物质分离工程

第一章绪论一、 生物技术下游加工过程的特点：1、发酵液或培养液是产物浓度很低的水溶液2、培养液是多组分的混合液3、生物产品的稳定性差4、队最终产品的质量要求很高二、 生物技术下游加工过程的一般步骤和单元操作（略，见课本吧）三、 生物技术下游加工过程的发展动向将会加强基础理论研究，传统分离技术的提高和完善，新技术的研究与开发，生物技术下游工程与上游工程相结合，强化物理化学作用的影响，生物分离过程的高效集成化，清洁生产。随着商业竞争的增多和生产规模的扩大，产品的竞争优势最终归结为低成本和高纯度，所以成本的控制盒质量控制是生物技术下游加工过程发展的动力和方向。第三章发酵液的预处理和菌种的回收一、 悬浮液的特性：1、发酵产物浓度较低2、悬浮物的颗粒小，细胞的相对密度与培养液相似3、可压缩，非牛顿流体，黏度高4、悬浮状态稳定，双电层，水化膜，布朗运动。二、 悬浮液预处理的目的与方法：目的：1、改变发酵液的物理性质，提高从悬浮液中分离固形物的速率，提高固液分离的效率；2、尽可能使产物转入便于后处理的某一相中；3、出去发酵液中的部分杂质。方法：1、加热法；2、调节悬浮液的PH值；3、凝聚于絮凝；4、使用惰性助滤剂。三、 过滤法：1、 滤饼过滤过滤介质常用多孔织物，其网孔尺寸未必一定须小于被截留的颗粒直径，当悬浮液通过滤饼时，固体颗粒被滤布阻拦而逐渐形成滤饼。2、 深层过滤：孔道弯曲细长，颗粒尺寸比介质孔道小得多，颗粒进入孔道后容易被截留，同时由于液体流过时所引起的挤压和冲击作用，颗粒吸附在孔道的壁面上。3、 错流过滤：如果料液给过滤介质表面一个平行的大流量冲刷，则过滤介质表面积积累的滤饼就会减少到可以忽略的程度，而通过过滤介质的流速则比较小，这种过滤方式称作错流过滤第四章细胞的破碎与分离一、 细胞破碎：选用物理、化学、酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。二、 细胞破碎的方法：1、机械破碎2、物理破碎3、化学破碎4、酶溶破碎四、 酶解法优点：条件温和，能选择性地释放产物，不残留细胞碎片，抽提的速率和效率高，产品的破坏少。缺点：酶价格高，通用性差。五、 自溶法优点：（略） 缺点：容易引起所需蛋白质发生变性，自溶后悬浮液黏度大，过滤速度下降。六、细胞破碎的研究方向：1、多种破碎方法结合使用2、与下游过程相结合3、与上游过程相结合第五章离心分离一、 离心的优缺点：优点：分离速率快；效率高；液相澄清度好。缺点：设备投资高；能耗大；只能得到一种较为浓缩的悬浮液。二、 粒子差速离心:简称差速离心法，是采用逐渐增加离心速率或低速和高速交替进行离心，使沉降粒子在不同离心速率及不同离心时间下分批分离的方法.三、 一般密度梯度离心法:也称分级区带离心,它是把样品铺放在一个连续的液体密度梯度上，然后进行离心，并控制离心分离的时间，使得粒子在完全沉降之前，在液体梯度中移动而形成不连续分离区带四、 等密度离心法：当不同离子存在密度差时，在离心力场作用下，粒子向下沉降或向上浮起，一直移动到与它们密度恰好相等的位置上并形成区带的方法第六章膜分离过程一、 膜分离过程的类型：1、以静压力差为推动力的膜分离过程2、以蒸汽分压差为推动力的膜分离过程3、以浓度差为推动力的膜分离过程4、以电位差为推动力的膜分离过程二、 膜组件的类型：平板式、螺旋卷式、管式、中空纤维式、动态压力过滤器三、 浓差极化：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，在浓度梯度的作用下，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边界，它对水的渗透起着阻碍作用。四、 水通量：膜对纯水的通过量，是用在压力为0.1MPa，温度为20^的条件下，透过一定量纯水所需的时间来测定的。五、 膜污染的原理和处理方法：原理：被处理物料中的微粒、胶体粒子和溶质大分子与膜发生物理化学相互作用或机械作用从而引起在膜表面或膜孔内吸附、堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化。处理方法：1、预处理2、开发新型抗污染的膜3、加大供给液的流速4、化学洗涤5、物理洗涤。六、 渗透：当利用半透膜把两张不同浓度的溶液隔开时,浓度较低的溶液这个的溶剂（如水）自动的透过半透膜流向浓度较高的液体，直到化学位平衡为止的现象.七、 透析：用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能透过的亲水膜将溶质溶液与纯水分隔，在浓差的作用下，小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。第十章溶剂萃取一、 萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间溶解度的不同而使溶质得到分离的方法。二、 分配定律：在一定温度和压力下，溶质分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度比为一常数K。三、 乳化：是指一种液体以细小液滴的形式分散在另一不相溶的液体中。去乳化（看书吧）四、 乳状液的类型：1、水包油2、油包水第十六章沉淀法一、 蛋白质沉淀的方法：1、中性盐盐析法2、等电点沉淀法3、有机溶剂沉淀法4、非离子型聚合物沉淀法5、聚电解质沉淀法6、金属离子沉淀法7、亲和沉淀法。