生物分离工程 孙彦 答案上下
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3 10 (58 0)2
0 2 ( ) 1.2
0 2 V02 V2 L[( ) ] 0.84 (1.2 ) 12 12 HETP
V0 2 V 2 (58 ) (VR ) 2 2 将 V =1、V =2、V =5、V =10、V =20代入，分别得 HETP为： 10-4 、 10-4 、. 10-4 、 3.15 3.70 7 54 20.18 10-4 、 62.73 10-4
2
dq =100
0
1 q -150.75 q +4975
2
dq
48.33
0
100 1 (q -48.797)(q -101.953) dq = -53.156
48.33
0
1 1 (q -48.797) - (q -101.953) dq 48.33
= -1.881 ln (q-48.797)-ln(q-101.953) 0
（2）结晶数
B GV 1.18 107 0.1103 N 2.36 107 L G F 50
粒数分率
k 1 e Fl FLD F 3GV 3 GV GV GV F k 1 e 1 e3 0.95
（3）结晶质量分率
1 2 1 3 w 1 (1 )e 2 6 9 27 3 1 (1 3 )e 2 6 0.353
RS1 HETP F (m2 m1 ) L1/2 由RS 知， 1 1/2 2 (2 m1F m2 F ) HEPT RS HETP 2 1
RS 1 (3 104 )0.5 1.3 ( HETP)0.5 分别得：RS 1 =1.27； 1.17； 0. ； 0.50； 82 0.28
晶浆浓度M及结晶质量W：
GV 4 1.18 107 0.336 0 3 M 6v c n ( ) 6 11.110 ( 102 )4 F 0.056 102 3 219 g / L
W Mw 219 0.353 77.2 g / L
超临界萃取
SFE-CO2技术的主要应用范围 1 食品工业 2 医药、化妆品 (1)在生物活性物质和天然药物提取中的应用 (EPA、DHA 沙棘油 、γ-亚麻酸 、β-胡萝卜素等 ) (2)在手性药物合成中的应用 (3)在药剂学中的应用 (4)在药物分析中的应用 3 化学工业
P244 6.1 固定床吸附操作的恒定图式假设在什么情况下成立？
期末考试复习题
电泳
1.电泳的概念 2.电泳的基本原理 3.电泳技术的分类 4.基本的电泳系统组成 5.常规聚丙烯酰胺凝胶电泳的分离原理 6.SDS- PAGE的分离原理 7.何谓等电聚焦？如何形成载体两性电解质pH梯 度？
• P437第3题 解：（1）
3GV 3 0.056 103 0.1 LD 3.36 104 m 0.336 mm F 50 103
• 恒定图式只有在优惠吸附时成立，即吸附等温线 上凸，如符合langmuirhe和Freundlich等温式时。 • 因为只有当吸附等温线上凸，吸附量随溶质浓度 增大而增大，且斜率逐渐减小时，高浓度区的溶 质移动速率快，理论上随着吸附操作的进行，浓 度波宽变窄，最后发生“自旋”现象；但实际中， 各种传质阻力和非理想流动会引起浓度波变宽， 故“自旋”现象不会发生。当使浓度波变宽和变 窄两种相互作用平衡时，浓度波的宽度和形状将 不再改变，形成恒定图式浓度分布。
期末考试复习题
色层分离 1、何谓色层分离法？可分为那几大类？ 2、简述柱层析系统的工艺流程。 3、何谓保留值、分配容量K、分离度？ 4、色层图中分离度有那几种表示方法？ 5、层析剂有那几种？各自有何特点？ 6、何谓亲和色层分离法？亲和力的本质和影响因素是 什么？亲和色层中常用的亲和关系有那几种？ 7、柱层析法与固定床吸附法有何异同点？ 8、色谱柱理论板数和塔板高度的计算？ 9、常用的亲和吸附介质有哪些？ 10、亲和层析中目标产物的洗脱有哪几种方法？ 各有 何优缺点？
色谱分离
P358 8.1
8.2 原理相似
P358 8.3
• 生物料液中目标产物浓度很低，杂质大量存在，吸附过程 中即使有少量杂质的非特异性吸附发生也会大大降低纯化 效果。 • 而杂质的非特异性吸附量与流动相的离子强度、pH密切 相关。 • 1）如，当配基或者目标产物带有电荷或者引入带电基团 时，在较低离子强度下，亲和吸附剂（包括已被吸附的目 标产物）对杂质的静电作用较强，非特异性吸附量较大； • 2）而在离子强度较高的情况下，由于间隔臂碳氢链的疏 水性相互作用较强，也可能使非特异性吸附量增大。 • 因此，为减小吸附操作中的非特异性吸附量，所用的缓冲 液的离子强度要恰当，一般为0.1~0.5mol/L，缓冲液的pH 值也应使配基和目标产物与杂质的静电作用较小。
