生化分离技术

第一篇：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）

第二篇：2012-2013生化分离复习题

名词解释

分配系数：在一定温度、压力下，溶质分子分布在两个相互相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度比为一常数叫分配系数。

絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。

萃取过程：利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的。

离子交换：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，根据其电荷差异，依靠库伦力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱机将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离的目的。助滤剂：助滤剂是一种具有特殊性能的细粉或纤维，它能使某些难以过滤的物料变得容易过滤。

色谱技术：是一组相关分离方法的总称，色谱柱的一般结构还有固定相（多孔介质）和流动相，根据物质在两相间的分配行为不同（由于亲和力差异），经过多次分配，达到分离的目的。

等电点沉淀：调节体系PH值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为等电点沉淀。膜分离：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，由于溶液之各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。

反渗透：在只有溶剂能通过的渗透膜的两侧，形成大于渗透压的压力差，就可以使溶剂发生倒流，使溶液达到浓缩的效果，这种操作称为反渗透。

膜的浓差极化：是指但溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度。

超滤：凡是能截留相对分子量在500以上的高分子膜分离过程称为超滤，它主要是用于从溶剂或小分子溶质中将大分子筛分出来。

生化分离技术：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）及其生物化学产物中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。

离心分离技术：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。

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，是原溶液的物质沉淀析出的分离技术。

洗脱：利用适当的溶剂，将树脂吸附的物质释放出来，重新转入溶液的过程。

树脂的再生：就是让使用过的树脂重新获得使用性能的处理过程，树脂的再生反应是交换吸附的逆反应。

层析分离：是一种物理的分离方法，利用多组分混合物中各组分物理化学性质的差别，是各组分以不同的程度分布在两个相中。

流动相：在层析过程中，推动固定相上待分离的物质朝着一个方向移动的液体、气体和租临界体等，都称为流动相。

正相色谱：是指固定相的极性高于流动相的极性，因此，在这种层析过程中非极性分子或极性小的分子比极性大的分子移动的速度快，先从柱中流出来。

反相色谱：是指固定相的极性地狱流动相的极性，在这种层析过程中，极性大的分子比极性小的分子移动的速度快而先从柱中流出。

吸附层析：是以吸附剂为固定相，根据待分离物与吸附剂之间吸附力不同而达到分离目的的一种层析技术。

分配层析：是根据在一个有两相同时存在的溶剂系统中，不同物质的分配系数不同而达到分离目的的一种层析技术。

凝胶过滤：凝胶过滤是以具有网状结构的凝胶颗粒作为固定相，根据物质的分子打小进行分离的一种层析技术。

离子交换层析：是以离子交换剂为固定相，根据物质的带电性质不同而进行分离的一种层析技术。

高效液相色谱：是指选用颗粒极细的高效耐压新型固定相，借助高压泵来输送流动相，并配有实时在线检测器，实现色谱分离过程全部自动化的液相色谱法。

亲和层析：是利用生物活性物质之间的专一亲和吸附作用而进行的层析方法。是近年来发展的纯化酶和其他高分子的一种特殊的层析技术。

