生物分離工程部分習題和答案

1、第一章 導論一 解釋名詞生物下游加工過程（生物分離工程），生物加工過程 1 、生物下游加工過程（生物分離工程）：從發(fā)酵液、酶反應液或動/植物細胞培養(yǎng)液中將目標產(chǎn)物提取、濃縮、分離、純化和成品化的過程。（ppt 第一章 、課本page 1） 2、生物加工過程：一般將生物產(chǎn)品的生產(chǎn)過程叫生物加工過程，包括優(yōu)良生物物種的選育、基因工程、細胞工程、生物反應工程及目標產(chǎn)物的分離純化過程。（課本page 1）二 簡答題1 生物產(chǎn)品與普通化工產(chǎn)品分離過程有何不同？（生物下游加工過程特點是什么？） 答：生物下游加工過程特點： <1>：發(fā)酵液組成復雜，固液分離困難這是生物分離過程中的薄弱環(huán)節(jié) <

2、;2>：原料中目標產(chǎn)物含量低，有時甚至是極微量從酒精的1/10到抗菌素1/100， 酶1/100萬左右，成本高。 <3>：原料液中常伴有降解目標產(chǎn)物的雜質各種蛋白酶降解基因工程蛋白產(chǎn)物， 應快速分離。 <4>：原料液中常伴有與目標產(chǎn)物性質非常相近的雜質高效純化技術進行分離。 <5>：生物產(chǎn)品穩(wěn)定性差 嚴格限制操作條件，保證產(chǎn)物活性。 <6>：分離過程常需要多步驟操作，收率低，分離成本高提高每一步的產(chǎn)物收得 率，盡可能減少操作步驟。 <7>：各批次反應液性質有所差異分離技術具有一定的彈性。2 生物分離工程在生物技術中的地位？ 答：

3、生物技術的主要目標產(chǎn)物是生物物質的高效生產(chǎn)，而分離純化是生物產(chǎn)品工程的重要環(huán)節(jié)，而且分離工程的質量往往決定整個生物加工過程的成敗，因此，生物分離純化過程在生物技術中極為重要。3 分離效率評價的主要標準有哪些？各有什么意義？（ppt）答：根據(jù)分離目的的不同，評價分離效率主要有3個標準：以濃縮為目的：目標產(chǎn)物濃縮程度（濃縮率m）以純度為目的：目標產(chǎn)物最終純度（分離因子a）以收率為目的：產(chǎn)品收得率（%）4 生物分離工程可分為幾大部分，分別包括哪些單元操作？（簡述或圖示分離工程一般流程及基本操作單元）答：生物分離工程分四大部分：<1>、發(fā)酵液預處理與液固分離。 基本操作單元：過濾、離心&l

4、t;2>、初步純化。 基本操作單元：根據(jù)產(chǎn)品性質而定<3>、高度純化。 基本操作單元：根據(jù)產(chǎn)品性質而定，技術要有高度選擇性<4>、成品加工。 基本操作單元：結晶、干燥5 在設計下游分離過程前，必須考慮哪些問題方能確保我們所設計的工藝過程最為經(jīng)濟、可靠？(ppt)答：<1>、目標產(chǎn)物性質及其共存雜質的特性 <2>、充分考慮目標產(chǎn)物商業(yè)價值<3>、考慮生物加工過程自身規(guī)模 <4>、采用步驟次序相對合理<5>、盡可能采用最少步驟 <6>、產(chǎn)品穩(wěn)定性與物性<7>、產(chǎn)品規(guī)格與型式 <8

5、>、生產(chǎn)過程中廢水等排放6 下游加工過程的發(fā)展趨勢有哪些方面？（ppt）答：成本控制 和 質量控制7 純化生物產(chǎn)品的得率是如何計算的？若每一步純化產(chǎn)物得率為90%，共6步純化得到符合要求產(chǎn)品，其總收率是多少？答：得率=產(chǎn)品中目標產(chǎn)物總量/原料中目標產(chǎn)物總量總收率=（90%）6 =53.1441%第二章 發(fā)酵液預處理一 解釋名詞凝聚：在中性鹽作用下，由于雙電層排斥電位降低使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。絮凝：在絮凝劑高分子聚合分子的作用下，基于架橋作用，膠體顆粒和聚合物交連成網(wǎng)，形成10 mm大小的絮凝團過程。是一種以物理集合為主的過程。凝聚劑：讓不穩(wěn)定的膠體微粒（或者凝結過程中形成的微粒）聚合在

6、一起形成集合體的過程中所投加的試劑的統(tǒng)稱。 過濾：利用多孔介質（如濾布、微孔膜、致密膜）截流懸浮液中的固體粒子，進行液固分離的過程。離心：在離心力作用下，利用固體和液體之間的密度差達到沉降分離目的。細胞破碎：利用外力破壞細胞膜和細胞壁，使細胞內容物包括目的產(chǎn)物成分釋放出來的技術包含體：指細胞或細菌中高表達的蛋白質(也可以匯同其他細胞成分)聚集而成的不溶性顆粒。二 簡答題1 為什么要進行發(fā)酵液的預處理？常用處理方法有哪幾種？答：提高過濾速度與過濾質量 改變發(fā)酵液性質(黏度、顆粒­、顆粒穩(wěn)定性) 去除部分雜質 使產(chǎn)物轉入到易處理的相中（通常是液相）方法： 加熱、調節(jié)、pH凝聚、絮凝2 凝

7、集與絮凝過程有何區(qū)別？如何將兩者結合使用？常用的絮凝劑有哪些？答：凝集：在中性鹽作用下，由于雙電層排斥電位降低使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。機制：破壞雙電層、水化層解體膠體吸附、氫鍵結合等。絮凝劑種類：A、陽離子類：如聚丙烯酰胺(+)、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺；B、陰離子類：如聚丙烯酸鈉、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺(-)；C、非離子類：如聚丙烯酰胺(0)、環(huán)氧化乙烯。3 發(fā)酵液預處理中凝聚劑主要起什么作用？絮凝機理是什么？答：絮凝劑主要起中和電荷、架橋和網(wǎng)絡作用（范德華力、氫鍵）。在絮凝劑高分子聚合分子的作用下，基于架橋作用，膠體顆粒和聚合物交連成網(wǎng)，形成10 mm大小的絮凝團過程。是一種

