食品分离技术

第一篇：食品分离技术

食品分离技术的现状及研究进展 分离操作在食品工业中的作用

随着食品工业的发展，化工单元操作不断向食品工业渗透并在食品加工领域内实践和提高，形成了适应食品加工特殊要求的新的单元操作。由于食品加工所用的动植物性原料几乎都为固态和液态，为了使固体和液体原料成为多种美味可口、营养丰富的食品，首先必须提取其精华，扬弃其糟粕，分离出不同成分并组合成不同种类的制品。同时为了做到有益无毒，风味别致，又必须反复提纯和精制。因此分离操作已在食品工业中占有相当重要的地位，研究分离技术在食品加工中的应用，对食品加工的科学化具有重要意义[1]。

食品分离技术在食品工业中具有相当重要的地位。其重要性表为以下几个方面:(1)食品分离技术是食品工业的基础[2]。绝大多数食品工业都分离不开食品分离技术，其中不少行业都是以分离工程为主要生产工序的。例如植物油的提取，淀粉的分离，糖制品的分离以及精练提纯等等。(2)食品分离技术能提高食品原料的综合利用程度。在食品加工工程中运用分离技术可以有效的利用食品原料中的各种成分，提高原料的综合利用程度，就提高了食品原料的利用价值。例如采用有效的分离方法可以从茶叶下脚料中分离出茶多酚、茶碱等，从柑橙中分离甘橙油、果胶等，使原料利用率大为增值。制糖行业中色谱分离技术的应用使得产糖率大大提高。(3)食品分离技术能保持和改进食品的营养和风味。采用现代分离技术可以将一些需在高温下完成的工艺改为在常温下进行，这样就可以大大地改善食品的色、香、味及营养。如用膜分离技术代替常规的蒸发浓缩和真空浓缩咖啡、果汁、茶汁等[3-4]。

(4)食品分离技术使产品符合食品卫生要求。食品分离技术包括提取原料中的有益组分和去除其中的有害成分。如花生、玉米等油制品易受黄曲霉污染而产生黄曲霉素，所以在加工过程中必须用适当的方法将其去除。（5）现代食品分离技术能改变食品行业的生产面貌。现代分离技术在食品工业中的应用，往往可以使行业的生产面貌大为改观。例如过去利用太阳能将海水浓缩后结晶制食盐，如今利用食品分离技术制食盐，使得整个行业生产面貌大大改观。2 食品工业中的分离操作方法

分离技术在工农业生产中具有重要作用，并且与我们的日常生活息息相关，同时分离机技术也在不断促进其它学科的发展[5]。由于采用了有效的分离技术，能够分离和提纯较纯的物质，大大的推进了化学学科的发展。又由于各种层析技术、超离心技术和电泳技术的发展和应用，使生物化学等生命科学得到了迅猛的发展。

分离操作包括机械分离和传质分离两大类，机械分离是指被分离的混合物由多于一相的物料所组成，分离设备只是简单地将混合物进行相分离，它属于非均相物系的分离，如沉降，过滤等。另一种分离操作是指依靠组分的扩散和传质来完成的分离过程，故又称扩散分离或传质分离[6]。如蒸馏，吸收，萃取或膜分离等，适用于多组分均相混合物的分离以及非均相混合物的分离[7]。3 传统的机械分离技术

在食品工业中，经常会遇到需要将悬浮液或乳浊液中的两相加以分离。即全部或部分地将这种非均相系的分散介质和分散质相分开。如奶油的制取，葡萄糖品体食品的获得，以及澄清果蔬汁的制取都是两相分离结果。3.1过滤

过滤过程是指分散介质相对于分散质的迁移过程。过滤操作的基本原理是利用一种能将悬浮固体微粒截留而使液体自由通过的多孔介质，达到悬浮液中固体与液体分离的目的。此多孔介质称为过滤介质。因此过滤只适用于悬浮液。

过滤设备在食品工业上的应用非常广泛:(1)作为一般固一液系的分离手段:如蔗掂榨汁中会有许多固形杂质，除用澄清法外还须过滤精制。在食用油的浸取与精炼上，用板框压滤机，箱式压滤机和加压叶滤机等设备可除去种子碎片和组织细胞，还可用于油类脱色后滤去漂白土等[8];(2)作为澄清设备:如对啤酒，葡萄酒，果汁，搪浆等用陶质管滤机进行过滤澄清。如制品含有极细固体微粒或呈胶泥状，则过滤时一般以预授形式应用助滤剂或将助滤剂加人浆液中混合后再送人过滤机进行过滤;(3)用过滤法除去微生物:管滤机常用于葡萄酒、啤酒和果汁的过滤以降低微生物的数目。3.2沉降

沉降过程是分散质相对于分散介质的相对迁移过程。在重力场中:使混合物中密度不同的两相获得分离的操作，称重力沉降。根据分散质集态的不同，可分为悬浮液沉降和乳浊液沉降。

实现重力沉降分离的设备称为沉降器，按操作方式可分为间歇式，半连续式和连续式，无论是何种方式的沉降器，其生产能力Q都取决于沉降面积和沉降速度的乘积，而与沉降器的高度无关。故现代化的沉降器的结构特点都是截面大，高度低[9]。

沉降在食品工业中的应用主要有三个方面：(1)以澄清为目的。如果汁、酒类等制品的澄清处理以除去悬浮液中的混浊杂质。(2)以增稠为目的。如淀粉制造，首先利用沉降达到悬浮液的沉淀增浓。(3)以分级或分离为目的利用同一物质的粒径或不同物质粒子的密度不同而使它们得到分离故沉降也是食品加工的常见手段。4 新型的分离技术

科学技术的不断发展导致了对分离技术的要求越来越高，分离的难度也越来越大[10]。特别是随着各种天然资源的不断开采使用，含有用物质的资源逐步减少，迫使人们从含量较少的资源中去分离、提取有用物质。所有这些，促进了分离技术的不断发展，旧的分离方法不断改进完善，新的分离方法不断发现，如近几十年来发展起来的一些新型传质分离技术，如膜分离技术，超临界萃取技术及泡沫吸附分离技术等已引起了食品工业界的重视并已崭露头角[11]。4.1 膜分离技术

反渗透、超滤、微滤、电渗析这四大过程在技术上已经相当成熟，已有大规模的工业应用，形成了相当规模的产业，有许多商品化的产品可供不同用途使用[12]。（1）反渗透是利用反渗透膜(一般为均质膜或表面致密的复合膜)选择地透过溶剂的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过膜而从溶质中分离出来的过程，这种技术可用于海水淡化、果蔬汁的浓缩、茶叶抽提液的浓缩等[13]。

（2）超滤应用孔径为10一ZOOA的超滤膜来过滤含有大分子或微细粒子的溶液，使之从溶液中分离的过程。与反渗透不同的是小分子溶质与溶剂一起通过超滤膜[14]。这种分离过程可用于果蔬汁的浓缩和澄清、天然色素和食品添加剂的分离和浓缩、奶的分离和浓缩、酒和醋的澄清与提纯等。

（3）微滤以孔径小于10四的多孔膜过滤含有微粒的溶液将微粒从溶液中除去。可用于食糖的精制、澄清、过滤及啤酒的冷过滤除菌等。

（4）实质上，电渗析可以说是一种除盐技术，因为各种不同的水（包括天然水、自来水、工业废水）中都有一定量的盐分，而组成这些盐的阴、阳离子在直流电场的作用下会分别向相反方向的电极移动[15]。如果在一个电渗析器中插入阴、阳离子交换膜各一个，由于离子交换膜具有选择透过性，即阳离子交换膜只允许阳离子自由通过，阴离子交换膜只允许阴离子以通过，这样在两个膜的中间隔室中，盐的浓度就会因为离子的定向迁移而降低，而靠近电极的两个隔室则分别为阴、阳离子的浓缩室，最后在中间的淡化室内达到脱盐的目的。

膜分离共同的优点是：①节约能源；②在常温下进行，特别适用于热敏性物质的处理，能够防止食品品质的恶化和营养成分及香味物质的损失；③ 食品的色泽变化小，能保持食品的自然状态；④设备体积小且构造简单，费用较低，效率较高；⑤适用范围广，有机物和无机物都可浓缩，可用于分离、浓缩、纯化、澄清等工艺。

膜分离的缺点是：①产品被浓缩的程度有限；②有时其适用范围受到限制，因加工温度、食品成分、pH、膜的耐药性、膜的耐溶剂性等的不同，有时不能使用分离膜；③ 规模经济的优势较低，一般需与其他工艺相结合[16]。

由于膜分离过程不需要加热，可防止热敏物质失活、杂茵污染，无相变，集分离、浓缩、提纯、杀菌为一体，分离效果高，操作简单、费用低，特别适合食品工业的应用[17]。4.2 超临界萃取技术

超临界萃取是利用超临界流体这种在临界点附近具有特殊性能的物质作为溶剂进行萃取的一种分离方法。超临界流体是指超过临界温度与临界压力的气体[18]。如果某种气体处于临界温度以上，无论压力多高，也不能液化，仍然是气体，这时称此气体是超临界流体。超临界流体具有这样的物理性质:其密度与液体较接近，粘度和自扩散能力却接近于气体。因此超临界流体对液体、固体物质的溶解度与液体溶剂相接近，且在临界点附近，压力和温度的微小变化会引起其溶解能力的极大变化[19]。利用超临界流体的这些特性，通过改变温度或压力可在近临界点附近实现萃取剂与待分离物质的分离。

(1)由于在临界点附近，流体温度或压力的微小变化会引起溶解能力的极大变化，这种极强的选择性对分离溶解度相接近的两种成分非常有利，且萃取后溶剂与溶质的分离很容易。

(2)由于超临界流体具有与液体相接近的溶解能力，同时它又保持了气体所具有的传递性，这种具有液体与气体双重性能的流体能使传质很快地达到平衡，有利于高效分离的实现。

(3)超临界流体如CO2(Tc=31.1℃，Pc=7.38Mp)适合于食品工业中一些热敏性物质的萃取。

当然，超临界萃取的缺点是设备和操作都要求在高压下进行，设备投资费用高。在食品工业方面，利用超临界萃取技术可从咖啡豆和茶叶中脱除咖啡因，还可用于提取啤酒花中的有用成分及从烟草中脱除尼古丁等。超临界流体萃取技术作为一种新的分离技术，正越来越受到人们的重视，将在各个领域中得到广泛的应用[20]。4.3 泡沫吸附分离技术

泡沫分离是根据表面吸附的原理，借助鼓泡使溶液中的表面活性物质聚集在气-液界面，随气泡上浮至溶液主体上方，形成泡沫层，将泡沫和液相主体分开，从而达到浓缩表面活性物质（在泡沫层），净化液相主体的目的。从液相主体中浓缩分离的既可以是表面活性物质，也可以是能与表面活性物质相互亲和的任何溶质，比如金属阳离子、蛋白质、酶、染料等等。另外，一些固体粒子（沉淀微粒或矿石小颗粒），也可以被表面活性物质吸附，从溶液中分离出来。