选择

1． HPLC是哪种色谱的简称（C高效液相色谱）

2． 针对配基的生物学特异性的蛋白质分离方法是（C亲和层析）

3． 用于蛋白质分离过程中的脱盐更换缓冲液的色谱是（C凝胶过滤色谱）

4． 适合小量细胞破碎的方法是（B超声破碎法）

5． 蛋白质分子量的测定可采用（C凝胶层析）方法

6． 基因工程药物分离纯化过程中，细胞收集常采用的方法（膜过滤）

7． 离子交换剂不适用于提取（D蛋白质）物质

8． 血清清蛋白的等电点为4.64，在PH为7的溶液中将血清蛋白质通电，清蛋白质分子向

（A正极移动）

9． 是蛋白质盐析可加入试剂（D硫酸铵）

10． 下列哪一项是强酸性阳离子交换树脂的活性交换基团（A磺酸基团—SO3H）

11． 在蛋白质初步提取的过程中，不能使用方法（C有机溶液萃取）

12． 离子交换法是应用离子交换剂作为吸附剂，通过（A静电作用）将溶液中带相反电

荷的物质吸附在离子交换剂上。

13． 真空转鼓过滤机工作一个循环进过（A过滤器、缓冲区、再生区、卸渣区）

14． 阴离子交换剂（C可交换为阴离子）

15． 分配层析中的载体（C能吸附溶剂构成固定相）

16． 颗粒与流体的密度差越小，颗粒的沉降速度（A越小）

17． 发酵液的预处理方法不包括（C离心）

18． 其他条件均相同时，优先选用哪种固液分离手段（B过滤）

19． 哪种细胞破碎方法适用工业生产（A高压匀浆）

20． 关于萃取下列说法正确的是（C两性电解质在等电点时进行提取）

21． 液—液萃取时常发生乳化作用，如何避免（D加热）

22． 在葡萄糖与聚乙二醇的双水相体系中，目标蛋白质存在与（A上相）

23． 超临界流体萃取中，如何降低溶质的溶解度达到分离的目的（C升温）

24． 有机溶剂为什么能够沉淀蛋白质（B介电常数小）

25． 若两性物质结合了较多阳离子，则等电点PH会（A升高）

26． 若两性物质结合了较多阴离子，则等电点PH会（B降低）

27． 生物活性物质与金属离子形成难溶性的复合物沉析，然后使用（C EDTA）去除金属

离子。

28． 哪一种膜孔径最小（C反渗透）

29． 超滤技术常被用作（C小分子物质的纯化）

30． 微孔膜过滤不能用来（D分离离子与小分子）

31． 吸附剂和吸附剂之间作用力是通过（A范德华力）产生的吸附称为物理吸附。

32． 哪一种活性碳的吸附容量最小（B棉纶活性碳）

33． 酚型离子交换树脂则应用在（B PH>9）的溶液中才能进行反应

34． 羧酸型离子交换树脂必须在（C PH>7）的溶液中才能进行反应

35． 离子交换树脂适用（B乙醇）进行溶胀

36． 通过改变PH值从而使与离子交换剂结合的各个组分被洗脱下来，可使用（A 阳离

子交换剂一般是PH值从低到高洗脱）

37． 哪一种凝胶的孔径最小（A Sephadex G-25）

38． 哪一种凝胶的吸水量最大（D Sephadex G-200）

39． 在什么情况下得到粗大而有规则的晶体（A 晶体生长速度大大超过晶核生成速度）

40． 为加热过滤效果通常使用（C惰性助溶剂）

41． 不能用于固液分离的手段为（C 超滤）

42． 最常用的干燥方法有（D 以上都是）常压过滤减压过滤喷雾过滤

43． 下列哪个不属于高度纯化：（B吸附法）

44． 酶提取液中，除所需酶外，还还含有大量的杂蛋白、多酶、脂类和核酸等，为了进

一步纯化，可用（E 以上都可以）调PH值和加热沉淀法蛋白质表面变性法降解或沉淀核酸法利用结合底物发保护法除去杂蛋白

45． 适用于分离糖、苷等的SephadexG的分离原理是（C 分子大小）

46． 下列哪个不属于初步纯化（C L离子交换层析）

47． 下列那个不属于发酵液的预处理（D 层析）

48． 颗粒与流体的密度差越小，颗粒的沉降速度（A 越小）

49． 高效液相色谱仪的种类喝多，但是无论何种高效液相色谱仪，基本上是由（D 高

压输液系统、进样系统、分离系统、检测系统、记录系统和色谱工作站等五大部分）

50． 在凝胶过滤（分离范围是5000~400000）中，下列哪种蛋白质最先被洗脱下来（B 肌

球蛋白（400000））

51． “类似物容易吸附类似物”的原则，一般极性吸附剂适宜于从何种溶剂中吸附极性

物质（B 非极性物质）

52． 能够出去发酵液中钙、镁、铁离子的方法是（C离子交换）

53． 当向蛋白质纯溶液中加入中性盐时，蛋白质溶解度（C 先增大，后减小）