• 吸附作用的机理
固体表面分子（或原子）处于特殊状态，
固体内部分子所受的力是对称的，故彼此
处于平衡状态，但在界面分子的力场是不
饱和的，即存在一种固体的表面力，它能
从外界吸附分子、原子或离子，并吸附表
面上形成的多分子或单分子层。
• 吸附作用的过程 吸附质被吸附剂吸附的过程可分为三步： 1）外扩散：吸附质从流体主体通过扩散(分子扩 散与对流扩散)传递到吸附剂颗粒的外表面。因为 流体与固体接触时，在紧贴固体表面处有一层滞 流膜，所以这一步的速率主要取决于吸附质以分 子扩散通过这一滞流膜的传递速率。 2）内扩散（孔扩散、表面扩散）：吸附质从吸 附剂颗粒的外表面通过颗粒上微孔扩散进入颗粒 内部，到达颗粒的内部表面。 3）吸附：吸附质被吸附剂吸附在内表面上。 • 吸附按作用力可分为物理吸附、化学吸附、离子 交换吸附
（3）料液体积对HETP的影响：
2 t0 2 L( 0 ) 12 HETP t0 2 (t R ) 2
用无因次的进料时间表示料液体积：
0 2 V02 L[( ) ] 12 HETP
(VR V0 2 ) 2
VR,A=58 mL; L=0.84 m; HETP=0.3 mm; V0=0 0 2 0.84 [( ) 0] 代入上式得: 4
P358 8.4
Fra Baidu bibliotek
P358 8.5
-
, 积分得： [E ]=
-Q(1-R) dt (1+Keq [L]0 ) 0
t
期末考试复习题
吸附法和离子交换 1、吸附作用机理是什么？按作用力可分为哪几种？ 2、吸附法有几种？各自有何特点？ 3、大孔网状聚合物吸附与活性炭吸附剂相比有何优 缺点？ 4、影响吸附过程的因素有那些？ 5、何谓离子交换法?一般可分为那几种? 6、离子交换树脂的结构、组成？按活性基团不同可 分为几大类？ 7、离子交换树脂有那些理化性能指标？ 8、pH值是如何影响离子交换分离的？ 9、何谓穿透曲线？
P307 7.1 解：（1）蓝色葡萄糖分子质量2106，大于过滤介 质的排阻极限，故在这两种介质中的分配系数 m=0，VR=V0=40 mL。
溶质的洗脱体积：VR =V0 + m(Vt V0 ), VR , A VR (Vt V0 )(mA m) 58 40 mA m 0 0.3, (Vt V0 ) 100 40 同理： 64 40 mB m 0 0.4 (Vt V0 ) 100 40 VR , B VR VR , A VR
VS 又 c =c0 - q 5-0.05q VL 界面传质速率： TR k1c(qm -q ) k1q =0.2 (5-0.05q )(49.75-q )-0.01q q 即 =0.01q 2 -1.5075q +49.75 t
48.33
t = =100
0
48.33 1 0.01q -1.5075 q +49.75
• 穿透曲线 （1）吸附带：指正在发生吸附作用的那 段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没 有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充 层已达到饱和状态，不再起吸附作用。 （2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出 水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为 纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。 （3）穿透点：当出水吸附质浓度达到入 口吸附质浓度5%~10%时所对应的出水总 体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点叫 穿透点。
（2）
已知：RS =1.3，m2 =mB =0.4, m1 =mA =0.3, Vt -V0 100-40 F= = =1.5，HETP 0.3 104 V0 40