泡沫吸附分离技术是近几十年发展比较快的的新兴分离技术，通常把凡是利用气体在溶液中鼓泡，以达到分离或浓缩的这类方法，总称为泡沫分离技术[21]。泡沫分离必须具备两个基本条件，首先，所需分离的溶质应该是表面活性物质，或者是可以和某些活性物质相络合的物质，它们都可以吸附在气-液界面上；其次，富集质在分离过程中借助气泡与液相主体分离，并在塔顶富集。因此，它的传质过程在鼓泡区中是在液相主体和气泡表面之间进行，在泡沫区中是在气泡表面和间隙液之间进行。所以，表面化学和泡沫本身的结构和特征是泡沫分离的基础[22]。

随着人们对环境污染的日益重视，要求治理污染的呼声越来越高，政府对企业污染的控制也越来越严格，泡沫分离技术作为一种新兴的分离技术，越来越受到人们广泛的关注，它的优点就在于适合低浓度的分离回收，能在很低浓度下十分有效地除去表面活性物质；设备简单，投资少、能耗小，并且操作方便。5 分离技术的展望

目前，各种新型分离技术比传统分离法已有了突破性进展，这对于进一步提纯功能性食品成分，开发功能性产品，更大限度地发挥银杏资源优势具有推动作用。随着高精度、高灵敏度分析技术的应用，天然产物活性成分的提取纯化和结构鉴定尤其是在产品的应用领域显示了更为广阔的前景，同时这也促进了植物有效物质的结构、药理、药效等方面的深入研究。银杏叶加工集成优化工艺的探究，微量天然产物成分的高效快速高纯分离和鉴定的集成系统技术的建立，都将提高银杏叶及其特色药用资源的利用率，有利于实现资源优势向技术优势的转化，从而产生更大的经济效益、社会效益和环境效益[23]。分离操作在食品加工中占有非常重要的地位。分离技术的发展方兴未艾，研究掌握各种分离技术的原理和技术，尤其是一些新叮的传质分离技术可以提高现有的分离技术冰平，是一项非常重要的工作，对食品加工的科学化具有重要的意义。

参考文献

[1] 高等教育学.教育部高等教育司.高等教育出版社

[2] 吴格明.创新能力培养.中国教育学刊, 2002.6

[3] 远辉.影响课程教学效果的几种心里因素.云南教育,2002: 增刊

[4] 温恒福.论教学方式的改变.中国教育学刊, 2002.6 [5] 徐世明, 张志鹏, 王继峰, 等.银杏叶活性成分的提取制备及质量标准、测定方法的研究进展[J ].药品分析与鉴定, 2001, 3(6): 33-36.[6] 敏涛.水果蔬菜的保健价值与食用禁忌[M].南昌:江西科学技术出版社, 1992.[7] 孙伟,丁宝莲.半加工切割蔬菜的生理和品质保持研究[ J ](Ⅰ, Ⅱ).上海农业学报, 1999, 32(3): 72-77.[8] 张维一,毕阳.果蔬采后病害与控制[ M].北京:中国农业出版社, 1996.[9] 毕阳.果蔬贮运学[ M].兰州:甘肃农业大学出版社,1992.[10] 薛卫东.果蔬贮藏与保鲜[ M].成都:电子科技出版社, 1995.[11] 陆耀军 ,王军 ,张庆珍.重力式油水分离设备入口构件的模拟实验选优[J ].石油学报 ,1995 ,19(3): 1112.115.[12] 郑远扬.一种高效的油水分离器[J ].油气田环境保护 ,2000 ,10

(1):29230.[13] 杨芳圃.XSL —Ⅰ 型三相分离器[J ].油气田地面工程 ,1997 ,16

(1):52253.[14] 《化学工程手册》编辑委员会液固分离北京化学工业出版社1989 [15] 吴俊生等分离工程上海华东化工学院出版社1992 [16] 无锡轻院等食品工程原理北京中国轻工出版社1993 [17] 王平褚等膜技术在食品工业中的新进展食品与机械1993·5 [18] 蒋维均新型传质分离技术北京化学工业出版社1992 [19] 高以恒等膜分离技术基础北京科学出版社1989 Wakeman,Progress in Filtration and Saperation 1986 [20] 陈树章非均相物系分离北京化学工业出版社1993 [21] 常志东，刘会洲，陈家镛.泡沫分离法的应用与发展[J].化工进展，1999,5:18 [22] 邓修，吴俊生.化工分离进展[M].北京：科学出版社

[23 ] 孙莉英.含油废水处理技术进展[J ].华中科技大学报 ,2002 ,19(2):87290.

第二篇：分子分离技术

目录

摘要................................................1 关键词..............................................1 1 前言..............................................1 2 传统分离方法......................................2 3 现代分离方法......................................3 3.1 色谱方法.......................................................................................3 3.2 电泳技术及其它...........................................................................6 展望..............................................8 参考文献............................................9

生物大分子分离技术的发展现状

姓名：陈绍勇

学号：20124016016

专业：动物学 摘要: 生物大分子包括多肽、酶、蛋白质、核酸(DNA 和RNA)以及多糖等。生物大分子分离技术是生命科学研究中的关键技术之一。当前, 各学科之间的交叉渗透为生物大分子分离技术的发展提供了更多的契机。对以沉淀、透析、超滤和溶剂萃取为代表的传统分离技术, 以及色谱, 电泳等现代分离技术的发展概况、原理、特点及应用进行了综述。并结合生命科学的发展现状, 展望了生物大分子分离技术的发展前景。

关键词: 生物大分子,传统分离方法,现代分离方法 1 前言

生物大分子包括多肽、酶、蛋白质、核酸(DNA和RNA)以及多糖等。生命科学的发展给生物大分子分离技术提出了新的要求。各种生化、分子研究都要求得到纯的, 以及结构和活性完整的生物大分子样品, 这就使得其分离技术在各项研究中起着举足轻重的作用。对生物大分子分离技术的研究和开发也就应运而生。而且随着各学科之间的交叉渗透, 材料化学、自动化技术等学科的发展也为生物大分子分离技术的发展提供了更多的契机。生物大分子的制备具有如下主要特点: 生物材料的组成极其复杂;许多生物大分子在生物材料中的含量极微, 分离纯化的步骤繁多, 流程长;许多生物大分子一旦离开了生物体内的环境就极易失活(因此分离过程中如何防止其失活, 就是生物大分子提取制备最困难之处);生物大分子的制备几乎都是在溶液中进行的, 温度、pH 值、离子 强度等各种参数对溶液中各种组成的综合影响, 很难准确估计和判断[1]。这些都要求生物大分子的分离技术以此为依据, 突破这些难点, 优化分离程序, 以获得符合要求的生物大分子样品。传统分离方法

常用的传统生物大分子分离方法有沉淀、透析、超滤和溶剂萃取等。它们都是一些较早就建立起来的分离方法, 至今仍然被广泛应用。如在蛋白质领域, 应用盐析法使蛋白质沉淀出来已有80 多年的历史。其突出的优点是成本低, 不需要特别昂贵的设备;操作简单、安全;对许多生物活性物质具有稳定作用[2]。该法虽然分辨能力不高,但在粗级分离中仍然被经常采用。有机溶剂沉淀法也是较早使用的沉淀方法之一。有机溶剂对于许多蛋白质、核酸、多糖和小分子生化物质都能产生沉淀作用。其引起沉淀的主要原因在于改变介质的介电常数, 以及类似盐析的争夺水化水现象[2]。等电点沉淀法利用具有不同等电点的两性电解质, 在达到电中性时溶解度最低, 易发生沉淀, 从而实现分离的方法。氨基酸、蛋白质、酶和核酸都是两性电解质, 可以利用此法进行初步的沉淀分离, 此法主要用于在分离纯化流程中去除杂蛋白[3], 而不用于沉淀目的物。非离子型多聚物是20 世纪60 年代发展起来的一类重要的沉淀剂, 它们具有很强的亲水性和较大的溶解度, 在溶液中可通过空间位置排斥作用使生物大分子、病毒和细菌等聚集沉淀。该法温和的操作条件和较高的沉淀效能, 使得其经常被用于细菌、病毒、核酸和蛋白质的分离, 其中应用最多的多聚物是聚乙二醇[4,5]。

自Thomas Graham 1861 年发明透析方法至今已有140 多年, 透析已 成为生物化学实验中最简便最常用的分离纯化技术之一, 在生物大分子的制备过程中, 除盐、少量有机溶剂、生物小分子杂质和浓缩样品等都要用到透析的技术, 同时半透膜的材料也更加多样化、透析方式也更加丰富。超滤是一种加压膜分离技术, 自20 世纪20 年代问世后, 直至60 年代以来其发展迅速, 很快由实验室规模的分离手段发展成重要的工业单元操作技术[6]。超滤作为一种高效分离技术, 广泛用于含有各种小分子溶质的各种生物大分子的脱盐、浓缩和分级分离。溶剂萃取法(是用一种溶剂将产物自另一种溶剂(如水)中提取出来, 以达到浓缩和提纯的目的)是20世纪40 年代兴起的一项化工分离技术, 并很快应用到了生物分子的提取和分离上。最初是用于抗生素、有机酸、维生素等生物小分子的提取。最近几十年来随着与其它技术的结合而产生了一系列新的分离技术, 如逆胶束萃取、超临界萃取、液膜萃取等, 可以用于生物大分子如核酸、蛋白质、多肽等的提取和精制。现代分离方法 3.1 色谱方法

