初級分離技術(shù)

生物分離工程初級分離技術(shù)總體學(xué)習(xí)目的和要求了解蛋白質(zhì)表面特性，掌握各種沉淀和泡沫分離的原理、特點(diǎn)以及應(yīng)用范圍。目錄引言沉淀分離蛋白質(zhì)表面特性鹽析沉淀等電點(diǎn)沉淀有機(jī)溶劑沉淀熱沉淀其他沉淀法沉淀生成動力學(xué)泡沫分離引言－學(xué)習(xí)要點(diǎn)識記：初級分離概念理解：初級分離特點(diǎn)

初級分離概念初級分離是指從菌體發(fā)酵液、細(xì)胞培養(yǎng)液、胞內(nèi)抽提液（細(xì)胞破碎液）及其他各種生物原料初步提取目標(biāo)產(chǎn)物，使目標(biāo)產(chǎn)物得到濃縮和初步分離的下游加工過程。

初級分離特點(diǎn)分離對象：體積大、雜質(zhì)含量高；分離技術(shù)：低操作成本、適于大規(guī)模生產(chǎn)；分離方法：重力沉降、離心沉降、膜分離、萃取、吸附、沉淀分離及泡沫分離等沉淀分離－學(xué)習(xí)要點(diǎn)識記：鹽析和鹽溶概念理解：蛋白質(zhì)凝集沉淀的屏障，各種沉淀方法的原理和影響因素應(yīng)用：采用不同的試劑方法實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的沉淀

沉淀的定義由于物理環(huán)境的變化而引起溶質(zhì)溶解度的降低、生成固體凝聚物的現(xiàn)象，稱為沉淀。

沉淀與結(jié)晶的區(qū)別沉淀生成的固體顆粒是不定形的結(jié)晶產(chǎn)品為單一組分，而沉淀凝聚物則成分非常復(fù)雜（除了目標(biāo)產(chǎn)物外，還夾雜著多種共存的雜質(zhì)、鹽和溶劑等）沉淀的純度遠(yuǎn)低于結(jié)晶多步沉淀操作也可獲得高純度的目標(biāo)產(chǎn)品沉淀技術(shù)適用范圍

沉淀分離在生物分離過程中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。一般情況下，沉淀分離方法在生物下游加工過程中通常作為初級分離技術(shù)加以使用，但在實(shí)際過程中也有僅通過沉淀分離得到目標(biāo)產(chǎn)品的工業(yè)實(shí)例。是傳統(tǒng)的分離技術(shù)之一，目前廣泛用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)規(guī)模蛋白質(zhì)的回收、濃縮和純化。蛋白質(zhì)表面特性－蛋白質(zhì)組成蛋白質(zhì)組成20種氨基酸構(gòu)成的兩性高分子電解質(zhì)，包括疏水性氨基酸和親水性氨基酸蛋白質(zhì)折疊趨勢疏水性氨基酸：向內(nèi)部折疊的趨勢親水性氨基酸：分布于蛋白質(zhì)外表面的趨勢

結(jié)果

在蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)中仍會有部分疏水性氨基酸殘基暴露于表面，在蛋白質(zhì)表面形成一定的疏水區(qū)

膠體的定義膠體是一種尺寸在1～100nm以至1000nm的分散體。它既非大塊固體，又不是分子分散的液體，而是具有兩相的微不均勻分散體系。

-《被遺忘了尺寸的世界》WilhelmFriedrichOstwald(1853–1932)膠體的性質(zhì)比表面增大，界面現(xiàn)象重要

強(qiáng)烈的尺寸效應(yīng)丁達(dá)爾現(xiàn)象布朗運(yùn)動電泳現(xiàn)象蛋白質(zhì)表面特性－蛋白質(zhì)性質(zhì)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

蛋白質(zhì)的分子量約6～1000kDa，分子直徑約為1~30nm。在此粒徑范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)可視為膠體，并表現(xiàn)出膠體溶液的部分性質(zhì)蛋白質(zhì)的兩性電離和等電點(diǎn)

