(++)分离工程重点

1第一章1.生物分离：生化工程中生物产品如生化制品、蛋白质、多核苷酸和细胞等的分离和纯化。生物技术的重要组成部分。2生物分离的流程：三、生物分离的流程与单元操作生物分离的一般流程3.生物分离技术的特点：（为什么价格高）①产物浓度低的水溶液(原因：a氧传递限制；b细胞量;c产物抑制）发酵液：0.1-10g/L；动物细胞培养液：5-50mg/L②组分复杂a大分子;b小分子;c可溶物;d不可溶物;e化学添加物）大分子物质：核酸、蛋白质、多糖、类脂等小分子物质：代谢产物，如氨基酸、有机酸、生物碱、可溶性与不可溶物质③产物稳定性差产物失活（化学和微生物降解）a.化学降解(pH,温度);b.微生物降解（酶作用，染菌）④质量要求高（药品或食品）：安全性：除去热原纯度：蛋白类药物中杂蛋白2%，胰岛素中0.01%⑤分批操作，生物变异性大4.分离因子：目标产物纯化程度用分离因子a表达，又称分离系数，是目标产物和杂质在两相中的分配系数的比值，分离因子越大，分离效率越高。第二章21.细胞破碎（cellDisruption）：利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。2.革兰氏阴性菌的细胞壁结构：磷脂，脂蛋白，肽聚糖3.革兰氏阳性菌的细胞壁结构：肽聚糖（大肠杆菌）4.破碎酵母细胞壁的阻力主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度。5，重力沉降：Stokes沉降方程d——固体颗粒粒轻，u——液体黏度，v——沉降速度6，离心沉降：分离因素：离心力与重力的比值，用Z表示，离心力用，Zg表示，故，它跟；重力沉降只是作用力不同，离心沉降方程为：用zg代替g，F=r。w27.区带离心：依据实际物系特点(目的物和其他组分性质和相互作用等)、分离目的和分离所需程度，调整离心力和时间，使得不同组分得以分离。（1）差速区带离心：物质密度大于密度梯度最大密度（2）平衡区带离心：物质密度小于密度梯度最大密度8.恒速过滤方程：dQ／Dq=Q／t需要压力不断上升。9机械破碎（1）高压匀浆：细胞浆液通过止逆阀进入泵内，利用高压使其在排出阀的小孔冲击，并且高速撞击在撞击环上。.（2）超声波破碎：超声波具有频率高、波长短、定向传播等特点，频率为15～25KHz。作用原理：空化（空穴,cavitation）效应，当超声波在液体中传播时，液体中的某一小区域交替重复地产生巨大的压力和拉力。由于拉力的作用，使液体拉伸而破裂，从而出现细小的空穴。11.化学和生物化学渗透：（1）酸碱处理，改变ph值，可改变其电荷性质，使蛋白与蛋白之间相互作用力下降易于溶解。如强碱提取核酸。（2）化学试剂处理，如添加有机溶剂可增大细胞通透性，加盐酸胍可破环氢键作用。（3）酶溶法，如溶酶菌作用于革兰氏阳性菌细胞壁，纤维素酶作用于植物细胞壁12.目标产物的选择性释放原则：⑴仅破坏或破碎存在目标产物的位置周围当目标产物存在于细胞膜附近时，可采用较混和的方法，如酶溶法（包括自溶法）、渗透压冲击法和冻结－融化法等。当目标产物存在于细胞质内时，则需采用强烈的机械破碎法．(2)选择性溶解目标产物当目标产物处于与细胞膜或细胞壁结合的状态时，调节溶液PH值，离子强度或添加与目标产物具有亲和性的试剂如：螯合剂、表面活性剂等，使目标产物容易溶解释放。同时，溶液性质应使其他杂质不易溶出。另外机械破碎法和化学法并用可使操作条件更加温和，在相同的目标产物释放率条件下，降低细胞的破碎程度。LLSpggdv18)(2grNgFc224Z2L218)(rLSdvPgrNFc2243第三章1.初级分离：从发酵液、细胞培养液、细胞破碎液及其他各种生物原材料初步提取目标产物，使目标产物得到浓缩和初步分离的下游加工过程。2.沉淀：是物理环境的变化引起溶质的溶解度降低，生成固体凝聚物的现象。3.蛋白质为何能形成稳定溶液（1）蛋白质分子周围也蛋白质紧密或疏松结合的水化层，使其形成稳定的胶体溶液。（2）蛋白质分子间的静电排斥作用4.盐析：蛋白质在高离子强度的中性盐溶液中溶解度降低，发生沉淀的现象原理5.