1903 年俄国植物学家Tswett, 在一填有碳酸钙的玻璃柱中注入用石油醚萃取的植物色素, 在室温下展层, 得到不同的色素区带, 后来称之为色谱[7]。色谱分离又称层析。最初, 层析技术并未得到关注。20 世纪50 年代, 气液层析得到发展, 并在石油、化工、制药等领域得到应用。到60 年代, 由于开发出适用于生物物质分离纯化的层析固定相, 层析技术才被用于生物物质的分离纯化并得到迅速发展[7]。至今, 已有丰富的色谱技术被用于生物大分子的分离。液相色谱法是分析化学中发展最快, 应用最广的分析方法, 它在许多领域成为必不可少的手段,其中高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)更是以其独特的优点占据突出地位。HPLC 用于生物化学样品分析始于20 世纪70年代中期, 80 年代针对生命科学领域分离和制备而设计的生物色谱填料为HPLC 在生命科学研究领域的地位奠定了坚实的基础;90 年代, 随着生物医药研究与开发的迅速发展, 各种类型的高通量及手性色谱柱纷纷出现[8]。HPLC 是目前最通用、最有力和最多能的层析形式, 在生物大分子的分离分析中,HPLC 分离模式主要有反相色谱（RPC), 空间排阻色谱(SEC), 离子交换色谱(IEC), 疏水作用色谱(HIC), 亲和色谱(AC)等。反相液相色谱柱效高、分离能力强、重复性好、操作简便、保留机理清楚, 是液相色谱分离模式中使用最为广泛的一种。它与多数其它形式的层析不同之处在于固定相基本上是惰性的, 固定相与被分离物之间只可能有疏水作用。它吸引人的地方在于流动相的小小变化, 例如加入盐, 改变pH 或有机溶剂的量就能成功地影响分离特性。它在20 世纪50 年代就已用于许多有机小分子的分离和分析,80 年代后逐步应用于生物大分子如蛋白质、多肽、核酸的鉴定,并用于制备规模的分离[8]。半个世纪前, 随着交联聚苯乙烯的出现和发展, 离子交换色谱成为一种重要的分离工具。离子交换色谱的填料及含盐的缓冲流动相系统类似于蛋白质稳定存在的生理条件, 有利于保持生物分子的活性和构象。因此, 它在解决生物学中许多难于分离的问题上起到了重大作用。随着HPLC 的飞速发展, 以及各种新型离子交换材料的出现, 离子交换色谱在氨基酸、蛋白质、核酸、有机酸、糖类及药物等方面的应用越来越广。空间排阻色谱所用 的固定相是具有一定孔径范围的多孔性物质凝胶, 是按溶质分子大小进行分离的色谱技术, 又称尺寸排阻色谱或凝胶色谱。按流动相类型不同分为凝胶渗透色谱和凝胶过滤色谱。十多年来该法在凝胶制备, 仪器技术性能, 数据处理和理论研究上取得的进展, 促进了该技术在许多领域的应用。亲和层析是60 年代发展起来的一种高效、快速的分离纯化技术。它是一种利用生物大分子能够通过范德华力、疏水力、空间和静电相互作用,与配体特异、可逆地结合在一起的生物学特性, 从复杂的生物样品中分离得到目标产物的液相色谱技术。亲和层析容量大, 选择性强, 分离效率高, 且对目标产物的生物活性起到一定的保护作用, 最先被用于酶的纯化, 现在已广泛地用于核苷酸、核酸、免疫球蛋白、膜受体、细胞器甚至完整细胞的纯化[3]。科学的发展使得分离分析的对象越来越复杂,从而提高了对分离分析技术的要求, 促进了各种新技术的发展。二维液相分离方法, 二维液相分离/ 质谱分析方法等多种自动化二维系统均得到了开发利用, 如Lundell 和Markides采用离子交换和反相色谱二维液相模式分离了复杂生物样品中的肽;Bushey 和Jorgenson设计了用阳离子交换和体积排除分离模式的自动化二维系统等。HPLC 与光谱或波谱技术的在线联用也成为了解决复杂样品体系的有力手段。目前最常用最有效的是高效液相色谱-质谱(mass spectroscopy, MS)联用技术, 高效液相色谱-核磁共振(nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR)等也在研究开发中。与此同时,快速分离技术也得到了迅猛发展, 在20 世纪70 和80 年代需要1h 分离的样品现在可能只要几分钟甚至几秒钟即可完成, 有关快速HPLC 及其应用也多有报道, 如Unger 等最早 采用缓冲溶液盐浓度梯度, 以4mL/min 流速在2.5min 内分离了8 种蛋白质。近年来, 随着生物技术和医药工业的发展, 传统的分离手段已经不能满足对大量样品高纯度分离的要求, 液相制备色谱的发展研究为解决实际应用中出现的问题带来希望。20 世纪70 年代初开发出的模拟移动床色谱具备分离能力强,设备体积小,投资成本低, 便于实现自动控制并特别有利于分离热敏性及难以分离的物系等优点, 在制备色谱技术中最适含用于进行连续性大规模工业化生产, 其应用范围也不断扩大, 已出现采用该技术分离氨基酸、单克隆抗体和蛋白质的研究[17]。超临界流体色谱(supercritical fluid chromatography,(SFC)是以超临界流体(supercritical fluid, SF)作为流动相的一种新颖的色谱技术, 具有分析速度快、选择性好、分离效率高、分析条件温和等优点,可分析气相色谱不宜分析的高沸点、高分子量、低挥发性和热不稳定试样, 又比高效液相色谱有更快的分析速度和更高的柱效。自60 年代起逐渐出现一些有关该技术的研究报道。超临界流体色谱应用领域十分广泛, 可用于分离分析热敏性物质、非挥发性高分子、生物大分子、极性物质和手性对映体等。目前, SFC 与MS、FT-IR(fourier transform infraredspectrometer, 傅里叶变换红外光谱仪)、NMR等联用技术也逐渐得到开发。

3.2 电泳技术及其它

电泳现象于1808 年被发现, 在1937 年由瑞典科学家Tiselius A 首次将其作为一种分离技术所应用。随着电泳支持物的改进, 电泳条件的完善,区带电泳、等电聚焦电泳、双向电泳等技术逐渐建立起来。同时, 在 电泳模式上也有了极大的发展, 先后出现了圆盘电泳、垂直板电泳、脉冲电泳等, 电泳分辨率也随之得到提高。1956 年Smithies 和Poulik最早引入双向电泳技术, 他们将纸电泳和淀粉凝胶电泳结合起来分离血清蛋白, 随后双向电泳技术得到很快的发展。目前所应用的双向电泳体系由O’Farrell 等于1975 年发明, 第一向为等电聚焦电泳, 第二向为变性聚丙烯酰胺凝胶电泳。这是目前唯一能将数千种蛋白质同时分离与展示的分离技术。该技术的应用与发展对开展“蛋白质组”的研究具有重要意义。同时,针对双向电泳技术的某些缺陷, 相应的改进技术也得以应用, 如窄范围pH 胶条的使用, 胶上差示电泳(differential in-gel electrophoresis, DIGE)技术。然而, 由于蛋白质二维凝胶分离、染色体转移等环节操作困难, 且十分费时, 已被公认为是蛋白质组研究的技术“瓶颈”。因此, 发展快速、高效、高通量、在线的分离监督方法已成为蛋白质组学研究的重大科学问题之一。谁率先取得突破, 谁将占据蛋白质组学研究的有利地位。毛细管电泳(capillary electrophoresis, CE)是20世纪80 年代初期迅速发展起来的一种新型分离分析技术, 是经典电泳技术和现代微柱分离有机结合的产物。与传统的分离方法相比, CE 具有分离效率高、分析速度快、样品及试剂用量少等特点, 使其成为极为有效的分离技术, 广泛应用于分离蛋白质、糖类、核酸等多种物质。目前, 不同分离模式的毛细管电泳技术已成为最重要的生物样品分离分析手段, 如毛细管区带电泳、毛细管胶束电动色谱、毛细管凝胶电泳、毛细管等速电泳、毛细管等电聚焦等。近来, 许多有关多维毛细管电泳分离技术的设想已被提出, 有些还得到了初步的尝试, 其分离的优势也 得到人们的关注[9]。毛细管电色谱(CEC)是利用电渗流或电渗流结合压力来推动流动相移动的一种液相色谱分离法。它集CE 和HPLC的优势与一身, 既有CE 水平的高柱效, 同时还具有HPLC 的高选择性。近年来其应用已引起广泛关注。目前, 毛细管电色谱的研究主要侧重于方法本身的完善和发展, 以及与质谱等定性分析技术联用的研究开发。微流控芯片于20 世纪90 年代初由瑞士的Manz 和Widmer 提出, 它是通过微细加工技术将微通道、微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件窗口和连接器等功能元件像集成电路一样, 使它们集成在芯片材料上的微全分析系统。近10 年来,随着微制造技术和电子技术的不断进步, 微流控芯片得到了迅速的发展, 并成为生物样品分离分析的重要手段和研究热点, 先后出现了毛细管电泳芯片、毛细管电色谱芯片、样品制备和分离的集成系统等。展望

生命科学的发展决定了追求高效、快速、高通量、集成化的生物样品分离分析方法必将成为未来的发展方向。分子生物学中一个众所周知的事实是蛋白质生物活性和功能多是在溶液中显现的, 因此液相色谱的强大功能使得其在生命科学及其它领域的重要地位不会动摇, 面对复杂体系的分离任务, 它仍在不断完善发展。芯片系统将不断发展建立更多的实用体系, 开发更广泛的应用价值。多通道毛细管电色谱仪器也将被开发。对超临界流体性质的认识深入, 将推动超临界流体色谱技术的发展和应用。各种分离模式相结合构成的多维分离方法也将得到进一步的研究开发, 以实现将一根色谱柱上未分开的组分在另一根柱上用不同的 分离原理加以完全分离。各种分离设备将与光谱、波谱这类提供结构信息的仪器进行在线连接, 建立起更多的联用方式, 以实现分离, 定性定量分析一体化。

随着生物技术成果的不断积累和生物技术产业化进程的不断推进, 生物制品的分离与纯化技术已成为实现生物高技术产业化的关键, 在理论和技术研究上都得到了长足的发展。发展层析柱和凝胶过滤柱的放大技术, 大规模分离过程的自动控制,下游工程的集成优化技术等成为工业化生产中的关键。液相色谱是工业生产上常用的有效方法,而模拟移动床色谱和径向色谱等将在生物工程领域发挥越来越重要的作用。在研究和完善一些适用于生化工程的新型分离技术的同时, 进行各种分离技术的高效集成化, 可以达到提高产品收率、降低过程能耗和增加生产效益的目标。在这个各学科快速发展, 并相互影响的时代,生物大分子分离技术必将不断的推陈出新, 以更加方便、高效、快捷的方式应用于科研和生产领域。参考文献

[1] 陈毓荃.生物化学试验方法和技术.北京:科学出版社,2002, 46~49.[2] 苏拔贤.生物化学制备技术.北京:科学出版社,1986,51~52.[3] 王镜岩, 朱圣庚, 徐长法.生物化学.北京: 高等教育出版社,2002,307~313.[4] 陈晓东,陶志华,王忠永, 等.临床检验杂志,2002,20(4): 219.[5] 王辉龙,周建武,王中来, 等.福州大学学报,2001,29(5):123~126.[6] 肖恩荣,李定或,丁一刚, 等.武汉化工学院学报,2005,27(1):6~10.[7] 严希康.生化分离技术.上海:华东理工大学出版社,1996,80.[8] 鲍时翔,姚汝华.华南理工大学学报,1996,24(12):98~103.9

第三篇：生化分离技术

简答题

1、凝胶色谱原理：

小分子物质除了可在凝胶颗粒间隙中扩散外，还可以进入凝胶颗粒的微孔中，即进入凝胶相内，在向下移动的过程中，从一个凝胶内扩散到颗粒间隙后再进入另一凝胶颗粒，如此不断地进入和扩散，小分子物质的下移速度落后于大分子物质，从而使样品中分子大的先流出色谱柱，中等分子的后流出，分子最小的最后流出，这种现象叫分子筛效应。

2、在离子交换操作色谱中，怎样选择离子交换树脂？

对阴阳离子交换树脂的选择:正电荷选择阳离子交换树脂，负电荷选择阴离子交换树脂;离子交换树脂强弱的选择:较强的酸性或碱性，选用弱酸性或弱碱性树脂；对离子交换树脂离子型的选择：根据分离的目的，弱酸或弱碱性树脂不使用H+或OH-型。色谱操作中为何要进行平衡？

