现代分离科学与技术复习题

1、1、名词解释 1) 分配系数，指一定温度下，处于平衡状态时，组分在流动相中的浓度和在固定相中的浓度之比，以K表示。分配系数与组分、流动相和固定相的热力学性质有关，也与温度、压力有关。在不同的色谱分离机制中，K有不同的概念：吸附色谱法为吸附系数，离子交换色谱法为选择性系数（或称交换系数），凝胶色谱法为渗透参数2) 絮凝，使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的，这一现象或操作称作絮凝3) 层析分离，是利用各组分物理性质（吸引力、溶解度、分子的形状与大小、分子的电荷性与亲和力）的不同，将多组分混合物进行分离的方法。主要是利用不同物质在固定和流动相上的亲和性

2、差异，利用移动速度的不同进行分离。4) 吸附分离，吸附是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，再用适当的洗脱剂将其解吸达到分离纯化的过程5) 分子印迹技术 分子印迹技术是指为获得在空间结构和结合位点上与某一分子(印迹分子) 完全匹配的聚合物的实验制备技术。 6) 反渗析，利用反渗透膜选择性的只能通过溶剂（通常是水）的性质，对溶液施加压力，克服溶液的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。7) 共沉淀分离，共沉淀分离法是富集痕量组分的有效方法之一，是利用溶液中主沉淀物（称为载体）析出时将共存的某些微量组分载带下来而得到分离的方法8) 离子交换分离

3、，通过分子中的活性离子将溶液中带相反电荷的物质吸附在离子交换剂上，然后用适当的洗脱溶剂将吸附物质再从离子交换剂上洗脱下来，达到分离的目的。9) 沉降分离，在外力场作用下，利用分散相和连续相之间密度差，使之发生相对运动而实现非均相混合物分离。10) 液膜分离，液膜萃取，也称液膜分离，是将第三种液体展成膜状以隔开两个液相，使料液中的某些组分透过液膜进入接收液，从而实现料液组分的分离。11) 临界胶团浓度，表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的最低浓度12) 液膜分离，13) 反相色谱，根据流动相和固定相相对极性不同，液相色谱分为正相色谱和反相色谱。流动相极性大于固定相极性的情况，称为反相色谱。非极性

4、键合相色谱可作反相色谱。14) 密度梯度离心分离，是用一定的介质在离心管内形成一连续或不连续的密度梯度，分离是借助于混合样品穿过密度梯度层的沉降或上浮来达到的15) 泡沫吸附分离，以泡沫作分离介质，并利用各种类型对象物质（离子，分子，胶体颗粒，固体颗粒，悬浮颗粒等）与泡沫表面的吸附相互作用，实现表面活性物质或能与表面活性剂结合的物质从溶液主体（母液）中分离 泡沫分离过程是利用待分离物质本身具有表面活性(如表面活性剂)或能与表面活性剂通过化学的（如配位反应）、物理的力(如静电引力)结合在一起(如金属离子、有机化合物、蛋白质和酶等),在鼓泡塔内被吸附于气泡表面,得以表面富集。然后借气泡上升带出溶液

5、主体并进行收集,再用化学、热或机械的方法破坏泡沫,将溶质提取出来以达到净化主体溶液、浓缩待分离物质的目的。2、问答1) 溶剂萃取过程的机理是什么？什么是萃取？选择萃取剂的原则是什么？常规液-液萃取是利用液液混合物各组分在另一溶剂中溶解度的差异而实现分离。利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度或分配系数的不同，从而达到分离的目的。萃取，又称溶剂萃取或液液萃取，亦称抽提，是利用系统中组分在溶剂中有不同的溶解度来分离混合物的单元操作。即是利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的方法。 1.和原溶液中的溶剂互不相溶

