溶劑萃取和浸取

關(guān)于溶劑萃取和浸取第1頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三基本要求：掌握溶劑萃取和浸取的概念。重點：溶劑萃取過程的理論基礎(chǔ)；工業(yè)萃取方式和理論收得率；萃取設備；浸取過程的應用；浸取速率。第2頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三萃?。‥xtraction）指任意兩相之間的傳質(zhì)過程。在液-液萃取過程中常用有機溶劑作為萃取試劑，故常稱液-液萃取為溶劑萃取。原理：利用一種溶質(zhì)組分（如產(chǎn)物）在兩個互不混溶的液相（如水相和有機溶劑相）中競爭性溶解和分配性質(zhì)上的差異來進行的分離操作。第3頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三萃取是生物分離過程中常用的單元操作。應用于抗生素、有機酸、維生素、激素等發(fā)酵產(chǎn)物工業(yè)化提取上。優(yōu)點：比化學沉淀法分離程度高；比離子交換法選擇性好、傳質(zhì)快；比蒸餾法能耗低；產(chǎn)能大，周期短，易于連續(xù)操作和自動化控制。由萃取法發(fā)展的新技術(shù)：超臨界流體萃取、雙水相萃取、反膠團萃取等。第4頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三浸?。河媚撤N溶劑把目的物質(zhì)從固體原料中提取到溶液中的過程稱為浸取，也稱為浸出。茶水藥酒有機溶劑提取食用油水或有機溶劑提取色素、香料

第5頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)溶劑萃取

一、溶劑萃取過程的理論基礎(chǔ)溶劑萃取中，溶質(zhì)必須在兩相中有不同的溶解度，而且，這種溶解能力的差別越大，萃取越有應用價值。溶液中物質(zhì)的溶解作用是應用溶劑萃取技術(shù)中溶劑選擇的前提。相似相溶原理溶劑的互溶性規(guī)律溶劑的極性第6頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三Lightphase雜質(zhì)溶質(zhì)原溶劑Heavyphase萃取劑第7頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三1、物質(zhì)的溶解和相似相溶原理假定溶解過程從純物質(zhì)和純?nèi)軇╅_始，到形成均勻的分子混合物結(jié)束。從熱力學角度考慮，一個過程要能自動進行，則體系的自由能應下降，自由能G的變化包括焓H變化和熵S變化兩部分：

第8頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三為簡便，忽略熵、壓力、體積變化，只考慮體系能量變化。從能量變化的角度可將溶解過程分為三個過程：（1）溶質(zhì)B各質(zhì)點的分離固態(tài)或液態(tài)的溶質(zhì)B，先分離成分子或離子等單個質(zhì)點。此過程需要吸收能量。能量的大小與分子之間的作用力有關(guān)，順序為：非極性物質(zhì)<極性物質(zhì)<氫鍵物質(zhì)<離子型物質(zhì)第9頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（2）溶劑A在溶質(zhì)B的作用下溶劑分子相互作用形成可容納B質(zhì)點的空位。此過程也需要吸收能量。能量的大小與溶劑分子A之間的相互作用力有關(guān)，順序與上述相同為：非極性物質(zhì)<極性物質(zhì)<氫鍵物質(zhì)該能量還與溶質(zhì)分子B的大小有關(guān)，如溶質(zhì)分子B較大，則容納B質(zhì)點的空穴就要大些，要破壞較多的溶劑分子A之間的鍵或作用力，相應的能量需要就較大。第10頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（3）溶質(zhì)質(zhì)點B進入溶劑A形成的空位，溶質(zhì)分子B與溶劑分子A也存在相互作用力。此過程放出能量，放能的大小如下規(guī)律：

A、B均為非極性分子<一非極性分子、另一極性分子<均為極性分子<B被A溶劑化

溶劑化是指一定數(shù)目的溶劑分子較牢固地結(jié)合在溶質(zhì)質(zhì)點上，也稱溶劑合化。若溶劑是水，則稱為水（合）化。

有溶劑化能力的溶劑稱為溶劑化溶劑。第11頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三目前不能定量解釋溶解的規(guī)律，常用“相似相溶”原理。分子之間可以有兩方面的相似：一是分子結(jié)構(gòu)相似：如分子的組成、官能團、形態(tài)結(jié)構(gòu)的相似；二是能量（相互作用力）相似：如相互作用力有極性的和非極性的之分，兩種物質(zhì)如相互作用力相近，則能互相溶解。第12頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三從能量的角度來分析幾種溶解過程，說明相似相溶原理：（1）兩種惰性溶劑（不能形成氫鍵的溶劑，如烷烴、苯、四氯化碳等）互溶：第一步和第二步吸收的能量都很小，易于由第三步放出的能量所補償，因而溶解情況較好。（2）水向油中溶解：因水分子間有很強的氫鍵作用，第一步需要吸收很大能量，第二步吸能不大，而第三步放出的能量不足以補償所需能量，難以溶解。第13頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（3）油向水中溶解第一步能量吸收小，但第二步吸能大，第三步放出的能量不足以補償所需能量，故不易溶解。（4）水和乙醇的溶解兩者都有氫鍵，第一、第二步吸能雖大，但第三步因溶質(zhì)和溶劑均為極性物質(zhì)，它們之間的氫鍵作用又很強，放出的能量也很大，故溶解可以進行。第14頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三從分子結(jié)構(gòu)的相似性上，說明相似相溶原理：第15頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（1）苯在水中幾乎不溶，但苯分子上引入羥基后，溶解度明顯增加。（2）醇的同系物中從甲醇起，碳鏈越長，醇分子中與水不相似的部分越多，則在水中的溶解度越低。（3）醇中的-OH被-SH取代后，溶解度大幅度降低。溶解度增加或下降的原因是物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與水的相似性增加或下降了。第16頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三2、溶劑的互溶性規(guī)律物質(zhì)分子之間的作用力有較強的氫鍵和較弱的范德華力。氫鍵：是由一個氫原子和兩個電負性原子結(jié)合構(gòu)成，如A-H…B，“…”表示氫鍵，它是一種帶方向性的強作用力。要形成氫鍵，必須有能夠接受電子的部分A-H，即電子受體；還須有給出電子的部分B，即電子供體。