3流速平衡：流速是柱层析法操作中的主要因素，流速的快慢直接影响分离效果，流速过快，混合物得不到完全分离，流速过慢，整体分离时间要延长，所以在分离时要保证稳定的液体环境，为保证分离物质运动的均一性以及好的吸附分离效果，要进行液体环境平衡。

4、生化分离技术的基本涵义及内容：

于由自然界天然生成的或由人工经微生物菌体发酵、动植物细胞培养及酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经分离、纯化并精制其中目的成分，并最终使其成为产品的技术，也称为生物下游技术

5.生化分离的基本原理: 主要是依据离心力、分子大学（筛分）、浓度差、压力差、电荷效应、吸附作用、静电作用、亲和作用、疏水作用、溶解度、平衡分离等原理对物料或产物进行分离、纯化。不同的分离对象需要采用不同的分离方法才能有效地分离。

6.何为等电点沉析法：

蛋白质在等电点的溶解度最低，根据这一性质在溶剂中加入一定比例的有机溶剂，破坏液面的水化层和双电层，降低分子间斥力，加强了蛋白质分子间的疏水作用，使得蛋白质沉淀下来。

7．过饱和溶液形成的方法：

(1)热饱和溶液冷却，适用于溶解度随温度升高而增加的溶解系，化不大的体系，或随问题升高溶解度降低的体系同时，溶解度随温度的变化幅度要适中。（2）部分溶剂蒸发发，适用于溶解度随温度降低变（3）真空蒸发冷却法，使溶剂在真空下迅速蒸发，并结合绝热冷却，是结合冷却和部分溶剂蒸发的一种方法（4）化学反应结晶，加入反应物产生新物质，当该新物质的溶解度超过饱和溶解度时，即有晶体析出。

8．盐析的原理以及影响因素：

原理：

1、亲水性大于蛋白质破坏水化层

2、带电离子中和蛋白质表面电荷 影响因素：

1、盐离子浓度

2、生物分子种类

3、pH值

4、温度 9.有机溶剂沉析的原理:降低了溶质介电常数，使溶质之间的静电吸引力增加，从而出现聚集现象导致沉析；由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，导致退税凝聚。10.影响电泳分离的主要因素：

a、大分子的性质

b、电场强度

c、溶液的pH d、溶液的离子强度

e、电渗

f、温度

G支持物的影响

名词解释：

絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在的条件下，在悬浮粒子间发生桥架作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。

凝聚：在电解质的作用下，破坏细胞菌体和蛋白质分子等胶体粒子的分散状态，从而使胶体粒子凝聚的过程。

反相色谱:固定相的极性低于流动相的极性，在这种层析过程中极性大分子比极性小的分子速度快而先从柱中流出

萃取：利用两个互不相溶的液相中各组分溶解度的不同从而达到分离目的。

膜的浓差极化：是指当溶剂透过膜。而溶质留在膜上，从而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化。膜分离：利用莫得选择性（孔径大小），以莫得两侧存在能量差作为推动力，由于溶液中各组分的迁移率不同而实现的一种分离技术。

离子交换：利用粒子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的组分分离，依据电荷差异，依靠库仑力吸附到树脂上，然后用合适的洗脱剂把吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。分配系数：在一定温度压力下，溶质分子分布在互不相容的溶剂；里，达到平衡后，它在两相的浓度为一个常数称为分配系数。

盐析：是利用不同物质在高浓度的盐溶液中溶解度的差异，向溶液中加入一定量的中性盐，使原溶质沉淀析出的分离技术

等电点沉淀：等电聚焦是利用蛋白质和氨基酸等两性电解质具有等电点，在等电点的pH值下蛋白质呈电中性，不发生泳动的特点进行电泳分离的方法。

化学渗透破壁法:有些有机溶剂(如苯、甲苯)、抗生素、表面活性剂、金属螯合剂、变性剂等化学药品都可以改变细胞壁或膜的通透性从而使内合物有选择地渗透出来。其作用机理；化学渗透取决于化学试剂的类型以及细胞壁和膜的结构与组成。

填空题：

1、发酵液常用固液分离的方法有（离心）和（过滤）

2、常用的蛋白质沉析的方法有（等电点沉淀）（盐析）（有机溶剂沉淀）

3、阳离子交换树脂按照活性基团分类可以分为（强酸型）（弱酸型）（中等强度），阴离子交换树脂按照活性基团分类可以分为（强碱型）（弱碱型）（中等强度）

4、常用的化学细胞破碎方法有(渗透冲击）（酶消化法）（增溶法）(脂溶法)（碱处理法）

5、在结晶操作中工业常用的起晶方法（自然起晶法）（刺激起晶法）（品种起晶法）

6、超临界流体的特点是与气体有相似的（扩散系数），与液体有相似的（密度）

7、电聚焦电泳法分离不同蛋白质的原理是依据其（等电点）的不同

8、晶体质量主要是指（晶体大小）（晶体纯度）（晶体形状）

9、根据分离机理的不同，吸附法可分为（吸附色谱）（离子交换色谱）（凝胶色谱）（分配色谱）（亲和色谱）

10、蛋白质等生物大分子在溶液中呈稳定的分散状态，其原因是（分子表面电荷）（水化层）

11、结晶包括三个过程（过饱和溶液的形成）（晶核的形成）（晶体的 生长）

12、物料中所含水分可分为（结合水）（自由水）

13、根据膜结构的不同，常用的膜壳分为（对称性膜）（非对称性膜）（复合膜）

14、萃取从机理上可分为（物理萃取）（化学萃取）

15、过饱和溶液的形成方法有（饱和溶液冷却）（部分溶剂蒸发）（解析）（化学反应结晶）

16、影响结晶的因素（溶质种类）（溶质浓度）（温度）（PH值）

选择题

1、在液膜分离的操作中（表面活性剂）主要起到稳定液膜的作用

2、离子交换法是利离子交换剂作为吸附剂，通过（静电作用）将溶液中带相反电荷的离子吸附在一起

3、用来提取产物的溶剂叫（萃取剂）

4、凝胶色谱分离的依据是（各物质分子大小的不同）

5、洗脱体积是（与该溶质保留时间相对应的流动相体积）

6、吸附色谱分离的依据（固定相对各物质的吸附力不同）

7、依据离子价或水合半径的不同，离子交换树脂对不同离子的亲和力不同，树脂对下列离子的亲和力顺序排列正确的是（Fe3+＞Ca2+＞Na+）

8、（亲和层析）是根据酶分子专一性结合的纯化方法

9、分子筛层析纯化酶是根据（酶分子大小，形状不同进行纯化）的方法

10、颗粒与流体的密度差越小，颗粒的沉降速度(越小)

11、HPLC是（高效液相色谱）的简称

12、盐析沉淀蛋白质的原理（中和电荷，破坏水层）

13、适合小量细胞破碎的方法是（超声破碎法）

14、蛋白质分子量的测定可采用（凝胶层析法）

15、氨基酸的结晶纯化是根据氨基酸的（溶解度和等电点）性质

16、人血清蛋白的等电点为4.64，在ph为7的溶液当中将血清蛋白溶液通电，血清蛋白分子向（正极移动）

17、蛋白质具有两性性质的原因是（蛋白质分子有多个羧基和氨基）

18、凝胶色谱分离的依据是（各物质分子大小不同）

19、（硫酸基团）是强酸性阳离子交换树脂的活性交换基团

20、结晶过程中，溶质过饱和度的大小（不仅会影响晶核的形成速度，而且会影响晶体的长大速度）

第四篇：生物分离技术

1.生物分离技术:指从动物与微生物的有机体或器官`生物工程产物(发酵液`培养液)及生物化学产品中提取`分离`纯化目标物质的技术过程.2.生物分离的一般工艺[理想化过程]:⑴动植物原料→细胞破碎→萃取与预处理→$$.⑵发酵液→预处理→分支为①②{①胞外产物→固-液分离.&②胞内产物→细胞破碎→固-液分离.$$}→初步纯化[沉淀分离`静态吸附`静态离子交换`膜分离]→精制[吸附层析`离子交换层析`凝胶层析`亲和层析`疏水层析`高效 ?? 色谱]→成品加工[脱盐`浓缩`结晶`干燥].不溶物的去除[过滤`离心`细胞破碎]→产物分离[吸附`萃取`泡沫`膜分离]→产物纯化[色谱`电泳`层析]→产品精致[结晶`脱盐].3.过滤:传统的化工单元操作,原理是使料液通过固态过滤介质时,固态悬浮物与ag分离.4.过滤前预处理:⑴加热:最简单经济的预处理,使液体粘度降低,加快过滤速率,同时可灭菌,前提是目标物为热稳定性产物.⑵加入电解质:①凝聚:原理:某些与胶粒带电性相反地电解质加入时,扩散双电层的排斥电位降低,电解质离子在水中的水化作用也会破坏胶粒周围的水化层,两者共同作用结果是,破坏胶体的分散状态,使胶体粒子聚集.②絮凝:原理:指在某些高分子絮凝剂存在下,在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程,作为絮凝剂的高分子聚合物必须有长链线状结构,易溶于水,长链节上含较多官能团,[根据带电不同,絮凝剂分为:阴离子型`阳离子型`非离子型].⑶加入助滤剂:助滤剂均为细粉或纤维,使难以过滤的物料变得易于过滤.硅藻土:几百年前水生植物沉淀的遗骸;;珍珠岩:处理过的膨胀火山岩.5.硅藻土使用方法:⑴作为深层过滤介质过滤悬浮液:硅藻土不规则的粉粒形状之间形成曲折的毛细孔道,借助筛分作用去除固体粒子;同时由于吸附,除去胶体粒子.⑵作为预涂层使用:以保护支撑介质的细孔不被堵塞.⑶预投后,预料液共同过滤,形成多孔性滤饼,降低滤饼可压缩性,以提高过滤效率.6.影响絮凝效果因素:⑴絮凝剂的分子量和种类:①分子量大`链长`

吸附架桥效果好;②分子过小`絮凝剂在水中溶解度小.⑵絮凝剂用量:①浓度较低时增加用量有助于架桥充当,絮凝效果提高;②絮凝剂浓度过多时,引起吸附饱和,胶粒上形成覆盖层,失去与其他胶粒架桥作用.⑶pH值:影响离子型絮凝剂官能团电离度,提高电离度`使分子链上同电荷间斥力增大,链伸展,提高架桥能力.⑷搅拌速率和时间:剪切力会打散絮凝团,要注意搅拌.7.过滤设备及其结构:按推动力的不同可分为以下四类:⑴重力过滤:

应用较少.⑵加压过滤:操作繁杂,拆装不便.⑶真空过滤:可实现连续化生产.⑷离心过滤:略 8.重力沉降: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.离心沉降见10 9.重力沉降受重力:Fg=πd3