8、以物理集合為主的過程。4 細胞破碎的方法包括哪幾類？工業(yè)上常用的方法有哪些？為什么？答：機械法：固體剪切法(珠磨法、壓榨法、撞擊法) 液體剪切法（高壓勻漿法、超聲波破碎）非機械法：酶溶胞作用、化學溶胞作用（酸堿法、表面活性劑法、抗生素）、物理溶胞作用（有機溶劑膨脹法、滲透沖擊、凍融、 激光、高速切相流撞擊、冷凍噴射）、干燥處理工業(yè)常用方法：高壓勻漿法、高速珠磨法5 沉降與離心的異同？答：沉降：溶液中的顆粒或溶質在重力或離心力作用下發(fā)生沉淀的現(xiàn)象。沉降的結果使分散體系發(fā)生相分離?？衫脩腋≡诹黧w(氣體或液體)中的固體顆粒下沉而與流體分離。利用懸浮的固體顆粒本身的重力而獲得分離的稱做重力沉降。利用

9、懸浮的固體顆粒的離心力作用而獲得分離的稱做離心沉降。離心：在離心力作用下，利用固體和液體之間的密度差達到沉降分離目的。離心力（ r2）大小對固液分離度很有影響，細胞懸浮液和其他顆粒尺寸多不大，并且液體黏度通常較大，因此要通過增大離心力來提高分離效果。6 離心設備可分為哪兩大類？按分離因子Fr不同，離心機一般分為哪幾類？答：管式離心機（最簡單，可供較大離心力；可用冷卻水冷卻；懸浮液由管底進，澄清液由管口出），蝶片式離心機（流速與碟片數(shù)、微粒與轉鼓軸間距離有關）按分離因子不同，可分：1)、常速離心機 2)、高速離心機 3)、超速離心機7 常用的離心沉降設備有哪些？常用的過濾設備有哪些？答：離心沉降

10、設備：管式離心機、多室離心機（管式離心機的變形）、碟式離心機（人工排渣式、噴嘴排渣式、活塞排渣式等）、螺旋卸料沉降離心機、離心過濾機、三足式離心機過濾設備可分：加壓過濾設備（板框過濾機、加壓葉濾機）減壓過濾設備（轉鼓真空過濾器、圓盤真空過濾器、帶式真空過濾器）重力過濾設備（離心過濾機）8 固-液分離主要包括哪些方法和設備？答：1、過濾 (重力過濾、加壓過濾、減壓過濾) 2、離心沉降（各種離心機）3、重力沉降4、氣懸浮過濾設備類型：加壓過濾設備： 板框過濾機、加壓葉濾機減壓過濾設備： 轉鼓真空過濾器、圓盤真空過濾器、帶式真空過濾器重力過濾設備： 離心過濾機離心設備：生物工業(yè)所用的離心機多為高速離

11、心機。離心機主要包括以下幾類： 管式離心機： 多室離心機（管式離心機的變形） 碟式離心機：（人工排渣式、噴嘴排渣式、活塞排渣式等） 螺旋卸料沉降離心機 離心過濾機 三足式離心機9 試比較固液分離中過濾和離心分離技術的特點。答：過濾在結晶體類、顆粒相對較大時（非粘性物料）的處理時較好用。離心在顆粒細微（最小可達到納米級別），或是粘性物料處理時比較合適。10 高壓勻漿與高速珠磨破碎法各有哪些優(yōu)缺點？答：高壓勻漿：優(yōu)點是細胞經(jīng)歷了高速造成的剪切、碰撞、高壓到常壓的變化，從而造成細胞破碎。 缺點是較容易造成堵塞的絲狀真菌、放線菌以及較小的G+菌不適合用本法。 能耗：蛋白質與酶的失活主要是由于勻漿過程中

12、產(chǎn)生熱所至。將溫度控制在35C以下，損失可以忽略不計。 高壓勻漿一般需多級循環(huán)操作，每次循環(huán)前需要進行級間冷卻。 壓力可提高細胞破碎效果，但同時需要增加能耗和帶走熱量付出的代價。 主要能耗是高壓和維持低溫操作能量消耗。高速珠磨破碎法： 破碎率與能耗成正比。增加裝珠量或延長破碎時間或增加轉速均可提高破碎率，但同時能量消耗和產(chǎn)熱增加，提高了制冷費和總能源消耗量。當破碎率80%，能耗急劇增加。11 比較工業(yè)常用的過濾設備優(yōu)缺點。離心與過濾各有什么優(yōu)缺點？答：板框過濾機的優(yōu)點是過濾面積大、過濾壓力可較大幅度調整和耐受較高壓力差，應用范圍廣；結構簡單，價廉，動力消耗少； 缺點是不能連續(xù)操作，勞動強度大，

13、衛(wèi)生條件差，非生產(chǎn)周期長。加壓葉濾機：在密閉條件下操作，適應無菌過濾；機械裝卸簡單，清洗容易； 價高，更換過濾介質困難。轉鼓真空過濾機：能連續(xù)操作和自動化生產(chǎn)； 壓差小，主要適應于霉菌發(fā)酵液。離心法分離液體和固體的優(yōu)點是技術容易掌握，分離結果重復性好，通過增加轉速和延長離心時間可以使得一些難以過濾的物質（細胞碎片等）沉降下來，但缺點是難以除去一些密度較小的物質。生產(chǎn)投資較高，噪聲較大等。過濾技術難以掌握，影響因素很多，常出現(xiàn)顆粒泄漏和膜堵塞等問題，生產(chǎn)中穩(wěn)定性不如離心好，常需要有經(jīng)驗的工人從事操作。但如果分離介質選擇恰當和掌握好技術，對于一些密度差小離心難以分離的顆粒物質?？扇砍?。第3章

