第一篇：食品分離技術

食品分離技術的現狀及研究進展 分離操作在食品工業中的作用

隨著食品工業的發展，化工單元操作不斷向食品工業滲透并在食品加工領域內實踐和提高，形成了適應食品加工特殊要求的新的單元操作。由于食品加工所用的動植物性原料幾乎都為固態和液態，為了使固體和液體原料成為多種美味可口、營養豐富的食品，首先必須提取其精華，揚棄其糟粕，分離出不同成分并組合成不同種類的制品。同時為了做到有益無毒，風味別致，又必須反復提純和精制。因此分離操作已在食品工業中占有相當重要的地位，研究分離技術在食品加工中的應用，對食品加工的科學化具有重要意義[1]。

食品分離技術在食品工業中具有相當重要的地位。其重要性表為以下幾個方面:(1)食品分離技術是食品工業的基礎[2]。絕大多數食品工業都分離不開食品分離技術，其中不少行業都是以分離工程為主要生產工序的。例如植物油的提取，淀粉的分離，糖制品的分離以及精練提純等等。(2)食品分離技術能提高食品原料的綜合利用程度。在食品加工工程中運用分離技術可以有效的利用食品原料中的各種成分，提高原料的綜合利用程度，就提高了食品原料的利用價值。例如采用有效的分離方法可以從茶葉下腳料中分離出茶多酚、茶堿等，從柑橙中分離甘橙油、果膠等，使原料利用率大為增值。制糖行業中色譜分離技術的應用使得產糖率大大提高。(3)食品分離技術能保持和改進食品的營養和風味。采用現代分離技術可以將一些需在高溫下完成的工藝改為在常溫下進行，這樣就可以大大地改善食品的色、香、味及營養。如用膜分離技術代替常規的蒸發濃縮和真空濃縮咖啡、果汁、茶汁等[3-4]。

(4)食品分離技術使產品符合食品衛生要求。食品分離技術包括提取原料中的有益組分和去除其中的有害成分。如花生、玉米等油制品易受黃曲霉污染而產生黃曲霉素，所以在加工過程中必須用適當的方法將其去除。（5）現代食品分離技術能改變食品行業的生產面貌?，F代分離技術在食品工業中的應用，往往可以使行業的生產面貌大為改觀。例如過去利用太陽能將海水濃縮后結晶制食鹽，如今利用食品分離技術制食鹽，使得整個行業生產面貌大大改觀。2 食品工業中的分離操作方法

分離技術在工農業生產中具有重要作用，并且與我們的日常生活息息相關，同時分離機技術也在不斷促進其它學科的發展[5]。由于采用了有效的分離技術，能夠分離和提純較純的物質，大大的推進了化學學科的發展。又由于各種層析技術、超離心技術和電泳技術的發展和應用，使生物化學等生命科學得到了迅猛的發展。

分離操作包括機械分離和傳質分離兩大類，機械分離是指被分離的混合物由多于一相的物料所組成，分離設備只是簡單地將混合物進行相分離，它屬于非均相物系的分離，如沉降，過濾等。另一種分離操作是指依靠組分的擴散和傳質來完成的分離過程，故又稱擴散分離或傳質分離[6]。如蒸餾，吸收，萃取或膜分離等，適用于多組分均相混合物的分離以及非均相混合物的分離[7]。3 傳統的機械分離技術

在食品工業中，經常會遇到需要將懸浮液或乳濁液中的兩相加以分離。即全部或部分地將這種非均相系的分散介質和分散質相分開。如奶油的制取，葡萄糖品體食品的獲得，以及澄清果蔬汁的制取都是兩相分離結果。3.1過濾

過濾過程是指分散介質相對于分散質的遷移過程。過濾操作的基本原理是利用一種能將懸浮固體微粒截留而使液體自由通過的多孔介質，達到懸浮液中固體與液體分離的目的。此多孔介質稱為過濾介質。因此過濾只適用于懸浮液。

過濾設備在食品工業上的應用非常廣泛:(1)作為一般固一液系的分離手段:如蔗掂榨汁中會有許多固形雜質，除用澄清法外還須過濾精制。在食用油的浸取與精煉上，用板框壓濾機，箱式壓濾機和加壓葉濾機等設備可除去種子碎片和組織細胞，還可用于油類脫色后濾去漂白土等[8];(2)作為澄清設備:如對啤酒，葡萄酒，果汁，搪漿等用陶質管濾機進行過濾澄清。如制品含有極細固體微?；虺誓z泥狀，則過濾時一般以預授形式應用助濾劑或將助濾劑加人漿液中混合后再送人過濾機進行過濾;(3)用過濾法除去微生物:管濾機常用于葡萄酒、啤酒和果汁的過濾以降低微生物的數目。3.2沉降

沉降過程是分散質相對于分散介質的相對遷移過程。在重力場中:使混合物中密度不同的兩相獲得分離的操作，稱重力沉降。根據分散質集態的不同，可分為懸浮液沉降和乳濁液沉降。

實現重力沉降分離的設備稱為沉降器，按操作方式可分為間歇式，半連續式和連續式，無論是何種方式的沉降器，其生產能力Q都取決于沉降面積和沉降速度的乘積，而與沉降器的高度無關。故現代化的沉降器的結構特點都是截面大，高度低[9]。

沉降在食品工業中的應用主要有三個方面：(1)以澄清為目的。如果汁、酒類等制品的澄清處理以除去懸浮液中的混濁雜質。(2)以增稠為目的。如淀粉制造，首先利用沉降達到懸浮液的沉淀增濃。(3)以分級或分離為目的利用同一物質的粒徑或不同物質粒子的密度不同而使它們得到分離故沉降也是食品加工的常見手段。4 新型的分離技術

科學技術的不斷發展導致了對分離技術的要求越來越高，分離的難度也越來越大[10]。特別是隨著各種天然資源的不斷開采使用，含有用物質的資源逐步減少，迫使人們從含量較少的資源中去分離、提取有用物質。所有這些，促進了分離技術的不斷發展，舊的分離方法不斷改進完善，新的分離方法不斷發現，如近幾十年來發展起來的一些新型傳質分離技術，如膜分離技術，超臨界萃取技術及泡沫吸附分離技術等已引起了食品工業界的重視并已嶄露頭角[11]。4.1 膜分離技術

反滲透、超濾、微濾、電滲析這四大過程在技術上已經相當成熟，已有大規模的工業應用，形成了相當規模的產業，有許多商品化的產品可供不同用途使用[12]。（1）反滲透是利用反滲透膜(一般為均質膜或表面致密的復合膜)選擇地透過溶劑的性質，對溶液施加壓力，克服溶劑的滲透壓，使溶劑通過膜而從溶質中分離出來的過程，這種技術可用于海水淡化、果蔬汁的濃縮、茶葉抽提液的濃縮等[13]。

（2）超濾應用孔徑為10一ZOOA的超濾膜來過濾含有大分子或微細粒子的溶液，使之從溶液中分離的過程。與反滲透不同的是小分子溶質與溶劑一起通過超濾膜[14]。這種分離過程可用于果蔬汁的濃縮和澄清、天然色素和食品添加劑的分離和濃縮、奶的分離和濃縮、酒和醋的澄清與提純等。

（3）微濾以孔徑小于10四的多孔膜過濾含有微粒的溶液將微粒從溶液中除去?？捎糜谑程堑木?、澄清、過濾及啤酒的冷過濾除菌等。

（4）實質上，電滲析可以說是一種除鹽技術，因為各種不同的水（包括天然水、自來水、工業廢水）中都有一定量的鹽分，而組成這些鹽的陰、陽離子在直流電場的作用下會分別向相反方向的電極移動[15]。如果在一個電滲析器中插入陰、陽離子交換膜各一個，由于離子交換膜具有選擇透過性，即陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，陰離子交換膜只允許陰離子以通過，這樣在兩個膜的中間隔室中，鹽的濃度就會因為離子的定向遷移而降低，而靠近電極的兩個隔室則分別為陰、陽離子的濃縮室，最后在中間的淡化室內達到脫鹽的目的。

膜分離共同的優點是：①節約能源；②在常溫下進行，特別適用于熱敏性物質的處理，能夠防止食品品質的惡化和營養成分及香味物質的損失；③ 食品的色澤變化小，能保持食品的自然狀態；④設備體積小且構造簡單，費用較低，效率較高；⑤適用范圍廣，有機物和無機物都可濃縮，可用于分離、濃縮、純化、澄清等工藝。

膜分離的缺點是：①產品被濃縮的程度有限；②有時其適用范圍受到限制，因加工溫度、食品成分、pH、膜的耐藥性、膜的耐溶劑性等的不同，有時不能使用分離膜；③ 規模經濟的優勢較低，一般需與其他工藝相結合[16]。

由于膜分離過程不需要加熱，可防止熱敏物質失活、雜茵污染，無相變，集分離、濃縮、提純、殺菌為一體，分離效果高，操作簡單、費用低，特別適合食品工業的應用[17]。4.2 超臨界萃取技術

超臨界萃取是利用超臨界流體這種在臨界點附近具有特殊性能的物質作為溶劑進行萃取的一種分離方法。超臨界流體是指超過臨界溫度與臨界壓力的氣體[18]。如果某種氣體處于臨界溫度以上，無論壓力多高，也不能液化，仍然是氣體，這時稱此氣體是超臨界流體。超臨界流體具有這樣的物理性質:其密度與液體較接近，粘度和自擴散能力卻接近于氣體。因此超臨界流體對液體、固體物質的溶解度與液體溶劑相接近，且在臨界點附近，壓力和溫度的微小變化會引起其溶解能力的極大變化[19]。利用超臨界流體的這些特性，通過改變溫度或壓力可在近臨界點附近實現萃取劑與待分離物質的分離。

(1)由于在臨界點附近，流體溫度或壓力的微小變化會引起溶解能力的極大變化，這種極強的選擇性對分離溶解度相接近的兩種成分非常有利，且萃取后溶劑與溶質的分離很容易。

(2)由于超臨界流體具有與液體相接近的溶解能力，同時它又保持了氣體所具有的傳遞性，這種具有液體與氣體雙重性能的流體能使傳質很快地達到平衡，有利于高效分離的實現。

(3)超臨界流體如CO2(Tc=31.1℃，Pc=7.38Mp)適合于食品工業中一些熱敏性物質的萃取。

當然，超臨界萃取的缺點是設備和操作都要求在高壓下進行，設備投資費用高。在食品工業方面，利用超臨界萃取技術可從咖啡豆和茶葉中脫除咖啡因，還可用于提取啤酒花中的有用成分及從煙草中脫除尼古丁等。超臨界流體萃取技術作為一種新的分離技術，正越來越受到人們的重視，將在各個領域中得到廣泛的應用[20]。4.3 泡沫吸附分離技術