6、2.对溶质的溶解度要远大于原溶剂,萃取剂与溶质相似，相似相溶 3.萃取剂溶解极少量或完全不溶杂质 4.容易与待萃取物质分离5.萃取剂不能与原溶液发生任何反应 6.萃取剂最好是无毒原则：1萃取剂的选择性和选择性系数，萃取剂选择性越高，对溶质溶解能力越大，对于一定分离任务，可减少萃取剂用量，降低回收溶剂操作的能量消耗，并获得高纯度的产品；2萃取剂与稀释剂的互溶度，互溶度越小，越有利于萃取分离；3萃取剂的回收难以与经济性，萃取剂回收越容易，成本越低；4其他物性，萃取剂与被分离混合物有较大的密度差，界面张力要适中，较低的黏度和凝固点，化学稳定性和热稳定性，对设备腐蚀小，来源充分，价格低廉等。2) 在液

7、相色谱、溶剂萃取分离和蒸馏分离过程中，分别涉及的最主要的分子间相互作用是什么？液相色谱设计的分子间作用力主要有，范德华力，静电相互作用等。溶剂萃取主要利用的各组分在溶剂中溶解度的差异，蒸馏分离主要是范德华力3) 试述溶剂萃取的原理及影响因素，简述当前萃取方法的新技术？常规液-液萃取是利用液液混合物各组分在另一溶剂中溶解度的差异而实现分离。萃取剂的选择性，温度等。超临界流体萃取，双水相萃取技术，凝胶萃取，膜萃取，反向胶团萃取，液膜萃取等等4) 简述吸附色谱和凝胶色谱分离技术的原理？吸附色谱法是靠溶质与吸附剂之间的分子吸附力的差异而分离的方法；凝胶色谱是基于分子大小不同而进行分离的一种分离技术，又

8、称之凝胶过滤、凝胶渗透过滤、分子筛过滤、阻滞扩散层析或排阻层析。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，也叫气体萃取、流体萃取、稠密气体萃取、蒸馏萃取，或称之为压力流体萃取。是以超临界条件下的流体为萃取剂，从液体或固体中萃取出特定成分，以达到某种分离目的的一种化工新技术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、快速、无毒、能耗低、产品分离简单，但设备投资较大。6) 何谓双水相萃取，影响双水相萃取有哪些？常见的双水相构成体系有哪些利用物质在互不相容的两水相间分配系数的

9、差异来进行萃取的方法。影响因素：成相高聚物的相对分子量。一般来说，蛋白等高分子量物质易集中于低分子量相；成相高聚物浓度界面张力；分配物质的分子量；盐种类，浓度，电荷；pH值；温度；其它因素。离子型高聚物非离子型高聚物（分子间斥力）。PEG（聚乙二醇）DEXTRAN（葡萄糖）高聚物相对低分子量化合物（盐析作用）。PEG （聚乙二醇） 硫酸铵7) 简述结晶过程中晶体形成的条件，影响结晶的因素主要有哪些？要使固体溶质从溶液中结晶析出，溶液必须呈过饱和状态；也就是必须有过饱和度作为推动力；过饱和溶液是不稳定的，容易析出其中过量的溶质而产生晶核；然后晶核长大，成为宏观的晶体。要使晶核能够产生而且能够长大

10、，需要有一个推动力，这个推动力是一种浓度差，也就是溶液的过饱和度。产生晶核的过程称为成核或晶核形成晶核长大的过程称为晶体。结晶成长。由于过饱和度的大小直接影响着晶核形成过程和晶体生长过程的快慢，而这两个过程的快慢又影响着结晶产品中晶体的粒度及粒度分布，因此过饱和度是考虑结晶问题时一个极其重要的因素。影响因素1、浆料的过饱和度，这个主要由温度来控制，温度越低过饱和度越低。过饱和度越大，则，产生晶核越多，结晶体粒径越小。 2、停留时间，时间越长，则产生的结晶体粒径越大。停留时间与液位有关，液位越高，停留时间越强。 3、容器的搅拌强度，搅拌越强，容易破碎晶体，结晶体粒径越小 4、杂质成分，杂质成分较