14、沉淀與結晶 一 解釋名詞沉 淀: 由于物理環(huán)境變化（加入試劑、加熱等），改變溶劑和溶質的能量平衡來降低溶質溶解度，使溶質生成固體顆粒沉降析出的現(xiàn)象。結 晶: 從均勻液相或氣相形成一定形狀、大小的分子、原子或離子有規(guī)則排列的固體顆粒的過程。（工業(yè)結晶一般以液相為主）鹽 析: 蛋白質在高離子強度溶液中溶解度降低產(chǎn)生沉淀的現(xiàn)象。鹽 溶: 低鹽離子強度下，隨著離子強度增加蛋白質溶解度升高的現(xiàn)象。鹽析結晶: 在高離子強度溶液中,蛋白質形成一定形狀、大小的分子、原子或離子有規(guī)則排列的固體顆粒的過程。鹽析沉淀: 由于溶液中離子的加入試劑，改變溶劑和溶質的能量平衡來降低溶質溶解度，使溶質生成固體顆粒沉降析出的

15、現(xiàn)象。硫酸銨飽和度: 指在100g硫酸銨溶液中硫酸銨在溶液中所占質量分數(shù)。晶 種: 在結晶法中，通過加入不溶的添加物即晶種，形成晶核，加快或促進與之晶型或立體構型相同的對映異構體結晶的生長。晶 核：晶體的生長中心。晶 型：飽和溶液：如果向溶劑中加入足夠量的固體溶質，一定時間后溶劑中的溶質濃度不再升高，溶質在固液之間達到平衡，此時溶液中的濃度稱為溶解度或飽和濃度；該溶液稱為飽和溶液。過飽和溶液：一定溫度、壓力下，當溶液中溶質的濃度已超過該溫度、壓力下溶質的溶解度，而溶質仍不析出的現(xiàn)象叫過飽和現(xiàn)象，此時的溶液稱為過飽和溶液。 飽和度：某種溶液的飽和度是指在100g該溶液中溶質在溶液中所占質量分數(shù)。

16、二 簡答題1 根據(jù)加入沉淀劑的不同沉淀分離主要包括哪幾類？答：沉淀分離的主要方法： 1）鹽析沉淀法 2）有機溶劑沉淀法 3）|pH水 p I| Value調節(jié)法 4）親水聚合物沉淀法 5）聚電解質絮凝法 6）高價金屬離子沉淀法 7）親和沉淀法2 常用的蛋白質沉淀方法有哪些？有機溶劑沉淀蛋白質的機理什么？用乙醇沉淀蛋白質時 應注意哪些事項？答：常用的蛋白質沉淀方法有： 蛋白質鹽析沉淀、蛋白質等電點沉淀、有機溶劑沉淀法及運用沉淀動力學沉淀法等。有機溶劑沉淀蛋白質的機理是：向蛋白質溶液中加入有機溶劑，水的活度降低。隨著有機溶劑溶度的增大，水對蛋白質分子表面荷電基團的水化程度降低，液體的介電常數(shù)下降，

17、蛋白質分子間的靜電引力增大，從而凝聚和沉淀。用乙醇沉淀蛋白質時 應注意的事項：1、低溫條件下操作可以提高收率和減少蛋白質失活變性（加入有機溶劑為放熱反應）；2、采用的有機溶劑必須與水互溶，與蛋白質不發(fā)生作用；3、蛋白質分子量越大，需要加入的溶劑量越少；4、一種蛋白質的溶解度常會因為另一種蛋白質存在而降低；5、沉淀的蛋白如果不能再被溶解，可能已經(jīng)變性；6、很多酶和蛋白質在20-50%（V/V）就能產(chǎn)生沉淀；當溶劑量達到50%時，通常只有 分子量1500的蛋白留在溶液中；7、PH=PI時，需要加入的溶劑量減少；8、鹽析法沉淀的蛋白質采用有機溶劑精制時必須與先進行透析。3 影響鹽析的主要因素有哪些？

18、在工藝設計中如何應用？ 答：用Cohn經(jīng)驗公式來看 lgS=-KsI 影響鹽析的主要因素有: ：與蛋白質種類、溫度、pH有關，與無機鹽種類無關Ks：與無機鹽種類、蛋白質種類（不同蛋白之間溶解度相差不超過1倍）有關，與溫 度、pH無關.在工藝設計中如何應用？4 如何確定鹽析過程中需要加入硫酸銨的量？答：0300C 溶解度變化很小，加入水中后溶液體積會變大（必須考慮到）。 200C 1L加至飽和濃度時體積變大為：1.425L(實際應加入) 761g 因此，要使1L溶液濃度由M1增加到M2需要加入多少克（NH4）2SO4需要按下式計算： 200C時 G=533（M2-M1）/（4.05-0.3M2）

19、或533（S2-S1）/（100-0.3S2） 00C時 G=505（M2-M1）/（3.825-0.285M2）或505（S2-S1）/（100-0.285S2）5 簡述有機溶劑沉淀的原理。答：有機溶劑沉淀的原理： 親水性有機溶劑加入溶液后降低了介質的介電常數(shù)，使溶質分子之間的靜電引力增加，聚集形成沉淀；水溶性有機溶劑的水合作用降低了自由水的濃度，壓縮了親水溶質分子表面原有水化層的厚度，降低了它的親水性，導致脫水凝集。6沉淀與結晶有何不同？答：結晶為同類分子或離子以有規(guī)則排列形式析出，沉淀為溶質分子或離子以無規(guī)排列形式析出，構成成分復雜（目標分子、雜質、溶劑等）。（沉淀與結晶的聯(lián)系： 在本質

20、上都是新相析出的過程，主要是物理變化，當然也存在化學反應的沉淀或結晶。）7 結晶操作的原理是什么？常用結晶器包括哪兩種類型？如何選擇結晶設備？答：結晶操作的基本原理：使溶液處于過飽和狀態(tài)。 工業(yè)結晶設備主要有： 冷卻式、 蒸發(fā)式（常壓蒸發(fā)、減壓蒸發(fā)） 結晶器的選擇：根據(jù)目標產(chǎn)物溶解度曲線確定目標產(chǎn)物溶解度隨溫度升高而顯著升高則可選用其中任何一類；否則只能選用蒸發(fā)式結晶設備。8 粒子大小與溶解度有何關系？答：粒子大小與溶解度：顆粒直徑越小，溶解度越大。 溶解度還與顆粒大小有關，微小顆粒的溶解度大于較大直徑的顆粒。從熱力學方法可得 到顆粒大小與溶解度的關系： （ C 普遍晶體溶解度 Cs半徑為rc