ρ

s 固体颗粒介质密度[kg/m3g/6 d—微粒半径[m].2

ρ].g—微粒加速度[m/s].s—

10.离心沉降: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.11.分离因数:Z=FC/g=4π2N2r/g.12.超离心技术分类:⑴制备型超离心.⑵分析型超离心.13.制备型离心:⑴离子差速离心法[分布离心法]:①逐渐增加离心速度.②高速与低速交替进行,使沉降粒子在不同离心速度及不同离心时间内分批分离出来.⑵一般密度梯度离心法[区带离心]:先将样品ag置于一个由梯度材料形成的密度梯度液体柱中,离心后被分离组分以区带层分布于梯度柱中,是粒子在完全沉降之前,液体梯度中形成不连续的分离区带,前提是要控制好粒子分离的时间.⑶等密度离心法:当不同离子存在密度差时,在离子力场作用下,粒子向上浮起,或向下沉降,一直移动到与它们密度正好相等的位置上,并形成区带.①预形成梯度等密度离心.②自形成梯度等密度离心.14.细胞破碎原理:动`植物及微生物长生的天然产物,有胞外型和胞内型两种.为回收胞内产物,需用利用外力破坏细胞膜和细胞壁,使细胞内含物释放出来,然后再进行分离纯化.15.选择细胞破碎方法所考虑因素:⑴细胞壁的坚韧长度.⑵产物的性质[承受剪切力`耐酸`耐热].16.化学破碎法: 渗透冲击法`增溶法`碱溶法`酶溶法`脂溶法.17.[化学破碎]渗透冲击法:适用范围:⑴细胞破碎难易程度决定于其类型,红血球细胞非常适合采用渗透冲击法溶破,快速改变介质中盐浓度,将十分有效地破碎红血球细胞.⑵①动物细胞只有当其组织被机械切碎或匀浆后才易溶破;②植物细胞很难溶破,因其细胞中含有大量木质成分,通过渗透流很难渗透.18.[化学破碎]增溶法:⑴方法:将2倍细胞体积的某浓度表面活性剂加入到细胞中,表面活性剂溶解细胞壁中的脂类成分,从而破碎细胞,胞内物释放.⑵表面活性剂通常是两性的,结构中含有亲水基团[离子及疏水基团[烃基],既能和水作用也能和脂作用.19.[化学破碎]碱溶法:⑴原理:细胞壁外层和浆膜上有Pro成分,利用Pro在碱性条件下溶解的特性,调节溶液pH值,实现Pro溶解,细胞壁破碎.⑵①优点:成本低廉,反应速度快;②缺点:反应剧烈,不具选择性,碱的加入,与细胞壁产生多种反应,包括磷脂皂化等.20.[化学破碎]酶溶法:⑴加酶法:将溶解细胞壁的酶加入体系中,细胞壁受到部分或完全破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞壁,进一步增大胞内产物通透性.⑵自溶法: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.⑶①优点:条件温和`具有选择性,可催化细胞壁反应,而不破坏细胞内的其他物质;②缺点:价格昂贵,限制大规模生产中的使用.21.[化学破碎]脂溶法:⑴原理:选择适当溶剂,加入细胞悬浮液中,细胞壁脂质吸收后导致细胞壁膨胀`裂开,细胞质释放.⑵选择理想的溶剂应选和细胞壁脂溶解度相配,而与细胞质相差较大的.22.物理破碎法:匀浆法`超声法`研磨法`珠磨法.23.[物理破碎]匀浆法:影响高压破碎的主要因素:操作压力`破碎次数`

阀型设计`操作温度`细胞浓度.24.[物理破碎]超声:影响因素:⑴振幅:振幅直接声能有关,影响目标产

物的释放量.⑵细胞悬浮液的黏度:黏度过大会抑制空穴现象.⑶被处理悬浮液的体积:体积越大需要的能量也越大.⑷珠粒的体积和直径:添加细小的珠粒有助于形成空穴,同时可以辅助研磨效应.随着珠粒直径的变化,目标K有最大值出现.⑸超声条件:破碎时间`温度`细胞种类`pH值`料液比.25.[物理破碎]高速搅拌珠研磨法:过程:⑴研磨仓为一个密封系统,有

垂直和水平两种设计:①垂直仓的研磨介质载量为50-60%,可减少珠的磨损,但效率低.②水平仓的研磨介质装载量80-85%,研磨效率高,但磨损大.⑵搅拌设计:主要是给研磨珠的推动力,搅拌盘与驱动轴有同心的,也有偏心的,有垂直的,也有倾斜的.⑶研磨珠:有无铅玻璃`钢珠`陶瓷珠等,直径在0.1-1.5mm范围内.①使用研磨珠的大小主要由细胞的大小决定:细菌菌体--用小的研磨珠,直径0.1mm;;酵母菌菌体--用大的研磨珠,直径0.5mm.②另外目标产物在细胞内的位置也影响研磨珠的选择:用大直径可以有效释放游离在细胞之中的目标产物,在细胞质中的产物,不必把细胞完全破碎;;在细胞核中的目标产物须完全破碎,用小直径的珠.⑷研磨珠的装载量:一般在80-90%之间.①太低,提供的碰撞率和剪切力不够,增加装载量提高细胞破碎率.②过大,研磨珠之间产生相互干扰,研磨珠会过度磨损,同时产生的温度会很高,能量消耗大,对目标产物也有影响.细胞破碎率与流速成反比关系.26.吸附:利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力,使其富集在吸附剂表面的过程.27.吸附过程[四过程]:料液与吸附剂混合→吸附质被吸附→料液流出

→吸附质解吸附吸附剂再生.28.吸附剂种类:⑴活性炭:活性炭粉末[效力强`需带压];颗粒活性碳[效力中`效率高];棉纶活性炭[效力弱`易洗脱].⑵大孔网状吸附剂:①吸附机理:大孔树脂属属非离子型共聚物,借助范德华力从ag中吸附各种有机物,其吸附能力与树脂的化学结构`物理性能以及与溶质`ag性质有关.②遵循规律:非极性吸附剂可从极性溶剂中吸附非极性溶质;;极性吸附剂可从非极性溶剂中吸附极性物质;;中等极性吸附剂兼有以上两种能力.29.影响吸附的主要因素:⑴吸附剂的性质:①比表面积大,吸附容积大:因此,颗粒度越小,微孔越发达,吸附速率越快,吸附能力越强.②孔结构:孔径太大,比表面积小,吸附能力差;;孔径太小,不利于吸附质向空隙中扩散.⑵吸附质的性质:①表面张力越小,液体被固体吸附越多;②在ag中溶解度大时,吸附量少;③相似相吸;④相对分子量大易吸附.⑶操作条件:①温度:吸附是放热过程,还要兼顾吸附质的稳定性.②溶液pH值:影响吸附质的解离,进而影响吸附量.最佳pH值需通过实验来确定.③盐浓度:有影响,或阻止或促进吸附,依情而定.30.亲和吸附:利用溶质和吸附剂之间特殊的可你亲合作用[静电`氢键`疏水`金属配位],从而实现分离.31.离子交换:利用离子交换树脂树脂作为吸附剂,将ag中的待分离组分,依据其电荷差异,依靠库仑力吸附在树脂上,然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来,达到分离目的.32.主要的多糖基离子交换树脂:⑴离子交换纤维素:①树脂骨架为纤维素,根据活性基团的性质可分为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类.②特点:骨架松散`亲水性强`表面积大`交换容量大`吸附力弱`交换和洗脱条件温和`分辨率高.③常用的:甲基磺酸纤维素`羧甲基纤维素`二甲基氨基乙基纤维素.⑵葡聚糖凝胶离子交换树脂:①骨架为葡聚糖凝胶,根据功能集团的不同,亦可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂.②命名方法:交换活性基团+骨架+(阳C/阴A)原骨架编号.③如:DEAE-sephadex A-25为二乙基氨基乙基葡聚糖阴离子树脂;CM-sephadex C-25为羧甲基葡聚糖阳离子树脂.33.离子交换树脂分类:⑴按活性基团性质:阳离子交换树脂[含酸性基

团]`阴离子交换树脂[含碱性基团].⑵具体分为:强阳`弱阳&强阴`弱阴.34.离子交换树脂的理化性能:⑴外观:球形浅色为宜,粒度大小16-60

目>90%.⑵机械强度:>90%.⑶含水量:0.3-0.7g/g树脂.⑷交换容量:重量交换容量`体积交换容量`工作交换容量`表观交换容量.⑸稳定性:化学稳定性`热稳定性.⑹膨胀度:交联度`活性基团的性质与数量`活性离子的性质`介质的性质和浓度`骨架结构.⑺湿真密度:单位体积湿树脂的重量.⑻吸附性能指标:孔度`孔径`比表面积.⑼滴定曲线:表征树脂官能团.35.离子交换机理:⑴A+自ag中扩散到树脂表面.⑵A+从树脂表面进入

树脂内部的活性中心.⑶A+与R-B在活性中心上发生复分解反应.⑷解吸附离子B+自树脂内部扩散至数值表面.⑸B+离子从树脂表面扩散到ag中.36.扩散控制步骤:⑴内部扩散:液相浓度越快,搅拌越激烈,浓度越浓,颗

粒越大,吸附越弱.⑵外部扩散:液体流动慢,浓度稀,颗粒细,吸附强.37.离子交换速度方程:⑴外部扩散控制:ln(1-F)=-K1t

K1--外扩散速

度常数;F—时间为t时,树脂的饱和度.⑵内部扩散控制:F=1-6/π2

*∑[1/n2×e(-Din2π2t/r02)].38.影响交换速度的因素:⑴颗粒大小:愈小愈快,无论对内`外扩散.⑵

交联度:交联度小,树脂易膨胀,交换速度快.⑶温度:越高越快.⑷离子化合价:化合价越高`越快.⑸离子大小:越小越快,大分子阻力大,与骨架碰撞.⑹搅拌速度:在一定程度上`越大越快.⑺ag浓度:当交换速度为外扩散控制时,浓度越大,交换速度越快.39.应用实例—硬水软化:如果水质要求高,不仅要去除阳离子,还要出去阴离子.一般采用阳离子树脂和阴离子树脂.利用氢离子交换阳离子,而以氢氧根离子交换阴离子;以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子[如Na+`Ca2+`Al3+].同样的,以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到各种阴离子[如Cl-].从阳离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水.40.蛋白质离交分离的基本步骤:⑴平衡:以平衡缓冲液冲洗装填好的分离柱,目的是使离子交换树脂表面的碱性[或酸性]配基完全被平衡缓冲液中的反离子所饱和,确保分离柱处于稳定的状态.⑵吸附:样品ag进入分离柱,各组分依据离子交换亲和力大小与离子交换剂作用,目标物分子吸附于树脂上,并释放出反离子.⑶洗脱:媳妇完成后,以洗脱剂洗脱.洗脱剂含有高浓度反离子,通过竞争性吸附实现目标物洗脱.⑷再生:通过高浓度洗脱剂使离子交换树脂重新获得吸附能力.41.泡沫分离定义:以通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体,液相中的溶质或颗粒在表面活性的作用下吸附于气泡上进行的分离,人们通常把凡是利用气体在ag中鼓泡,以达到分离或浓缩目的的这类方法总称为泡沫吸附分离技术.42.泡沫分离技术须在低于CMC浓度下进行.见48的⑶