11、多，则比较容易形成晶核，结晶体粒径越小。8) 简述气相色谱工作原理及载气流速对色谱分析的影响，利用试样中各组份在气相和固定液液相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时，组份就在其中的两相间进行反复多次分配，由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，便彼此分离，按顺序离开色谱柱进入检测器，产生的离子流讯号经放大后，在记录器上描绘出各组份的色谱峰。载气流速是气相色谱分析的另一重要操作条件，正确地选择载气流速，可以提高色谱柱的分离效能，缩短分析时间，载气流速快，出峰快，过快会造成各组分峰不能完全分开。一般在气相色谱仪中利用转子流

12、量计皂膜流速计等来测量载气的流速流动相是气相，流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后不同的次序从固定相中流出。9) 简述生物分离过程的特点?产品丰富：产品的多样性导致分离方法的多样性；绝大多数生物分离方法来源于化学分离；生物分离一般比化工分离难度大：成分复杂；悬液中的目标产物浓度低；生物活性条件相对温和；生物产品要求高质量；获得高纯度的干燥产品；卫生。10) 膜分离技术的类型和定义？举例说明其应用。膜分离是以天然或合成薄膜为质量分离剂，以压

13、力差、化学位差等为推动力，根据液体或气体混合物的不同组分通过膜的渗透率的差异来实现分离、分级、提纯或富集的过程。微孔过滤（MF）、透析（D）、电渗析（ED）、反渗透（RO）、超滤（UF）、气体分离（GP）和纳滤（NF）。应用：海水淡化，中药提纯，果汁浓缩，血液透析，气体分离等。11) 简述各种膜分离物质的原理、过程及应用渗透是水通过半透膜，从低溶质浓度一侧到高溶质浓度一侧，直到两侧的水的化学位达到平衡。而反渗透是在推动力作用下，溶剂（水）从高溶质浓度一侧到低溶质浓度一侧，克服的是渗透压。反渗透是以压力差为推动力的分离操作，其功能是截留离子物质而仅透过溶剂。过程模型主要有微孔模型、孔隙开闭理论和

14、溶解-扩散理论。海水淡化。微滤：当压力推动流体透过膜或其他过滤介质，从流体中分离微米大小的粒子时，这个过程为微滤。筛分机理，液相澄清，蛋白质液澄清。固相回收，酵母浓缩。超滤膜是按分子大小而去除的压力推动膜过程。一般孔径 为2 - 50nm，能够截留分子量300 500000 Da的物质。一般物质的大小相差10倍时，分离效果最佳。所能除去的物质包括糖、生物分子、高分子聚合物、胶体物质。超滤的一般操作压力为 25 bar。筛分机理，果汁澄清，水处理，反渗透预处理。纳滤（NF）是介于反渗透和超滤之间的一种压力驱动型膜分离技术。过程模型主要有微孔模型、孔隙开闭理论和溶解-扩散理论制造饮用水。12) 简

15、述各种超滤和反渗透膜分离物质的原理及过程。见上题13) 盐析的原理及影响因素？破坏蛋白质分子水化层，电荷中和，使之聚集成更大的分子团。在高浓度中性盐存在下，蛋白质等生物分子物质在水溶液中溶解度降低，产生沉淀的过程。影响因素：溶质种类的影响；溶质浓度的影响，蛋白质浓度大，盐的用量小，共沉淀作用明显，分辨率低，蛋白质浓度小，盐用量大，分辨率高；PH值，影响蛋白质表面静电荷的数量；盐析温度。14) 简述气相色谱工作原理及载气流速对色谱分析的影响。15) 试述溶剂萃取的原理及影响因素，简述当前萃取方法的新技术。16) 微孔膜过滤技术的应用？食品（果汁浓缩，除菌），医药（除菌，中药提纯，），饮用水，检测