21、的晶體溶解度 結晶界面張力 Vm晶體摩爾體積 R氣體常數(shù) T絕對溫度 ）9 有哪些方法造成溶液過飽和？答：冷卻；蒸發(fā)結晶；加溶質。10 繪制飽和溫度曲線和過飽和溫度曲線，并標明穩(wěn)定區(qū)、亞穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)。并簡述其意義11 影響硫酸銨鹽析效果的主要因素有哪些？公式Ig S=- Ks I 中、Ks各與什么因素有關？答：影響硫酸銨鹽析的因素：Ig S=- Ks I。式中, S為蛋白質的溶解度(g/L)；I為離子強度；m 為鹽的摩爾濃度；值為蛋白質在純水中(I=0時)的假想溶解度對數(shù)值，是pH值和溫度的函數(shù)。在蛋白質pI時最小，與蛋白質種類、溫度、pH有關，與無機鹽種類無關；Ks 為鹽析常數(shù)，與鹽和蛋

22、白質種類有關，與溫度和pH值無關。第4章 萃取 1萃?。菏抢萌苜|在互不相溶的兩相之間分配系數(shù)的不同，使溶質得到純化或濃縮，從而提取原料中目標產(chǎn)物的方法。2反萃取(Back extraction) ： 調節(jié)水相條件，將目標產(chǎn)物從有機相轉入水相的萃取操作過程。3分配系數(shù)：溶質在兩相中的總濃度之比。4有機溶劑萃?。河门c水互不相溶的有機溶劑作為萃取劑，利用生物物質在兩相中分配系數(shù)的差異進行分離的過程5分離因子：衡量分離的程度用分離因子表示6乳化：水或有機溶劑以微小液滴形式分散于有機相或水相中的現(xiàn)象。7膠 團(micelles): 表面活性劑在連續(xù)的水相自發(fā)締合形成納米尺度水溶性聚集體。 是一種透明的

23、、熱力學穩(wěn)定的體系。8臨界膠束濃度：是S在水溶劑中形成膠束的最低濃度。 9.反 膠 團(reverse micelles): 表面活性劑在連續(xù)有機溶劑中自發(fā)締合形成納米尺度水溶性聚集體，是一種透明的、熱力學穩(wěn)定的體系。1011溶解度參數(shù):是衡量液體材料相容性的一項物理常數(shù)。其物理意義是材料單位體積內聚能密度的開平方12介電常數(shù): 是化合物mol極化程度的量度，又稱電容率。表征電介質極化性質的宏觀物理量。定義為電位移D和電場強度E之比D=E13 HLB值：親水親油平衡值。=(親水基團的分子量/ 疏水基團的分子量)*20 14萃取因數(shù):也稱萃取比，其定義為被萃取溶質進入萃取相的總量與該溶質在萃余相

24、中總量之比。15帶溶劑: 帶溶劑是指易溶于溶劑中并能夠和溶質形成復合物且此復合物在一定條件下又容易分解的物質，也稱為化學萃取劑。對于水溶性強的溶質，可利用脂溶性萃取劑與溶質間的化學反應生成脂溶性復合分子，使溶質向有機相轉移。這種溶劑稱為帶溶劑16超臨界流體:是指超過臨界溫度與臨界壓力狀態(tài)的流體.17超臨界流體萃取:利用超臨界流體為萃取劑的萃取操作。18雙水相萃?。豪蒙镂镔|在互不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異進行分離的過程19液膜萃?。阂砸耗榉蛛x介質、以濃差為推動力的液-液萃取與反萃過程結合為一體的分離過程。20多級逆流萃取：P105二 簡答題1 生物物質的萃取與傳統(tǒng)的萃取相比有哪些不同點？

25、答：生物萃取要盡可能保證分離目標產(chǎn)物的活性。目標分離物量少。還有超臨界流體萃取等新萃取技術的使用。2 溶劑萃取按參與溶質分配的兩相不同而分為哪5類？有機溶劑萃取中產(chǎn)生乳化后使有機相和水相分層困難，一般會出現(xiàn)哪兩種夾帶？各產(chǎn)生什么后果？答：有機溶劑萃取，雙水相萃取，液膜萃取，反膠團萃取，超臨界流體萃取兩種夾帶及后果：發(fā)酵液中夾帶有機溶劑微滴，使目標產(chǎn)物受到損失； 有機溶劑中夾帶發(fā)酵液給后處理操作帶來困難。3 萃取過程（方式）設計分為哪幾種類型？答：混合-澄清式，多級錯流接觸萃取，多級逆流接觸萃取，分餾萃取，微分萃取4 pH 對弱電解質的萃取效率有何影響？答：弱酸性電解質分配系數(shù)雖ph減小而增大，

26、弱堿性電解質相反。5發(fā)酵液乳化現(xiàn)象是如何產(chǎn)生的？對分離純化產(chǎn)生何影響? 影響乳濁液穩(wěn)定的因素主要有哪些？如何有效消除乳化現(xiàn)象？答：是發(fā)酵液中存在的蛋白質和固體顆粒等物質，這些物質具有表面活劑性的作用，使有機溶劑和水的表面張力降低（乳化劑），產(chǎn)生兩種乳濁液： 油包水型W/O乳濁液、水包油型O/W型乳濁液。乳化后使有機相和水相分層困難，出現(xiàn)兩種夾帶：發(fā)酵液中夾帶有機溶劑微滴，使目標產(chǎn)物受到損失；有機溶劑中夾帶發(fā)酵液給后處理操作帶來困難。影響因素：表面活性劑的種類，濃度影響表面張力，介質黏度：較大時能增強保護膜的機械強度。液滴帶電：相同電荷的顆?；ハ嗯懦舛S持乳濁液穩(wěn)定。如何消除：P101在操作前，

