浓差极化.docx

浓差极化：1.在膜分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜与本体溶液界面区域浓度越来越高；2.在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体液液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂通量下降；3.当溶剂向膜面流动时，引起溶质向膜面流动速度与浓度梯度使溶质向本体溶液扩散速度达到平衡时，在膜面附近存在着一个稳定的浓度梯度区域、浓度极化边界层浓度极化不可干预、可逆转，膜污染不可逆膜污染：在膜过滤过程中，由于浓度差极化、大颗粒溶质的吸附和吸附层的聚合三种情况下，所导致的膜的通透流量与分离特性发生不可逆现象膜污染特点：膜通透量减少，透过膜的压力和膜两侧压力差减小，分离物的截留率减小浓差极化：是指在超滤过程中，由于水透过膜，因而在膜表面的溶质浓度增高形成梯度，在梯度作用下，溶质与水以相反方向扩散，在达到平衡状态时，膜表面形成一溶质浓度分布的边界层，它对水的透过起阻碍作用浓度极化的危害：1.使膜表面溶质浓度增大，渗透压增加，减小传质驱动力；当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉淀或凝胶层，增加透过阻力膜的分类按孔径大小：除菌，微滤膜；蛋白质，超滤膜；离子，纳滤膜、反渗透膜改善膜污染的方法：预防和控制膜污染1. 预处理法，预先去除使膜性能发生变化的因素；2.采取错流操作并增加流器2. 控制溶液温度、流速、流动状态、压力等 4.膜组件的清洗膜操作方式：死端操作，错流操作膜分离技术：在分子水平上，不同粒径的混合物在通过分离膜时实现选择性分离的技术，其实质是物质透过或被截留于膜的过程，类似于筛分过程，即依据膜孔径大小而达到物质分离的目的特点：物质在膜分离过程中不发生相变；具有浓缩和纯化双重功效，选择性较高；常温下进行，由压力驱动，特别适合热敏物质；分离装置简单，操作容易中性盐盐析法：蛋白质溶液加入中性盐后会压缩双电层，降低电位，即中性盐既会使蛋白质脱水，又会中和蛋白质所带的负电荷，使颗粒间的相互排斥力失去，而在布朗运动的互相碰撞下，蛋白质分子结合成凝聚物而沉淀析出分级盐析法：在一定的离子强度下,改变溶液的pH值及温度,达到沉淀的目的Ks分级盐析法：在一定的 pH 值及温度条件下,改变盐的浓度(即离子强度)达到沉淀的目的盐析原理：1.蛋白质本身的稳定性；2.当中性盐达到一定浓度时，会破坏蛋白质的水化层和双电层，使变性失去排斥力，聚集而沉淀细胞破碎的方法：化学破碎、物理破碎、机械破碎、酶解破碎固体剪切方法、液体剪切法、超声波法、其他；非机械法（酶法溶胞、化学法、物理法、其他）低速离心，一般用离心速度，转速5000r/min高速离心（超速离心），以相对离心力表示g=颗粒所受离心力/地心引力悬浮法预处理的方法：加热法、调节悬浮液的pH值、凝聚和絮凝、加入反应剂凝聚：指在投加的化学物质作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。絮凝：指使用絮凝剂（起架桥作用）将胶体粒子连接成网，形成10mm大小絮凝团的过程。电泳技术：利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术双向电泳：是等电聚焦电泳和SDS-PAGE的组合，即先进行等电聚焦电泳，然后再进行SDS-PAGE，经染色得到的电泳图是个二维分布的蛋白质图。等点聚焦：是一种依据净电荷的不同来离析分子的方法，用于大规模分离两性物质，如蛋白质。