43.泡沫分离效率的衡量指标:富集比`回收率.富集比=消泡液中的表面活性物质浓度/液相中初始料液浓度.回收率=(初始液浓度*初始液体积--剩余液浓度*剩余液体积)/(初始液浓度*初始液体积).44.泡沫的形成:⑴当气体在含表面活性剂的水ag中发泡时,首先在液体内部形成被气裹的气泡,与此同时,ag表面活性剂分子立即在气泡表面排成单分子膜,亲油基指向气泡内部,亲水基指向ag.⑵气泡借助浮力上升,冲击ag表面的单分子膜.⑶某些情况下,气泡可以跳出液体表面,此时,该气泡表面的水膜外层上,形成与液体内部单分子膜的分子排列完全相反的单分子膜,从而构成了较为稳定的双分子层气泡体,形成接近于球体的单个气泡.45.泡沫分离法的分类:⑴泡沫分离:按分离对象是ag还是含有固体粒

子的悬浮液`胶体ag,泡沫分离可分成:①泡沫分离:用于分离溶解物质,他们可以是表面活性剂,或者可与表面活性剂结合的物质,当料液鼓泡时,能进入液层上方泡沫层,从而与液相主体分开.②泡沫浮选:用于分离不溶解物质,按被分离对象是分子/胶体,是大颗粒/小颗粒.又被称作分子浮选`粒子浮选`胶体浮选等.应用较多的是对于Pro`酶的分离,目前还处于实验室阶段,最初用于胆酸和胆酸钠混合物中分离胆酸,泡沫中胆酸浓度为料液的3-6倍,活性增加65%,还有大豆蛋白质的分离也在实验室阶段成功提取.⑵无泡沫分离:用鼓泡进行分离,但不一定形成泡沫层,按是否存在萃取层,可分为:①鼓泡分离:从设备底部通气鼓泡,表面活性物质被气泡富集并上升至塔顶,和液相主题分离,使溶质得到浓缩,液相主体被净化.②萃取浮选:在ag顶部设置有一种与其互不相容的溶剂,用它来萃取或富集有塔底鼓出的气泡所吸附的表面活性物质.应用与贵重金属的分离辅机,如采用乙基二甲二硫代氨基甲酸酯将尾矿中的黄金由每吨5g左右提高到每吨2250g以上.46.气泡间当膜间夹角为120°时,压力差最小,泡沫稳定.47.泡沫的稳定性影响因素:⑴泡径大小:泡径小,利于稳定,合成大气泡的历程长,且泡膜中含液量相对较大,较能经受液体流失造成的稳定性损失.另方面,泡径小,在液相中的上升速度慢,为表面活性剂的吸附提供充足的时间,增加了稳定性.⑵起泡液粘度:一定的黏度有利于泡沫稳定,某些ag,[如Pro溶液,虽然表面张力较高,但因粘度大,对于外力的冲击起到缓冲作用,所以产生的泡沫稳定].⑶温度:基本条件是应达到表面活性剂的气泡温度,但随温度升高,ag粘度降低,表面弹性降低,排液速度加快,泡沫稳定性下降.⑷离子强度:表面电荷离子型表面活性剂,水解后带电荷,泡沫的定向吸附层为双电层结构,由于离子间延缓泡沫变薄过程,使泡沫稳定.48.泡沫分离操作的影响因素:⑴待分离物质的种类:不同分离物质其理化性质不同,表面活性也不同,因此是对分离影响最大的因素.⑵pH值:不同的pH值对分离效果有影响,对于天然表面活性物质,[如:Pro的泡沫分离,在等电点时,Pro在泡沫表面的吸附量最大]这些条件下进行分离,分离效率最高.⑶表面活性剂浓度:一般要在CMC以下,过高引起排液阻力大;;太低,泡沫层不稳定,太高,分离效率下降.⑷温度:温度应达到表面活性剂的气泡温度,保持泡沫稳定性;还要根据吸附平衡类型来选择分度高低.⑸气流速度[气体流量]:上升,泡沫形成速度↑,单位时间的去除率也↑,泡沫停留时间短,影响分离选择性;;过低时,泡沫又停留时间过长,效率低,且物质易变性.⑹泡沫柱高度:足够高的柱体才能保证泡沫层高度,使泡沫在柱中有适当的停留时间,满足目标分离需求.49.萃取分类:⑴按萃取对象分:①液-液:用选定的溶剂分离液体混合物中的某种组分.溶剂与被萃取混合液体不相溶具有选择性的溶解能力,有好的热稳定性和化学稳定性,并有小的毒性和腐蚀性.②固-液:也叫浸取,用溶剂分离固液混合物中组分,如用水浸取甜菜中的糖类;用正乙烷浸取黄豆中的豆油;用水从药中浸取有效成分叫做”渗沥”或”浸沥”.⑵按萃取机理分:①物理萃取:利用溶剂对欲分离组分有较高溶解能力,分离过程为物理过程.②化学:溶剂首先在选择性与溶质化合或络合,从而在两相中重新分配而达到分离目的.50.有机溶剂萃取法:[溶剂萃取]利用样品中不同组分分配在两种互不相容的溶剂中的溶解度或分配比不同来达到分离`提纯或纯化的目的.51.萃取分离原理:分配定律:在一定T`P下,溶质在两个互不相溶的溶剂中分配,平衡时,如果在两相中的相对分子质量相等,溶质在两相中平衡浓度之比为成熟,成为分配系数K,表征平衡的两个共存相中溶质浓度的关系.k=y/x;;y—平衡时溶质在萃取相中的浓度.x—平衡时溶质在萃余相中的浓度.52.萃取步骤方法:⑴单机萃取.⑵多级萃取:①错流接触.②逆流接触[多用].53.多级萃取设备流程:待分离液经去杂后进入第一级萃取罐,在此与第二级沉降器来的萃取相[含目标物]混合接触,然后流入第一级沉降器分成上`下两液层,上层萃取相富含目的产物送去蒸馏回收溶剂及产物进一步精制;下层萃余相,含目的产物浓度较低,送第二级萃取.54.有机溶剂萃取的影响因素:⑴有机溶剂的选择.⑵乳化与去乳化.⑶

萃取操作的因素.55.萃取操作的因素:⑴pH值:①对弱酸随pH值降低,分配系数增大.②

对弱碱随pH值降低,分配系数减少..pH值低有利于酸性物质分配在有机相;碱性物质分配在水相.⑵温度:①温度高,分子扩散速度快,萃取速度快.②温度低,使分配系数增加.⑶盐析:生化物质在水中溶解度低,有利于溶质向有机相中分配.56.常用表面活性剂及其相应的有机溶剂:⑴AOT—烃类`异辛烷`环己

烷`四氯化碳`苯.⑵CTAB—己醇/异辛烷`己醇/辛烷`三氯甲烷/辛烷.⑶TOMAC—环己烷.⑷TritonX—己醇/环己烷.⑸磷脂酰胆碱—苯`庚烷.⑹磷脂酰乙醇胺—苯`庚烷.57.水壳模型:大分子蛋白质被封闭在”水池”中,表面存在一层水化层与

胶束内表面分隔开,从而使蛋白质不与有机溶剂直接接触.依据:⑴从似弹性光散射的研究证实在Pro分子周围存在一个单分子水层.⑵反胶束中酶动力学特征与水中接近.⑶某蛋白酶在胶束中的荧光特性与主题水中相像.58.Pro溶入反胶束的推动力:⑴静电引力作用:Pro的表面电荷与表面

活性剂反胶束内表面电荷[离子型表面活性剂]之间的静电引力作用.对于阳离子表面活性剂形成的反胶束体系,萃取只发生在水溶液的pH>pI.⑵空间位阻作用:反胶束”水池”的物理性能[包括其大小`形状及其中水的活度]会影响Pro的增溶或排斥.59.反相微胶束分离过程分为3步:⑴选择有利于形成油包水和适当

W0值的表面活性剂[HLB为3-6].⑵含生物大分子的反相微胶团的形成.⑶反相微胶团的破乳及生物大分子的释放.60.反胶束萃取操作方法:⑴相转移法.⑵注入法.⑵溶解法.61.反萃取效果评估:一方面对Pro的回收率和分离度进行评估,还应对其分离过程中微观变化分子构象评估,即对其生物活性要有保证.62.双水相萃取:利用生物物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异进行分离的过程.63.双水相体系的种类:⑴两种都是非离子型高聚物(PEG/DEX`聚丙二醇/DEX等).⑵其中一种是离子型高聚物(羧甲基纤维素钠/葡聚糖DEX).⑶两种都是离子型高聚物(羧甲基纤维素钠/羧甲基葡聚糖钠).⑷其中一种是无机盐(PEG/磷酸盐或硫酸盐).64.试差实验及放大:⑴双水相体系形成判定:将一定量的高聚物P浓溶液置于试管内,然后用已知浓度的高聚物Q溶液来滴定.随着高聚物Q的加入,试管内ag由均相突然变浑浊,记录Q加入量.然后在试管内加1ml水,ag又澄清,继续滴加高聚物Q,ag又变浑浊,此时系统形成.以高聚物P浓度对高聚物Q浓度作图,为一系列双节线上的系统组成点,即可得到双节线.⑵试差实验放大:采用10ml离心管进行试验,结果可直接放大生产.操作过程:①配置高浓度的聚合物和盐的备用液,配置一系列不同浓度`pH值的双水相,每个双水相只改变一个参数[pH的调节可采用磷酸盐缓冲液].②先加入料液,再加入配置好的备用高聚物及盐液,使整个系统质量达到5-10g,离心管封口后,充分混合.③在1800-2000g离心3-5min,使两相完全分离.④小心移取上下两相,分别测定目标物含量,并与加入总量作对比.65.膜分离技术的概念:利用天然的或人工合成的`具有选择透过性的薄膜,以外界能量差作为推动力,由于ag中各组分迁移率的不同而进行分离`分级`提纯`富集的一种技术.66.膜分离技术的优势&劣势:⑴优势:①能耗低,处理量大.②分离条件温和,使用热敏物质的分离.③操作方便结构紧凑,工作方式灵活,自动化程度高.⑵劣势:①操作工程化中膜面容易发生污染,膜性能呈衰减趋势.②膜的耐药性`耐热性和耐溶剂能力有限.③多数膜组件价格昂贵,投资高.67.膜分离分类依据:⑴膜的平均孔径.⑵膜的推动力.⑶膜的状态.⑷膜的结构.⑸膜的形状.⑹膜的材质.68.膜分离技术按孔径分类:⑴微滤[MF]:以多孔细小薄膜为过滤介质,主要用于DNA`病毒截留与浓缩,也多于膜分离的前处理,孔径分布范围约在0.02-10μm之间.⑵超滤[UF]:分离介质同上,但孔径更小,约为0.001-0.1μm,适合与分离酶`Pro等生物大分子物质.⑶纳滤:从ag中截留平均分子量300-5000的物质,孔径分布在0.2-2nm.⑷反渗透[RO]:孔径范围0.0001-0.001μm之间,主要应用于汗水脱盐`超净水设备等.69.截留分子量[MWCO]:又称为切割分子量,指截留率为90%时所对