54． 洗脱体积是（C与该溶质保留时间相对应的流动相体积）

55． 超临界流体萃取法适用于提取（B 极性小的成分）

56． 活性碳在下列哪种溶剂中吸附能力最强（A 水）

57． 在超滤过程中，主要的推动力是（C 压力）

58． 在选用凝胶层析柱时，为了提高分辨率，宜选用的层析柱是（A 粗且长的）

59． 盐析法与有机溶剂沉淀法比较，其优点是（B 变性作用小）

60． 在萃取液用量相同的条件下，下列哪种萃取方式的理论收率最高（C 三级逆流萃取）

判断

1.助溶剂是一种可压缩的多孔微粒（X）

2.通过加入某些反应剂是发酵液进行预处理的方法之一（√）

3.极性溶剂与非极性溶剂互溶（X）

4.用冷溶剂溶出固体材料中的物质的方法又称浸煮（X）

5.要增加目的物的溶解度，往往要在目的物等电点附近进行提取（X）

6.应用有机溶剂提取生化成分时，一般在较高温度下进行（X）

7.生物物质中最常用的干燥方法是减压干燥（√）

8.蛋白质类的生物大分子在盐析过程中，最好在高温下进行，因为温度高会增加其溶解度

（X）

9.吸附剂氧化铝的活性与其含水量无关（X）

10.酸性、中性、碱性氨基酸在强碱性阴离子交换树脂柱上的吸附顺序是碱性氨基酸>中性

氨基酸>酸性氨基酸（X）

11.活性氧化铝可分为三种类型：碱性氧化铝、中性和酸性氧化铝（√）

12.板框压滤机可过滤所有菌体（X）

13.超声波破碎法的有效能量利用率极低，操作过程产生大量的热，因此操作须在冰水或有

外部冷却的容器中进行（√）

14.离心是基于固体颗粒和周围液体密度纯在差异而实现分离的（√）

15.超临界流体温度不变条件下，溶解度随密度（或压力）的增加而增加，而在压力不变时，温度增加情况下，溶解度有可能增加或下降（√）

16.硫酸铵在碱性环境中可以应用（X）

17.用64%氯化锌处理透析袋，使大分子也能通过膜孔（）

18.层析分离是一种化学的分离方法（X）

19.分离纯化极性大的分子（带电离子等）采用反相色谱（或正相色谱）（X）

20.而分离纯化极性小的有机分子（有机酸、醇、酚等）多采用正相色谱（或反相色谱）（X）

21.吸附力较弱的组分，有较低的Rf值（X）

22.任何情况都优先选择叫小空隙的交换剂（X）

23.凝胶柱层析可进行生物大分子分子量的测定（√）

24.在高浓度盐溶液中疏水性相互作用减小（X）

25.色谱分离技术中固定相都是固体（X）

26.渗透压冲击是各种细胞破碎法中最为温和的一种，适用于易于破碎的细胞，如动物细胞

和革兰氏阳性菌（X）

27.等密度梯度离心中，梯度液的密度要包括所有被分离物质的密度（√）

28.盐析反应完全需要一段时间，一般硫酸铵加完后，应放置30min以上才可进行固液分离

（√）

29.层析点样时用一根毛细管，吸取样品溶液，在距薄层一端1.5-2cm的起始线上点样，样

品点直径小于3mm（√）

30.疏水柱层析可直接分离盐析后或高盐洗脱下来的蛋白质、酶等生物大分子溶液（√）

31.发生乳化现象对萃取是有利的（X）

32.丙酮，介电常数较低，沉析作用大于乙醇，所以在沉析时选用丙酮较好（X）

33.蛋白质变性后溶解度降低，主要是因为电荷被中和及水膜被去除所引起的（X）

34.离心操作时，对称放置的离心管要达到体积相同才能进行离心操作（X）

35.盐析一般可在室温下进行，当处理对温度敏感的蛋白质或酶时，盐析操作要爱低温下进

行（√）

36.蛋白质累的生物大分子在盐析过程中，最好在高温下进行，因为温度高会增加溶解度（X）

37.化学萃取及溶质根据相似相溶的原理在两相之间达到分配平和，萃取剂与溶质之间不发

生化学反应（X）

38.树脂使用后不可在回收（X）

39.多肽和蛋白质类药物的纯化包括两部分内容，一是蛋白质与非蛋白质分开，而是将不同

蛋白质分开（√）

40.细胞破碎技术是生物分离操作中必需的步骤（X）

41.冷冻干燥适用于高度热敏的生物物质（√）

填空

1.发酵液常用的固液分离方法有（离心）和（过滤）等

2.常用的蛋白质沉淀方法有（等电点沉淀），（盐析）和（有机溶剂沉淀）

3.离子交换分离操作中，常用的洗脱方法方法有（PH梯度）和（离子强度（盐）梯度）

4.阴离子交换树脂按照活性基团分类，可分为（强碱型），（弱碱型）和（中度强度）；

其典型的活性基团分别有（季氨基）、（伯、仲、叔氨）、（强弱基团都具备）