原理，利用电场和pH梯度的复合作用来实现两性物质的选择性分离电荷效应 V=EQ/6r =样品粘度按支持介质的形状不同、用途不同、操作的电压不同等进行分类：无支持介质的液相电泳、有支持介质的区带电泳不同支持物的区带电泳：纸电泳、醋酸纤维薄膜电泳、琼脂糖凝胶电泳、聚丙烯酰胺凝胶电泳聚丙烯酰胺凝胶电泳（分离蛋白质和测定它的相对分子质量）的三个效应：浓缩效应、分子筛效应、电荷效应聚丙烯酰胺凝胶的聚合：单体：丙烯酰胺；交联剂：N,N-甲叉双丙烯酰胺；催化剂：过硫酸铵或核黄素，提供自由基；加速剂：四甲基乙二胺蛋白质的定量方法：归一化法；外标法（需要标样，目标组分被检测到就可通过定量；进样量的误差直接影响定量结果；测定条件要一致）；内标法；校正曲线定量法列举一种测定蛋白质分子量的方法及原理SDS-PAGE(SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳法)SDS是十二烷基硫酸钠的简称，它是一种阴离子表面活性剂，加入到电泳系统中能使蛋白质的氢键、疏水键打开，并结合到蛋白质分子上，使各种蛋白质-SDS复合物都带上相同密度的负电荷，其数量远远超过了蛋白质分子原有的电荷量，从而掩盖了不同种类蛋白质原有的电荷差别。这样就使电泳迁移率只取决于分子大小这一因素，于是根据标准蛋白质分子量的对数和迁移率所作的标准曲线，可求得未知物的分子量。lgM=AKRm设计实验方案分离4种等电点分别为4、5、6、7的蛋白质因为当环境PH值等于PI值时,蛋白质的溶解度最小,常用于分离和提纯蛋白质或氨基酸.于各种氨基酸都有特定的等电点,因此当溶液的pH值低于某氨基酸的等电点时,该氨基酸带净正电荷,在电场中向阴极移动.若溶液的pH高于某氨基酸的等电点是,则该氨基酸带净负电荷,在电场中向阳极移动.用ph为4,5,6,7的HCl溶液沉淀ABCDHPLC和GC（高效液相色谱和气相色谱）HPLC适用于高沸点、大分子、强极性和热稳定性差的化合物分析（80%）；流动相具有运载样品分子和选择性分离的双重作用；常温下进行，不需要高柱温。GC适用于沸点较低、热稳定性好、中小分子化合物的分析（20%）；流动相只起运载样品分子能力；样品需要气化，分离过程恒温。缓冲溶液的离子组成 1.缓冲液离子的pK值要接近所用的pH 2.采用阳离子交换剂应使用阴离子缓冲液 3.采用阴离子交换剂应选用阳离子缓冲液 4.缓冲液离子不影响被分离物的活性、测定、溶解度离子交换剂的选择 阴阳离子交换剂的选择；强弱离子交换剂的选择；反离子类型的选择；载体的选择交换容量 是指离子交换剂能提供交换离子的量，它反映离子交换剂与溶液中离子进行交换的能力。总交换容量 理论交换容量，它只和离子交换剂本身的性质有关有效交换容量 实际交换容量，与实验条件有很大的关系离子交换剂的基本原理：离子交换层析，是用离子交换剂做固定相，利用它与流动相中的带电粒子进行可逆的交换性质来分带电离子型混合物的层析方法，溶液中的带电粒子因与固定相之间结合力差异而得到分离阳离子交换剂功能基团带负电荷，与阳离子交换阴离子交换剂功能基团带正电荷，与阴离子交换阴离子交换树脂对化学试剂及热都不如阳离子交换树脂稳定离子交换剂的组成部分：载体、电荷基团、平衡粒子（反离子）双水相萃取技术及特点概念：利用溶质在两个互不相溶的水相之间的分配系数不同而进行分离的萃取技术特点：1.含水量高，萃取条件温和，不会引起生物活性物质变性 2.无有机溶剂残留 3.分组时间短，自然分相时间一般为5-15min；4.去细胞片的同时纯化蛋白，使分离过程更加经济 5.通用性强，既适合大分子也适合小分子 6.步骤简单，可连续操作，易于放大常用的双水相体系有:PEG/Dextran和PEG/无机盐体系双水相图1. 双节线（TKB）：上方为双水相，下方为均一相2. 系线（TMB）：系线上各点处系统总浓度不同，但分均组成相同（T、B）体积不同的两相，两相体积近似服从杠杆原理，即VT/VB=BM/MT3. K点：系线的长度是衡量两相之间差别的尺度，系线越长，两相差别越大，反之则越小，在K点，系线长度趋向为0，两相差别消失，任何溶质在两相间的分配系数均为1，此点称为临界点。