应的分子量,与膜孔径大小有关.由于直接测定超滤膜的孔径相当困难,所以使用一直分子量的球状物质进行测定.如膜对被截留物质的截留率达到90%时,就用被截留物质的分子量表示膜的截留性能,称为膜的截留分子量.实际上,所用的物质并非绝对球形,膜孔径也绝非绝对均一,所测定的截留率不能绝对表示膜的分离性能.70.膜分离过程模型:⑴浓差极化:①在操作过程中,由于膜的选择透过

性,被截留组分在膜料液侧表面积累形成浓度边界层,其浓度大大高于料液的主体浓度,在膜表面与主体料液之间浓度差的作用下,将导致溶质从膜表面向主体的反向扩散.②危害:膜面处浓度Ci增加,使得渗透压↑:在一定操作压力下,溶剂的透过速率↓,Ci增加,导致溶质的透过↑,截留率↓.③避免:可通过提高操作温度`对膜定期清洗等措施来避免浓差极化.⑵凝胶极化:膜表面的浓度超过溶质的溶解度时,溶质析出,形成凝胶层.当料液中含有菌体`细胞或其他固形物时,也会形成凝胶层.71.模装置的工作形式-超滤膜装置:一般用来完成目标物的浓缩和目标

物脱出小分子杂质,分别称为浓缩和洗滤.浓缩:①开路循环:循环液中溶质浓度不断上升,若流量和压差不变,透过通量将随操作时间不断降低.②闭路循环:循环液中溶质浓度增加更快,通过通量小于开路循环.优点是膜组件内流速可不单纯依靠料液泵供应.③连续浓缩:容易实现自动化.但透过通量很低,为改善通量,一般设计成多段串联组合.72.乳状液膜制作过程:⑴首先把两种互不相容的液体在高剪切下制成油包水小液滴;⑵其次在温和搅拌下将油包水乳液分散在第三相[料液相即外相]中;⑶乳状液滴内被包裹的相为内相,内相外相之间为液膜.73.载体促进传递机制有不同表现形式:同相迁移[促进并流]`逆向迁移[促进逆流].74.盐析:De:在高浓度的中性盐存在下,Pro[酶]等生物大分子物质在水溶液中的溶解度降低,产生沉淀的过程.虽然方法经典,但主要用于Pro分离与回收.75.盐析过程:是对[生物大分子在水ag中存在状态:⑴两性电解质,由于静电力的作用,分子间相互排斥,形成稳定的分散系.⑵Pro周围形成水合膜,保护了Pro粒子,避免了相互碰撞.]破坏的过程:原因:⑴盐离子与Pro表面具有相反电性的离子基团形成离子对,部分中和了Pro电性,稳定的双电层被破坏,Pro分子间斥力减弱而相互聚拢.⑵中性盐亲水性比Pro大,盐离子在水中发生水合使Pro脱去水合膜,暴露疏水区域,疏水相互作用产生沉淀.76.盐溶液对Pro溶解度影响:中性盐加入Pro溶液时可能出现:⑴”盐溶”现象:较低盐浓度(0.15-0.2mol/kg)下,Pro溶解度随盐浓度增大而增大.⑵”盐析”现象:高盐浓度下,Pro溶解度随盐浓度增大而下降.77.盐析方法分类:⑴β盐析法:在一定离子强度下,改变pH和温度进行盐析[逐步向Pro溶液中加入预先调好pH的饱和硫酸铵ag,调节温度,Pro便沉淀出来].由于溶解度随温度变化缓慢,且变化幅度小,因此分辨率更高,常用于纯化.⑵KS盐析法:在一定pH和温度下,改变体系离子强度进行盐析的方法[粗制品中逐步加入固体硫酸铵,加到一定饱和度时,Pro便沉淀出来].由于Pro对离子强度的变化非常敏感,易产生共沉淀现象,因此常用于提取液的前处理.78.影响盐析的因素:⑴Pro浓度:①高浓度Pro可节约用盐量,但过高

会发生严重沉淀.②低浓度Pro用盐量较多,共沉作用少.⑵盐种类的影响:阳离子:NH4+>K+>Na+>Mg2+.阴离子:SO42+>CHCOO->Cl->NO2->ClO3-.⑶温度:①低离子强度/纯水中:蛋白质溶解度随温度↑而↑.②高浓度:随温度↑而↓.⑷pH的影响:等电点附近Pro溶解度小,是盐析沉淀适合的pH.79.盐析沉淀操作:lg:硫酸铵步骤:

⑴取一部分料液,将其分成等体积的数份,冷却至0℃.⑵用W=[505(S2-S1)]/(1-0.285S2)式计算饱和度达到20%-100%时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以上,使沉淀达到平衡.⑶3000g下离心40min后,将沉淀溶于2倍体积的缓冲ag中,测定其中Pro总浓度和目标Pro浓度[如有不溶物,可离心去除].⑷分别测定上清液中Pro的总浓度和目标Pro的浓度,比较沉淀前后Pro是否保持物料守恒,检验分析结果的可靠性.⑸以饱和度为横坐标,上清液中Pro总浓度和目标Pro浓度为纵坐标作图,图中纵坐标为上清液中Pro的相对浓度[与原料液浓度之比].80.@@沉淀生成过程:Pro分子通过接触而聚集,形成微细颗粒,微细颗

粒继续生长成为大颗粒沉淀.⑴扩散控制过程:生长出去,布朗粒子的扩散,推动粒子的生长.这一过程称为[异向生长].⑵剪切作用生长过程:在搅拌作用下,粒径1μm以上的粒子生长主要起因在于剪切作用引起的颗粒间互相碰撞,发生凝聚.这一过程称为[同向凝聚]…同向凝聚速率很低,是沉淀过程的控制步骤.因此,搅拌混合非常重要,沉淀放大设计时,单位体积的搅拌功率是放大的基准,一般在放大后不变.81.色谱分离法概念:是一种物理的分离方法,利用不同物质在两相[固

定相和流动相]中具有不同的分配系数,并通过两相不断的相对运动而实现分离的方法.82.色谱过程:⑴物质分子在相对运动的两相间分配平衡的过程.在混合物中,若两个组分的分配系数不等,则被流动相携带移动的速率不等,即形成差速迁移而被分离.@⑵经色谱柱的分离,各组分将分别流过检测器,检测器将流动相中各组分浓度变化转变成电信号.随时间变化的曲线,称为色谱流出曲线,或称色谱图.83.[色谱术语]色谱图和色谱峰:⑴组分流经检测器时响应的连续信号产生的曲线为色谱图.⑵流出曲线上的突起部分为色谱峰.84.[色谱术语]⑴正常色谱峰近似于对称形正态分布曲线[高斯曲线].⑵不对称色谱峰有两种:前沿峰[较少]`和拖尾峰.⑶不对称峰的原因复杂:进样体积`浓度`柱温`柱污染`样品溶液离子强度`柱极性等.85.[色谱术语]对称因子[判断是否对称]:fS=W0.55h/2A=(A+B)/2A 完全对称:fS=1.00;对称峰: fS =0.95-1.05;前沿峰: fS <0.95;拖尾峰fS >1.05.86.[色谱术语]色谱基线:色谱操作条件下,仅有流动相通过检测器时,反应检测器噪声随时间变化的曲线.稳定的基线是一条直线.87.[色谱术语]基线噪音:与被测样无关的检测器输出信号引起的基线波动,基线波动的大小就是噪声的大小.基线漂移:基线随时间的增加朝单一方向的偏离.88.[色谱术语]峰高h:从色谱峰顶点到基线的距离.峰高一般用mm或检测器输出信号单位表示.峰高可作为定量测定的依据之一.89.[色谱术语]峰底宽度W:在色谱峰两边的转折点[也叫拐点,即E和F]所画的切线与基线相交的截距IJ.两个拐点E和F之间的距离为EF=2σ,分别位于约0.607h处.峰宽直接体现出色谱条件的影响.90.[色谱术语]峰面积A:色谱峰与基线延长线所包围的面积.91.[色谱术语]保留指数:它是与被测物质具有相同调整保留时间的假想的正构烷烃的碳数乘以100.92.[色谱术语]分离度RS:相邻两个组分的色谱峰,其保留时间差与两

峰峰底宽平均值之商.93.[分配色谱]⑴正相色谱:极性固定相+非极性流动相

用于分离极

性化合物,极性小的组分先流出.⑵反相色谱:非极性固定相+极性流动相 用于分离非极性化合物,极性大的组分先流出.94.载体:载体是惰性的,无吸附能力,可吸留较大固定相液体.⑴硅胶:使

用前:酸洗—水洗—醇洗—干燥—水混—调浆[展开剂]—装柱.⑵硅藻土:是目前应用最多的载体.处理方法同上,浆态上柱,压平.⑶纤维素:也较为常用,酸洗+水洗.95.选择展开剂[流动相]时,首先应选择各组分溶解度相差较大的溶剂.展开剂必须先用固定相饱和,方法是过量固定相加展开剂中,分液漏

斗分层出展开剂.96.凝胶[排阻]色谱:原理:待分离物质分子量大小不同,在凝胶柱经过

时,停留时间的不同得以分离.97.三种凝胶:⑴葡聚糖凝胶:应用最广①国外商品名Sephadex,由葡聚

糖交联而成.葡聚糖是蔗糖发酵后,分级,选取分子质量在3×104-5

×104的部分,经交联后得到不溶于水的葡聚糖凝胶.②交联度:交联

剂占原料总质量的百分比称为交联度.③常用G类Sephadex商品，Sephadex G-250含义为每克干胶吸水体积可达到25ml.⑵聚苯烯酰胺凝胶:①一种全化学合成的人工凝胶,由苯烯酰胺[单体]以亚

甲基双苯烯酰胺[双体]为交联剂,经催化聚合而成再经干燥成型处

理得到颗粒状干粉商品.②商品名:Bio-Gel P, P后编号×1000大致

反应其排阻极限.③如: Bio-Gel P-100表示其分离相对分子质量大约为100000.⑶琼脂糖凝胶:①用氯化十六烷基吡啶/乙烯醇等将海藻多糖琼脂中带负电基团的琼脂胶沉淀除去,得到中性多糖成分即为琼脂糖.②商品名:Sepharose 2B`4B`6B.表示琼脂糖浓度

为2%`4%`6%.