F (m2 m1 ) N 1/2 F (m2 m1 ) L1/2 RS , 1/2 2 (2 m1 F m2 F ) 2 (2 m1F m2 F ) HETP 1.5 (0.4 0.3) L1/2 1.3 2 (2 0.3 1.5 0.4 1.5) (3 104 )1/2 L 0.84 m 84 cm
=7.4h
(2) q m =50 - 0.5 1 )=25 g /L,kd =5 1 =5 （1
2 2
k1cqm qm c 25c2 q2 = = = k-1 +k1c kd +c 5+c2 又 VS q2 +VL 2 c2 =VS q0 , c2 =3.76g /L c2VL 2 3.76 500 洗脱收率= = =77.8% VS q0 50 48.33 c2VL 2 3.76 500 总收率= = =37.6% VL c 1000 5
P244 6.5
(1) q m =50 - 0.5 0.12 )=49.75,kd =5 0.12 =0.05, （1 根据物料衡算： Vs q1 VL c =VL c0 , 即 50q1 +1000c =1000 5 q0 =100-20c------------------------(1) k-1q =k1c(qm -q ), 饱和时， k1cqm qm c 49.75c q0 = = = -------(2) k-1 +k1c kd +c 0.05+c 联立得：q0 =48.82，c =2.56 q =0.99q0 =48.82 0.99=48.33g /L
1 2
将HETP =3.15 10-4 、 10-4 、. 10-4 、 3.70 7 54 20.18 10-4 、 62.73 10-4 代入，
7、色谱分离
基本概念 • 死时间t0，死体积V0 • 保留时间，保留体积 • 调整保留时间，调整保留体积 • 相对保留值 • 分配比，容量因子 • 标准差，基线宽度 • 理论塔板数
生物分离工程期中后习题
超临界萃取
原理
• 利用超临界流体为萃取剂的萃取操作，萃取剂处于临界温 度TC和临界压力PC以上状态时，加压气体不会液化，密度 增大，具有类似液体的性质和气体的性能。 • 超临界流体密度接近于液体，溶解能力强，粘度小，与气 体性质相似；而扩散系数远大于常规液体，传质性能好； 因此，达到萃取平衡的时间也短，分离效率高。 • 利用压力和温度对超临界流体的溶解性能影响而进行；在 超临界状态下，流体与待分离液体接触，选择性地把极性 大小、沸点高低、分子量大小不同的成分萃取出来；借助 减压升温的方法使超临界流体变成常规气体，被萃取物质 自动析出，达到分离提纯目的地。
0 2 ( ) 1.2
0 2 V02 V2 L[( ) ] 0.84 (1.2 ) 12 12 HETP
V0 2 V 2 (58 ) (VR ) 2 2 将 V =1、V =2、V =5、V =10、V =20代入，分别得 HETP为： 10-4 、 10-4 、. 10-4 、 3.15 3.70 7 54 20.18 10-4 、 62.73 10-4
2
dq =100
0
1 q -150.75 q +4975
2
dq
48.33
0
100 1 (q -48.797)(q -101.953) dq = -53.156
48.33
0
1 1 (q -48.797) - (q -101.953) dq 48.33
= -1.881 ln (q-48.797)-ln(q-101.953) 0
（2）结晶数
B GV 1.18 107 0.1103 N 2.36 107 L G F 50
粒数分率
k 1 e Fl FLD F 3GV 3 GV GV GV F k 1 e 1 e3 0.95
（3）结晶质量分率
1 2 1 3 w 1 (1 )e 2 6 9 27 3 1 (1 3 )e 2 6 0.353
RS1 HETP F (m2 m1 ) L1/2 由RS 知， 1 1/2 2 (2 m1F m2 F ) HEPT RS HETP 2 1
RS 1 (3 104 )0.5 1.3 ( HETP)0.5 分别得：RS 1 =1.27； 1.17； 0. ； 0.50； 82 0.28
晶浆浓度M及结晶质量W：
GV 4 1.18 107 0.336 0 3 M 6v c n ( ) 6 11.110 ( 102 )4 F 0.056 102 3 219 g / L
W Mw 219 0.353 77.2 g / L
超临界萃取