泡沫分離是根據表面吸附的原理，借助鼓泡使溶液中的表面活性物質聚集在氣-液界面，隨氣泡上浮至溶液主體上方，形成泡沫層，將泡沫和液相主體分開，從而達到濃縮表面活性物質（在泡沫層），凈化液相主體的目的。從液相主體中濃縮分離的既可以是表面活性物質，也可以是能與表面活性物質相互親和的任何溶質，比如金屬陽離子、蛋白質、酶、染料等等。另外，一些固體粒子（沉淀微粒或礦石小顆粒），也可以被表面活性物質吸附，從溶液中分離出來。

泡沫吸附分離技術是近幾十年發展比較快的的新興分離技術，通常把凡是利用氣體在溶液中鼓泡，以達到分離或濃縮的這類方法，總稱為泡沫分離技術[21]。泡沫分離必須具備兩個基本條件，首先，所需分離的溶質應該是表面活性物質，或者是可以和某些活性物質相絡合的物質，它們都可以吸附在氣-液界面上；其次，富集質在分離過程中借助氣泡與液相主體分離，并在塔頂富集。因此，它的傳質過程在鼓泡區中是在液相主體和氣泡表面之間進行，在泡沫區中是在氣泡表面和間隙液之間進行。所以，表面化學和泡沫本身的結構和特征是泡沫分離的基礎[22]。

隨著人們對環境污染的日益重視，要求治理污染的呼聲越來越高，政府對企業污染的控制也越來越嚴格，泡沫分離技術作為一種新興的分離技術，越來越受到人們廣泛的關注，它的優點就在于適合低濃度的分離回收，能在很低濃度下十分有效地除去表面活性物質；設備簡單，投資少、能耗小，并且操作方便。5 分離技術的展望

目前，各種新型分離技術比傳統分離法已有了突破性進展，這對于進一步提純功能性食品成分，開發功能性產品，更大限度地發揮銀杏資源優勢具有推動作用。隨著高精度、高靈敏度分析技術的應用，天然產物活性成分的提取純化和結構鑒定尤其是在產品的應用領域顯示了更為廣闊的前景，同時這也促進了植物有效物質的結構、藥理、藥效等方面的深入研究。銀杏葉加工集成優化工藝的探究，微量天然產物成分的高效快速高純分離和鑒定的集成系統技術的建立，都將提高銀杏葉及其特色藥用資源的利用率，有利于實現資源優勢向技術優勢的轉化，從而產生更大的經濟效益、社會效益和環境效益[23]。分離操作在食品加工中占有非常重要的地位。分離技術的發展方興未艾，研究掌握各種分離技術的原理和技術，尤其是一些新叮的傳質分離技術可以提高現有的分離技術冰平，是一項非常重要的工作，對食品加工的科學化具有重要的意義。

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第二篇：分子分離技術

目錄

摘要................................................1 關鍵詞..............................................1 1 前言..............................................1 2 傳統分離方法......................................2 3 現代分離方法......................................3 3.1 色譜方法.......................................................................................3 3.2 電泳技術及其它...........................................................................6 展望..............................................8 參考文獻............................................9

生物大分子分離技術的發展現狀

姓名：陳紹勇

學號：20124016016

專業：動物學 摘要: 生物大分子包括多肽、酶、蛋白質、核酸(DNA 和RNA)以及多糖等。生物大分子分離技術是生命科學研究中的關鍵技術之一。當前, 各學科之間的交叉滲透為生物大分子分離技術的發展提供了更多的契機。對以沉淀、透析、超濾和溶劑萃取為代表的傳統分離技術, 以及色譜, 電泳等現代分離技術的發展概況、原理、特點及應用進行了綜述。并結合生命科學的發展現狀, 展望了生物大分子分離技術的發展前景。

關鍵詞: 生物大分子,傳統分離方法,現代分離方法 1 前言

生物大分子包括多肽、酶、蛋白質、核酸(DNA和RNA)以及多糖等。生命科學的發展給生物大分子分離技術提出了新的要求。各種生化、分子研究都要求得到純的, 以及結構和活性完整的生物大分子樣品, 這就使得其分離技術在各項研究中起著舉足輕重的作用。對生物大分子分離技術的研究和開發也就應運而生。而且隨著各學科之間的交叉滲透, 材料化學、自動化技術等學科的發展也為生物大分子分離技術的發展提供了更多的契機。生物大分子的制備具有如下主要特點: 生物材料的組成極其復雜;許多生物大分子在生物材料中的含量極微, 分離純化的步驟繁多, 流程長;許多生物大分子一旦離開了生物體內的環境就極易失活(因此分離過程中如何防止其失活, 就是生物大分子提取制備最困難之處);生物大分子的制備幾乎都是在溶液中進行的, 溫度、pH 值、離子 強度等各種參數對溶液中各種組成的綜合影響, 很難準確估計和判斷[1]。這些都要求生物大分子的分離技術以此為依據, 突破這些難點, 優化分離程序, 以獲得符合要求的生物大分子樣品。傳統分離方法

常用的傳統生物大分子分離方法有沉淀、透析、超濾和溶劑萃取等。它們都是一些較早就建立起來的分離方法, 至今仍然被廣泛應用。如在蛋白質領域, 應用鹽析法使蛋白質沉淀出來已有80 多年的歷史。其突出的優點是成本低, 不需要特別昂貴的設備;操作簡單、安全;對許多生物活性物質具有穩定作用[2]。該法雖然分辨能力不高,但在粗級分離中仍然被經常采用。有機溶劑沉淀法也是較早使用的沉淀方法之一。有機溶劑對于許多蛋白質、核酸、多糖和小分子生化物質都能產生沉淀作用。其引起沉淀的主要原因在于改變介質的介電常數, 以及類似鹽析的爭奪水化水現象[2]。等電點沉淀法利用具有不同等電點的兩性電解質, 在達到電中性時溶解度最低, 易發生沉淀, 從而實現分離的方法。氨基酸、蛋白質、酶和核酸都是兩性電解質, 可以利用此法進行初步的沉淀分離, 此法主要用于在分離純化流程中去除雜蛋白[3], 而不用于沉淀目的物。非離子型多聚物是20 世紀60 年代發展起來的一類重要的沉淀劑, 它們具有很強的親水性和較大的溶解度, 在溶液中可通過空間位置排斥作用使生物大分子、病毒和細菌等聚集沉淀。該法溫和的操作條件和較高的沉淀效能, 使得其經常被用于細菌、病毒、核酸和蛋白質的分離, 其中應用最多的多聚物是聚乙二醇[4,5]。

自Thomas Graham 1861 年發明透析方法至今已有140 多年, 透析已 成為生物化學實驗中最簡便最常用的分離純化技術之一, 在生物大分子的制備過程中, 除鹽、少量有機溶劑、生物小分子雜質和濃縮樣品等都要用到透析的技術, 同時半透膜的材料也更加多樣化、透析方式也更加豐富。超濾是一種加壓膜分離技術, 自20 世紀20 年代問世后, 直至60 年代以來其發展迅速, 很快由實驗室規模的分離手段發展成重要的工業單元操作技術[6]。超濾作為一種高效分離技術, 廣泛用于含有各種小分子溶質的各種生物大分子的脫鹽、濃縮和分級分離。溶劑萃取法(是用一種溶劑將產物自另一種溶劑(如水)中提取出來, 以達到濃縮和提純的目的)是20世紀40 年代興起的一項化工分離技術, 并很快應用到了生物分子的提取和分離上。最初是用于抗生素、有機酸、維生素等生物小分子的提取。最近幾十年來隨著與其它技術的結合而產生了一系列新的分離技術, 如逆膠束萃取、超臨界萃取、液膜萃取等, 可以用于生物大分子如核酸、蛋白質、多肽等的提取和精制?，F代分離方法 3.1 色譜方法

