 ＝1，则C P ＝0，表示溶质全部被截留；如＝0，则C P =C B ，表示 溶质能自由透过膜 。

截留率与相对分子质量之间的关系称为截断曲线，较好的膜应该有陡直的截断曲线，可使不同相对分子质量的溶质完全分离。

截断分子量(MWCO) ：为相当于一定截留率（通常为90%或95%）的相对分子质量。

截留率越高，截断分子量的范围越窄的膜越好。

膜分离装置的核心是 膜组件 。

膜污染严重时会在膜表面形成 固体沉淀 。

NF 与RO 、UF 装置一样，其膜组件有4种形式，即卷式、中空纤维式、板框式和管式。

NF 膜介于有孔膜和无孔膜之间，同时又是 非对称 膜，除了浓差极化、膜面吸附、粒子沉积等污染因素外，溶质与膜面之间的 静电效应 也会对纳滤过程的污染产生影响，这是NF 污染与UF ，RO 污染的重要区别。

NF 膜污染的控制方法可分为四种。

一是 膜清洗 ，二是改变进料的部分物理化学性质 ，三是 改变操作方式 ，四是改性膜表面。

膜亲和过滤法是一项新兴的技术，兼有 膜分离 和 亲和色谱 的优点，具有处理量大、选择性强、易于放大等显著优点，可有效地进行生物产品的分离和纯化。

亲和膜的分离过程包括：① 分离膜的改性 ；②亲和膜制备；③ 亲和络合 ；④洗脱；⑤亲和膜再生。

亲和膜过滤的特点是同时体现了亲和色谱中生物特异性吸附及膜分离可大规模操作的优点，BP c c -=1δδδ将亲和载体分散在溶液中进行吸附，避免了固定床操作带来的种种缺点。

渗透蒸发区别于其它膜过程的重要特点是发生相变，在工业化可在相当大的范围内替代精馏。

工业上萃取操作包括三个过程，即混合、分离和溶剂回收，因此萃取流程中必须包括混合器、分离器和回收器。

对各种萃取操作过程进行计算时，须符合两个假定：①萃取相和萃余相很快达到平衡，即每一级都是理论级；②两相完全不互溶，在分离器中能完全分离。

工业上常用HLB 数来表示表面活性剂的亲水与亲油程度的相对强弱，HLB 数越大，亲水性越强，形成O / W 型乳状液；HLB 数越小，亲油性越强，形成W / O型乳状液。

最有效的去乳化方法是采用预处理手段，将发酵液中表面活性物质（蛋白质）除去，预先消除水相乳化。

反胶束溶液是透明的、热力学稳定的系统，表面活性剂是反胶束溶液形成的关键。

将阳离子表面活性剂如CTAB溶于有机溶剂形成反胶束时，与AOT不同，还需加入一定量的助溶剂（助表面活性剂），这是由于结构差异所致。

蛋白质溶入反胶束溶液的推动力主要包括表面活性剂与蛋白质的静电作用力和位阻效应。

单一反胶束体系是由一种表面活性剂形成的最简单的反胶束体系。

目前最常见的是AOT/异辛烷体系，结构简单，反胶束体积较大，适用于等电点较高、相对分子质量较小的蛋白质分离。

水相的pH值决定了蛋白质表面电荷的状态，对于阳离子表面活性剂，溶液的pH > pI 时，反胶束萃取才能进行；对于阴离子表面活性剂，溶液的pH < pI时，反胶束萃取才能进行。