SFE-CO2技术的主要应用范围 1 食品工业 2 医药、化妆品 (1)在生物活性物质和天然药物提取中的应用 (EPA、DHA 沙棘油 、γ-亚麻酸 、β-胡萝卜素等 ) (2)在手性药物合成中的应用 (3)在药剂学中的应用 (4)在药物分析中的应用 3 化学工业
P244 6.1 固定床吸附操作的恒定图式假设在什么情况下成立？
期末考试复习题
电泳
1.电泳的概念 2.电泳的基本原理 3.电泳技术的分类 4.基本的电泳系统组成 5.常规聚丙烯酰胺凝胶电泳的分离原理 6.SDS- PAGE的分离原理 7.何谓等电聚焦？如何形成载体两性电解质pH梯 度？
• P437第3题 解：（1）
3GV 3 0.056 103 0.1 LD 3.36 104 m 0.336 mm F 50 103
• 恒定图式只有在优惠吸附时成立，即吸附等温线 上凸，如符合langmuirhe和Freundlich等温式时。 • 因为只有当吸附等温线上凸，吸附量随溶质浓度 增大而增大，且斜率逐渐减小时，高浓度区的溶 质移动速率快，理论上随着吸附操作的进行，浓 度波宽变窄，最后发生“自旋”现象；但实际中， 各种传质阻力和非理想流动会引起浓度波变宽， 故“自旋”现象不会发生。当使浓度波变宽和变 窄两种相互作用平衡时，浓度波的宽度和形状将 不再改变，形成恒定图式浓度分布。
期末考试复习题
色层分离 1、何谓色层分离法？可分为那几大类？ 2、简述柱层析系统的工艺流程。 3、何谓保留值、分配容量K、分离度？ 4、色层图中分离度有那几种表示方法？ 5、层析剂有那几种？各自有何特点？ 6、何谓亲和色层分离法？亲和力的本质和影响因素是 什么？亲和色层中常用的亲和关系有那几种？ 7、柱层析法与固定床吸附法有何异同点？ 8、色谱柱理论板数和塔板高度的计算？ 9、常用的亲和吸附介质有哪些？ 10、亲和层析中目标产物的洗脱有哪几种方法？ 各有 何优缺点？
色谱分离
P358 8.1
8.2 原理相似
P358 8.3
• 生物料液中目标产物浓度很低，杂质大量存在，吸附过程 中即使有少量杂质的非特异性吸附发生也会大大降低纯化 效果。 • 而杂质的非特异性吸附量与流动相的离子强度、pH密切 相关。 • 1）如，当配基或者目标产物带有电荷或者引入带电基团 时，在较低离子强度下，亲和吸附剂（包括已被吸附的目 标产物）对杂质的静电作用较强，非特异性吸附量较大； • 2）而在离子强度较高的情况下，由于间隔臂碳氢链的疏 水性相互作用较强，也可能使非特异性吸附量增大。 • 因此，为减小吸附操作中的非特异性吸附量，所用的缓冲 液的离子强度要恰当，一般为0.1~0.5mol/L，缓冲液的pH 值也应使配基和目标产物与杂质的静电作用较小。
• 吸附作用的机理
固体表面分子（或原子）处于特殊状态，
固体内部分子所受的力是对称的，故彼此
处于平衡状态，但在界面分子的力场是不
饱和的，即存在一种固体的表面力，它能
从外界吸附分子、原子或离子，并吸附表
面上形成的多分子或单分子层。
• 吸附作用的过程 吸附质被吸附剂吸附的过程可分为三步： 1）外扩散：吸附质从流体主体通过扩散(分子扩 散与对流扩散)传递到吸附剂颗粒的外表面。因为 流体与固体接触时，在紧贴固体表面处有一层滞 流膜，所以这一步的速率主要取决于吸附质以分 子扩散通过这一滞流膜的传递速率。 2）内扩散（孔扩散、表面扩散）：吸附质从吸 附剂颗粒的外表面通过颗粒上微孔扩散进入颗粒 内部，到达颗粒的内部表面。 3）吸附：吸附质被吸附剂吸附在内表面上。 • 吸附按作用力可分为物理吸附、化学吸附、离子 交换吸附
（3）料液体积对HETP的影响：
2 t0 2 L( 0 ) 12 HETP t0 2 (t R ) 2
用无因次的进料时间表示料液体积：
0 2 V02 L[( ) ] 12 HETP
(VR V0 2 ) 2
VR,A=58 mL; L=0.84 m; HETP=0.3 mm; V0=0 0 2 0.84 [( ) 0] 代入上式得: 4
P358 8.4
Fra Baidu bibliotek
P358 8.5
-
, 积分得： [E ]=
-Q(1-R) dt (1+Keq [L]0 ) 0
t
期末考试复习题
吸附法和离子交换 1、吸附作用机理是什么？按作用力可分为哪几种？ 2、吸附法有几种？各自有何特点？ 3、大孔网状聚合物吸附与活性炭吸附剂相比有何优 缺点？ 4、影响吸附过程的因素有那些？ 5、何谓离子交换法?一般可分为那几种? 6、离子交换树脂的结构、组成？按活性基团不同可 分为几大类？ 7、离子交换树脂有那些理化性能指标？ 8、pH值是如何影响离子交换分离的？ 9、何谓穿透曲线？