第17頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三按照生成氫鍵的能力，將溶劑分成四種類型。（1）N型溶劑：不能形成氫鍵，稱惰性溶劑。如烷烴、四氯化碳、苯等。（2）A型溶劑：只有電子受體的溶劑，能與電子供體形成氫鍵。如氯仿、二氯甲烷等。（3）B型溶劑：只有電子供體的溶劑。如酮、醛、醚、酯等。第18頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（4）AB型溶劑：同時具備電子受體A-H和供體B的溶劑，可締合成多聚分子，因氫鍵的結(jié)合形式不同又可分成三類：AB（1）型：交鏈氫鍵締合溶劑，如水、多元醇、羥基羧酸、多元羧酸、多酚等。AB（2）型：直鏈氫鍵締合溶劑，如醇、胺、羧酸等。AB（3）型：生成內(nèi)氫鍵分子。這類溶劑中的電子受體A-H因已形成內(nèi)氫鍵而不再起作用。故AB（3）型溶劑的氫鍵性質(zhì)與N型或B型相似。

第19頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第20頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三由形成氫鍵的情況可以推斷各類溶劑相互溶解的規(guī)律：形成氫鍵過程是釋放能量的過程，如果兩種溶劑混合后形成的氫鍵比混合前增強或強度更大，則有利于互溶，否則不利于互溶。如AB型和N型幾乎不相溶，因溶解要破壞AB型之間的氫鍵；A、B型易互溶，因混合后生成氫鍵。第21頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三圖表示各類溶劑的互溶規(guī)律，B型溶劑與各類溶劑絕大多數(shù)都能互溶。第22頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三表中所處位置越接近，越易互溶，越遠越難互溶。

第23頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三3、溶劑的極性萃取溶劑的選擇依據(jù)是“相似相溶”原則：一是分子結(jié)構(gòu)相似；另一是分子間作用能相似，即分子間相互作用力相似。分子間相互作用力相似，用分子極性。引入了介電常數(shù)第24頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三介電常數(shù)：是一個化合物摩爾極化程度的量度，如果已知介電常數(shù)，就能預測該化合物是極性的還是非極性的。介電常數(shù)的測定方法：物質(zhì)的介電常數(shù)ε可通過測定該物質(zhì)在電容器二極板間的靜電容量C來確定，如果C0為無介質(zhì)時的同一電容器的電容，則：第25頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三ε＝比較在同一電容器試樣中的電容和已知的標準液的電容，即可獲得介電常數(shù)。如以ε1和ε2分別代表試樣和標準液的介電常數(shù)，C1和C2表示充滿這兩種液體時的電容器的電容，則：ε1/ε2=C1/C2第26頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第27頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第28頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三根據(jù)萃取目標物質(zhì)（產(chǎn)物）的介電常數(shù)，尋找極性相接近的溶劑作為萃取溶劑，是溶劑選擇的重要方法之一。生物工業(yè)常用的溶劑有：酯類、醇類、酮類等。第29頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三良好溶劑要滿足的要求：（1）有很大的萃取容量，即單位體積的萃取溶劑能萃取大量的產(chǎn)物；（2）有良好的選擇性，理想情況是只萃取產(chǎn)物而不萃取雜質(zhì)；（3）與被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低、界面張力小或適中，有利于相的分散和兩相分離；（4）溶劑的回收和再生容易；（5）化學穩(wěn)定性好，不易分解，對設備腐蝕性小；（6）經(jīng)濟性好，價廉易得；（7）安全性好，閃點高，對人體無毒性或毒性低。

第30頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三4、分配定律和分離因數(shù)（1）萃取的幾個概念

料液：在溶劑萃取過程中，將供提取的溶液稱為料液，通常是水溶液；

溶質(zhì)：從料液中提取出來的物質(zhì)稱為溶質(zhì)；

萃取劑：用來萃取產(chǎn)物的溶劑常稱為萃取劑；

萃取液：溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到萃取劑中與萃取劑形成的溶液稱為萃取液；

萃余液：被萃取出溶質(zhì)后的料液稱萃余液（萃殘液）。

第31頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三萃取相濃度分配系數(shù)K==萃余相濃度（2）分配系數(shù)K