1903 年俄國植物學家Tswett, 在一填有碳酸鈣的玻璃柱中注入用石油醚萃取的植物色素, 在室溫下展層, 得到不同的色素區帶, 后來稱之為色譜[7]。色譜分離又稱層析。最初, 層析技術并未得到關注。20 世紀50 年代, 氣液層析得到發展, 并在石油、化工、制藥等領域得到應用。到60 年代, 由于開發出適用于生物物質分離純化的層析固定相, 層析技術才被用于生物物質的分離純化并得到迅速發展[7]。至今, 已有豐富的色譜技術被用于生物大分子的分離。液相色譜法是分析化學中發展最快, 應用最廣的分析方法, 它在許多領域成為必不可少的手段,其中高效液相色譜(high performance liquid chromatography,HPLC)更是以其獨特的優點占據突出地位。HPLC 用于生物化學樣品分析始于20 世紀70年代中期, 80 年代針對生命科學領域分離和制備而設計的生物色譜填料為HPLC 在生命科學研究領域的地位奠定了堅實的基礎;90 年代, 隨著生物醫藥研究與開發的迅速發展, 各種類型的高通量及手性色譜柱紛紛出現[8]。HPLC 是目前最通用、最有力和最多能的層析形式, 在生物大分子的分離分析中,HPLC 分離模式主要有反相色譜（RPC), 空間排阻色譜(SEC), 離子交換色譜(IEC), 疏水作用色譜(HIC), 親和色譜(AC)等。反相液相色譜柱效高、分離能力強、重復性好、操作簡便、保留機理清楚, 是液相色譜分離模式中使用最為廣泛的一種。它與多數其它形式的層析不同之處在于固定相基本上是惰性的, 固定相與被分離物之間只可能有疏水作用。它吸引人的地方在于流動相的小小變化, 例如加入鹽, 改變pH 或有機溶劑的量就能成功地影響分離特性。它在20 世紀50 年代就已用于許多有機小分子的分離和分析,80 年代后逐步應用于生物大分子如蛋白質、多肽、核酸的鑒定,并用于制備規模的分離[8]。半個世紀前, 隨著交聯聚苯乙烯的出現和發展, 離子交換色譜成為一種重要的分離工具。離子交換色譜的填料及含鹽的緩沖流動相系統類似于蛋白質穩定存在的生理條件, 有利于保持生物分子的活性和構象。因此, 它在解決生物學中許多難于分離的問題上起到了重大作用。隨著HPLC 的飛速發展, 以及各種新型離子交換材料的出現, 離子交換色譜在氨基酸、蛋白質、核酸、有機酸、糖類及藥物等方面的應用越來越廣?？臻g排阻色譜所用 的固定相是具有一定孔徑范圍的多孔性物質凝膠, 是按溶質分子大小進行分離的色譜技術, 又稱尺寸排阻色譜或凝膠色譜。按流動相類型不同分為凝膠滲透色譜和凝膠過濾色譜。十多年來該法在凝膠制備, 儀器技術性能, 數據處理和理論研究上取得的進展, 促進了該技術在許多領域的應用。親和層析是60 年代發展起來的一種高效、快速的分離純化技術。它是一種利用生物大分子能夠通過范德華力、疏水力、空間和靜電相互作用,與配體特異、可逆地結合在一起的生物學特性, 從復雜的生物樣品中分離得到目標產物的液相色譜技術。親和層析容量大, 選擇性強, 分離效率高, 且對目標產物的生物活性起到一定的保護作用, 最先被用于酶的純化, 現在已廣泛地用于核苷酸、核酸、免疫球蛋白、膜受體、細胞器甚至完整細胞的純化[3]?？茖W的發展使得分離分析的對象越來越復雜,從而提高了對分離分析技術的要求, 促進了各種新技術的發展。二維液相分離方法, 二維液相分離/ 質譜分析方法等多種自動化二維系統均得到了開發利用, 如Lundell 和Markides采用離子交換和反相色譜二維液相模式分離了復雜生物樣品中的肽;Bushey 和Jorgenson設計了用陽離子交換和體積排除分離模式的自動化二維系統等。HPLC 與光譜或波譜技術的在線聯用也成為了解決復雜樣品體系的有力手段。目前最常用最有效的是高效液相色譜-質譜(mass spectroscopy, MS)聯用技術, 高效液相色譜-核磁共振(nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR)等也在研究開發中。與此同時,快速分離技術也得到了迅猛發展, 在20 世紀70 和80 年代需要1h 分離的樣品現在可能只要幾分鐘甚至幾秒鐘即可完成, 有關快速HPLC 及其應用也多有報道, 如Unger 等最早 采用緩沖溶液鹽濃度梯度, 以4mL/min 流速在2.5min 內分離了8 種蛋白質。近年來, 隨著生物技術和醫藥工業的發展, 傳統的分離手段已經不能滿足對大量樣品高純度分離的要求, 液相制備色譜的發展研究為解決實際應用中出現的問題帶來希望。20 世紀70 年代初開發出的模擬移動床色譜具備分離能力強,設備體積小,投資成本低, 便于實現自動控制并特別有利于分離熱敏性及難以分離的物系等優點, 在制備色譜技術中最適含用于進行連續性大規模工業化生產, 其應用范圍也不斷擴大, 已出現采用該技術分離氨基酸、單克隆抗體和蛋白質的研究[17]。超臨界流體色譜(supercritical fluid chromatography,(SFC)是以超臨界流體(supercritical fluid, SF)作為流動相的一種新穎的色譜技術, 具有分析速度快、選擇性好、分離效率高、分析條件溫和等優點,可分析氣相色譜不宜分析的高沸點、高分子量、低揮發性和熱不穩定試樣, 又比高效液相色譜有更快的分析速度和更高的柱效。自60 年代起逐漸出現一些有關該技術的研究報道。超臨界流體色譜應用領域十分廣泛, 可用于分離分析熱敏性物質、非揮發性高分子、生物大分子、極性物質和手性對映體等。目前, SFC 與MS、FT-IR(fourier transform infraredspectrometer, 傅里葉變換紅外光譜儀)、NMR等聯用技術也逐漸得到開發。

3.2 電泳技術及其它

電泳現象于1808 年被發現, 在1937 年由瑞典科學家Tiselius A 首次將其作為一種分離技術所應用。隨著電泳支持物的改進, 電泳條件的完善,區帶電泳、等電聚焦電泳、雙向電泳等技術逐漸建立起來。同時, 在 電泳模式上也有了極大的發展, 先后出現了圓盤電泳、垂直板電泳、脈沖電泳等, 電泳分辨率也隨之得到提高。1956 年Smithies 和Poulik最早引入雙向電泳技術, 他們將紙電泳和淀粉凝膠電泳結合起來分離血清蛋白, 隨后雙向電泳技術得到很快的發展。目前所應用的雙向電泳體系由O’Farrell 等于1975 年發明, 第一向為等電聚焦電泳, 第二向為變性聚丙烯酰胺凝膠電泳。這是目前唯一能將數千種蛋白質同時分離與展示的分離技術。該技術的應用與發展對開展“蛋白質組”的研究具有重要意義。同時,針對雙向電泳技術的某些缺陷, 相應的改進技術也得以應用, 如窄范圍pH 膠條的使用, 膠上差示電泳(differential in-gel electrophoresis, DIGE)技術。然而, 由于蛋白質二維凝膠分離、染色體轉移等環節操作困難, 且十分費時, 已被公認為是蛋白質組研究的技術“瓶頸”。因此, 發展快速、高效、高通量、在線的分離監督方法已成為蛋白質組學研究的重大科學問題之一。誰率先取得突破, 誰將占據蛋白質組學研究的有利地位。毛細管電泳(capillary electrophoresis, CE)是20世紀80 年代初期迅速發展起來的一種新型分離分析技術, 是經典電泳技術和現代微柱分離有機結合的產物。與傳統的分離方法相比, CE 具有分離效率高、分析速度快、樣品及試劑用量少等特點, 使其成為極為有效的分離技術, 廣泛應用于分離蛋白質、糖類、核酸等多種物質。目前, 不同分離模式的毛細管電泳技術已成為最重要的生物樣品分離分析手段, 如毛細管區帶電泳、毛細管膠束電動色譜、毛細管凝膠電泳、毛細管等速電泳、毛細管等電聚焦等。近來, 許多有關多維毛細管電泳分離技術的設想已被提出, 有些還得到了初步的嘗試, 其分離的優勢也 得到人們的關注[9]。毛細管電色譜(CEC)是利用電滲流或電滲流結合壓力來推動流動相移動的一種液相色譜分離法。它集CE 和HPLC的優勢與一身, 既有CE 水平的高柱效, 同時還具有HPLC 的高選擇性。近年來其應用已引起廣泛關注。目前, 毛細管電色譜的研究主要側重于方法本身的完善和發展, 以及與質譜等定性分析技術聯用的研究開發。微流控芯片于20 世紀90 年代初由瑞士的Manz 和Widmer 提出, 它是通過微細加工技術將微通道、微泵、微閥、微儲液器、微電極、微檢測元件窗口和連接器等功能元件像集成電路一樣, 使它們集成在芯片材料上的微全分析系統。近10 年來,隨著微制造技術和電子技術的不斷進步, 微流控芯片得到了迅速的發展, 并成為生物樣品分離分析的重要手段和研究熱點, 先后出現了毛細管電泳芯片、毛細管電色譜芯片、樣品制備和分離的集成系統等。展望

生命科學的發展決定了追求高效、快速、高通量、集成化的生物樣品分離分析方法必將成為未來的發展方向。分子生物學中一個眾所周知的事實是蛋白質生物活性和功能多是在溶液中顯現的, 因此液相色譜的強大功能使得其在生命科學及其它領域的重要地位不會動搖, 面對復雜體系的分離任務, 它仍在不斷完善發展。芯片系統將不斷發展建立更多的實用體系, 開發更廣泛的應用價值。多通道毛細管電色譜儀器也將被開發。對超臨界流體性質的認識深入, 將推動超臨界流體色譜技術的發展和應用。各種分離模式相結合構成的多維分離方法也將得到進一步的研究開發, 以實現將一根色譜柱上未分開的組分在另一根柱上用不同的 分離原理加以完全分離。各種分離設備將與光譜、波譜這類提供結構信息的儀器進行在線連接, 建立起更多的聯用方式, 以實現分離, 定性定量分析一體化。

隨著生物技術成果的不斷積累和生物技術產業化進程的不斷推進, 生物制品的分離與純化技術已成為實現生物高技術產業化的關鍵, 在理論和技術研究上都得到了長足的發展。發展層析柱和凝膠過濾柱的放大技術, 大規模分離過程的自動控制,下游工程的集成優化技術等成為工業化生產中的關鍵。液相色譜是工業生產上常用的有效方法,而模擬移動床色譜和徑向色譜等將在生物工程領域發揮越來越重要的作用。在研究和完善一些適用于生化工程的新型分離技術的同時, 進行各種分離技術的高效集成化, 可以達到提高產品收率、降低過程能耗和增加生產效益的目標。在這個各學科快速發展, 并相互影響的時代,生物大分子分離技術必將不斷的推陳出新, 以更加方便、高效、快捷的方式應用于科研和生產領域。參考文獻

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第三篇：生化分離技術

簡答題

1、凝膠色譜原理：

小分子物質除了可在凝膠顆粒間隙中擴散外，還可以進入凝膠顆粒的微孔中，即進入凝膠相內，在向下移動的過程中，從一個凝膠內擴散到顆粒間隙后再進入另一凝膠顆粒，如此不斷地進入和擴散，小分子物質的下移速度落后于大分子物質，從而使樣品中分子大的先流出色譜柱，中等分子的后流出，分子最小的最后流出，這種現象叫分子篩效應。

2、在離子交換操作色譜中，怎樣選擇離子交換樹脂？

對陰陽離子交換樹脂的選擇:正電荷選擇陽離子交換樹脂，負電荷選擇陰離子交換樹脂;離子交換樹脂強弱的選擇:較強的酸性或堿性，選用弱酸性或弱堿性樹脂；對離子交換樹脂離子型的選擇：根據分離的目的，弱酸或弱堿性樹脂不使用H+或OH-型。色譜操作中為何要進行平衡？

3流速平衡：流速是柱層析法操作中的主要因素，流速的快慢直接影響分離效果，流速過快，混合物得不到完全分離，流速過慢，整體分離時間要延長，所以在分離時要保證穩定的液體環境，為保證分離物質運動的均一性以及好的吸附分離效果，要進行液體環境平衡。

4、生化分離技術的基本涵義及內容：

于由自然界天然生成的或由人工經微生物菌體發酵、動植物細胞培養及酶反應等各種生物工業生產過程獲得的生物原料，經分離、純化并精制其中目的成分，并最終使其成為產品的技術，也稱為生物下游技術

5.生化分離的基本原理: 主要是依據離心力、分子大學（篩分）、濃度差、壓力差、電荷效應、吸附作用、靜電作用、親和作用、疏水作用、溶解度、平衡分離等原理對物料或產物進行分離、純化。不同的分離對象需要采用不同的分離方法才能有效地分離。

6.何為等電點沉析法：

蛋白質在等電點的溶解度最低，根據這一性質在溶劑中加入一定比例的有機溶劑，破壞液面的水化層和雙電層，降低分子間斥力，加強了蛋白質分子間的疏水作用，使得蛋白質沉淀下來。

7．過飽和溶液形成的方法：

(1)熱飽和溶液冷卻，適用于溶解度隨溫度升高而增加的溶解系，化不大的體系，或隨問題升高溶解度降低的體系同時，溶解度隨溫度的變化幅度要適中。（2）部分溶劑蒸發發，適用于溶解度隨溫度降低變（3）真空蒸發冷卻法，使溶劑在真空下迅速蒸發，并結合絕熱冷卻，是結合冷卻和部分溶劑蒸發的一種方法（4）化學反應結晶，加入反應物產生新物質，當該新物質的溶解度超過飽和溶解度時，即有晶體析出。