5.离子交换树脂由（载体）、（活性基团）和（可交换离子）组成6.DEAE Sepharose是（阴）离子交换树脂，其活性基团是（二乙基氨基乙基）

7.CM Sepharose是（阳）离子交换树脂，其活性基团是（羧甲基）

8.膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为（微滤膜）、（超滤膜）、（纳滤膜）和（反渗透膜）

9.工业上常用的超滤装置有（板式），（管式），（螺旋卷式）和（中空纤维式）

10.超临界流体的特点是与气体有相似的（粘度（扩散系统）），与液体偶相似的（密度）

11.离子交换树脂的合成方法有（共聚（加聚））和（均聚（缩聚））两大类

12.根据分离机理的不同，色谱法可分为（吸附色谱），（离子交换色谱），（凝胶色谱），（分配色谱）和（亲和色谱）

13.典型的工业过滤设备有（板框压滤机）和（真空转鼓过滤机）

14.影响有机溶液沉淀的因素有（温度），（PH），（样品浓度），（中性盐浓度）和（金属

离子）

15.大孔网状吸附剂有（非极性），（中等极性）和（极性）三种主要类型

16.影响离子交换速度的因素有（树脂粒度），（交联度），（溶液流速），（温度），（离子的大小），（离子的化合价）和（离子浓度）

17.分配色谱的基本构成要素有（载体），（固定相）和（流动相）

简答

1.试述凝胶色谱的原理

将混合原料加在柱上并用流动相洗脱，则无法进入孔隙内部的大分子直接被洗脱下来，小分子因为可以进入孔隙内部而受到很大阻遏，最晚被洗脱下来，而中等大小的分子，虽然可以进入孔隙内部但并不深入，受到的阻滞作用不强，因而在两者之间不被洗脱下来。

2.在离子交换色谱操作中，怎样选择离子交换树脂？

1）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。

2）对离子交换树脂强弱的选择：较强的酸性或碱性，选择选用弱酸性或弱碱性树脂

3）对离子交换树脂离子型的选择：根据分离的目的，弱酸性或弱碱性树脂不使用H或OH型

3.简述盐析的原理及产生的现象。

当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两种情况：

1）“盐溶”现象—低盐浓度下，蛋白质溶解度增大

2）“盐析”现象—高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降，原因如下：a）无机离子与蛋白质表面电荷中和，形成离子对，部分中和了蛋白质的电性，是蛋白质分子之间的排斥力减弱，从而能够相互靠拢。b）中性盐的亲水性大，是蛋白质脱去水化膜，疏水区暴露，由于疏水区的相互作用导致沉淀。

4.怎样进行离子交换树脂的预处理及转型？

物理处理：水洗，过筛，去杂，以获得粒度均匀的树脂颗粒；化学处理：转型（氢型或钠型）阳离子树脂酸—碱—酸阴离子树脂碱—酸—碱最后以去离子水或缓冲液平衡。

5.何谓超临界流体萃取，并简述其分离原理。

超临界流体萃取是利用超临界流体具有的类似气体的扩散系数，以及类似液体的密度（溶解能力强）的特点，利用超临界流体为萃取剂进行的萃取单元操作。其特点是安全、无毒、产品分离简单，但设备投资较大。

6.试比较凝聚和絮凝两过程的异同。

凝聚和絮凝——在电介质作用下，破坏溶质胶体颗粒表面的双电层，破坏胶体系统的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。凝聚：简单电解质降低胶体间的排斥力。从而范德华引力起主要作用，聚合成较大的胶粒，粒子的密度越大，越易分离。絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间发生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。

7.沉析溶剂选择主要应考虑一下因素。

1）是否与水互溶，在水中是否有很大的溶解度 2）介电常数小，沉析作用强 3）对生物分子的变性作用小 4）毒性小，挥发性适中

8.生物分离技术的基本涵义及内容

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）及其生物化学产物中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。主要内容包括：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。