蛋白質(zhì)兩端及側(cè)鏈中有一些解離基，解離程度受pH影響。蛋白質(zhì)的變性

物理因素：加熱、加壓、脫水、攪拌、振蕩、紫外線照射、超聲波的作用等；化學(xué)因素：有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、尿素、重金屬鹽、SDS等。

蛋白質(zhì)表面特性－沉淀屏障蛋白質(zhì)分子周圍的水化層水溶液中蛋白質(zhì)可視為膠粒，其周圍存在著穩(wěn)定的水化層，膠粒外的這部分水客觀上起排斥作用，稱為“水化層斥力”分子間的靜電排斥作用根據(jù)擴(kuò)散雙電層理論，膠粒是帶電的，其表面吸附相反電荷的反離子，這些位于膠粒周圍過量的反離子好像膠粒四周為離子氛所包圍。當(dāng)兩個(gè)膠粒（蛋白質(zhì)）趨近而使離子氛發(fā)生重疊時(shí)，處于重疊區(qū)內(nèi)的反離子濃度較大，從而破壞了原有電荷的對稱性，引起離子氛中電荷重新分布，即離子從濃度較大的重疊區(qū)向未重疊區(qū)擴(kuò)散。這種擴(kuò)散的結(jié)果就是膠粒受到斥力而相互脫離。分子間的靜電排斥作用發(fā)酵液是一種膠體溶液，膠體粒子（發(fā)酵液中菌體或細(xì)胞）表面一般帶有負(fù)電荷，由于靜電引力的作用，使它周圍吸附一些帶相反電荷的粒子（即正電荷），于是形成雙電層。雙電層的負(fù)電層在質(zhì)粒上不動，而正電荷受溶液熱運(yùn)動的影響，具有離開膠粒表面的趨勢，于是雙電層就分裂成兩部分：吸附層（緊密層）和擴(kuò)散層，它們之間的界面稱為Stern界面。在擴(kuò)散層邊緣有一滑動面，在面內(nèi)的液體會隨臨近膠體的相對運(yùn)動而一起移動，面外液體不隨膠體運(yùn)動。在不同界面會形成不同的電位。膠體表面電位為φs，Stern平面上電位為φd，滑動面上電位為ξ（能實(shí)際測得，所以它是表征雙電層特性的重要參數(shù)）。ξ電位越大，膠粒間電排斥作用就越強(qiáng)，膠粒的分散程度也越大。

ξ電位與擴(kuò)散層厚度和電動電荷密度（滑動面上電荷密度）成正比，而擴(kuò)散層厚度又與溶液性質(zhì)（電解質(zhì)的種類，濃度，pH值等）有關(guān)，例如，對帶負(fù)電性菌體的發(fā)酵液，高價(jià)陽離子的存在，可壓縮擴(kuò)散層的厚度，促使ξ電位迅速降低，而且化合價(jià)越高，這種影響越大。當(dāng)雙電層的排斥力不足以抗衡膠粒間的范德華力時(shí)，由于熱運(yùn)動的結(jié)果導(dǎo)致膠粒的互相碰撞而聚集起來。所以，要實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)沉淀，可以采用降低蛋白質(zhì)周圍水化層和雙電層厚度的方法來降低蛋白質(zhì)溶液的穩(wěn)定性。而水化層厚度及ζ電位與溶液性質(zhì)（電解質(zhì)種類，濃度計(jì)pH值等）密切相關(guān)，所以，蛋白質(zhì)的沉淀可采用恒溫條件下添加各種不同試劑的方法實(shí)現(xiàn)。蛋白質(zhì)表面特性

－沉淀策略及方法策略破壞蛋白質(zhì)四周水化層降低雙電層厚度

沉淀方法

改變?nèi)芤簆H值

加入無機(jī)鹽或改變無機(jī)鹽種類加入水溶性有機(jī)溶劑添加脫水劑蛋白質(zhì)表面特性

－常用的沉淀技術(shù)鹽析沉淀等電點(diǎn)沉淀有機(jī)溶劑沉淀聚合物沉淀熱沉淀鹽析沉淀-學(xué)習(xí)要點(diǎn)識記：鹽析和鹽溶概念

理解：鹽析沉淀的原理，影響鹽析的各種因素

應(yīng)用：掌握鹽析操作過程

鹽析沉淀-鹽析的定義定義

蛋白質(zhì)在高離子強(qiáng)度的溶液中溶解度降低、發(fā)生沉淀的現(xiàn)象稱為鹽析（Salting-out）溶解度與I的關(guān)系－Cohn方程