8．鹽析的原理以及影響因素：

原理：

1、親水性大于蛋白質破壞水化層

2、帶電離子中和蛋白質表面電荷 影響因素：

1、鹽離子濃度

2、生物分子種類

3、pH值

4、溫度 9.有機溶劑沉析的原理:降低了溶質介電常數，使溶質之間的靜電吸引力增加，從而出現聚集現象導致沉析；由于有機溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，降低了親水溶質表面水化層的厚度，導致退稅凝聚。10.影響電泳分離的主要因素：

a、大分子的性質

b、電場強度

c、溶液的pH d、溶液的離子強度

e、電滲

f、溫度

G支持物的影響

名詞解釋：

絮凝：指在某些高分子絮凝劑存在的條件下，在懸浮粒子間發生橋架作用而使膠粒形成粗大的絮凝團的過程。

凝聚：在電解質的作用下，破壞細胞菌體和蛋白質分子等膠體粒子的分散狀態，從而使膠體粒子凝聚的過程。

反相色譜:固定相的極性低于流動相的極性，在這種層析過程中極性大分子比極性小的分子速度快而先從柱中流出

萃?。豪脙蓚€互不相溶的液相中各組分溶解度的不同從而達到分離目的。

膜的濃差極化：是指當溶劑透過膜。而溶質留在膜上，從而使膜面濃度增大，并高于主體中濃度，這種鹽濃度在膜面增加的現象叫做濃差極化。膜分離：利用莫得選擇性（孔徑大?。?，以莫得兩側存在能量差作為推動力，由于溶液中各組分的遷移率不同而實現的一種分離技術。

離子交換：利用粒子交換樹脂作為吸附劑，將溶液中的組分分離，依據電荷差異，依靠庫侖力吸附到樹脂上，然后用合適的洗脫劑把吸附質從樹脂上洗脫下來，達到分離的目的。分配系數：在一定溫度壓力下，溶質分子分布在互不相容的溶劑；里，達到平衡后，它在兩相的濃度為一個常數稱為分配系數。

鹽析：是利用不同物質在高濃度的鹽溶液中溶解度的差異，向溶液中加入一定量的中性鹽，使原溶質沉淀析出的分離技術

等電點沉淀：等電聚焦是利用蛋白質和氨基酸等兩性電解質具有等電點，在等電點的pH值下蛋白質呈電中性，不發生泳動的特點進行電泳分離的方法。

化學滲透破壁法:有些有機溶劑(如苯、甲苯)、抗生素、表面活性劑、金屬螯合劑、變性劑等化學藥品都可以改變細胞壁或膜的通透性從而使內合物有選擇地滲透出來。其作用機理；化學滲透取決于化學試劑的類型以及細胞壁和膜的結構與組成。

填空題：

1、發酵液常用固液分離的方法有（離心）和（過濾）

2、常用的蛋白質沉析的方法有（等電點沉淀）（鹽析）（有機溶劑沉淀）

3、陽離子交換樹脂按照活性基團分類可以分為（強酸型）（弱酸型）（中等強度），陰離子交換樹脂按照活性基團分類可以分為（強堿型）（弱堿型）（中等強度）

4、常用的化學細胞破碎方法有(滲透沖擊）（酶消化法）（增溶法）(脂溶法)（堿處理法）

5、在結晶操作中工業常用的起晶方法（自然起晶法）（刺激起晶法）（品種起晶法）

6、超臨界流體的特點是與氣體有相似的（擴散系數），與液體有相似的（密度）

7、電聚焦電泳法分離不同蛋白質的原理是依據其（等電點）的不同

8、晶體質量主要是指（晶體大小）（晶體純度）（晶體形狀）

9、根據分離機理的不同，吸附法可分為（吸附色譜）（離子交換色譜）（凝膠色譜）（分配色譜）（親和色譜）

10、蛋白質等生物大分子在溶液中呈穩定的分散狀態，其原因是（分子表面電荷）（水化層）

11、結晶包括三個過程（過飽和溶液的形成）（晶核的形成）（晶體的 生長）

12、物料中所含水分可分為（結合水）（自由水）

13、根據膜結構的不同，常用的膜殼分為（對稱性膜）（非對稱性膜）（復合膜）

14、萃取從機理上可分為（物理萃?。ɑ瘜W萃?。?/p>

15、過飽和溶液的形成方法有（飽和溶液冷卻）（部分溶劑蒸發）（解析）（化學反應結晶）

16、影響結晶的因素（溶質種類）（溶質濃度）（溫度）（PH值）

選擇題

1、在液膜分離的操作中（表面活性劑）主要起到穩定液膜的作用

2、離子交換法是利離子交換劑作為吸附劑，通過（靜電作用）將溶液中帶相反電荷的離子吸附在一起

3、用來提取產物的溶劑叫（萃取劑）

4、凝膠色譜分離的依據是（各物質分子大小的不同）

5、洗脫體積是（與該溶質保留時間相對應的流動相體積）

6、吸附色譜分離的依據（固定相對各物質的吸附力不同）

7、依據離子價或水合半徑的不同，離子交換樹脂對不同離子的親和力不同，樹脂對下列離子的親和力順序排列正確的是（Fe3+＞Ca2+＞Na+）

8、（親和層析）是根據酶分子專一性結合的純化方法

9、分子篩層析純化酶是根據（酶分子大小，形狀不同進行純化）的方法

10、顆粒與流體的密度差越小，顆粒的沉降速度(越小)

11、HPLC是（高效液相色譜）的簡稱

12、鹽析沉淀蛋白質的原理（中和電荷，破壞水層）

13、適合小量細胞破碎的方法是（超聲破碎法）

14、蛋白質分子量的測定可采用（凝膠層析法）

15、氨基酸的結晶純化是根據氨基酸的（溶解度和等電點）性質

16、人血清蛋白的等電點為4.64，在ph為7的溶液當中將血清蛋白溶液通電，血清蛋白分子向（正極移動）

17、蛋白質具有兩性性質的原因是（蛋白質分子有多個羧基和氨基）

18、凝膠色譜分離的依據是（各物質分子大小不同）

19、（硫酸基團）是強酸性陽離子交換樹脂的活性交換基團

20、結晶過程中，溶質過飽和度的大小（不僅會影響晶核的形成速度，而且會影響晶體的長大速度）

第四篇：生物分離技術

1.生物分離技術:指從動物與微生物的有機體或器官`生物工程產物(發酵液`培養液)及生物化學產品中提取`分離`純化目標物質的技術過程.2.生物分離的一般工藝[理想化過程]:⑴動植物原料→細胞破碎→萃取與預處理→$$.⑵發酵液→預處理→分支為①②{①胞外產物→固-液分離.&②胞內產物→細胞破碎→固-液分離.$$}→初步純化[沉淀分離`靜態吸附`靜態離子交換`膜分離]→精制[吸附層析`離子交換層析`凝膠層析`親和層析`疏水層析`高效 ?? 色譜]→成品加工[脫鹽`濃縮`結晶`干燥].不溶物的去除[過濾`離心`細胞破碎]→產物分離[吸附`萃取`泡沫`膜分離]→產物純化[色譜`電泳`層析]→產品精致[結晶`脫鹽].3.過濾:傳統的化工單元操作,原理是使料液通過固態過濾介質時,固態懸浮物與ag分離.4.過濾前預處理:⑴加熱:最簡單經濟的預處理,使液體粘度降低,加快過濾速率,同時可滅菌,前提是目標物為熱穩定性產物.⑵加入電解質:①凝聚:原理:某些與膠粒帶電性相反地電解質加入時,擴散雙電層的排斥電位降低,電解質離子在水中的水化作用也會破壞膠粒周圍的水化層,兩者共同作用結果是,破壞膠體的分散狀態,使膠體粒子聚集.②絮凝:原理:指在某些高分子絮凝劑存在下,在懸浮粒子之間產生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團的過程,作為絮凝劑的高分子聚合物必須有長鏈線狀結構,易溶于水,長鏈節上含較多官能團,[根據帶電不同,絮凝劑分為:陰離子型`陽離子型`非離子型].⑶加入助濾劑:助濾劑均為細粉或纖維,使難以過濾的物料變得易于過濾.硅藻土:幾百年前水生植物沉淀的遺骸;;珍珠巖:處理過的膨脹火山巖.5.硅藻土使用方法:⑴作為深層過濾介質過濾懸浮液:硅藻土不規則的粉粒形狀之間形成曲折的毛細孔道,借助篩分作用去除固體粒子;同時由于吸附,除去膠體粒子.⑵作為預涂層使用:以保護支撐介質的細孔不被堵塞.⑶預投后,預料液共同過濾,形成多孔性濾餅,降低濾餅可壓縮性,以提高過濾效率.6.影響絮凝效果因素:⑴絮凝劑的分子量和種類:①分子量大`鏈長`

吸附架橋效果好;②分子過小`絮凝劑在水中溶解度小.⑵絮凝劑用量:①濃度較低時增加用量有助于架橋充當,絮凝效果提高;②絮凝劑濃度過多時,引起吸附飽和,膠粒上形成覆蓋層,失去與其他膠粒架橋作用.⑶pH值:影響離子型絮凝劑官能團電離度,提高電離度`使分子鏈上同電荷間斥力增大,鏈伸展,提高架橋能力.⑷攪拌速率和時間:剪切力會打散絮凝團,要注意攪拌.7.過濾設備及其結構:按推動力的不同可分為以下四類:⑴重力過濾:

應用較少.⑵加壓過濾:操作繁雜,拆裝不便.⑶真空過濾:可實現連續化生產.⑷離心過濾:略 8.重力沉降:當靜置懸浮液時,密度較大的固體顆粒在重力作用下逐漸

下沉.離心沉降見10 9.重力沉降受重力:Fg=πd3

ρ

s 固體顆粒介質密度[kg/m3g/6 d—微粒半徑[m].2

ρ].g—微粒加速度[m/s].s—

10.離心沉降:基于固體顆粒和周圍液體密度存在差異,在離心場中使不

同密度的固體顆粒加速沉降的分離過程.11.分離因數:Z=FC/g=4π2N2r/g.12.超離心技術分類:⑴制備型超離心.⑵分析型超離心.13.制備型離心:⑴離子差速離心法[分布離心法]:①逐漸增加離心速度.②高速與低速交替進行,使沉降粒子在不同離心速度及不同離心時間內分批分離出來.⑵一般密度梯度離心法[區帶離心]:先將樣品ag置于一個由梯度材料形成的密度梯度液體柱中,離心后被分離組分以區帶層分布于梯度柱中,是粒子在完全沉降之前,液體梯度中形成不連續的分離區帶,前提是要控制好粒子分離的時間.⑶等密度離心法:當不同離子存在密度差時,在離子力場作用下,粒子向上浮起,或向下沉降,一直移動到與它們密度正好相等的位置上,并形成區帶.①預形成梯度等密度離心.②自形成梯度等密度離心.14.細胞破碎原理:動`植物及微生物長生的天然產物,有胞外型和胞內型兩種.為回收胞內產物,需用利用外力破壞細胞膜和細胞壁,使細胞內含物釋放出來,然后再進行分離純化.15.選擇細胞破碎方法所考慮因素:⑴細胞壁的堅韌長度.⑵產物的性質[承受剪切力`耐酸`耐熱].16.化學破碎法: 滲透沖擊法`增溶法`堿溶法`酶溶法`脂溶法.17.[化學破碎]滲透沖擊法:適用范圍:⑴細胞破碎難易程度決定于其類型,紅血球細胞非常適合采用滲透沖擊法溶破,快速改變介質中鹽濃度,將十分有效地破碎紅血球細胞.⑵①動物細胞只有當其組織被機械切碎或勻漿后才易溶破;②植物細胞很難溶破,因其細胞中含有大量木質成分,通過滲透流很難滲透.18.[化學破碎]增溶法:⑴方法:將2倍細胞體積的某濃度表面活性劑加入到細胞中,表面活性劑溶解細胞壁中的脂類成分,從而破碎細胞,胞內物釋放.⑵表面活性劑通常是兩性的,結構中含有親水基團[離子及疏水基團[烴基],既能和水作用也能和脂作用.19.[化學破碎]堿溶法:⑴原理:細胞壁外層和漿膜上有Pro成分,利用Pro在堿性條件下溶解的特性,調節溶液pH值,實現Pro溶解,細胞壁破碎.⑵①優點:成本低廉,反應速度快;②缺點:反應劇烈,不具選擇性,堿的加入,與細胞壁產生多種反應,包括磷脂皂化等.20.[化學破碎]酶溶法:⑴加酶法:將溶解細胞壁的酶加入體系中,細胞壁受到部分或完全破壞后,再利用滲透壓沖擊等方法破壞細胞壁,進一步增大胞內產物通透性.⑵自溶法:通過調節溫度`pH值或添加有機溶劑,誘使細胞產生溶解自身的酶的方法.⑶①優點:條件溫和`具有選擇性,可催化細胞壁反應,而不破壞細胞內的其他物質;②缺點:價格昂貴,限制大規模生產中的使用.21.[化學破碎]脂溶法:⑴原理:選擇適當溶劑,加入細胞懸浮液中,細胞壁脂質吸收后導致細胞壁膨脹`裂開,細胞質釋放.⑵選擇理想的溶劑應選和細胞壁脂溶解度相配,而與細胞質相差較大的.22.物理破碎法:勻漿法`超聲法`研磨法`珠磨法.23.[物理破碎]勻漿法:影響高壓破碎的主要因素:操作壓力`破碎次數`

閥型設計`操作溫度`細胞濃度.24.[物理破碎]超聲:影響因素:⑴振幅:振幅直接聲能有關,影響目標產

物的釋放量.⑵細胞懸浮液的黏度:黏度過大會抑制空穴現象.⑶被處理懸浮液的體積:體積越大需要的能量也越大.⑷珠粒的體積和直徑:添加細小的珠粒有助于形成空穴,同時可以輔助研磨效應.隨著珠粒直徑的變化,目標K有最大值出現.⑸超聲條件:破碎時間`溫度`細胞種類`pH值`料液比.25.[物理破碎]高速攪拌珠研磨法:過程:⑴研磨倉為一個密封系統,有

垂直和水平兩種設計:①垂直倉的研磨介質載量為50-60%,可減少珠的磨損,但效率低.②水平倉的研磨介質裝載量80-85%,研磨效率高,但磨損大.⑵攪拌設計:主要是給研磨珠的推動力,攪拌盤與驅動軸有同心的,也有偏心的,有垂直的,也有傾斜的.⑶研磨珠:有無鉛玻璃`鋼珠`陶瓷珠等,直徑在0.1-1.5mm范圍內.①使用研磨珠的大小主要由細胞的大小決定:細菌菌體--用小的研磨珠,直徑0.1mm;;酵母菌菌體--用大的研磨珠,直徑0.5mm.②另外目標產物在細胞內的位置也影響研磨珠的選擇:用大直徑可以有效釋放游離在細胞之中的目標產物,在細胞質中的產物,不必把細胞完全破碎;;在細胞核中的目標產物須完全破碎,用小直徑的珠.⑷研磨珠的裝載量:一般在80-90%之間.①太低,提供的碰撞率和剪切力不夠,增加裝載量提高細胞破碎率.②過大,研磨珠之間產生相互干擾,研磨珠會過度磨損,同時產生的溫度會很高,能量消耗大,對目標產物也有影響.細胞破碎率與流速成反比關系.26.吸附:利用吸附劑對液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力,使其富集在吸附劑表面的過程.27.吸附過程[四過程]:料液與吸附劑混合→吸附質被吸附→料液流出

→吸附質解吸附吸附劑再生.28.吸附劑種類:⑴活性炭:活性炭粉末[效力強`需帶壓];顆?；钚蕴糩效力中`效率高];棉綸活性炭[效力弱`易洗脫].⑵大孔網狀吸附劑:①吸附機理:大孔樹脂屬屬非離子型共聚物,借助范德華力從ag中吸附各種有機物,其吸附能力與樹脂的化學結構`物理性能以及與溶質`ag性質有關.②遵循規律:非極性吸附劑可從極性溶劑中吸附非極性溶質;;極性吸附劑可從非極性溶劑中吸附極性物質;;中等極性吸附劑兼有以上兩種能力.29.影響吸附的主要因素:⑴吸附劑的性質:①比表面積大,吸附容積大:因此,顆粒度越小,微孔越發達,吸附速率越快,吸附能力越強.②孔結構:孔徑太大,比表面積小,吸附能力差;;孔徑太小,不利于吸附質向空隙中擴散.⑵吸附質的性質:①表面張力越小,液體被固體吸附越多;②在ag中溶解度大時,吸附量少;③相似相吸;④相對分子量大易吸附.⑶操作條件:①溫度:吸附是放熱過程,還要兼顧吸附質的穩定性.②溶液pH值:影響吸附質的解離,進而影響吸附量.最佳pH值需通過實驗來確定.③鹽濃度:有影響,或阻止或促進吸附,依情而定.30.親和吸附:利用溶質和吸附劑之間特殊的可你親合作用[靜電`氫鍵`疏水`金屬配位],從而實現分離.31.離子交換:利用離子交換樹脂樹脂作為吸附劑,將ag中的待分離組分,依據其電荷差異,依靠庫侖力吸附在樹脂上,然后利用合適的洗脫劑將吸附質從樹脂上洗脫下來,達到分離目的.32.主要的多糖基離子交換樹脂:⑴離子交換纖維素:①樹脂骨架為纖維素,根據活性基團的性質可分為陽離子交換纖維素和陰離子交換纖維素兩類.②特點:骨架松散`親水性強`表面積大`交換容量大`吸附力弱`交換和洗脫條件溫和`分辨率高.③常用的:甲基磺酸纖維素`羧甲基纖維素`二甲基氨基乙基纖維素.⑵葡聚糖凝膠離子交換樹脂:①骨架為葡聚糖凝膠,根據功能集團的不同,亦可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂.②命名方法:交換活性基團+骨架+(陽C/陰A)原骨架編號.③如:DEAE-sephadex A-25為二乙基氨基乙基葡聚糖陰離子樹脂;CM-sephadex C-25為羧甲基葡聚糖陽離子樹脂.33.離子交換樹脂分類:⑴按活性基團性質:陽離子交換樹脂[含酸性基

團]`陰離子交換樹脂[含堿性基團].⑵具體分為:強陽`弱陽&強陰`弱陰.34.離子交換樹脂的理化性能:⑴外觀:球形淺色為宜,粒度大小16-60

目>90%.⑵機械強度:>90%.⑶含水量:0.3-0.7g/g樹脂.⑷交換容量:重量交換容量`體積交換容量`工作交換容量`表觀交換容量.⑸穩定性:化學穩定性`熱穩定性.⑹膨脹度:交聯度`活性基團的性質與數量`活性離子的性質`介質的性質和濃度`骨架結構.⑺濕真密度:單位體積濕樹脂的重量.⑻吸附性能指標:孔度`孔徑`比表面積.⑼滴定曲線:表征樹脂官能團.35.離子交換機理:⑴A+自ag中擴散到樹脂表面.⑵A+從樹脂表面進入

樹脂內部的活性中心.⑶A+與R-B在活性中心上發生復分解反應.⑷解吸附離子B+自樹脂內部擴散至數值表面.⑸B+離子從樹脂表面擴散到ag中.36.擴散控制步驟:⑴內部擴散:液相濃度越快,攪拌越激烈,濃度越濃,顆

粒越大,吸附越弱.⑵外部擴散:液體流動慢,濃度稀,顆粒細,吸附強.37.離子交換速度方程:⑴外部擴散控制:ln(1-F)=-K1t

K1--外擴散速

度常數;F—時間為t時,樹脂的飽和度.⑵內部擴散控制:F=1-6/π2

*∑[1/n2×e(-Din2π2t/r02)].38.影響交換速度的因素:⑴顆粒大小:愈小愈快,無論對內`外擴散.⑵

交聯度:交聯度小,樹脂易膨脹,交換速度快.⑶溫度:越高越快.⑷離子化合價:化合價越高`越快.⑸離子大小:越小越快,大分子阻力大,與骨架碰撞.⑹攪拌速度:在一定程度上`越大越快.⑺ag濃度:當交換速度為外擴散控制時,濃度越大,交換速度越快.39.應用實例—硬水軟化:如果水質要求高,不僅要去除陽離子,還要出去陰離子.一般采用陽離子樹脂和陰離子樹脂.利用氫離子交換陽離子,而以氫氧根離子交換陰離子;以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的陽離子交換樹脂會以氫離子交換碰到的各種陽離子[如Na+`Ca2+`Al3+].同樣的,以包含季銨鹽的苯乙烯制成的陰離子交換樹脂會以氫氧根離子交換碰到各種陰離子[如Cl-].從陽離子交換樹脂釋出的氫氧根離子相結合后生成純水.40.蛋白質離交分離的基本步驟:⑴平衡:以平衡緩沖液沖洗裝填好的分離柱,目的是使離子交換樹脂表面的堿性[或酸性]配基完全被平衡緩沖液中的反離子所飽和,確保分離柱處于穩定的狀態.⑵吸附:樣品ag進入分離柱,各組分依據離子交換親和力大小與離子交換劑作用,目標物分子吸附于樹脂上,并釋放出反離子.⑶洗脫:媳婦完成后,以洗脫劑洗脫.洗脫劑含有高濃度反離子,通過競爭性吸附實現目標物洗脫.⑷再生:通過高濃度洗脫劑使離子交換樹脂重新獲得吸附能力.41.泡沫分離定義:以通氣鼓泡在液相中形成的氣泡為載體,液相中的溶質或顆粒在表面活性的作用下吸附于氣泡上進行的分離,人們通常把凡是利用氣體在ag中鼓泡,以達到分離或濃縮目的的這類方法總稱為泡沫吸附分離技術.42.泡沫分離技術須在低于CMC濃度下進行.見48的⑶