27、對發(fā)酵液進行過濾或絮凝沉淀處理，可除去大部分蛋白質及固體微粒，防止乳化現(xiàn)象的發(fā)生。乳化產(chǎn)生后，采取適當?shù)钠迫槭侄?物理方法：過濾或離心沉降乳化現(xiàn)象不嚴重，可采用的方法。 加熱 稀釋 吸附 加電解質化學方法： 對于O/W型乳濁液，加入親油性表面活性劑，可使乳濁液從O/W型轉變成W/O型， 對于W/O型乳濁液，加入親水性表面活性劑，如SDS（十二烷基磺酸鈉）或PPB（溴代十五烷基砒碇）可達到破乳的目的。6 液液萃取從機理上分析可分為哪兩類？答：物理萃取（Physical extraction) ：根據(jù)相似相溶原理，溶質在兩相之間達到分配平衡，萃取劑與溶質之間不發(fā)生化學反應的萃取操作。化學萃?。≒h

28、ysical extraction) ：利用脂溶性萃取劑與溶質之間發(fā)生化學反應生成脂溶性復合分子，使溶質優(yōu)先向有機相分配的萃取操作。7 常見物理萃取體系由那些構成要素？答：萃取劑，原溶劑（稀釋劑），溶質（被萃取的物質）8 何謂萃取的分配系數(shù)？其影響因素有哪些？答：溶質在兩相中的總濃度之比。影響因素：水相ph，溫度，無機鹽，有機溶劑或稀釋劑種類。9 何謂超臨界流體萃?。科涮攸c有哪些？提高超臨界流體萃取選擇性的原則是什么？ 答：它是利用超臨界流體（supercritical fluid，SCF），即其溫度和壓力略超過或靠近臨界溫度（Tc）和臨界壓力（pc），物理性質介于氣體和液體之間的流體作為萃取

29、劑，從固體或液體中萃取出某種高沸點或熱敏性成分，以達到分離和提純的目的萃取操作。 特點：1）具有與液體同樣的凝聚力、溶解力。2）黏度小、擴散系數(shù)接近氣體，有很高的萃取速度；滲透性好，可簡化預處理過程。3）密度隨T、P產(chǎn)生較大變化，對物質萃取具有良好的選擇性，萃取后容易分離。提高超臨界流圖選擇性的基本原則： 1）操作溫度與臨界溫度接近2）超臨界流體化學性質與目標產(chǎn)物接近10何謂雙水相萃取? 影響生物分子在兩水相中分配的因素有哪些？常見的雙水相構成體系有哪些？答：雙水相萃取是利用生物物質在互不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異進行分離的過程影響因素：成相聚合物分子量與濃度，無機鹽的種類和濃度，PH值，溫

30、度雙聚合物系統(tǒng)聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dx)體系。聚合物與無機鹽的混合溶液，例如，PEG/磷酸鉀、PEG/磷酸銨、PEG/硫酸鈉等常用于生物產(chǎn)物的雙水相萃取。11 影響生物分子在兩水相中分配的因素有哪些？兩水相萃取應用中最突出的問題是什么？答：因素（成相聚合物分子量與濃度，無機鹽的種類和濃度，PH值，溫度） 突出問題：表面張影響分配系數(shù)的因素好很多，給雙水相系統(tǒng)的選擇和設計帶來很大困難，成本，回收。12 反膠團萃取特點有哪些？反膠團溶解作用機理有哪幾種理論模型？答：P149，P15113 圖示單級萃取、多極錯流萃取、多極逆流萃取設備流程。答：P101,102,10514 圖示反膠束萃取多步

31、間歇混合澄清和連續(xù)萃取反萃取設備流程。答：P162,16315 圖示或簡述超臨界流體萃取的操作方法。P173答：等溫法：改變壓力、溫度不變；高壓萃取低壓分離。等壓法：改變溫度實現(xiàn)萃取。吸附法：利用選擇性吸附劑吸附目標產(chǎn)物，有利于提高萃取選擇性。 第五章 吸附與離子交換一 解釋名詞吸附(adsorption)：溶質從液相或氣相轉移到固相的現(xiàn)象。吸附劑(adsorbent)： 用于吸附操作的、在表面上能發(fā)生吸附作用的固體。吸附等溫線：即在一定溫度下，固體吸附量是濃度的函數(shù)。大網(wǎng)格樹脂吸附劑：有機高分子聚合物的多孔網(wǎng)狀結構。具有選擇性好、解吸容易、機械強度好、流體阻力較小、價格高的特點。離子交換劑：

32、一種含有可解離基團的物質，常用作離子交換層析介質，其解離基團能與溶液中的其他離子起交換作用，可分為陽離子交換劑和陰離子交換劑。離子交換樹脂：帶有官能團、具有網(wǎng)狀結構、不溶性的高分子化合物。交換容量(exchange capacity) ：指單位質量的干燥離子交換劑或單位體積的濕離子交換劑所能吸附的一價離子的毫摩爾數(shù)(mmol)。交聯(lián)度：合成樹脂中單體中DVB（二乙烯苯）的百分含量。（通常為812%）交聯(lián)度越大，樹脂越堅固，在水中越不容易膨脹；達到平衡速度慢，選擇性高。 穿透點(breakthrough point):出口處溶質濃度開始上升的點穿透曲線(breakthrough curve)：指

33、吸附塔中溶質濃度的變化曲線二 簡答題1 影響吸附過程因素有哪些？如何選擇吸附分離的操作條件（包括吸附與解吸）？答：固體在溶液中的吸附比較復雜，影響因素也較多，主要有吸附劑、 吸附質、溶劑的性質以及吸附過程的具體操作條件等。主要因索 簡述如下（1.）吸附劑的特性（組成結構、容量、穩(wěn)定性 ）（2）.吸附物的性質（熔點、締合、離解、氫鍵等）（3.）溶劑（單、混合）2 親和吸附的原理和特點是什么？答：親和吸附原理：親和吸附依靠于涪質和樹脂之間特殊的化學作用，這不同于依靠范德華力的傳統(tǒng)吸附及離子交換靜電吸附。親和吸附具有更高的選擇性，吸附劑由載體與配位體兩部分組成。載體與配位體之間以共價鍵或離子簇相連，