9.液—液萃取时溶剂的选择要注意以下几点？

1）选用的溶剂必须具有较高的选择性，各种溶质在所选的溶剂中之分配系数差越大越好。

2）选用的溶剂，在萃取后，溶质与溶剂要容易分离与回收。

3）两种溶剂的密度相差不大时，易形成乳化，不利于萃取液的分离，选用溶剂时应注意。

4）要选用无毒，不易燃烧的价廉易得的溶剂。

10.根据溶解度不用，蛋白质有几种分离纯化方法。

11.利用蛋白质溶解度的差异是分离蛋白质的常用方法之一。影响蛋白质溶解度的主要

因素有溶液的PH值、离子强度、溶剂的介电常数和温度等。

12.1）等电点沉淀蛋白质在等电点是溶解度最小。单纯使用此法不易使蛋白质沉淀完全，常与其他方法配合使用。

13.2）盐析沉淀中性盐对蛋白质胶体的稳定性有显著的影响。一定浓度的中性盐可破坏

蛋白质胶体的稳定因素而使蛋白质盐析沉淀。盐析沉淀的蛋白质一般保持着天然构象而不变性。有时不同的盐浓度可有效的使蛋白质分级沉淀。通常单价离子的中性盐（NaCl）比二价离子的中性盐【（NH4）SO4】对蛋白质溶解度的影响要小。

14.3）低温有机溶剂沉淀法在一定量的有机溶剂中，蛋白质分子间极性基团的静电引力

增加，而水化作用降低，促使蛋白质聚集沉淀。此法沉淀蛋白质的选择性较高，且不需脱盐，但温度高时可引起蛋白质变性，故应注意低温条件。一般在0~40℃之间，多数球状蛋白的溶解度随温度的升高而增加，40~50℃以上，多数蛋白质不稳定，并开始变性。因此对蛋白质的沉淀一般要求低温条件。

第三篇：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。

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第四篇：现代分离技术论文

分离技术的发展现状和展望

摘 要: 简要阐述了分离技术的产生和发展概况，各主要常规和新型分离技术的发展现状、研究前沿及未来的发展方向，并讨论了分离技术将继续推动现代化工和相关工业的发展，并在高新技术领域的发展中大显身手。

关键词: 分离技术；发展现状；展望

Development Status and prospect on separation technology Abstract: The history of produce and development on separation engineering is briefly introduced.The status and study advance of most traditional and new separation techniques and its developing direction in future is briefed.In the past, separation technology brought into important play in chemical engineering.It is discussed that it will also impel modern chemical engineering and relative industries in future.Moreover it will strut its stuff in high technology.Key words: separation technology;development;prospect

本文从分离技术的产生和发展概况入手，综述了精馏、吸附、干燥等常规分离技术和超临界流体分离、膜分离、耦合分离等新型分离技术的研究，并分析了各种技术在现代化工中的重要作用。概述

分离技术是研究生产过程中混合物的分离、产物的提取或纯化的一门新型学科。1901年英国学者戴维斯[1]在其著作《化学工程手册》中首先确定了分离操作的概念；1923年美国学者刘易斯和麦克亚当斯[1]合著出版了《化工原理》，从而确立了分离工程理论，并得以充实和完备；20 世纪后期，分离技术不断深化与拓宽。

而从近年的发展来看，各国都在根据自身特点和条件加速发展分离技术，例如美国的研究工作兼具新颖性和实用性的特点，法国重视核领域和数学模型的研究，德国重视实验技术和工程研究等。我国分离技术的研究和应用从50年代以来也取得了重大的进展。展望新的世纪，分离技术将在高新科技的发展中起更大的作用。

1.1 化工分离技术重要性

化工分离技术是化学工程的一个重要分支，任何化工生产过程都离不开这种技术[2]。绝大多数反应过程的原料和反应所得到的产物都是混合物，需要利用体系中各组分物性的差别或借助于分离剂使混合物得到分离提纯。

随着对产品的质量及物质纯度的要求随之提高，同时煤炭与石油危机所引起的能源危机对资源利用与清洁生产也提出了要求。正因为如此，推动了人们对新型分离技术不懈的探索。一些常规分离技术，如蒸馏、吸收、萃取等不断改进、完善和发展，并使一些特色明显的新型分离技术，如膜分离、泡沫分离、超临界流体萃取以及耦合技术等得到重视和发展。