16、（微生物限度检查，水质检测，臭氧剂的鉴定）17) 影响电泳分离的主要因素？电泳分离蛋白质的原理是什么？影响电泳的主要因素：带电粒子迁移率、电解质溶液的组成、外加电位梯度、电泳时间等。 在电解质溶液中，位于电场中的带电离子在电场力的作用下，以不同的速度向其所带电荷相反的电极方向迁移的现象。分离的依据:不同带电粒子迁移率的差别蛋白质是两性电解质，当PH > pI时带负电荷,在电场作用下向正极移动:PH > PI时带正电荷,在电场作用下向负极移动：PH=PI时净电荷为零，在电场作用下既不向正极移动也不向负极移动，此时的PH值即是该蛋白的PI值。各种蛋白质中由不同种类的氨基酸一不同的比例组

17、成，因而有不同的等电点，这是其固有的理化常数。蛋白质在电场中汰动一段时间后，便会集中到确定的位置上呈一条致密区带。若样品为混合的蛋白质溶液时，由于不同蛋白质的等电点和分子量是不同的，因此经电泳后，就形成了泳动度不同的区带。利用此性质，便可把混合液中不同的蛋白质(或其它物质)分离开，也可用其对样品的纯度进行鉴定。18) 简述在色谱分离及电泳分离过程中，影响分子迁移与扩散的因素?和功能基极性有关。极性增加的顺序：烷烃、不饱和烃、醚、酯、酮、醛、醇、酚和羧酸，同一类化合物极性基团越多，极性越。 小分子的化合物比大分子的化合物极性大。 和某些细微结构有关，如氢键、异构体等。1. 待分离生物大分子的性质

18、：待分离生物大分子所带的电荷、分子大小和性质都会对电泳有明显影响。一般来说，子带的电荷量越大、直径越小、形状越接近球形，则其电泳迁移速度越快。 2. 缓冲液的性质：缓冲液的pH值会影响待分离生物大分子的解离程度，从而对其带电性质产生影响，溶液pH值距离其等电点愈远，其所带净电荷量就越大，电泳的速度也就越大，尤其对于蛋白质等两性分子，缓冲液pH还会影响到其电泳方向，当缓冲液pH大于蛋白质分子的等电点，蛋白质分子带负电荷，其电泳的方向是指向正极。为了保持电泳过程中待分离生物大分子的电荷以及缓冲液pH值的稳定性，缓冲液通常要保持一定的离子强度，一般在0.020.2，离子强度过低，则缓冲能力差，但如果

19、离子强度过高，会在待分离分子周围形成较强的带相反电荷的离子扩散层（即离子氛），由于离子氛与待分离分子的移动方向相反，它们之间产生了静电引力，因而引起电泳速度降低。另外缓冲液的粘度也会对电泳速度产生影响。 3. 电场强度：电场强度（V/cm）是每厘米的电位降，也称电位梯度。电场强度越大，电泳速度越快。但增大电场强度会引起通过介质的电流强度增大，而造成电泳过程产生的热量增大。4. 支持介质的筛孔：支持介质的筛孔大小对待分离生物大分子的电泳迁移速度有明显的影响。在筛孔大的介质中泳动速度快，反之，则泳动速度慢。19) 什么是电渗？带电质点泳动速度与电渗的关系如何？电渗是支持物本身所带的电荷吸附溶液中性

20、质相反的离子，在电场中移动的结果。其带电愈高，电渗力愈大。当颗粒的泳动方向与电渗方向一致时，加快颗粒的泳动速度；当颗粒的泳动方向与电渗方向相反时，则降低颗粒的泳动速度。20) 试讨论影响高效液相色谱（HPLC）分离度的各种因素，如何提高分离度？ 1) 色谱填充性能液相色谱柱分离性能的优劣，是由固定相粒度、柱长、由柱内径和填充状况决定的柱压降这三个参数度决定的。这三个参数度也决定了样品组分的保留时间，保留时间不仅与色谱过程的热力学因素k有关，还直接与决定柱效与分离度的柱性能参数及流动相的黏度有关，这些参数都是影响色谱分离过程动力学的重要因素。但在高效液相色谱中，分离柱的制备是一项技术要求非常高的