生物分离的双水相体系中最常用的是PEG/Dextran和PEG/无机盐体系。

超临界流体萃取中，被萃取物可通过等温减压或等压升温的办法与萃取剂分离，而萃取剂只需重新压缩便可循环使用。

超临界流体萃取特别适合于热稳定性较差的物质，尤其是天然产物的分离，同时产品中无其他物质残留。

液膜通常由膜溶剂90%以上、表面活性剂1-5%，流体载体1-5%组成。

表面活性剂起乳化作用，直接影响膜的稳定性、渗透速率、分离效率和膜的重复利用；添加剂用于控制膜的稳定性和渗透性。

液膜分离体系中，含有被分离组分的料液作连续相称为外相；接受被分离组分的液体称为内相；处于两者之间的成膜的液体称为膜相。

液膜按构型和操作方式可分为乳状液膜和支撑液膜。

无载体液膜主要有三种分离机理，即选择性渗透、化学反应、萃取和吸附。

有载体液膜分离过程主要决定于载体的性质，载体输送分为逆向迁移和同向迁移两种。

液膜分离操作过程分四个阶段，即制备液膜、液膜萃取、澄清分离和破乳。

破乳法有化学、离心、过滤、加热和静电破乳法等。

泡沫分离是以气泡为介质，依据各组分的表面活性的差异而分离混合物的方法。

泡沫分离的操作是由两个基本过程组成：①待分离的溶质被吸附到气－液界面上；②对被泡沫吸附的物质进行收集并用化学、热或机械的方法破坏泡沫，将溶质提取出来。

因此它的主要设备为泡沫塔和破沫器。

Cohn经验式lg S=β - K Sμ，S为蛋白质的溶解度，μ为离子强度，K s为盐析常数，β为当离子强度为零，也就是蛋白质在纯水中的假想溶解度的对数值，在蛋白质等电点时最小。

膨胀床吸附是能在床层膨松状态下实现平推流的扩张床吸附技术。

离子交换过程是液固两相间传质和化学反应过程，速率主要受离子在液固两相间的制约。

离子交换树脂的交联度以交联剂用量的质量百分数表示。

交换势是树脂对不同反离子亲和力强弱的反映。

色谱法在1903年由俄国植物学家茨维特分离植物色素时首次采用。

色层分离过程包括：①加试样；②展开；③分部收集。

色谱峰高一半处对应的峰宽称为半峰宽Y1/2，色谱峰两侧拐点上的切线在基线上截距间的距离称为峰底宽度Y。

塔板理论和速率理论均以色谱过程中分配系数恒定为前提。

某组分峰的峰底宽为40 s，保留时间为400 s，此色谱柱的理论塔板数为1600 块。

分离度R为相邻两组分色谱峰保留值之差与两组分色谱峰底宽总和之半的比值，R值越大，表明相邻两组分分离越好，通常用R=1.5作为相邻两组分已完全分离的标志。

疏水作用色层分离法的首要条件是基质和配基及其偶联，琼脂糖类凝胶是应用最广泛的疏水介质。

离子交换色谱分离介质上被吸附物质的洗脱方法有三种：恒定溶液洗脱、线性梯度洗脱和逐次洗脱。

凝胶颗粒的内部具有立体网状结构，形成很多孔穴。

样品进入凝胶层析柱后，组分的扩散程度取决于 孔穴的大小 和组分分子大小。

亲和色谱分离的基本过程可分为三个主要步骤：①配基的固相化；② 亲和 ；③解离。

凝胶层析介质主要是以 葡聚糖 、 琼脂糖 、聚丙烯酰胺等为原料，通过特殊工艺合成的层析介质。

计算题：1 利用乙酸乙酯萃取发酵液中的放线菌素D(ActinomycinD)，pH 3.5时分配系数K=61采用三级错流萃取，令H ＝610 dm 3/h ，三级萃取剂流量之和为42 dm 3/h 。

（1）计算V s1=V s2=V s3时的萃取率。

（2分）（2）计算V s1＝21，V s2=12，V s3=9 dm 3/h 时的萃取率。

（3分）（3）操作条件不变，计算采用多级逆流接触萃取时使收率达到99%所需的级数及其实际收率。

（5分）解:()()99.0％1-4.2 4.2-4.2-102.31992.46104261)3(923.0)1)(1)(1(11`19.06109612.161012611.261021612928.0)1(1114.1610146161/610/143/42V 113133)1()1(32133213332133321===--====+++-=-=⨯==⨯==⨯==+-=-=⨯=⨯=========++++ϕϕϕ率故需三级萃取，实际收得时，n E E E ％E E E E E E E E V V K E E E K h dm V h dm Vs Vs s n n F S F2 已知物质A 和B 在一个30.0cm 柱上的保留时间分别为16.52和18.02 min ，不被保留组分通过该柱的时间为1.23 min ，峰宽为1.42和1.58mm 。