1.2 化工分离技术的多样性

由于化工分离技术的应用领域十分广泛，原料、产品和对分离操作的要求多种多样，这就决定了分离技术的多样性。按机理划分，可大致分成五类，即：生成新相以进行分离（如蒸馏、结晶）；加入新相进行分离（如萃取、吸收）；用隔离物进行分离（如膜分离）；用固体试剂进行分离（如吸附、离子交换）和用外力场或梯度进行分离（如离心萃取分离、电泳）等，它们的特点和设计方法有所不同。Kelley[3]于1987年总结了一些常用分离方法的技术成熟度和应用成熟度的关系图(图1)。十余年来，化工分离技术虽然有了很大的发展，但图中指出的方向仍可供参考。例如,精馏、萃取、吸收、结晶等仍是当前使用最多的分离技术[4-5]。液膜分离虽然构思巧妙,但由于技术上的局限性,仅在药物缓释等方面得到有限的应用。

图1 分离过程的技术和应用成熟度[3]

Fig.1 The technology and use maturity of the separating process 2 传统分离技术

精馏虽然是最早期的分离技术之一，几乎与精馏同时诞生的传统分离技术,如吸收、蒸发、结晶、干燥等，经过一百多年的发展，至今仍然在化工、医药、冶金、食品等工业中广泛应用并起着重要作用。

2.1 精馏技术

精馏是关键共性技术，已经被广发应用了200多年，从技术和应用的成熟程度考虑，目前仍然是工厂的首选分离方法[6]。精馏市场的经济效益至今仍是令人刮目相看的。而近年来，随着相关学科的渗透、精馏学科本身的发展及经济全球化的冲击，我国精馏技术正向新一代转变，以迎接所面临的挑战。其特征[7]为：（1）精馏学科正由传统的依靠经验、半经验过渡到凭半理论以至理论；（2）精馏过程正由传统的单一分离过程过渡到耦合和复杂的优化分离过程，以提高分离效率和节能；（3）由对环境造成严重污染的一代向注重环保的一代转变；（4）由走加工的道路向技术集成创新型转变；（5）通过我国自己的技术进步解决装置大型化、长周期运行，通过创新解决精馏技术问题，以降低成本、提高国际竞争力。

常规精馏包括简单精馏、分批精馏、连续精馏和多侧线精馏。在化工生产中，简单的精馏往往难以达到理想分离效果，因此特殊精馏便应运而生[8]。新型和特殊精馏主要有以下几方面：添加物精馏（如萃取精馏或共沸精馏方法）；耦合精馏（如反应精馏、吸附精馏和膜精馏）和热敏物料精馏（分子精馏技术等）[9]。

2.2 吸附分离技术

吸附分离过程是利用混合物中各组分在固体吸附剂与流体相间分配不同的性质，使混合物中难吸附与易吸附组分得到分离的技术。其特点为利用吸附剂巨大的比表面积能吸附分离低浓度或微量的溶质成分，且适合的高性能吸附剂对性质相近的溶质成分有很高的吸附选择性。因此，吸附分离非常适用于采用传统分离方法（蒸馏等）难于分离的混合物体系。此外，吸附分离过程的操作条件较为温和，适合生化产物的分离。

吸附分离过程已经广泛地应用于化工、炼油、轻工、食品、制药、环保及能源等各行业中。对于液相混合物体系的吸附分离，其应用领域主要有：食品工业中油类的脱色、脱臭，无水乙醇生产中的脱水，石油馏分的脱色、干燥，以及水源保护和污水处理等。对于气体混合物体系的分离，工业化程度最高，其应用领域主要有：空气的净化及其常温下的氧氮分离制备氧气和氮气，电子工业中高纯气体的制备，工业废气的净化如废气中SO2、NOx、氟利昂、挥发性有机气体和焚烧烟气中二噁英的脱除，以及核废气的处理等。