43.泡沫分離效率的衡量指標:富集比`回收率.富集比=消泡液中的表面活性物質濃度/液相中初始料液濃度.回收率=(初始液濃度*初始液體積--剩余液濃度*剩余液體積)/(初始液濃度*初始液體積).44.泡沫的形成:⑴當氣體在含表面活性劑的水ag中發泡時,首先在液體內部形成被氣裹的氣泡,與此同時,ag表面活性劑分子立即在氣泡表面排成單分子膜,親油基指向氣泡內部,親水基指向ag.⑵氣泡借助浮力上升,沖擊ag表面的單分子膜.⑶某些情況下,氣泡可以跳出液體表面,此時,該氣泡表面的水膜外層上,形成與液體內部單分子膜的分子排列完全相反的單分子膜,從而構成了較為穩定的雙分子層氣泡體,形成接近于球體的單個氣泡.45.泡沫分離法的分類:⑴泡沫分離:按分離對象是ag還是含有固體粒

子的懸浮液`膠體ag,泡沫分離可分成:①泡沫分離:用于分離溶解物質,他們可以是表面活性劑,或者可與表面活性劑結合的物質,當料液鼓泡時,能進入液層上方泡沫層,從而與液相主體分開.②泡沫浮選:用于分離不溶解物質,按被分離對象是分子/膠體,是大顆粒/小顆粒.又被稱作分子浮選`粒子浮選`膠體浮選等.應用較多的是對于Pro`酶的分離,目前還處于實驗室階段,最初用于膽酸和膽酸鈉混合物中分離膽酸,泡沫中膽酸濃度為料液的3-6倍,活性增加65%,還有大豆蛋白質的分離也在實驗室階段成功提取.⑵無泡沫分離:用鼓泡進行分離,但不一定形成泡沫層,按是否存在萃取層,可分為:①鼓泡分離:從設備底部通氣鼓泡,表面活性物質被氣泡富集并上升至塔頂,和液相主題分離,使溶質得到濃縮,液相主體被凈化.②萃取浮選:在ag頂部設置有一種與其互不相容的溶劑,用它來萃取或富集有塔底鼓出的氣泡所吸附的表面活性物質.應用與貴重金屬的分離輔機,如采用乙基二甲二硫代氨基甲酸酯將尾礦中的黃金由每噸5g左右提高到每噸2250g以上.46.氣泡間當膜間夾角為120°時,壓力差最小,泡沫穩定.47.泡沫的穩定性影響因素:⑴泡徑大小:泡徑小,利于穩定,合成大氣泡的歷程長,且泡膜中含液量相對較大,較能經受液體流失造成的穩定性損失.另方面,泡徑小,在液相中的上升速度慢,為表面活性劑的吸附提供充足的時間,增加了穩定性.⑵起泡液粘度:一定的黏度有利于泡沫穩定,某些ag,[如Pro溶液,雖然表面張力較高,但因粘度大,對于外力的沖擊起到緩沖作用,所以產生的泡沫穩定].⑶溫度:基本條件是應達到表面活性劑的氣泡溫度,但隨溫度升高,ag粘度降低,表面彈性降低,排液速度加快,泡沫穩定性下降.⑷離子強度:表面電荷離子型表面活性劑,水解后帶電荷,泡沫的定向吸附層為雙電層結構,由于離子間延緩泡沫變薄過程,使泡沫穩定.48.泡沫分離操作的影響因素:⑴待分離物質的種類:不同分離物質其理化性質不同,表面活性也不同,因此是對分離影響最大的因素.⑵pH值:不同的pH值對分離效果有影響,對于天然表面活性物質,[如:Pro的泡沫分離,在等電點時,Pro在泡沫表面的吸附量最大]這些條件下進行分離,分離效率最高.⑶表面活性劑濃度:一般要在CMC以下,過高引起排液阻力大;;太低,泡沫層不穩定,太高,分離效率下降.⑷溫度:溫度應達到表面活性劑的氣泡溫度,保持泡沫穩定性;還要根據吸附平衡類型來選擇分度高低.⑸氣流速度[氣體流量]:上升,泡沫形成速度↑,單位時間的去除率也↑,泡沫停留時間短,影響分離選擇性;;過低時,泡沫又停留時間過長,效率低,且物質易變性.⑹泡沫柱高度:足夠高的柱體才能保證泡沫層高度,使泡沫在柱中有適當的停留時間,滿足目標分離需求.49.萃取分類:⑴按萃取對象分:①液-液:用選定的溶劑分離液體混合物中的某種組分.溶劑與被萃取混合液體不相溶具有選擇性的溶解能力,有好的熱穩定性和化學穩定性,并有小的毒性和腐蝕性.②固-液:也叫浸取,用溶劑分離固液混合物中組分,如用水浸取甜菜中的糖類;用正乙烷浸取黃豆中的豆油;用水從藥中浸取有效成分叫做”滲瀝”或”浸瀝”.⑵按萃取機理分:①物理萃取:利用溶劑對欲分離組分有較高溶解能力,分離過程為物理過程.②化學:溶劑首先在選擇性與溶質化合或絡合,從而在兩相中重新分配而達到分離目的.50.有機溶劑萃取法:[溶劑萃取]利用樣品中不同組分分配在兩種互不相容的溶劑中的溶解度或分配比不同來達到分離`提純或純化的目的.51.萃取分離原理:分配定律:在一定T`P下,溶質在兩個互不相溶的溶劑中分配,平衡時,如果在兩相中的相對分子質量相等,溶質在兩相中平衡濃度之比為成熟,成為分配系數K,表征平衡的兩個共存相中溶質濃度的關系.k=y/x;;y—平衡時溶質在萃取相中的濃度.x—平衡時溶質在萃余相中的濃度.52.萃取步驟方法:⑴單機萃取.⑵多級萃取:①錯流接觸.②逆流接觸[多用].53.多級萃取設備流程:待分離液經去雜后進入第一級萃取罐,在此與第二級沉降器來的萃取相[含目標物]混合接觸,然后流入第一級沉降器分成上`下兩液層,上層萃取相富含目的產物送去蒸餾回收溶劑及產物進一步精制;下層萃余相,含目的產物濃度較低,送第二級萃取.54.有機溶劑萃取的影響因素:⑴有機溶劑的選擇.⑵乳化與去乳化.⑶

萃取操作的因素.55.萃取操作的因素:⑴pH值:①對弱酸隨pH值降低,分配系數增大.②

對弱堿隨pH值降低,分配系數減少..pH值低有利于酸性物質分配在有機相;堿性物質分配在水相.⑵溫度:①溫度高,分子擴散速度快,萃取速度快.②溫度低,使分配系數增加.⑶鹽析:生化物質在水中溶解度低,有利于溶質向有機相中分配.56.常用表面活性劑及其相應的有機溶劑:⑴AOT—烴類`異辛烷`環己

烷`四氯化碳`苯.⑵CTAB—己醇/異辛烷`己醇/辛烷`三氯甲烷/辛烷.⑶TOMAC—環己烷.⑷TritonX—己醇/環己烷.⑸磷脂酰膽堿—苯`庚烷.⑹磷脂酰乙醇胺—苯`庚烷.57.水殼模型:大分子蛋白質被封閉在”水池”中,表面存在一層水化層與

膠束內表面分隔開,從而使蛋白質不與有機溶劑直接接觸.依據:⑴從似彈性光散射的研究證實在Pro分子周圍存在一個單分子水層.⑵反膠束中酶動力學特征與水中接近.⑶某蛋白酶在膠束中的熒光特性與主題水中相像.58.Pro溶入反膠束的推動力:⑴靜電引力作用:Pro的表面電荷與表面

活性劑反膠束內表面電荷[離子型表面活性劑]之間的靜電引力作用.對于陽離子表面活性劑形成的反膠束體系,萃取只發生在水溶液的pH>pI.⑵空間位阻作用:反膠束”水池”的物理性能[包括其大小`形狀及其中水的活度]會影響Pro的增溶或排斥.59.反相微膠束分離過程分為3步:⑴選擇有利于形成油包水和適當

W0值的表面活性劑[HLB為3-6].⑵含生物大分子的反相微膠團的形成.⑶反相微膠團的破乳及生物大分子的釋放.60.反膠束萃取操作方法:⑴相轉移法.⑵注入法.⑵溶解法.61.反萃取效果評估:一方面對Pro的回收率和分離度進行評估,還應對其分離過程中微觀變化分子構象評估,即對其生物活性要有保證.62.雙水相萃取:利用生物物質在互不相溶的兩水相間分配系數的差異進行分離的過程.63.雙水相體系的種類:⑴兩種都是非離子型高聚物(PEG/DEX`聚丙二醇/DEX等).⑵其中一種是離子型高聚物(羧甲基纖維素鈉/葡聚糖DEX).⑶兩種都是離子型高聚物(羧甲基纖維素鈉/羧甲基葡聚糖鈉).⑷其中一種是無機鹽(PEG/磷酸鹽或硫酸鹽).64.試差實驗及放大:⑴雙水相體系形成判定:將一定量的高聚物P濃溶液置于試管內,然后用已知濃度的高聚物Q溶液來滴定.隨著高聚物Q的加入,試管內ag由均相突然變渾濁,記錄Q加入量.然后在試管內加1ml水,ag又澄清,繼續滴加高聚物Q,ag又變渾濁,此時系統形成.以高聚物P濃度對高聚物Q濃度作圖,為一系列雙節線上的系統組成點,即可得到雙節線.⑵試差實驗放大:采用10ml離心管進行試驗,結果可直接放大生產.操作過程:①配置高濃度的聚合物和鹽的備用液,配置一系列不同濃度`pH值的雙水相,每個雙水相只改變一個參數[pH的調節可采用磷酸鹽緩沖液].②先加入料液,再加入配置好的備用高聚物及鹽液,使整個系統質量達到5-10g,離心管封口后,充分混合.③在1800-2000g離心3-5min,使兩相完全分離.④小心移取上下兩相,分別測定目標物含量,并與加入總量作對比.65.膜分離技術的概念:利用天然的或人工合成的`具有選擇透過性的薄膜,以外界能量差作為推動力,由于ag中各組分遷移率的不同而進行分離`分級`提純`富集的一種技術.66.膜分離技術的優勢&劣勢:⑴優勢:①能耗低,處理量大.②分離條件溫和,使用熱敏物質的分離.③操作方便結構緊湊,工作方式靈活,自動化程度高.⑵劣勢:①操作工程化中膜面容易發生污染,膜性能呈衰減趨勢.②膜的耐藥性`耐熱性和耐溶劑能力有限.③多數膜組件價格昂貴,投資高.67.膜分離分類依據:⑴膜的平均孔徑.⑵膜的推動力.⑶膜的狀態.⑷膜的結構.⑸膜的形狀.⑹膜的材質.68.膜分離技術按孔徑分類:⑴微濾[MF]:以多孔細小薄膜為過濾介質,主要用于DNA`病毒截留與濃縮,也多于膜分離的前處理,孔徑分布范圍約在0.02-10μm之間.⑵超濾[UF]:分離介質同上,但孔徑更小,約為0.001-0.1μm,適合與分離酶`Pro等生物大分子物質.⑶納濾:從ag中截留平均分子量300-5000的物質,孔徑分布在0.2-2nm.⑷反滲透[RO]:孔徑范圍0.0001-0.001μm之間,主要應用于汗水脫鹽`超凈水設備等.69.截留分子量[MWCO]:又稱為切割分子量,指截留率為90%時所對