鹽析沉淀-鹽析原理低離子強(qiáng)度下的鹽溶

向蛋白質(zhì)的純水溶液中加入電解質(zhì)后，蛋白質(zhì)將吸附鹽離子，而形成擴(kuò)散雙電層（產(chǎn)生分子間相互排斥作用）導(dǎo)致蛋白質(zhì)的溶解度增大，發(fā)生鹽溶高離子強(qiáng)度下的鹽析溶液主體中那些與擴(kuò)散層的離子電荷符號相同的電解質(zhì)離子將把反離子壓入（排斥）到雙電層中，由于鹽的水化作用，其將爭奪蛋白質(zhì)水化層中的水分子，使蛋白質(zhì)表面疏水區(qū)脫水而暴露，增大它們之間的疏水性作用，容易發(fā)生凝聚，進(jìn)而沉淀。鹽析沉淀-鹽析原理圖示鹽析沉淀-影響鹽析因素蛋白質(zhì)的分子量和結(jié)構(gòu)

無機(jī)鹽種類和濃度

相同離子強(qiáng)度下，不同種類的鹽對蛋白質(zhì)的鹽析效果不同，即鹽的種類將影響到Cohn方程中的鹽析常數(shù)鹽的種類對蛋白質(zhì)溶解度的影響與離子的感膠離子序列相符鹽析沉淀-無機(jī)鹽的選擇溶解度大，可配制成具有較高離子強(qiáng)度的無機(jī)鹽溶液。溶解度受溫度的影響較小。鹽溶液密度不高，以便蛋白質(zhì)沉淀的沉降或離心分離。硫酸銨是常用的鹽析劑。溫度和pH值

在低離子強(qiáng)度溶液中，蛋白質(zhì)的溶解度在一定的溫度范圍內(nèi)隨著溫度升高而增大在高離子強(qiáng)度溶液中，溫度的升高利于蛋白質(zhì)脫水，破壞水化層并導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解度的降低

在pH值接近蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)的溶液中，蛋白質(zhì)的溶解度最小。

因此，蛋白質(zhì)的鹽析沉淀操作需選擇合適的pH值和溫度，使蛋白質(zhì)的溶解度最小。同時(shí)保證鹽析操作條件要溫和，不能引起目標(biāo)蛋白質(zhì)的變性。鹽析操作-沉淀劑性質(zhì)

對于用于沉淀劑的無機(jī)鹽試劑，了解其性質(zhì)，特別是無機(jī)鹽的溶解性質(zhì)（溶液密度、飽和濃度等），是必需的。以硫酸銨為例：20℃下，飽和濃度為4.05mol/L（相當(dāng)于534g/L）

飽和密度為1.235kg/L；0℃下，飽和濃度為3.825mol/L（相當(dāng)于505g/L）

鹽析操作-溶解度曲線確定離心分離沉淀物并重新溶解測定其中總蛋白和目標(biāo)蛋白的濃度以飽和度為橫坐標(biāo)，上清液中總蛋白和目標(biāo)蛋白濃度為縱坐標(biāo)，得到蛋白質(zhì)溶解度曲線Typicalammoniumsulphateprecipitationrangesforproteinsfromacrudeextractinsupernatant.(●)EGFPrelativecontentinsupernatant,(■)totalproteinrelativecontentinsupernatant

NormalizedeGFPcontentintheprecipitatedpelletatdifferentsaturationofammoniumsulfate鹽析操作-無機(jī)鹽加入量硫酸銨的摩爾濃度由M1增大到M2所需要加入的硫酸銨質(zhì)量W為