二、 盐析和盐溶的原理及现象：盐析：蛋白质和易溶于水，因为该分子的一COOH、-NH2和一OH都是亲水基团，这些基团与极性水分子相互作用形成水化层，包围于蛋白质分子周围形成1nm〜100nm颗粒的亲水胶体，削弱了蛋白质分子之间的作用力，蛋白质分子表面极性基团越多，水化层越厚，蛋白质分子与溶剂分子之间的亲和力越大，因而溶解度也越大。亲水胶体在水中的稳定因素有两个：即电荷和水膜。因为中性盐的亲水性大于蛋白质分子的亲水性，所以加入大量中性盐后，夺走了水分子，破坏了水膜，暴露出疏水区域，同时又中和了电荷，破坏了亲水胶体，蛋白质分子即形成沉淀。盐溶：在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐［即稀浓度］，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。三、 有机溶剂沉淀法的原理：1、亲水性有机溶剂加入溶液后降低了介质的介电常数，使溶质分子之间的静电引力增加，聚集形成沉淀；2、水溶性有机溶剂本身的水合作用降低了自由水的浓度，压缩了亲水溶质分子表面原有水化层的厚度，降低了它的亲水性，导致脱水凝集四、 金属离子沉淀蛋白质的类型：1、能与羧基、氨基等含氮化合物以及含氮杂环化合物强烈结合的金属离子，如Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+；2、能与羧酸结合而不能与含氮化合物结合的金属离子，如Ca2+、Ba2+、Mg2+、Pb2+；3、能与球技化合物强烈结合的金属离子，如Hg2+、Ag2+、Pb2+。第十七章吸附于离子交换一、 吸附：利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面而从混合物中分离的过程。二、 吸附的类型及特点：1、物理吸附：其特点是吸附不仅限于一些活性中心，而是整个自由界面，无选择性，无需较高的活化能，速度快。2、化学吸附：选择性强，放出大量的热，需较高的活化能，速度慢。3、交换吸附：（看书吧）三、 大网格吸附树脂：特点：脱色除臭效果理想，对有机物具有良好的选择性，物化性质稳定，机械强度好，吸附速度快，易再生；但价格昂贵，吸附效果易受流速以及溶质浓度等因素的影响。五、影响吸附的因素1、 考虑三种作用力：（1）固体与溶质（2）固体与溶剂（3）溶质与溶剂2、 吸附剂性质：（1）吸附容量（2）吸附速度（3）机械强度3、 吸附物性质4、 溶液PH5、 温度6、 其它组分的影响六、 兰格缪尔等温线的前提条件：吸附物分子之间无相互作用力；每一个活性只能吸附一个分子，即形成单分子吸附层；吸附速度与溶液浓度和吸附剂表面未被占据的活性中心数目成正比;解吸速度与吸附剂表面为该溶质所占据活性中心数目成正比七、 离子交换剂选择的原则：1、 目标物强酸（碱）——树脂弱碱（酸）；目标物弱酸（碱）一一树脂强碱（酸）2、 阳离子交换树脂有：氢型（游离酸型）和盐型（Na型）阴离子交换树脂有：羟型（游离碱型）和盐型（Cl型）原则上：弱酸和弱碱树脂应采用盐型强酸和强碱树脂则可根据用途任意使用八、“三床”吸附的优缺点1、 固定床吸附：优点：流体呈平推流，返混小，柱效率高；缺点：无法处理含颗粒的料液。2、 流化床吸附：优点：压降小，可处理高黏度或固体颗粒的粗料液，设备操作简单；缺点:存在严重的返混，利用率低。3、 膨化床吸附：优点：缺点第十八章色层分析法一、 色谱展开的方法：1、洗脱分析法2、前流分析法3、顶替分析法二、 离子交换色层分离法的原理：离子交换色谱是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，蛋白质是由氨基酸组成的聚合物，可以看做聚离子根据其等电点pI调节溶液的PH值，很容易使蛋白质在宏观上带正电荷或负电荷。这样溶液中单一电荷的蛋白质首先被离子交换树脂上的反离子置换并固定在树脂上，然后通过提高溶液中相反离子浓度或降低蛋白质所带电荷数等方法将蛋白质从树脂上洗脱下来，利用它们的表面电荷性质和大小的不同达到分离纯化蛋白质的目的。第十九章电泳一、 电泳的理论基础：在一定pH条件下，某些物质分子会成为带电的粒子，不同的物质，由于其带电性质、颗粒形状和大小不同，因而在一定的电场中它们的移动方向和移动速度也不同，因此可将它们分离。二、 聚丙烯酰胺凝胶电泳的原理：由于聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）是多孔介质，不仅能防止对流，把扩散减少到最低；而且其孔径大小与生物大分子具有相似的数量级，能主动参与生物分子的分离，具有分子筛效应。三、 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的原理：SDS为阴离子去垢剂，与蛋白质分子结合，使蛋白质分子所带电荷相同，并使蛋白质结构变得松散，形状趋于一致。蛋白质的迁移率与分子大小有关。四、 SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳测定蛋白质的方法：以不同分子量的标准蛋白进行SDS电泳得到不同标准蛋白的电泳迁移率，制作标准校正曲线，然后对未知蛋白在相同条件下进行SDS电泳，测定迁移率，从标准曲线得到相应的分子量五、 等电聚焦形成PH梯度的方法：1、 在没有电场时，载体两性电解质的pH值大约是该溶液pH范围的平均值，所有载体两性电解质分子都荷电。2、 当引入电场时，载体两性电解质分子将向阴极或阳极迁移，带有最低等电点的分子（荷最多负电）将最快地向阳极移动；当它达到净电荷为0的位置时才停止，这个位置靠近阳极，由于它具有高的缓冲能力，使环境溶液的pH等于分子本身的pI。3、 其次，一些低pI的载