34、但載體不與溶質反應。相反，被束縛的配位體有選擇地與溶質反應，當涪質為大分子時，這種作用表示為“鑰匙和鑰匙”的機制，大致可分為三步： 配基固定化  選舞合適的配基與不溶性的支撐載體偶聯(lián)，或共價結合成具有特異親和性的分離介質。 吸附樣品  親和吸附介質選擇性吸附酶或其他生物活性物質，雜質與層折介質問沒有親和作用，故不能被吸附而被洗滌去除。 樣品解析  選擇適宜的條件，使被吸附的親和介質上的酪或其他生物活性物質解吸。 親和吸陽的特點： 親和吸附酌最大優(yōu)點在于，利用它從租提液中經(jīng)過一次簡單的處理便可得到所需的高純度活性物質。此外親和吸附具有對設備要求不高、操作簡便、適用范

35、圍廣、特異性強、分離速度快、分離效果好、分離條件溫和等優(yōu)點，其主要缺點是親和吸附劑通用性較差，要分離一種物質得重新制備專用的吸附劑；由于洗脫條件較苛刻，須很好地控制洗脫條件，以避免生物活性物質的變性失話。3 常用的離子交換樹脂類型有哪些？影響離子交換速度的因素有哪些？ 答：離子交換樹脂有多種分類力濁，主要有四種：第種按樹脂骨架的主要成分分類，如聚苯乙烯型樹脂、聚丙烯酸測樹脂、環(huán)氧氯丙烷型多烯多胺型樹脂、酚醛型樹脂等；第二種按聚合的化學反應分為共聚型樹脂和縮聚型樹脂；第三種按骨架的物理結構分類，可分為凝膠型樹脂亦稱微孔樹脂、大網(wǎng)格樹脂亦稱大孔樹脂、以及均孔樹脂；第四種按活性基團分類，分為含酸性基

36、團陽離子交換樹脂和含堿性基閉的陰離子交換樹脂。由于活性基團的電離程度強弱不同又可分為強酸性和弱酸性陽離子交換樹脂及強堿性和弱堿性陰離子交換樹脂。此外，還有含其他功能基團的整合樹脂、氧化還原樹脂以及兩性樹脂等。 影響交換速度的因素有： 顆粒大?。唤宦?lián)度；  溫度；離子的化合價；離子的大小；攪拌速度；溶液濃度4、用于蛋白質提取分離的離子交換劑有哪些特殊要求，主要有哪幾類？ 答：蛋內質是高相對分子質量化合物，它的體積比無機離子大很多；蛋白質是帶有許多可解高基團的多價的兩性電解質，在不同的pH值下，可以帶不同數(shù)目的正電荷或負電荷；蛋白質有四級結構，只有在溫和條件下，才能維持高級結構，否則將遭

37、到破壞而變性。因此，陳一般樹脂具備的性能外，適用于蛋白質分離純化用樹脂還需有特殊的性能，首先，必須具備良好的親水性；其次需具備均勻的大網(wǎng)結構，以容納大體積蛋白質；選擇適當電荷密度的交換劑，以免引起蛋白質空間構象變化導致失活粒度越小，分辨率越高，一般分為租、中粗、細、超細等不同規(guī)格，要求粒徑均勻；根據(jù)應用目的的不同可選用工業(yè)級、分析級、生物級、分子生物級等不同級別的交換別。用于蛋白質提取分離的離子交換劑主要有： 多糖類，以多糖為母體的離子交換劑是經(jīng)典的分離生物大分子的材料。纖維素、交聯(lián)葡萄糖、交聯(lián)瓊脂糖樹脂均為具有網(wǎng)狀結構的親水性骨架，可允許生物大分子透過而不發(fā)生變性； 聚乙烯酵類； 聚丙烯酸經(jīng)

38、乙酯類； 系離子交換樹脂5 試比較固定床、膨脹床、流化床的優(yōu)缺點。固定床：優(yōu)點：流體在介質層中基本上呈平推流，返混小，柱效率高。缺點：無法處理含顆粒的料液，因會堵塞床層，造成壓力降增大而最終使操作無法進行。流化床：優(yōu)點：壓降小，可處理高黏度或固體顆粒的粗料液。不需要特殊吸附劑，設備操作簡單。缺點：存在嚴重的返混，特別是高徑比很小的流化床，使床層理論塔板數(shù)降低，吸附劑的利用率低。膨脹床：優(yōu)點： 綜合固定床和流化床的優(yōu)點，使吸附顆粒實現(xiàn)穩(wěn)定分級，順利通過床層。可直接處理菌體發(fā)酵液或細胞勻漿液，提高目標產(chǎn)物收率，降低分離純化過程成本。缺點：操作較復雜和繁瑣，需要一定的手工控制，多操作人員的技能和熟練

39、程度要求較高；必須控制料液在適當濃度范圍內；介質的污染嚴重，需要嚴格的清洗和再生操作。6 離子交換劑性能評價主要包括哪些方面？各有什么意義？1外觀)大多數(shù)商品樹脂多制成球形，其直徑為0.21.2mm。球形的優(yōu)點是增大比表面積、提高機械強度和減少流體阻力。2膨脹度：膨脹是可逆地進行的，其程度隨樹脂的交聯(lián)度、相反離子的種類和濃度、外部溶液的濃度而變化，交聯(lián)度大的樹脂，膨脹度小，因而由于實驗條件的變化而引起的膨脹度的差異就小。但交聯(lián)度小的樹脂，會顯著膨脹或收縮，往往造成操作上的種種困難。3交聯(lián)度：樹脂的性質隨著作為交聯(lián)劑的DVB的含量不同而有所差異。合成樹脂時，單體中DVB 的含量百分數(shù)稱為交聯(lián)度，