第五篇：场流分离技术

场流分离技术的研究

专业：化学工艺

学生：田盼盼

201220714

邵

菲

201220715

场流分离技术的研究

摘要：场流分离是一种方便快捷的分析分离技术，它具有设备简单，应用广泛，效率高等优点。该文介绍了场流分离原理及理论，描述了场流分离设备的主要结构，着重讲述了电场流分离、热场流分离、沉降场分离、流场流分离的方法及应用。比较了不同场流分离技术的差异，展望了场流分离发展的方向。

关键词：场流分离，电场流分离，热场流分离，沉降场分离，流场流分离

1.场流分离介绍

近年来，人们将不同的场垂直地加在一个速度分布为特殊形状的液流中，发明了一种新的分离方法。1966年美国犹他大学的吉廷斯(Giddings)教授首次报导了这个方法，并把它命名为场流分离(FFF)。十多年来，该法得到了迅速的发展，很多文献报导了这方面的研究成果。不仅在理论上对场流分离进行了大量的研究，而且还探讨了这种方法在分离大分子、胶体颗粒和微细颗粒方面的应用。场流分离是一种方便快捷的分析分离技术，它具有设备简单，应用广泛，效率高等优点。

2.场流分离系统组成

场流分离系统一般由载液及样品注入装置，分离系统，检测分析系统，收集系统等部分组成。载液一般由注射泵注入，样品由微量注射泵脉动注入。分离系统由分离流道与分离场施加装置构成。检测分析系统可由电子显微镜或光散射仪或化学分析仪与计算机共同组成。图1为典型的FFF流道几何形状。流道一般由在高分子材料薄片上刻出的矩形流道与上下平板组合而成。其结构如图2所示。

图1典型FFF流道几何形状

图2 FFF分离流道基本结构

3场流分离原理

场流分离（Field flow fractionation—FFF）作为一种新的分离技术，最早是由Giddings博士在1966年提出的[1]。FFF作为一类分离技术，可分离、提纯和收集流体中的悬浮物微粒。FFF适用于样品组分尺寸从1nm-100μm大分子、胶质和微粒物料的分离[2-3]，也可完成对组分多种物理特性参数的测定。如：质量、密度、电荷、热扩散系数等。

在FFF系统中，由于矩形微流道的宽高比大于100:1，因此流速剖面近似为二维层流。分离场垂直于流动方向施加。样品组分除了随载流的纵向流动外在分离场的作用下，还存在垂直于流道的漂移运动。被分离（分析）的样品脉动地注入分离流道中流动的载流液中，由于保持力的不同，样品的组分在不同的时间内出现在流道的出口。

在FFF中，分离是由作用于样品的外加场力与样品的扩散力相互作用完成的。作用于样品的外加场力驱动样品组分向流道的一壁面（积聚面）漂移，而样品的扩散力则起相反作用。当场力与扩散力达到平衡时，微粒将处于距积聚面距离一定的位置上。载流液速度剖面呈抛物线形状或近似抛物线形状，其流速剖面如图3所示。其最大速度在流道中心附近，最小速度在流道壁处。由于被分离样品中各组分受分离场影响的不同，样品中不同的组分将处于距积聚面不同的位置，即不同的组分处于不同的流速层面。因此，那些受分离场影响较强的组分距积聚面较近，流速较小，而那些与分离场作用弱的组分距积聚面较远，流速较大。由于不同组分流速的差异，它们通过流道所需时间（保持时间）也就不同，图4展现了这一原理。保持时间与组分的特性有关，利用这些特性实现样品中不同组分的分离。同样也可利用测定保持时间来确定与其相关的特性。

图3 流速剖面

图4场流分离原理 场流分离种类

场流分离作为一类分离技术，虽然依据的基本原理相同，但根据所加外场类型的不同，场流分离技术主要分为流场流分离，热场流分离，沉降场流分离，电场流分离等。另外流场流分离技术又可分为对称流场流分离和非对称流场流分离。

4.1电场流分离

电场流分离技术作为微粒子分离技术最早出现于1972年，并用于多种蛋白质的分离[4]。电场流分离(electricalfield flow fractionation—EFFF)不是直接的流动分离技术，而是依赖于垂直分离方向上(流动方向)的电场在低黏性的载液中完成分离的。在电场流分离系统中，被分离的组分由于其电敏感性的不同，所受的电场作用力就不同。当微粒所受的电场作用力与扩散力达到平衡时，不同的微粒将处于距积聚壁不同的距离，即在流道中有不同的速度，从而使得不同的微粒在不同的时间出现在分离流道的出口，从而完成分离。在EFFF系统中，电场E垂直于流道施加，粒子的漂移速度取决于它们的电泳淌度μ。理论上凡具有电敏感性的微粒都可利用电场流分离技术分离。

在电场流分离过程中存在着双电层效应，由于双电层效应的影响，系统有效电场强度损失巨大。据测，有效电场强度一般不超过外加电场强度的3%[5]，多数情况为1%左右。EFFF系统的应用包括：细胞分离、乳状液和脂质体的鉴别以及样品的预处理。

电场流分离最初用于蛋白质的分析、分离[6]。随后发展为多种微粒的分析分离，如：人类红细胞、胶体、糖、黏土等[7]。4.2 热场流分离

在热场流分离(Th-FFF)中，应用的“场”是温度梯度。温度梯度是依靠上下壁面的温差建立的。这一温度梯度横穿液流，液流在温度不同的两平行板间流动,热扩散使样品组分向积聚面漂移。Th-FFF侧重于在亲脂性聚合体上的应用。Th-FFF可用于粒径小到1μm以下，大到20μm微粒的提取，分离[8]。目前已成为测量稀释聚合物溶液热扩散系数极其方便的工具。它测量速度快，通常只需10~20 min。

4.3 沉降场流分离

沉降场分离外加场可以是重力即重力场流分离(GFFF),也可以是离心力即离心力场流分离或称沉降场分离(SdFFF)。GFFF是一种最简单的FFF技术，利用地球重力场作为外加力场,与其他FFF相比，GFFF在理论方面还需完善。GFFF已成功应于红细胞，胶体，淀粉，葡萄酒酵母的分析鉴定[9]。SdFFF应用与GFFF相似。如：硅凝胶体粒子；聚合体橡胶和细胞的分离纯化[10]。与GFFF相比, SdFFF结构相对复杂，外力场变化范围较大且易控制。4.4 流场流分离

流场流分离(flow-FFF)最早由J.C.Giddings等人于1984年提出。Flow-FFF的外加力场为垂直于流道(流动)方向的横向流。Flow-FFF装置与其他场流装置略有不同，其流道上下壁具有渗透能力。在flow-FFF中，分析物被横流推向半渗透性壁，并被只允许载流通过的膜隔离在积聚墙处。这样流道壁保证了在分离过程中外加横向流的实施。通过外加横向流的作用使不同的微粒处于流道中的不同流速层面上，从而实现不同的微粒在不同的时间出现在流道的出口处完成分离。

现有的flow-FFF设备可完成多种微粒的离。其适用的微粒尺寸范围从1 nm~0.1 mm。此外，近些年流场流分离已应用于微粒尺寸测定，蛋白质特性分析等方面。

5不同场流分离的差异

不同的场流分离技术原理基本相同，其区别主要在于应用外场的不同，其适用的领域及范围也存在差异。

沉降场流分离具有设备简单，控制方便的优点，其分离是基于被分离的微粒的不同尺寸、密度、及形状实现分离的，因此它主要用于红细胞、胶体、淀粉等的分离，但它难以完成高浓度、尺寸较小微粒的分离，如尺寸在0.02-0.05μm 的胶体。

流场流分离相对于沉降场流分离来说，其所适用微粒尺寸范围要广泛，尺寸从1nm-0.1mm，但与沉降场流分离相比，它对微粒的选择分离效果稍差。

热场流分离不但可用于微粒的分离，同时也可用于微粒热扩散系数的测定，进而完成对微粒成分的分析。

电场流分离几乎具有其他场流分离所有的优势，同时它还可完成在其他场流分离中无法完成的微粒分离，如脂质体的分离等。但电场流分离要求被分离微粒具有电泳淌度，如被分离微粒不具有电泳淌度，则需对被分离的微粒进行预处理。6 场流分离国内外发展方向

场流分离目前主要发展方向是与微细加工技术相结合，使其小型化，微型化。场流分离系统微型化后可能获得的益处包括：提高分辨率，减少分离时间，减少仪器尺寸，降低能耗。同时还可减少时间常数、溶剂消耗、松弛和平衡时间。国外已对电场流微型化从理论及实验上做了一些工作。实温度场流分离的微型化研究也获得进展。但目前场流微型化仍处于理论研究与探索阶段，有许多理论及结构上的问题还有待解决。对场流分离流道的优化设计近期国外也做了一些探索。

场流分离在国外已研究了数十年，但目前国内研究还处于起步阶段。有关场流分离深层次的机理及场流分离的应用仍有广阔的研究空间。尤其对如何实现连续场流分离及如何实现场流分离在工业生产上的应用，还有大量的工作等待我们去做。

参 考 文 献

[1].B K Gale;K D Caldwell;A B Frazier.A micromachined electrical field-flow fractionation system[J].Transactions on biomedical engineering,1988,45(12): 1459-1470.[2] Bruce K Gale;Karin D Caldwell;A Bruno Frazier.Geometric scaling effects in electrical field flowfractionation.2.Experimental results[J].Analytical chemistry,2001,73(10):2345-2353.[3]C Lautrette;P J P Cardot;C Vermoot-Desroches.Sedimentation field flow fractionation purificationof immaturea neural cell from a human tumor neuroblastoma cell line[J].Journal of chromatography-B,2003,791(1):149-160.[4] S Kim Ratanathanawongs;Paul M Shiundu;J Calvin Giddings.Size and compositional studies of core-shell latexes using flow and thermal field-flow fractionation[J].Colloids and surfaces,1995,105(2-3):243-250.[5] Hovingh M E;Thompson G h;Giddings J C.Column parameters in TFFF[J].Minerals engineering,1995,8(11):1359-1368.[6] Caldwell KD.Field-flow fractionation[J].Trends in biotechnology,2005,23(9):475.[7] Josef Jana;Jan Dupák.Elimination of edge effects in micro-thermal field-flow fractionationchannel of low aspect ratio by splitting the carrier liquid flow into the main central stream andthe thin stream layers at the side channel walls[J].Journal of chromatography,2005,1068(2):261-268.[8] Stevenson S G;Ueno T;Preston K R.Automated frit inlet/frit outlet flow field-flow fractionation for protein characterization with emphasis on polymeric wheat proteins[J].Analytical chemistry,1999,71(1):8-15.[9] Picton L;Bataille I;Muller G.Analysis of a complex polysaccharide(gum arabic)by multi-angle[J].Carbonhydrate polymers laser light scattering coupled on-line to size exclusion chromatography and flow field-flow fractionation [10] L Koch ,T Koch,H M Widmer.Sedimentation field-flow fractionation for pigment quality assessment [J].Chromatogr,1900,517:395-403.