21、工作，一般都 是购买商品柱，很少自行制备。(2) 流动相及流动相的极性液相色谱中，改变淋洗液组成、极性是改善分离的最直接因素。液相色谱不可能通过增加柱温来改善传质。因此大多是恒温分析。流动相选择在液相色谱中显得特别重要，流动相可显著改变组分分离状况。(3) 流速流速大于0.5 cm/s时， Hu曲线是一段斜率不大的直线。降低流速，柱效提高不是很大。但在实际操作中，流量仍是一个调整分离度和出峰时间的重要可选择参数。21) 试述柱层析的基本操作过程。 1 装柱。柱子下面的活塞一定不要涂润滑剂，会被淋洗剂带到产品中的，可以采用四氟节门的。干法和湿法装柱觉得没什么区别，只要能把柱子装实就行。装完的柱子

22、应该要适度的紧密（太密了淋洗剂走的太慢），一定要均匀（不然样品就会从一侧斜着下来）。书中写的都是不能见到气泡，我觉得在大多数情况下有些小气泡没太大的影响，一加压气泡就全下来了。当然假如你装的柱子总是有气泡就说明需要多练习了。但是柱子更忌讳的是开裂，甭管竖的还是横的，都会影响分离效果，甚至作废！2 加样。用少量的溶剂溶解样品加样 ,加完后将底端的活塞打开 ,待溶剂层下降至石英砂面时 ,再加少量的低极性溶剂 ,然后再打开活塞 ,如此两三次 ,一般石英砂就基本是白色的了。加入淋洗剂 ,一开始不要加压 ,等溶解样品的溶剂和样品层有一段距离 (24 cm) ,再加压 ,这样避免了溶剂 (如二氯甲烷等 )

23、夹带样品快速下行。很多样品在上柱前粘性较大 ,上样后在柱上又会析出 ,这一般都是比较大量的样品才会出现 ,是因为填料对样品的吸附饱和所致。有些样品溶解性差,能溶解的溶剂 (比如 DMF,DMSO等)又不能上柱 ,这样就必须用干法上柱了。3 淋洗剂的选择。感觉上要使所需点在rf0.20.3左右的比较好。不要认为在板上爬高了分的比较开，过柱子就用那种极性，假如rf在0.6，即使相差0.2也不轻易在柱子上分开，因为柱子是一个多次爬板的状态，可以通过公式的比较：0.6/0.8一次的分离度，肯定不如（0.2/0.3）的三次方或四次方大。4 样品的收集用硅胶作固定相过柱子的原理是一个吸附与解吸的平衡。所以

24、假如样品与硅胶的吸附比较强的话，就不轻易流出。这样就会发生，后面的点先出，而前面的点后出。这时可以采用氧化铝作固定相。另外，收集的试管大小要以样品量而定，非凡是小量样品，假如用大试管，可能一根就收到了三个样品，wuwu。假如都用小试管那工作量又太大。5 最后的处理。柱分后的产品，由于使用了大量的溶剂，其中的杂质也会累积到产品中，所以假如想送分析，最好用少量的溶剂洗涤一下，因为大部分的杂质是溶在溶剂里的，一洗基本就没了，必要时进行重结晶。另外，再过柱的时候，有时会出现气泡，一是和使用的溶剂有关，假如是易挥发的溶剂，如乙醚、二氯甲烷等，在室温稍高的情况下，很轻易出现这种现象，因此，在室温高的时候，

25、可以选择沸点较高，挥发相对小的溶剂。还有，使用混合溶剂时，使用的两种溶剂的沸点应该相差不大，如：乙酸乙酯和石油醚(6090),而乙醚却要选择3060的石油醚。二是：不论是用带砂板的还是塞棉花的，在装柱之前，都要将空气用加压的方法将空气排干，这样就可避免柱中有空气！过柱子需要耐心，不要着急22) 离子交换过程？离子交换的机理是什么？影响交换速度的因素？ 离子交换法是一种借助于离子交换剂(ion exchange resin)上 的离子和废水中的离子进行交换反应而除去废水中有害离子的方法。机理：离子交换剂上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆化学吸附。影响