40、在商品樹脂中，通常是8%12%。但合成時，通過改變它和苯乙烯的混合比，可制出不同含量的產(chǎn)品。一般說來，交聯(lián)度越大，樹脂越堅固，在水中不易溶脹。而交聯(lián)度減少，樹脂變得柔軟，容易溶脹。4交換容量交換容量是單位質量的干燥離子交換劑或單位體積的濕離子交換劑所能吸附的一價離子的毫摩爾數(shù)，是表征樹脂交換能力的主要參數(shù)。7 如何測定離子交換劑的交換容量？答：陽離子交換劑： 用HCl將其處理成氫型，稱重并測定其含水量；稱數(shù)克交換劑，加入到過量已知濃度的NaOH溶液，發(fā)生交換反應，待反應達到平衡后(強酸性的需要靜置24h，弱酸性的需靜置數(shù)日)，測定剩余的NaOH摩爾數(shù)，就可求得陽離子交換劑的交換容量。陰離子交換

41、劑： 用HCl將陰離子交換劑轉換成Cl型后，取一定量的Cl型交換劑，通入Na2SO4,用鉻酸鉀作指示劑，用硝酸銀溶液滴定流出液的Cl-，根據(jù)Cl-量計算交換容量。2R+Cl- + Na2SO4 R+2SO4= + 2 Na+Cl-第六章 膜分離一 解釋名詞1 膜：在一個流體相內或兩個流體相之間將流體分隔成兩個部分的薄層聚合物 2膜分離：利用具有一定選擇性的過濾介質（半透膜）作為選擇性障礙層，允許某些物質通過，而截流混合物中的其他組分達到分離目的的操作單元3膜污染：膜在使用過程中盡管操作條件不變，但通量仍然下降的現(xiàn)象4膜組件：由膜、固定膜的支撐體、間隔物和收容這些部件的容器構成的膜分離裝置5膜生

42、物反應器：是將生物降解作用與膜的高效分離技術結合而成的一種新型高效的水處理設備與回用工藝。6微濾：又稱微孔過濾，一般精度范圍在哦微米以上，能過濾微米級的物質，而大量溶劑小分子及大分子溶質都能透過的膜分離過程。7超濾：利用膜的篩分性質壓差為推動力，根據(jù)高分子溶質間或高分子與小分子溶質間相對分子質量的差別進行分離的方法。8納米過濾：以致密膜（也有人認為納米膜是多孔膜，平均孔徑2nm，介于UF與RO之間），以壓力差為傳質推動力，從溶液中分離分子量為200-1 000D小分子物質的膜分離操作9滲透：水分子或其他熔劑分子通過半透膜，從相對濃度高的地方向相對濃度低的地方擴散的現(xiàn)象10反滲透：對膜一側的料液

43、施加壓力，當壓力超過它的滲透壓時，溶劑逆著自然滲透的方向滲透，這種以壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的膜分離操作為反滲透11透析：利用具有一定孔徑大小高分子溶質不能透過的親水膜將含有高分子溶質和其他小分子溶質的溶液與純水或緩沖液分隔，在濃差的作用下，高分子溶液中的小分子溶質透向另一側，而另一側的水透向高分子側。12滲透氣化：以滲透選擇性膜為介質，基于溶質膜透過性差別，在膜兩側蒸汽分壓差作用下，使溶液混合物質部分蒸發(fā)從而達到分離目的13截留率：膜對溶質的截留能力，可用小數(shù)或百分數(shù)表示二 簡答題1 簡述膜分離技術的優(yōu)點答：1）處理效率高，設備易放大；操作方便，易于自動化；設備結構緊湊、維修成本低

44、。2）分離條件溫和，對于熱敏感物質的分離很重要；3）化學與機械損害小，有利于減少產(chǎn)物失活；4）膜分離不涉及相變，能耗低。對能量要求低，與蒸餾、結晶和蒸發(fā)相比有較大的差異；5）有良好的選擇性，濃縮的同時可達到部分純化的效果；6）選擇適當?shù)哪づc操作參數(shù)，可得到較高的產(chǎn)品收率；7）系統(tǒng)可在密閉的環(huán)境下操作，有利于防止外來污染；8）不需外加化學物質，節(jié)約成本減少環(huán)境污染。2 膜分離型式包括哪幾主要類型（簡述或圖示過濾的基本形式）？各有何特點？ 答：A,微濾：同一般過濾，膜兩側的操作壓在，除去0.1um14um的顆粒 B超濾：消除了濾餅的阻力，過濾效率高；超濾回收率高；濾液的質量好；減少處理步驟 C反滲

45、透：對膜一側的料液施加壓力溶劑逆著自然滲透的方向滲透，可用于海水淡化，抗生素和氨基酸等濃縮，回收有機溶劑等 D納米過濾：截留小分子物質的同時能透析出鹽（集透析與濃縮為一體）；操作壓力低，節(jié)約動力 E透析：透析方法和設備簡單，價格低廉；實驗室最常用的樣品脫鹽方法透析的速度緩慢；溶質稀釋 F電透析:設備簡單;透析速度極快（提高幾十倍）; 電流直接指示電透析終點; 減輕溶質的稀釋 G電滲析: 可大規(guī)模生產(chǎn); 能耗高 H滲透氣化: 單級選擇性好; 過程操作簡單，易于掌握; 操作中無需加壓，不會造成膜壓密; 有相變，耗能高; 蒸發(fā)通量小（2 000g/m2.h，選擇性高的膜100g/m2.h）3 常用的

46、膜分離組件有哪些類型？請畫出四種市售膜分離裝置結構示意圖。 答： 管式膜組件 平板式膜組件 中空纖維式膜組件 螺旋卷式膜組件4 膜污染有哪些途徑造成？如何有效防止和清除膜污染？答：污染的原因有A、凝膠極化引起的凝膠層，阻力為Rg B、溶質在膜表面的吸附層，阻力為Ras C、膜孔堵塞，阻力為Rp D、膜孔內溶質吸附，阻力為Rap膜的清洗一般選擇水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡合劑、氧化劑和酶溶液等為清洗劑，一般采用的清洗方法有反向清洗，試劑置換，化學降解消化。具體采用何種清洗劑和清洗方法根據(jù)具體的膜確定。在采用有效清洗的同時，需要采取必要措施預防或減少膜污染，一般可從膜的預處理(用乙醇浸泡