20℃0℃如果用飽和度S代替摩爾濃度M，等電點(diǎn)沉淀-學(xué)習(xí)要點(diǎn)理解：等電點(diǎn)沉淀法原理應(yīng)用：了解等電點(diǎn)沉淀法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍等電點(diǎn)沉淀-定義利用蛋白質(zhì)在pH值等于其等電點(diǎn)的溶液中溶解度下降的原理進(jìn)行沉淀分級的方法稱為等電點(diǎn)沉淀法

等電點(diǎn)沉淀原理利用在低離子強(qiáng)度下蛋白質(zhì)溶解度較低的特性，調(diào)整溶液pH值至等電點(diǎn)或在等電點(diǎn)的pH下利用透析等方法降低離子強(qiáng)度，使蛋白質(zhì)沉淀。等電點(diǎn)沉淀-沉淀?xiàng)l件較低的溶液離子強(qiáng)度溶液的pH值接近等電點(diǎn)等電點(diǎn)沉淀-實(shí)現(xiàn)方式在低離子強(qiáng)度下調(diào)整溶液pH值至等電點(diǎn)在等電點(diǎn)的pH值下利用透析等方法降低溶液的離子強(qiáng)度，使蛋白質(zhì)沉淀

等電點(diǎn)沉淀-操作特點(diǎn)等電點(diǎn)沉淀在較低的離子強(qiáng)度下進(jìn)行，因此沉淀操作結(jié)束后無需脫鹽

與其它沉淀結(jié)合使用，例如在等電點(diǎn)附近進(jìn)行的鹽析沉淀操作時(shí)可以獲得更小的蛋白質(zhì)溶解度

溶液的pH值調(diào)節(jié)方便，但過低的蛋白質(zhì)等電點(diǎn)容易引起目標(biāo)蛋白質(zhì)變性有機(jī)溶劑沉淀-學(xué)習(xí)要點(diǎn)理解：有機(jī)溶劑沉淀法原理應(yīng)用：了解有機(jī)溶劑沉淀法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍有機(jī)溶劑沉淀-原理向蛋白質(zhì)溶液中加入水溶性有機(jī)溶劑：水的活度將降低有機(jī)溶劑對水具有很大的親和力，能夠爭奪蛋白質(zhì)表面的水分子。結(jié)果：隨有機(jī)溶劑濃度增大，水化程度降低，溶液的介電常數(shù)下降，蛋白質(zhì)分子間的靜電引力增大，從而發(fā)生凝聚和沉淀

有機(jī)溶劑沉淀-原理圖示有機(jī)溶劑沉淀-特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)有機(jī)溶劑密度較低，易于沉淀分離

與鹽析沉淀相比，沉淀產(chǎn)物不需脫鹽

缺點(diǎn)有機(jī)溶劑沉淀容易引起蛋白質(zhì)變性常用的有機(jī)溶劑沉析劑選擇依據(jù)：不會對蛋白產(chǎn)生變性；溶解度高；介電系數(shù)??；毒性小，容易回收乙醇：沉析作用強(qiáng)，揮發(fā)性適中，無毒常用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖等生物大分子的沉析；丙酮：沉析作用更強(qiáng)，用量省，但毒性大，應(yīng)用范圍不廣；特點(diǎn)：介電常數(shù)小，60%乙醇的介電常數(shù)是48 丙酮的介電常數(shù)是22容易獲取影響因素及控制A、[乙醇]：通常隨[乙醇]上升，protein溶解度下降。過多加入乙醇也可能導(dǎo)致樣品變性。B、[pro]：避免使用很稀的濃度，以免使用大量乙醇。一般認(rèn)為，對于蛋白質(zhì)溶液0.5%～2%起始濃度較合適,對于粘多糖以1%～2%為起始濃度為宜C、T：當(dāng)乙醇與水混合時(shí)，會放出大量的稀釋熱，使溶液T顯著升高，對不耐熱的pro影響較大。解決辦法：攪拌、少量多次加入，以避免溫度驟然升高損失pro活力。另一方面溫度還會影響有機(jī)溶劑對pro的沉淀能力，一般溫度越低，沉淀越完全。但太低溫度雜蛋白可能過多。D、pH值：在確定了[乙醇]以后，pro最低溶解度出現(xiàn)在蛋白的pI處，因此可以通過調(diào)節(jié)pH值來選擇性分離蛋白質(zhì)。E、加入金屬離子（相當(dāng)于結(jié)合了金屬離子沉淀，不過介電系數(shù)降低有利于金屬離子結(jié)合到蛋白成鹽而沉淀）有機(jī)溶劑沉淀法操作注意事項(xiàng)選擇性變性沉淀法利用蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子對某種物理或化學(xué)因素的敏感性差異，實(shí)現(xiàn)分離。加入變性劑選擇性熱變性選擇性酸堿變性使用時(shí)需慎重，目標(biāo)蛋白很穩(wěn)定時(shí)方可用！蛋白變性后沉淀：蛋白分子變性后，蛋白分子內(nèi)疏水鍵打開，與其它分子疏水鍵形成新的疏水鍵，從而形成分子量更大的復(fù)合大分子要區(qū)別凝絮和變性沉淀區(qū)別，凝絮過程中也有大分子復(fù)合物產(chǎn)生，主要是凝絮劑起架橋作用把蛋白集合在一起（如聚電解質(zhì)沉淀法，聚陽離子殼聚糖作廢水澄清劑法，都是凝絮法）熱沉淀-學(xué)習(xí)要點(diǎn)理解：了解熱沉淀原理