26、交换速度的因素1 薄膜扩散： 离子浓度 溶液离子浓度低，树脂交换容量大时，薄膜扩散受阻。 溶液离子浓度过高，树脂易发生收缩现象，内扩散受阻。水流速度水流速度增加，水膜变薄，薄膜扩散加快。 树脂颗粒的大小 树脂颗粒小，比表面积增加，利于薄膜扩散。2 内扩散：离子电荷离子电荷越大，扩散系数越小，不利于内扩散。 树脂交联度 交联度越低，树脂网孔越大，有利于离子的内扩散。 离子的水化度 离子水化程度大，水合离子半径越大，不利于离子的内扩散。23) 根据溶解度不同，蛋白质有几种分离纯化方法。盐析法、有机溶剂沉淀法、重金属盐沉淀法、生物碱或酸类沉淀法、加热变性沉淀法。中性盐对蛋白质的溶解度有显著影响，一般

27、在低盐浓度下随着盐浓度升高，蛋白质的溶解度增加，此称盐溶;当盐浓度继续升高时，蛋白质的溶解度不同程度下降并先后析出，这种现象称盐析，将大量盐加到蛋白质溶液中，高浓度的盐离子(如硫酸铵的SO4和NH4)有很强的水化力，可夺取蛋白质分子的水化层，使之“失水”，于是蛋白质胶粒凝结并沉淀析出。24) 简述中药有效成分常用的提取、分离方法。 1.经典的提取分离方法 传统中草药提取方法有：溶剂提取法、水蒸汽蒸馏法两种。溶剂提取法有浸渍法、渗源法、煎煮法、回流提取法、连续提取等。分离纯化方法有，系统溶剂分离法、两相溶剂举取法、沉淀法、盐析法、透析法、结晶法、分馏法等。2现代提取分离技术的应用 近年应用于中药

28、提取分离中的高新技术有：超临界流体萃取法、膜分离技术、超微粉碎技术、中药絮凝分离技术、半仿生提取法、超声提取法、旋流提取法、加压逆流提取法、酶法、大孔树脂吸附法、超滤法、分子蒸馏法。超临界流体萃取法（SFE）：该技术是80年代引入中国的一项新型分离技术。其原理是以一种超临界流体在高于临界温度和压力下，从目标物中萃取有效成分，当恢复到常压常温时，溶解在流体中成分立即以溶于吸收液的液体状态与气态流体分开。萃取过程一般分为流体压缩萃取 减压分离四个阶段。25) 简述当前手性分离的方法。 1.手性源合成法：是以单一对映体的手性化合物为原料合成另外的手性化合物的单一对映体，是化学家最常采用的方法。2.

29、结晶拆分法：是基于对映体与纯手性物质形成非对映体盐或共价衍生物，然后利用非对映体的性质差异进行分离（如分级结晶），再将衍生物还原为纯对映体。结晶拆分法分为晶体机械拆分法和接种结晶拆分法。3、化学拆分法：此方法是通过化学反应的方法，即用手性试剂将外消旋体中的两种对映体转化为非对应异构体，然后利用非对应异构体之间物理化学性质的不同将二者分开。拆分的关键是选择合适的拆分剂。合适的拆分剂应该是能够与对映体生成非对映异构体，且溶解度差别较大，经拆分后，又易再生为原来的对映体。4.酶拆分法：酶对光学活性异构体有选择性地进行酶解作用，使外消旋体中一种光学异构体酶解较快，而另一种酶解较慢，或者不发生酶解，并在适当条件下被保留而达到分离。5.膜拆分法：氨基酸的生物转移通常是由埋在生物膜中的载体蛋白来完成的，这种转移的对映体选择性非常高，膜法拆分对映体正是这种生物过程的模拟。6.萃取拆分法：利用萃取剂与拆分物