2.3 干燥技术

干燥也是一古老传统的分离方法，其应用最广也是能耗最多的分离操作之一，用来脱出水分或湿分以获得固体产品，可以说几乎没有哪个行业完全与干燥无关。在过去20-30年间，干燥领域的主要技术进步有[10]：（1）流态化干燥。诞生于1921年，日前应用最广。（2）喷雾干燥。其独特的优势为可以直接由溶液或悬浮液制成粉状或粒状产品。（3）间接加热干燥(也称接触干燥)。这种干燥方式的特点是热气体不直接接触物料，而是通过器壁或管壁加热，如可以用废气作为加热介质而又不会污染产品。（4）真空干燥与真空冷冻干燥。真空冷冻干燥是集冷冻和干燥为一体，20世纪70年代开发研究，其产品质量均优于普通真空干燥，但成本高，现仅用于高附加值产品，如人参等。新世纪的分离技术及其展望

新世纪全人类所面临的四大问题：环保、能源、粮食与健康医疗，每个都与化学工程及分离工程相关。因此，分离技术的不断改善和发展，将成为新兴产业发展的关键。

3.1

超临界流体分离技术

当物质处于临界温度与临界压力以上，即为超临界流体。物质于超临界流体状态表现出一些重要特性：（1）当接近临界温度时，流体有很大的可压缩性，且超临界流体的密度和液体的密度接近；（2）当接近超临界压力时，适当增加压力可使流体密度很快增到接近普通液体的密度，使超临界流体具有类似液体对溶质的溶解能力；（3）超临界流体的黏度接近气体，受温度和压力的影响不太大；（4）超临界流体的扩散能力接近于普通气体；（5）超临界流体表面张力趋于零，因此在超临界流体状态下去除溶剂可以很好保护材料的微、纳米孔道。正由于上述特性，其可以广泛应用于化工分离和反应过程中，从而形成许多超临界技术。

超临界流体技术大体的发展包括三个阶段：19世纪70年代以前研究阶段，研究内容以含超临界流体体系的相平衡、过程传质为主；20世纪70到90年代的迅猛发展阶段，出现

了重要的超临界水养化技术、超临界流体粉体化技术等；20世纪90年代以来的全面发展阶段，以绿色化学、能源开发为理念的反应以及耦合分离等技术得到全面的研究和应用。超临界流体由于具有绿色化学的特点，因此其技术在天然产物、废弃物中高附加值产品的分离中仍然具有很好的前景，其优点越来越受到人们的广泛关注，已在食品、医药、香精香料、化学工业、能源工业等领域显示出广泛的应用前景。

杨敏等[11]以13%甲醇与CO2为流动相，采用超临界流体色谱分离技术（SFC）测定吴茱萸中吴茱萸次碱与吴茱萸碱含量，与传统方法相比，SFC可在简单的流动相条件下对吴茱萸中的吴茱萸次碱和吴茱萸碱进行良好分离，且分析时间仅为6min。王晓丹、史桂云[12]分别采用水提取法、传统乙醇提取法、微波提取法、超临界CO2萃取法提取柿叶总黄酮，结果表明超临界CO2萃取法提取总黄酮含量最高，且得到的萃取物纯净，色泽金黄，纯度高，无异味。

3.2 膜分离技术

膜分离技术是一种使用半透膜分离方法，其分离原理是依据物质分子尺度的大小，借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动作用下对混合物中双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级提纯和富集，从而达到分离、提纯和浓缩的目的。与传统分离方法(蒸发、萃取或离子交换等)相比，它是在常温下操作，没有相变，最适宜对热敏性物质和生物活性物质的分离与浓缩，具有高效、节能，工艺过程简单、投资少、污染小等优点，因而在化工、轻工、电子、医药、纺织、生物工程、环境治理、冶金等方面具有广泛的应用前景。

数十年来，膜分离技术发展迅速，特别是90 年代以后，膜分离技术的应用领域已经渗透到人们生活和生产的各个方面。膜分离技术作为一种新兴的高效分离技术，已经被广泛应用于化工、环保、电子、轻工、纺织、石油、食品、医药、生物工程、能源工程等。国外有关专家甚至把膜分离技术的发展称为“第三次工业革命”。膜分离技术被认为是20世纪末至21世纪中期最有发展前途的高新技术之一[13-15]。目前己经深入研究和开发的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、渗透汽化和气体分离等。正在开发研究中新的膜过程有：膜蒸馏、支撑液膜、膜萃取、膜生物反应器、控制释放膜、仿生膜以及生物膜等过程。