熱沉淀-原理在較高的溫度下，熱穩(wěn)定性差的蛋白質(zhì)將發(fā)生變性，有規(guī)則的肽鏈結(jié)構(gòu)被打開呈松散狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，分子的不對稱性增加，疏水基團(tuán)暴露，進(jìn)而發(fā)生凝聚和沉淀，利用這一現(xiàn)象，可根據(jù)蛋白質(zhì)間的熱穩(wěn)定性的差別進(jìn)行蛋白質(zhì)的熱沉淀，以分離出熱穩(wěn)定性高的目標(biāo)蛋白產(chǎn)物

該過程與熱力學(xué)沉淀方法不同，熱沉淀過程是基于蛋白質(zhì)的變性動力學(xué)其他沉淀技術(shù)聚合物沉淀

非離子型聚合物沉淀聚電解質(zhì)沉淀

重金屬鹽沉淀蛋白質(zhì)

生物堿試劑以及某些酸類沉淀蛋白質(zhì)機(jī)理：聚乙二醇(PEG)分子利用其龐大的體積和分支，從溶劑排斥蛋白質(zhì)，導(dǎo)致蛋白結(jié)合；剝離蛋白水合膜；聚合物與被分離物質(zhì)共沉；被分離物質(zhì)在水相和聚合物間分配；被分離物與聚合物形成復(fù)合物。優(yōu)點(diǎn)：1.室溫2.顆粒大，易于收集3.提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性4.生物相容性好缺點(diǎn)：PEG溶液相難和蛋白樣品分離（DEAE-纖維素吸附蛋白，而PEG不吸附）；且粘度高；價(jià)格貴非離子型聚合物沉淀機(jī)理：架橋；剝離蛋白表面水膜；電中和效應(yīng)常用材料：聚丙烯酸（pH2.890%蛋白沉淀）聚甲基丙烯酸聚乙烯亞胺聚苯乙烯季胺鹽（pH10.4,95%蛋白沉淀）聚電解質(zhì)沉淀原理：金屬離子的沉淀作用是由于它們能與蛋白質(zhì)分子中的特殊部位起反應(yīng)造成的。例如鋅易與組胺酸殘基中咪唑基結(jié)合，使蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)轉(zhuǎn)移，從而降低蛋白質(zhì)的溶解度。也有金屬離子能氧化巰基，形成蛋白分子通過巰基聚集而形成沉淀。有些過渡態(tài)金屬由于可接受成對電子，有多個(gè)配位部位可起到蛋白分子間（特別是變性分子間）搭橋，形成網(wǎng)絡(luò)狀鹽結(jié)構(gòu)，而聚集蛋白形成沉淀。特點(diǎn)：有時(shí)候產(chǎn)生變性（在沉淀過程中）需要分離去金屬離子，特別是重金屬重金屬鹽（金屬離子）沉淀一般可分三類：①能與羧基、胺基等含氮化合物以及含氮雜環(huán)化合物強(qiáng)烈結(jié)合的一些金屬離子，如：Mn2+、Fe2+、Ｃo2+、Ni2+、Ｃu2+、Zn2+、Cd2+;②能與羧酸結(jié)合而不與含氮化合物結(jié)合的一些金屬離子，如：Ca2+、Ba2+、Mg2+、Pb2+;③能巰基化合物強(qiáng)烈結(jié)合的一些金屬離子，如：Ｈg2+、Ag2+、Pb2+。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，金屬離子的濃度常為0.02mol/L。復(fù)合物中金屬離子的去除，可用離子交換法或EDTA金屬螯合劑。生物堿是植物中具有顯著生理作用的一類含氮的堿性物質(zhì)，凡能使生物堿沉淀，或能與生物堿作用產(chǎn)生顏色反應(yīng)的物質(zhì)，稱為生物堿試劑。如鞣酸、苦味酸和磷鎢酸等。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液pH值低于其等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)為陽離子，能與生物堿試劑的陰離子結(jié)合形成鹽而沉淀。溶液中的蛋白亦能被有機(jī)酸沉淀，其中以三氯醋酸的作用最為靈敏而且特異，因此，廣泛的用于蛋白質(zhì)的沉淀。生物堿試劑以及某些酸類沉淀蛋白質(zhì)沉淀生成動力學(xué)-沉淀生長