47、聚砜膜)，料液預處理(調pH，預過濾)，開發(fā)抗污染膜，臨界壓力操作等方面進行。5 錯流微濾與傳統(tǒng)過濾相比有何優(yōu)點？如何使用助濾劑? 答：與傳統(tǒng)過濾性比，錯流過濾有如下優(yōu)點：A 透過通量大；B 濾液澄清，菌體回收率高；C 不須添加助濾劑或絮凝劑，回收的菌體純凈，有利于進一步分離操作（如菌體的破碎、胞內產(chǎn)物的回收等）。D 適合于大規(guī)模連續(xù)操作；E 易于進行無菌操作，防止雜菌污染助濾劑的方法：當濾漿中含有極細的顆粒時，在濾過介質上構成了致密的細孔道的濾餅，或梗塞過濾介質的孔道，使濾過無法進行。別的當濾漿中含有粘性或膠凝性或高度可緊縮性 顆粒時，構成的濾餅對濾液的阻力很大。這時可將助濾劑加入濾漿，形成

48、松散的濾餅，使濾液暢流。6 制造膜的材料種類主要包括哪3大類？為實現(xiàn)高效膜分離，對膜材料有些什么要求？超濾、微濾的MWCO大致分別在什么范圍？ 答：高分子材料（包括天然和合成），無機材料，復合材料對膜材料的要求: A、起過濾作用的有效膜厚度小，超濾和微濾的孔隙率高，過濾阻力??；B、不吸附被分離物質，從而膜不易污染和堵塞；C、使用的pH和溫度范圍廣，耐高溫滅菌，耐酸堿清洗，穩(wěn)定性高；D、使用壽命長：經(jīng)濟；E、易通過清洗恢復透過性能；F、適應性廣：滿足實現(xiàn)分離的各種要求，如對菌體細胞的截留，對生物大分子的通透性或截留作用超濾MWCO大概為0.0010.02 µm ，120 nm 微濾為0

49、.02520 µm7 影響膜截留率的因素有哪些？答：A、分子特征：分子量相同時，線形分子截留率較低；支鏈分子較高，球狀分子最大B、電荷：對于荷電膜，膜相同的分子截留率低；反之，截留率較高C、膜吸附：溶質與膜有相互吸附的，截留率高；相反，截留率較低D、其他高分子的影響：a、競爭性抑制；b、濃度的極現(xiàn)象使膜表面的濃度高于主體濃度E、操作條件：溫度升高，黏度下降，則截留率降低膜面流速增大，則濃度極化減低，截留率升高F、pH 值：當料液的pH值等于蛋白質的pI時，溶質的截留率高于其他pH下的截留率8 簡述濃差極化模型理論要點答：1濃度極化現(xiàn)象：在膜分離操作中，所有溶質均被透過液傳送

50、到膜表面，不能完全透過膜的溶質受到膜的截留作用，在膜表面附近濃度升高。這種在膜表面附近濃度高于主體濃度的現(xiàn)象謂之濃度極化2透過膜的通量（m3/s）一般表示為:Jv=P- 由于不能完全通過膜的溶質受到膜面阻力吸附在膜上形成極化層也會形成阻力， 故有：當達到穩(wěn)態(tài)時，溶質對流進入膜單元的速度等于透過膜的速度和反擴散速度之和： 邊界條件為：C=Cb X=0 JvCp=JvC-D*dc/dx C=Cm X= 利用上述邊界條件積分的濃差極化方程： 第七章 層析一、名詞解釋：層析：是利用混合物中各組分在兩相中分配系數(shù)不同，當流動相推動樣品中的組分通過固定相時，在兩相中進行連續(xù)反復多次分配，從而形成差速移動，

51、達到分離的方法。色譜峰：一種組分通過色譜柱時由于遷移速度和分子離散，再流出層析柱過程的峰形濃度分布稱為色譜峰。色譜圖 ：一種組分通過色譜柱時由于遷移速度和分子離散，再流出層析柱過程的峰形濃度分布稱為色譜峰。峰高： 色譜峰頂與基線間的垂直距離比移值：溶質譜帶平均移動速度與流動相平均移動速度之比相對保留值：某組份2與組份1的校正保留值之比， 試樣從進樣到柱后出現(xiàn)峰極大點時所經(jīng)歷的時間與不被固定相吸附或溶解的物質進入色譜柱時，從進樣到出現(xiàn)峰極大值所需的時間之差為校正保留時間。峰底分離度：兩個相鄰組分保留值之差與峰底平均寬度之比。凝膠層析：利用凝膠粒子為固定相，依據(jù)篩分原理，根據(jù)料液中溶質分子的相對分

52、子質量進行分離。離子交換層析：利用離子交換劑為固定相，根據(jù)荷電溶質與離子交換劑之間靜電相互作用力的差別進行溶質分離的洗脫層析法。疏水相互作用層析： 是利用表面偶聯(lián)弱疏水性基團（疏水性配基）的疏水性吸附劑為固定相，根據(jù)蛋白質與疏水性吸附劑之間的弱疏水性相互作用的差別進行蛋白質類生物大分子分離純化的一種層析法。層析聚焦：基于離子交換的原理。根據(jù)兩性電解質分子間等電點的差別進行分離純化的洗脫色譜法。反相層析：利用表面非極性的反相介質為固定相，極性有機溶劑的水溶液為流動相，是根據(jù)溶質極性的差別進行分離純化的洗脫色譜法。親和層析：利用生物分子之間的親和作用進行分離純化的洗脫色譜法.二、簡答題：1層析裝置的基本部件A：色譜柱B：恒流泵C：檢測器D：記錄儀F ：部分收集器書上P250有柱層析裝置簡圖2層析技術分類：凝膠過濾層析，離子交換層析，反相層析