應的分子量,與膜孔徑大小有關.由于直接測定超濾膜的孔徑相當困難,所以使用一直分子量的球狀物質進行測定.如膜對被截留物質的截留率達到90%時,就用被截留物質的分子量表示膜的截留性能,稱為膜的截留分子量.實際上,所用的物質并非絕對球形,膜孔徑也絕非絕對均一,所測定的截留率不能絕對表示膜的分離性能.70.膜分離過程模型:⑴濃差極化:①在操作過程中,由于膜的選擇透過

性,被截留組分在膜料液側表面積累形成濃度邊界層,其濃度大大高于料液的主體濃度,在膜表面與主體料液之間濃度差的作用下,將導致溶質從膜表面向主體的反向擴散.②危害:膜面處濃度Ci增加,使得滲透壓↑:在一定操作壓力下,溶劑的透過速率↓,Ci增加,導致溶質的透過↑,截留率↓.③避免:可通過提高操作溫度`對膜定期清洗等措施來避免濃差極化.⑵凝膠極化:膜表面的濃度超過溶質的溶解度時,溶質析出,形成凝膠層.當料液中含有菌體`細胞或其他固形物時,也會形成凝膠層.71.模裝置的工作形式-超濾膜裝置:一般用來完成目標物的濃縮和目標

物脫出小分子雜質,分別稱為濃縮和洗濾.濃縮:①開路循環:循環液中溶質濃度不斷上升,若流量和壓差不變,透過通量將隨操作時間不斷降低.②閉路循環:循環液中溶質濃度增加更快,通過通量小于開路循環.優點是膜組件內流速可不單純依靠料液泵供應.③連續濃縮:容易實現自動化.但透過通量很低,為改善通量,一般設計成多段串聯組合.72.乳狀液膜制作過程:⑴首先把兩種互不相容的液體在高剪切下制成油包水小液滴;⑵其次在溫和攪拌下將油包水乳液分散在第三相[料液相即外相]中;⑶乳狀液滴內被包裹的相為內相,內相外相之間為液膜.73.載體促進傳遞機制有不同表現形式:同相遷移[促進并流]`逆向遷移[促進逆流].74.鹽析:De:在高濃度的中性鹽存在下,Pro[酶]等生物大分子物質在水溶液中的溶解度降低,產生沉淀的過程.雖然方法經典,但主要用于Pro分離與回收.75.鹽析過程:是對[生物大分子在水ag中存在狀態:⑴兩性電解質,由于靜電力的作用,分子間相互排斥,形成穩定的分散系.⑵Pro周圍形成水合膜,保護了Pro粒子,避免了相互碰撞.]破壞的過程:原因:⑴鹽離子與Pro表面具有相反電性的離子基團形成離子對,部分中和了Pro電性,穩定的雙電層被破壞,Pro分子間斥力減弱而相互聚攏.⑵中性鹽親水性比Pro大,鹽離子在水中發生水合使Pro脫去水合膜,暴露疏水區域,疏水相互作用產生沉淀.76.鹽溶液對Pro溶解度影響:中性鹽加入Pro溶液時可能出現:⑴”鹽溶”現象:較低鹽濃度(0.15-0.2mol/kg)下,Pro溶解度隨鹽濃度增大而增大.⑵”鹽析”現象:高鹽濃度下,Pro溶解度隨鹽濃度增大而下降.77.鹽析方法分類:⑴β鹽析法:在一定離子強度下,改變pH和溫度進行鹽析[逐步向Pro溶液中加入預先調好pH的飽和硫酸銨ag,調節溫度,Pro便沉淀出來].由于溶解度隨溫度變化緩慢,且變化幅度小,因此分辨率更高,常用于純化.⑵KS鹽析法:在一定pH和溫度下,改變體系離子強度進行鹽析的方法[粗制品中逐步加入固體硫酸銨,加到一定飽和度時,Pro便沉淀出來].由于Pro對離子強度的變化非常敏感,易產生共沉淀現象,因此常用于提取液的前處理.78.影響鹽析的因素:⑴Pro濃度:①高濃度Pro可節約用鹽量,但過高

會發生嚴重沉淀.②低濃度Pro用鹽量較多,共沉作用少.⑵鹽種類的影響:陽離子:NH4+>K+>Na+>Mg2+.陰離子:SO42+>CHCOO->Cl->NO2->ClO3-.⑶溫度:①低離子強度/純水中:蛋白質溶解度隨溫度↑而↑.②高濃度:隨溫度↑而↓.⑷pH的影響:等電點附近Pro溶解度小,是鹽析沉淀適合的pH.79.鹽析沉淀操作:lg:硫酸銨步驟:

⑴取一部分料液,將其分成等體積的數份,冷卻至0℃.⑵用W=[505(S2-S1)]/(1-0.285S2)式計算飽和度達到20%-100%時所需加入的硫酸銨量,并在攪拌條件下分別加到料液中,繼續攪拌1h以上,使沉淀達到平衡.⑶3000g下離心40min后,將沉淀溶于2倍體積的緩沖ag中,測定其中Pro總濃度和目標Pro濃度[如有不溶物,可離心去除].⑷分別測定上清液中Pro的總濃度和目標Pro的濃度,比較沉淀前后Pro是否保持物料守恒,檢驗分析結果的可靠性.⑸以飽和度為橫坐標,上清液中Pro總濃度和目標Pro濃度為縱坐標作圖,圖中縱坐標為上清液中Pro的相對濃度[與原料液濃度之比].80.@@沉淀生成過程:Pro分子通過接觸而聚集,形成微細顆粒,微細顆

粒繼續生長成為大顆粒沉淀.⑴擴散控制過程:生長出去,布朗粒子的擴散,推動粒子的生長.這一過程稱為[異向生長].⑵剪切作用生長過程:在攪拌作用下,粒徑1μm以上的粒子生長主要起因在于剪切作用引起的顆粒間互相碰撞,發生凝聚.這一過程稱為[同向凝聚]…同向凝聚速率很低,是沉淀過程的控制步驟.因此,攪拌混合非常重要,沉淀放大設計時,單位體積的攪拌功率是放大的基準,一般在放大后不變.81.色譜分離法概念:是一種物理的分離方法,利用不同物質在兩相[固

定相和流動相]中具有不同的分配系數,并通過兩相不斷的相對運動而實現分離的方法.82.色譜過程:⑴物質分子在相對運動的兩相間分配平衡的過程.在混合物中,若兩個組分的分配系數不等,則被流動相攜帶移動的速率不等,即形成差速遷移而被分離.@⑵經色譜柱的分離,各組分將分別流過檢測器,檢測器將流動相中各組分濃度變化轉變成電信號.隨時間變化的曲線,稱為色譜流出曲線,或稱色譜圖.83.[色譜術語]色譜圖和色譜峰:⑴組分流經檢測器時響應的連續信號產生的曲線為色譜圖.⑵流出曲線上的突起部分為色譜峰.84.[色譜術語]⑴正常色譜峰近似于對稱形正態分布曲線[高斯曲線].⑵不對稱色譜峰有兩種:前沿峰[較少]`和拖尾峰.⑶不對稱峰的原因復雜:進樣體積`濃度`柱溫`柱污染`樣品溶液離子強度`柱極性等.85.[色譜術語]對稱因子[判斷是否對稱]:fS=W0.55h/2A=(A+B)/2A 完全對稱:fS=1.00;對稱峰: fS =0.95-1.05;前沿峰: fS <0.95;拖尾峰fS >1.05.86.[色譜術語]色譜基線:色譜操作條件下,僅有流動相通過檢測器時,反應檢測器噪聲隨時間變化的曲線.穩定的基線是一條直線.87.[色譜術語]基線噪音:與被測樣無關的檢測器輸出信號引起的基線波動,基線波動的大小就是噪聲的大小.基線漂移:基線隨時間的增加朝單一方向的偏離.88.[色譜術語]峰高h:從色譜峰頂點到基線的距離.峰高一般用mm或檢測器輸出信號單位表示.峰高可作為定量測定的依據之一.89.[色譜術語]峰底寬度W:在色譜峰兩邊的轉折點[也叫拐點,即E和F]所畫的切線與基線相交的截距IJ.兩個拐點E和F之間的距離為EF=2σ,分別位于約0.607h處.峰寬直接體現出色譜條件的影響.90.[色譜術語]峰面積A:色譜峰與基線延長線所包圍的面積.91.[色譜術語]保留指數:它是與被測物質具有相同調整保留時間的假想的正構烷烴的碳數乘以100.92.[色譜術語]分離度RS:相鄰兩個組分的色譜峰,其保留時間差與兩

峰峰底寬平均值之商.93.[分配色譜]⑴正相色譜:極性固定相+非極性流動相

用于分離極

性化合物,極性小的組分先流出.⑵反相色譜:非極性固定相+極性流動相 用于分離非極性化合物,極性大的組分先流出.94.載體:載體是惰性的,無吸附能力,可吸留較大固定相液體.⑴硅膠:使

用前:酸洗—水洗—醇洗—干燥—水混—調漿[展開劑]—裝柱.⑵硅藻土:是目前應用最多的載體.處理方法同上,漿態上柱,壓平.⑶纖維素:也較為常用,酸洗+水洗.95.選擇展開劑[流動相]時,首先應選擇各組分溶解度相差較大的溶劑.展開劑必須先用固定相飽和,方法是過量固定相加展開劑中,分液漏

斗分層出展開劑.96.凝膠[排阻]色譜:原理:待分離物質分子量大小不同,在凝膠柱經過

時,停留時間的不同得以分離.97.三種凝膠:⑴葡聚糖凝膠:應用最廣①國外商品名Sephadex,由葡聚

糖交聯而成.葡聚糖是蔗糖發酵后,分級,選取分子質量在3×104-5

×104的部分,經交聯后得到不溶于水的葡聚糖凝膠.②交聯度:交聯

劑占原料總質量的百分比稱為交聯度.③常用G類Sephadex商品，Sephadex G-250含義為每克干膠吸水體積可達到25ml.⑵聚苯烯酰胺凝膠:①一種全化學合成的人工凝膠,由苯烯酰胺[單體]以亞

甲基雙苯烯酰胺[雙體]為交聯劑,經催化聚合而成再經干燥成型處

理得到顆粒狀干粉商品.②商品名:Bio-Gel P, P后編號×1000大致

反應其排阻極限.③如: Bio-Gel P-100表示其分離相對分子質量大約為100000.⑶瓊脂糖凝膠:①用氯化十六烷基吡啶/乙烯醇等將海藻多糖瓊脂中帶負電基團的瓊脂膠沉淀除去,得到中性多糖成分即為瓊脂糖.②商品名:Sepharose 2B`4B`6B.表示瓊脂糖濃度

為2%`4%`6%.