異向生長

發(fā)生在沉淀生成初期，微細(xì)的蛋白質(zhì)顆粒為布朗粒子，沉淀生長為擴(kuò)散速率控制同向凝聚

較大的沉淀顆粒在攪拌剪切作用下通過碰撞而進(jìn)一步凝聚，生成大顆粒沉淀溶解度是一個(gè)平衡特性，但是溶解度值的降低是一個(gè)動力學(xué)過程。當(dāng)體系變得不穩(wěn)定以后，分子互相碰撞并產(chǎn)生聚集作用。通常認(rèn)為相互碰撞由下面幾種運(yùn)動引起：①熱運(yùn)動，Bromnian運(yùn)動；（二級生長動力學(xué)）②對流運(yùn)動，由機(jī)械攪拌產(chǎn)生；③差示沉降，由顆粒自由沉降速度不同造成的。前兩種機(jī)理在蛋白質(zhì)沉淀中起主導(dǎo)作用，第③種機(jī)理在沉降過程中起主導(dǎo)作用(如在廢水處理中)。

異向聚集：由Brownian運(yùn)動（懸浮在液體或氣體中的微小粒子所做的不停頓的無規(guī)則運(yùn)動）所造成的碰撞導(dǎo)致。

同向聚集：而由對流運(yùn)動所造成的碰撞導(dǎo)致。1.4沉淀生成動力學(xué)①熱運(yùn)動，Bromnian運(yùn)動；布朗離子的擴(kuò)散控制，發(fā)生異向聚集（二級生長動力學(xué)）②對流運(yùn)動，由機(jī)械攪拌產(chǎn)生；對于大于1微米的離子，主要受液體剪切作用，顆粒間相互碰撞，發(fā)生同向聚集。（二級生長動力學(xué)）具體速度系數(shù)泡沫分離識記：泡沫分離的概念理解：泡沫分離的原理、優(yōu)勢應(yīng)用：泡沫分離的應(yīng)用泡沫分離概念泡沫分離是根據(jù)表面吸附原理，利用通氣鼓泡在液相中形成的氣泡作為載體對液相中的溶質(zhì)或顆粒進(jìn)行分離的方法。又稱為泡沫吸附分離。該分離過程必須要在表面活性物質(zhì)存在的條件下才能發(fā)生。例如：日常生活中的各種洗滌作用就是依據(jù)泡沫分離的原理。泡沫分離技術(shù)是近十幾年發(fā)展起來的新型分離技術(shù)之一。泡沫分離是根據(jù)吸附的原理，向含表面活性物質(zhì)的液體中鼓泡，使液體內(nèi)的表面活性物質(zhì)聚集在氣液界面（氣泡的表面）上，在液體主體上方形成泡沫層，將泡沫層和液相主體分開，就可以達(dá)到濃縮表面活性物質(zhì)（在泡沫層）和凈化液相主體的目的。被濃縮的物質(zhì)可以是表面活性物質(zhì)，也可以是能與表面活性物質(zhì)相絡(luò)合的物質(zhì)，但它們必須具備和某一類型的表面活性物質(zhì)能夠絡(luò)合或鰲合的能力。人們通常把凡是利用氣體在溶液中鼓泡，以達(dá)到分離或濃縮目的的這類方法總稱為泡沫吸附分離技術(shù)，簡稱泡沫分離技術(shù)。