微滤主要用于分离水溶液中的物质，除去尺寸为500 um-50 um的微粒，一般其膜是一次性使用的，因此降低膜成本和拓宽应用范围将是研发方向；超滤也主要是从水溶液中除去1.2nm-50nm的大分子及高分子化合物、胶体、病毒等，根据市场需要，增加品种，提高膜的性能将是其研究方向；反渗透能够除去水溶液中0.3nm-1.2nm的溶质，可除去除H+和OH

一以外的无机离子和低分子有机物，现主要用于脱盐，研究发展方向将是提高通量和脱盐率，膜的耐热及耐氧化性，组件大型化，降低膜成本，拓宽应用领域等。

气体分离领域，氢气分离中变压吸附和深冷分离法具有明显优势，空气富氧化方面，正在积极开发燃烧用膜式空气富氧化系统。

渗透蒸发已成功用于制取无水乙醇。开发低能耗，工艺简单的方法从发酵液中提取乙醇是一重要课题，正在研究的乙醇选择性透过膜可由含乙醇4%-8%的发酵液中制成80%的乙

醇，使制备无水乙醇的能耗降为常规精馏法的25%，一旦成功，传统精馏法生产乙醇将受到挑战，但膜是否能循环使用是个问题(抗污染性)。反应与渗透蒸发藕合，利用渗透蒸发使生成物不断排除，促进可逆反应的进行，如脂化反应，这一课题前景光明。

液体膜，至今几乎无大规模工业应用，主要是由于液膜寿命短的问题一直没有解决，因此长寿命液膜的研究是诱人的课题。

其余具有开发研究价值的膜分离技术还有膜反应器、酶膜反应器；具有催化活性的络合金属高分子膜、离子传导膜；膜在医疗上的应用，如人工肾、反应-膜分离藕合等。

3.3 耦合分离技术

将分离与分离或者反应与分离等两种或两种以上的单元操作藕合或者结合在一起并用于分离的过程称为基础过程或杂化过程。集成过程的最大特点是为实现物料与能量消耗的最小化、工艺过程效率的最大化，或为达到清洁生产的目的，或为混合物的最优分离和获得最佳的产物浓度。

将膜分离技术与传统分离技术相结合组合而成的集合技术，如精馏-渗透汽化集成技术、渗透汽化-萃取集成技术、错流过滤-蒸发集成技术、膜渗透-变压吸附集成技术等分离技术使分离过程在最优条件下进行。

而在反应过程中，采用反应-分离耦合技术可以及时将反应产物移除出反应体系，可以促进反应的进行，进一步提高反应的转化率，具有十分重要的意义。陶昭才等[16]利用催化反应-蒸馏集成技术将Ti(0C4H9)4与PbO复配作为催化剂，对苯酚和DMC醋交换法反应蒸馏合成DPC进行了探索性研究。结果达到了预期效果，为将来碳酸二苯醋的工业化打下基础。王乐夫等[17]则采用醋化反应-渗透汽化集成技术制备了活性分离层厚度为l-10μm的PPVA/PAN渗透汽化复合膜，并将其用于乙醇/水恒沸混合物的分离及乙酸和正丁醇酯化制乙酸正丁醋的酸催化反应过程，该复合膜具有很好的热稳定性和抗溶剂性，并具有非常高的水涌透选择性和适宜的通量。张秀莉等[18]用膜基化学吸收集成技术对中空纤维膜组件中NaOH水溶液吸收CO2的传质过程进行实验研究。对气相分传质系数进行了计算和关联，得到了中空纤维膜组件管内气相传质数学模型计算式，为中空纤维膜基化学吸收的研究提供了一种理论模型。

目前，新型分离技术已在多个领域实现了产业化，对某些新领域的开发也取得了一定进展。随着节能和环保的要求日益提高，新型分离技术将会发挥更大作用，是解决能源危机和缓解三废污染的有效途径。结合了先进的计算机模拟工具，相信相关的新型分离技术在未来将会有更好的发展。特别是在今天环保和节能已经成为全世界最关注的焦点下，更使那些具有低能耗、无污染特色的新型分离技术将得到充分的开发和应用。展望

21世纪是生物科学技术的时代，是信息时代，是全人类为生存、为健康、为保卫人类共同的家园——地球而奋斗的时代。相信分离工程将会在新世纪的科学技术进步中起更大作用，取得更辉煌的成就。

参考文献

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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

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