P307 7.1 解：（1）蓝色葡萄糖分子质量2106，大于过滤介 质的排阻极限，故在这两种介质中的分配系数 m=0，VR=V0=40 mL。
溶质的洗脱体积：VR =V0 + m(Vt V0 ), VR , A VR (Vt V0 )(mA m) 58 40 mA m 0 0.3, (Vt V0 ) 100 40 同理： 64 40 mB m 0 0.4 (Vt V0 ) 100 40 VR , B VR VR , A VR
VS 又 c =c0 - q 5-0.05q VL 界面传质速率： TR k1c(qm -q ) k1q =0.2 (5-0.05q )(49.75-q )-0.01q q 即 =0.01q 2 -1.5075q +49.75 t
48.33
t = =100
0
48.33 1 0.01q -1.5075 q +49.75
• 穿透曲线 （1）吸附带：指正在发生吸附作用的那 段填充层，在吸附带下部的填充层几乎没 有发生吸附作用，而在吸附带上部的填充 层已达到饱和状态，不再起吸附作用。 （2）穿透曲线：以吸附时间或吸附柱出 水总体积为横坐标，以出水吸附质浓度为 纵坐标所绘制出的曲线叫穿透曲线。 （3）穿透点：当出水吸附质浓度达到入 口吸附质浓度5%~10%时所对应的出水总 体积或吸附时间的穿透曲线上的那一点叫 穿透点。
（2）
已知：RS =1.3，m2 =mB =0.4, m1 =mA =0.3, Vt -V0 100-40 F= = =1.5，HETP 0.3 104 V0 40
F (m2 m1 ) N 1/2 F (m2 m1 ) L1/2 RS , 1/2 2 (2 m1 F m2 F ) 2 (2 m1F m2 F ) HETP 1.5 (0.4 0.3) L1/2 1.3 2 (2 0.3 1.5 0.4 1.5) (3 104 )1/2 L 0.84 m 84 cm
=7.4h
(2) q m =50 - 0.5 1 )=25 g /L,kd =5 1 =5 （1
2 2
k1cqm qm c 25c2 q2 = = = k-1 +k1c kd +c 5+c2 又 VS q2 +VL 2 c2 =VS q0 , c2 =3.76g /L c2VL 2 3.76 500 洗脱收率= = =77.8% VS q0 50 48.33 c2VL 2 3.76 500 总收率= = =37.6% VL c 1000 5
P244 6.5
(1) q m =50 - 0.5 0.12 )=49.75,kd =5 0.12 =0.05, （1 根据物料衡算： Vs q1 VL c =VL c0 , 即 50q1 +1000c =1000 5 q0 =100-20c------------------------(1) k-1q =k1c(qm -q ), 饱和时， k1cqm qm c 49.75c q0 = = = -------(2) k-1 +k1c kd +c 0.05+c 联立得：q0 =48.82，c =2.56 q =0.99q0 =48.82 0.99=48.33g /L
1 2
将HETP =3.15 10-4 、 10-4 、. 10-4 、 3.70 7 54 20.18 10-4 、 62.73 10-4 代入，
7、色谱分离
基本概念 • 死时间t0，死体积V0 • 保留时间，保留体积 • 调整保留时间，调整保留体积 • 相对保留值 • 分配比，容量因子 • 标准差，基线宽度 • 理论塔板数
生物分离工程期中后习题
超临界萃取
原理
• 利用超临界流体为萃取剂的萃取操作，萃取剂处于临界温 度TC和临界压力PC以上状态时，加压气体不会液化，密度 增大，具有类似液体的性质和气体的性能。 • 超临界流体密度接近于液体，溶解能力强，粘度小，与气 体性质相似；而扩散系数远大于常规液体，传质性能好； 因此，达到萃取平衡的时间也短，分离效率高。 • 利用压力和温度对超临界流体的溶解性能影响而进行；在 超临界状态下，流体与待分离液体接触，选择性地把极性 大小、沸点高低、分子量大小不同的成分萃取出来；借助 减压升温的方法使超临界流体变成常规气体，被萃取物质 自动析出，达到分离提纯目的地。