泡沫分離原理泡沫分離(FoamSeparation)又稱泡沫吸附分離(FoamSeparationAdsorbent)技術(shù)，早在1915年就開始應(yīng)用于礦物浮選20世紀(jì)50年代末首先是從溶液中回收金屬離子的課題開始，前期研究了泡沫分離金屬離子的可行性20世紀(jì)60年代中期采用泡沫分離法脫除洗滌劑工廠排放的一級污水和二級污水中的表面活性劑——直鏈烷基磺酸鹽和苯磺酸鹽獲得成功1977年泡沫分離DNA、蛋白質(zhì)及液體卵磷脂等生物活性物質(zhì)分離原理表面活性：物質(zhì)顆粒在兩相界面上時(shí)，由于受力不均勻，因此需要額外能量維持運(yùn)動穩(wěn)定，這種能量就稱為表面自由能。加入表面活性劑（一般為兩親分子），可占據(jù)兩相界面，排擠物質(zhì)顆粒，從而減少表面自由能，使體系穩(wěn)定，屬于自發(fā)過程。不同表面活性劑在界面吸附能力不同，根據(jù)這點(diǎn)可直接用于生物表面活性物質(zhì)，如蛋白，核酸的分離。泡沫分離過程是利用待分離物質(zhì)本身具有表面活性(如表面活性劑)或能與表面活性劑通過化學(xué)的、物理的力結(jié)合在一起(如金屬離子、有機(jī)化合物、蛋白質(zhì)和酶等)，在鼓泡塔中被吸附在氣泡表面，得以富集從底部通入大量氣泡溶質(zhì)吸附在氣泡上并隨之上升泡沫層它的分離作用主要取決于組分在氣－液界面上吸附的選擇性和程度，其本質(zhì)是各種物質(zhì)在溶液中表面活性的差異Γ為吸附溶質(zhì)的表面過剩量，即單位面積上吸附溶質(zhì)的摩爾數(shù)與主體溶液濃度之差,對于稀溶液即為溶質(zhì)的表面濃度，可通過σ(溶液的表面張力)與濃度c(溶質(zhì)在主體溶液中的平衡濃度)來求得；Γ/c為吸附分配因子。溶液中表面活性劑濃度c和表面過剩量Γ的相互關(guān)系可用右圖表示。在b點(diǎn)之前，隨著溶液中表面活性劑濃度c增加，Γ成直線增加：Γ=Kc

b點(diǎn)后溶液飽和，多余的表面活性劑分子開始在溶液內(nèi)部形成“膠束”，b點(diǎn)的濃度稱為臨界濃度(CMC)，此值一般為0.01～0.02mol/L左右，分離最好在低于CMC下進(jìn)行。泡沫分離設(shè)備和操作泡沫的形成首先在液體內(nèi)部形成被包裹的氣泡。在此瞬時(shí)，溶液中表面活性劑分子立即在氣泡表面排成單分子膜，親油基指向氣泡內(nèi)部，親水基指向溶液該氣泡會借浮力上升沖擊溶液表面的單分子膜。在某種情況下，氣泡也可從表面跳出。此時(shí)，在該氣泡表面的水膜外層上，形成與上述單分子膜的分子排