高聚物的不相容性：各个聚合物分子都倾向于在其周围有相同形状、大小和极性分子，同时，由于不同类型分子间的斥力大于同它们的亲水性有关的相互吸引力，因此聚合物发生分离，形成两个不同的相对聚合物形成双水相系统的倾向，可利用它们的疏水性进行研究超临界流体：即温度和压力略超过或靠近临界温度（高于此温度时，无论加多大压力也不能使气体液化）和临界压力（在临界温度下，气体液化所需的压力）、介于气体和液体之间的流体压力一定时，温度升高，液体密度降低，萃取能力减小超临界流体的密度近似于液相的密度，溶解能力也基本相同，此外，传递性质数值的范围在气体和液体之间（低黏度、高扩散系数、易流动的相）提高溶剂选择性的基本原则：1.操作温度应和超临界流体的临界温度想接近；2.超临界流体的化学性质和待分离溶质的化学性质相接近超临界流体的性质：1.密度类似于液体，因而溶剂化能力很强，密度越大溶解性能越好；2.粘度接近于气体，具有很好的传递性能和运动速度；3.扩散系数比气体小，但比液体高一到两个数量级，具有很强的渗透能力超临界CO2流体萃取的优点：1. CO2临界温度接近于室温，适合于热敏性物质，完整保留生物活性，而且能把高沸点、低挥发度、易热解的物质分离出来；2. CO2的临界压力适中，目前工业水平易送达；3. CO2的临界密度是常用超临界溶剂中较高的，即溶解能力较好；4. CO2无毒、无味、不燃、不腐蚀、价廉、易于精制、回收、无污染在超临界流体选择时，应优先考虑：临界温度、临界压力、临界密度超临界流体常用的分离方法有：等温变压、等压变温、等温等压吸附法常用来作为超临界萃取剂的是CO2超临界CO2流体萃取的局限性：1.对脂溶性成分溶解力较强，而对水溶性成分溶解能力低；2.设备造价较高而导致产品成本中的设备折旧费比例大；3.更换产品时清洗设备比较困难层析技术：是一种条件温和、能分离物化性能差别很小的一组化合物的重要分离技术构成要素：固定相、流动相、支持物（纸层析、薄层层析、柱层析）根据层析技术机理列举4种常见的分离技术，说明其原理1. 吸附色谱，利用吸附剂对组分的吸附能力的差别进行分离的，用来填充柱的物质包括：无机吸附剂、有机吸附剂2. 离子交换色谱，通过带电的溶质分子与离子交换剂中可交换的离子进行交换而达到分离目的的方法3. 凝胶渗透色谱（GPC），含一个固定相和一个移动相，根据被分离物质颗粒大小而达到分离目的4. 亲和色谱（特异配体层析法），利用亲和作用特别是生物亲和作用来分离、纯化生物物质的液相色谱法凝胶过滤层析:是以多孔性凝胶作为介质，利用分子筛原理将生物物质按其分子大小不同而建立起来的一种分离纯化方法（适用于水溶性生物大分子）凝胶过滤层析应用：适用于分离和提纯蛋白质、酶、多肽等；分子大小彼此相差25%的样品，只需通过单一的凝胶床就可完全分开；利用凝胶分子筛特性，可对这些物质进行脱盐、去热源和脱色柱层析的系统组成：蠕动泵、色谱柱、检测器、记录仪、收集器柱层析的操作步骤：预处理，装柱，逆流洗柱，水洗，加样，吸附，洗脱和分离、再生分配层析原理：被分离组分在固定相和流动相之间的分配性质不同而实现分离的构成要素：固定相，极性或非极性溶剂（固定相=支持物+液膜）；流动相，极性或非极性溶剂分子筛效应：分子因大小和形状不同，在凝胶受到的排阻作用有差异，从而造成各组分在凝胶柱中迁移速度不同而得到分离洗脱速度与固、流相关系：在固定相中分配系数大，洗脱慢；在流动相中分配系数小，洗脱快正相层析和反相层析：正相层析，固定相极性流动相极性的层析方法 反相层析，固定相极性流动相极性的层析方法测定蛋白质分子量：高效液相分子筛分子筛为何洗脱体积只与分子量有关：洗脱体积与分子量的对数呈线性关系分子筛在P