第五篇：場流分離技術

場流分離技術的研究

專業：化學工藝

學生：田盼盼

201220714

邵

菲

201220715

場流分離技術的研究

摘要：場流分離是一種方便快捷的分析分離技術，它具有設備簡單，應用廣泛，效率高等優點。該文介紹了場流分離原理及理論，描述了場流分離設備的主要結構，著重講述了電場流分離、熱場流分離、沉降場分離、流場流分離的方法及應用。比較了不同場流分離技術的差異，展望了場流分離發展的方向。

關鍵詞：場流分離，電場流分離，熱場流分離，沉降場分離，流場流分離

1.場流分離介紹

近年來，人們將不同的場垂直地加在一個速度分布為特殊形狀的液流中，發明了一種新的分離方法。1966年美國猶他大學的吉廷斯(Giddings)教授首次報導了這個方法，并把它命名為場流分離(FFF)。十多年來，該法得到了迅速的發展，很多文獻報導了這方面的研究成果。不僅在理論上對場流分離進行了大量的研究，而且還探討了這種方法在分離大分子、膠體顆粒和微細顆粒方面的應用。場流分離是一種方便快捷的分析分離技術，它具有設備簡單，應用廣泛，效率高等優點。

2.場流分離系統組成

場流分離系統一般由載液及樣品注入裝置，分離系統，檢測分析系統，收集系統等部分組成。載液一般由注射泵注入，樣品由微量注射泵脈動注入。分離系統由分離流道與分離場施加裝置構成。檢測分析系統可由電子顯微鏡或光散射儀或化學分析儀與計算機共同組成。圖1為典型的FFF流道幾何形狀。流道一般由在高分子材料薄片上刻出的矩形流道與上下平板組合而成。其結構如圖2所示。

圖1典型FFF流道幾何形狀

圖2 FFF分離流道基本結構

3場流分離原理

場流分離（Field flow fractionation—FFF）作為一種新的分離技術，最早是由Giddings博士在1966年提出的[1]。FFF作為一類分離技術，可分離、提純和收集流體中的懸浮物微粒。FFF適用于樣品組分尺寸從1nm-100μm大分子、膠質和微粒物料的分離[2-3]，也可完成對組分多種物理特性參數的測定。如：質量、密度、電荷、熱擴散系數等。

在FFF系統中，由于矩形微流道的寬高比大于100:1，因此流速剖面近似為二維層流。分離場垂直于流動方向施加。樣品組分除了隨載流的縱向流動外在分離場的作用下，還存在垂直于流道的漂移運動。被分離（分析）的樣品脈動地注入分離流道中流動的載流液中，由于保持力的不同，樣品的組分在不同的時間內出現在流道的出口。

在FFF中，分離是由作用于樣品的外加場力與樣品的擴散力相互作用完成的。作用于樣品的外加場力驅動樣品組分向流道的一壁面（積聚面）漂移，而樣品的擴散力則起相反作用。當場力與擴散力達到平衡時，微粒將處于距積聚面距離一定的位置上。載流液速度剖面呈拋物線形狀或近似拋物線形狀，其流速剖面如圖3所示。其最大速度在流道中心附近，最小速度在流道壁處。由于被分離樣品中各組分受分離場影響的不同，樣品中不同的組分將處于距積聚面不同的位置，即不同的組分處于不同的流速層面。因此，那些受分離場影響較強的組分距積聚面較近，流速較小，而那些與分離場作用弱的組分距積聚面較遠，流速較大。由于不同組分流速的差異，它們通過流道所需時間（保持時間）也就不同，圖4展現了這一原理。保持時間與組分的特性有關，利用這些特性實現樣品中不同組分的分離。同樣也可利用測定保持時間來確定與其相關的特性。

圖3 流速剖面

圖4場流分離原理 場流分離種類

場流分離作為一類分離技術，雖然依據的基本原理相同，但根據所加外場類型的不同，場流分離技術主要分為流場流分離，熱場流分離，沉降場流分離，電場流分離等。另外流場流分離技術又可分為對稱流場流分離和非對稱流場流分離。

4.1電場流分離

電場流分離技術作為微粒子分離技術最早出現于1972年，并用于多種蛋白質的分離[4]。電場流分離(electricalfield flow fractionation—EFFF)不是直接的流動分離技術，而是依賴于垂直分離方向上(流動方向)的電場在低黏性的載液中完成分離的。在電場流分離系統中，被分離的組分由于其電敏感性的不同，所受的電場作用力就不同。當微粒所受的電場作用力與擴散力達到平衡時，不同的微粒將處于距積聚壁不同的距離，即在流道中有不同的速度，從而使得不同的微粒在不同的時間出現在分離流道的出口，從而完成分離。在EFFF系統中，電場E垂直于流道施加，粒子的漂移速度取決于它們的電泳淌度μ。理論上凡具有電敏感性的微粒都可利用電場流分離技術分離。

在電場流分離過程中存在著雙電層效應，由于雙電層效應的影響，系統有效電場強度損失巨大。據測，有效電場強度一般不超過外加電場強度的3%[5]，多數情況為1%左右。EFFF系統的應用包括：細胞分離、乳狀液和脂質體的鑒別以及樣品的預處理。

電場流分離最初用于蛋白質的分析、分離[6]。隨后發展為多種微粒的分析分離，如：人類紅細胞、膠體、糖、黏土等[7]。4.2 熱場流分離

在熱場流分離(Th-FFF)中，應用的“場”是溫度梯度。溫度梯度是依靠上下壁面的溫差建立的。這一溫度梯度橫穿液流，液流在溫度不同的兩平行板間流動,熱擴散使樣品組分向積聚面漂移。Th-FFF側重于在親脂性聚合體上的應用。Th-FFF可用于粒徑小到1μm以下，大到20μm微粒的提取，分離[8]。目前已成為測量稀釋聚合物溶液熱擴散系數極其方便的工具。它測量速度快，通常只需10~20 min。

4.3 沉降場流分離

沉降場分離外加場可以是重力即重力場流分離(GFFF),也可以是離心力即離心力場流分離或稱沉降場分離(SdFFF)。GFFF是一種最簡單的FFF技術，利用地球重力場作為外加力場,與其他FFF相比，GFFF在理論方面還需完善。GFFF已成功應于紅細胞，膠體，淀粉，葡萄酒酵母的分析鑒定[9]。SdFFF應用與GFFF相似。如：硅凝膠體粒子；聚合體橡膠和細胞的分離純化[10]。與GFFF相比, SdFFF結構相對復雜，外力場變化范圍較大且易控制。4.4 流場流分離

流場流分離(flow-FFF)最早由J.C.Giddings等人于1984年提出。Flow-FFF的外加力場為垂直于流道(流動)方向的橫向流。Flow-FFF裝置與其他場流裝置略有不同，其流道上下壁具有滲透能力。在flow-FFF中，分析物被橫流推向半滲透性壁，并被只允許載流通過的膜隔離在積聚墻處。這樣流道壁保證了在分離過程中外加橫向流的實施。通過外加橫向流的作用使不同的微粒處于流道中的不同流速層面上，從而實現不同的微粒在不同的時間出現在流道的出口處完成分離。

現有的flow-FFF設備可完成多種微粒的離。其適用的微粒尺寸范圍從1 nm~0.1 mm。此外，近些年流場流分離已應用于微粒尺寸測定，蛋白質特性分析等方面。

5不同場流分離的差異

不同的場流分離技術原理基本相同，其區別主要在于應用外場的不同，其適用的領域及范圍也存在差異。

沉降場流分離具有設備簡單，控制方便的優點，其分離是基于被分離的微粒的不同尺寸、密度、及形狀實現分離的，因此它主要用于紅細胞、膠體、淀粉等的分離，但它難以完成高濃度、尺寸較小微粒的分離，如尺寸在0.02-0.05μm 的膠體。

流場流分離相對于沉降場流分離來說，其所適用微粒尺寸范圍要廣泛，尺寸從1nm-0.1mm，但與沉降場流分離相比，它對微粒的選擇分離效果稍差。

熱場流分離不但可用于微粒的分離，同時也可用于微粒熱擴散系數的測定，進而完成對微粒成分的分析。

電場流分離幾乎具有其他場流分離所有的優勢，同時它還可完成在其他場流分離中無法完成的微粒分離，如脂質體的分離等。但電場流分離要求被分離微粒具有電泳淌度，如被分離微粒不具有電泳淌度，則需對被分離的微粒進行預處理。6 場流分離國內外發展方向

場流分離目前主要發展方向是與微細加工技術相結合，使其小型化，微型化。場流分離系統微型化后可能獲得的益處包括：提高分辨率，減少分離時間，減少儀器尺寸，降低能耗。同時還可減少時間常數、溶劑消耗、松弛和平衡時間。國外已對電場流微型化從理論及實驗上做了一些工作。實溫度場流分離的微型化研究也獲得進展。但目前場流微型化仍處于理論研究與探索階段，有許多理論及結構上的問題還有待解決。對場流分離流道的優化設計近期國外也做了一些探索。

場流分離在國外已研究了數十年，但目前國內研究還處于起步階段。有關場流分離深層次的機理及場流分離的應用仍有廣闊的研究空間。尤其對如何實現連續場流分離及如何實現場流分離在工業生產上的應用，還有大量的工作等待我們去做。

參 考 文 獻

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