等电点沉淀法：调节体系pH值，使两性电解质的溶解度下降，析出的操作称为等电点沉淀原理：蛋白质是两性电解质，当溶液pH值处于等电点pI时，分子表面净电荷为零，双电层和水化膜结构被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，进而产生沉淀。6.有机溶剂沉淀：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。原理：（1）降低了溶质的介电常数，使溶质之间的静电引力增加，从而出现聚集现象，导致沉淀。（2）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，降低了亲水性，导致脱水凝聚。（3）溶剂化（蛋白结合水被取代）47.热沉淀：根据蛋白质热稳定性的差别进行蛋白质的热沉淀，分离纯化热稳定性高的目标产物。8.泡沫分离：依据表面吸附原理，以通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体，利用组分的表面活性差，对液相中的溶质或颗粒进行分离泡沫分离原理：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、物理的力结合在一起(如金属离子、有机化合物、蛋白质和酶等)，在鼓泡塔中被吸附在气泡表面，得以富集，藉气泡上升带出溶剂主体，达到净化主体液、浓缩待分离物质的目的。分离作用主要取决于组分在气－液界面上吸附的选择性和程度，其本质是各种物质在溶液中表面活性的差异。Gibbs(吉布斯)等温吸附方程Γ为吸附溶质的表面过剩量，即单位面积上吸附溶质的摩尔数与主体溶液浓度之差，对于稀溶液即为溶质的表面浓度，可通过γ(溶液的表面张力)与浓度c(溶质在主体溶液中的平衡浓度)来求得；Γ/c为吸附分配因子。在CMC以下，表面张力随表面活性剂浓度的增大而降低。9.膜分离膜分离法传质推动力分离原理应用举例微滤(MF)压差0.05～0.5MP筛分除菌，回收菌，分离病毒果汁澄清、细胞收集、水中颗粒物去除超滤UF压差0.1～1.0MP筛分蛋白质、多肽和多糖的回收和浓缩反渗透RO压差1.0～10MP筛分盐、氨基酸、糖的浓缩、淡水制造；渗析DS浓差筛分脱盐，除变性剂电渗析ED电位差电荷、筛分脱盐，氨基酸和有机酸分离、苦咸水、海水淡化，纯水制备，生产工艺用水渗透气化PV压差、温差溶质与膜的亲和作用有机溶剂与水的分离，共沸物的分离几种主要膜分离技术特征1.反渗透:在高于溶液渗透压的压力作用下，只有溶液中的水透过膜，而所有溶液中大分子、小分子有机物及无机盐全被截留住2.电渗析：用分子电荷性质和分子大小的差异进行工作的膜分离方式。用的是离子交换膜。分为阳膜，阴膜。阳膜只充许阳离子通过而阴离子被阻挡；阴膜只充许阴离子通过而阳离子被阻挡3.透析：利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜，将含有高分子溶质和其它小分子溶质的溶液；与水溶液，或缓冲液分隔；由于膜两侧的溶质浓度不同，在浓差的作用ln1RT5下，左侧高分子溶液中的小分子溶质（如无机盐）透向右侧，右侧的水透向左侧，这就是透析。4.不对称膜透过通量大，孔径不易堵塞，容易清洗，用于超滤和反渗透。5.截留分子量：膜对溶质的截留能力以截留率R（R＝1－Cp／Cb）6.水通量：纯水的透过通量7.膜组件包括：膜，固定膜的支撑体，间隔物，容器构成的一个单元。8.膜的操作特性：浓度极化：膜表面附近浓度高于主体浓度的现象。一定会发生凝胶极化：分离含有菌体，细胞或其他固形成分的料液时，膜表面形成凝胶层。9.膜污染原因：凝胶极化引起的凝胶层溶质在膜表面的吸附层膜孔堵塞膜孔内的溶质吸附膜的劣化：化学，物理，生物10.膜的清洗：水，盐溶液，稀酸，碱，表面活性剂，氧化剂，酶。11.膜材料及结构特性微滤膜材料：聚偏氟乙烯，聚丙烯，硝酸纤维，醋酸纤维超滤膜：聚砜，硝酸纤维，醋酸纤维反渗透膜：醋酸纤维素衍生物，聚醚，聚酰胺天然材料：各种纤维素衍生物人造材料：各种合成高聚物特殊材料：复合膜，无机膜,不锈钢膜，陶瓷膜第五章1．萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法。2.反萃取：调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的操作就称为反萃取3.物理萃取：溶质根据相似相溶原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。萃取剂选择原则：使溶质在萃取相中有最大的溶解度化学萃取：利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。萃取剂与溶质之间的化学反应包括离子交换和络合反应等。4.乳化现象:乳化即水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中的现象。产生的主要原因是发酵液中存在的蛋白质相固体颗粒等物质，这些物质具有表面活性剂的作用，使有机溶剂(油)和水的表面张力降低，油或水易于以微小液滴的形式分散于水相或油相中。有机相和水相分相困难乳浊液稳定性和下列几个因素有关：①界面上保护膜是否形成；②液滴是否带电；③介质的粘度。5.超临界流体：当一种流体处于其临界点的温度和压力之下，则称之为超临界流体。特点：密度和溶剂化能力接近液体－－萃取能力强粘度和扩散系数接近气体－－传质性能好6.超临界流体萃取：利用超临界流体为萃取剂的萃取操作称为超临界流体萃取6第六章1.吸附(adsorption)：溶质从液相或气相转移到固相的现象。2.吸附类型A物理吸附：吸附剂和吸附物通过分子间力(范德华力)产生的吸附称为物理吸附。这是一种最常见的吸附现象，其特点是吸附不仅限于一些活性中心，而是整个自由界面。B、化学吸附：化学吸取附是由于吸附剂在吸附物之间的电子转移，发生化学反应而产生的，属于库仑力范围，它与通常的化学反应不同的地方在于吸附剂表面的反应原子保留了它或它们原来的格子不变。C，离子交换:在吸附剂与溶液间发生离子交换，即吸附剂吸附离子后，它同时要放出等当量的离子于溶液中。3.离子交换剂类型阳离子交换剂：磺酸基，磺丙基SP，磷酸基P，羟甲基CM阴离子交换剂：季胺乙基Q，三乙胺基乙基TEAT，二乙胺基乙基DEAE组成：基质，功能基团，平衡离子。4.离子交换容量(exchangecapacity)指单位质量的干燥离子交换剂或单位体积的湿离子交换剂所能吸附的一价离子的毫摩尔数(mmol)，是表征交换剂离子交换能力的主要参数。5.吸附等温线：当吸附剂与溶液中的溶质达到平衡时，其吸附量q*同溶液中溶质的平衡应与温度有关。当温度一定时，吸附量只和浓度有关，q*=f(c)---吸附等温线。第七章1色谱原理当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。2.色谱按分离操作方式分类A)、洗脱法B)、迎头法C)迎头分析法与一般的固定床吸附操作相同，大量料液连续输入到色谱柱中，直到在出口处发生溶质穿透（breakthrough）。迎头分析中各个溶质按其在固定相和流动相间分配系数的大小次序穿透，只有最先穿透的7（分配系数最小）的组分能以纯粹的状态得到部分回收，之后的流出液均为双组分或双组分以上的混合物。C)、置换法与洗脱展开相似，唯一不同之处是：顶替展开所采用的洗脱液（流动相）中含有与固定相的亲和力比料液中各个组分都大的物质，这种物质称为顶替剂（displacer）。顶替剂将料液中所含溶质按其与固定相亲和力的大小不同从柱中次序顶替（洗脱）出来。顶替展开法可使溶质区带得到浓缩，适于大量处理稀溶液。3.色谱法中的主要参数和关系式1）分配系数Kp：定温定压下物质在固定相和流动相中的浓度比。KP＝[A]s/[A]m（s－固定相；m－流动相）（2）容量因子K'：分配系数与两相体积有关的参数，表示溶质A在两相中的质量之比。K'=[mA]s/[mA]m=KP×VS/Vm（3）分离比a：色谱分析法中A、B两种物质的分离效率可用分离比表示4.塔板理论-柱分离效能指标——单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高色谱柱长：L，虚拟的塔板间距离：H，色谱柱的