在一定溫度和壓力下，溶質(zhì)分配在兩個互不相溶的溶劑中，達到平衡時溶質(zhì)在兩相中的活度之比為一常數(shù)，為分配定律

。如果溶液是稀溶液，活度可用濃度代替，則達到平衡時溶質(zhì)在兩相中的濃度之比為一常數(shù)，即為分配系數(shù)K。

第32頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三常溫下K為常數(shù)，C的單位為mol/L。分配系數(shù)K反映一種萃取劑性能的優(yōu)劣，分配系數(shù)K越大，萃取收率越高。

K式的應用條件：（1）稀溶液（否則用活度計算）。（2）溶質(zhì)對溶劑之互溶度沒有影響。（3）必須是同一種分子類型，即不發(fā)生締合或離解。第33頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三弱酸或弱堿性溶質(zhì)在水相中存在電離現(xiàn)象，既要考慮兩相中的分配平衡，還要考慮弱電解質(zhì)在水相中的電離平衡，即要考慮應用條件（3）。第34頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三青霉素是一種弱酸，在水中會有一部分離解成負離子（青.COO-），萃取青霉素的有機溶劑是醋酸丁酯等，極性很低，不能萃取帶電荷的離子。青霉素在醋酸丁酯等有機相中僅以游離酸分子（青.COOH）的形態(tài)存在。只有兩相中的游離酸分子才符合分配定律。當用醋酸乙酯萃取青霉素時，發(fā)酵液中同時存在著兩種平衡，一種是青霉素游離酸分子在有機溶劑相和水相間的分配平衡；另一種是青霉素游離酸在水中的電離平衡。第35頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三分配平衡用分配系數(shù)K0表征，電離平衡用電離常數(shù)Kp來表征。醋酸丁酯第36頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三目前還不能單獨測定水相中游離酸的（青.COOH）濃度，能測定[青.COOH+青.COO-]的總濃度c2，用表觀分配系數(shù)K表示，K=

第37頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三K和K0、Kp的關(guān)系式經(jīng)理論推導如下：

K=K0[H+]/(Kp＋[H+])（弱酸）K=K0Kp/(Kp＋[H+])（弱堿）溶質(zhì)在不互溶兩相中的分配與萃取溶劑（決定K0）有關(guān)，也與水相的性質(zhì)（H+）有關(guān)。第38頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三分配系數(shù)的選擇第39頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三

（3）分離因數(shù)若料液中有溶質(zhì)A、B，由于兩者分配系數(shù)不同，萃取相、萃余相中A、B的相對含量各不相同。若A的分配系數(shù)較B大，則萃取相中A的含量（濃度）較B多，A和B就得到一定程度的分離。分離因數(shù)：表示萃取劑對溶質(zhì)A和B分離能力的大小。第40頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三分離因數(shù)（β）：

β=(C1A/C1B)/(C2A/C2B)=(C1A/C2A)/(C1B/C2B)=KA/KB

若A是產(chǎn)物，B為雜質(zhì)，分離因數(shù)寫為：β＝K產(chǎn)/K雜

β越大，A、B的分離效果越好，即產(chǎn)物與雜質(zhì)越容易分離。第41頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三5、水相條件對萃取的影響水相的pH、溫度、鹽析劑以及帶溶劑對萃取的影響。（1）pH值pH直接影響表觀分配系數(shù)K；還對選擇性有影響。pH值應在產(chǎn)物穩(wěn)定的范圍內(nèi)。（2）溫度影響生化物質(zhì)的穩(wěn)定性；它還影響分配系數(shù)K，因為溫度通過影響溶質(zhì)的化學位而影響溶質(zhì)在兩相中的分配。第42頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（3）鹽析劑

無機鹽類一般可降低產(chǎn)物在水中的溶解度而使其更易于轉(zhuǎn)入有機溶劑相中，另一方面還能減小有機溶劑在水相中的溶解度。無機鹽的用量適宜，過多會促使雜質(zhì)也一起轉(zhuǎn)入到溶劑相；要考慮其回收利用。（4）帶溶劑為提高分配系數(shù)K，常添加帶溶劑。帶溶劑是能和產(chǎn)物形成復合物，使產(chǎn)物更易溶于有機溶劑相中的物質(zhì)，該復合物在一定條件下又能容易分解。第43頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三二、工業(yè)萃取方式和理論收得率工業(yè)上萃取操作通常包括三個步驟：

(1)混合：要求形成具有很大比表面積的乳濁液，產(chǎn)物轉(zhuǎn)到萃取劑中。(2)分離：將乳濁液分離成萃取相和萃余相。

(3)溶劑回收工業(yè)萃取設備：混合器、分離器和溶劑回收裝置（如蒸餾塔）。第44頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三

一般萃取過程很快，如果接觸表面足夠大，則在15秒~1分鐘之內(nèi)就可完成。管道萃取、噴射萃取技術(shù)。

第45頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三萃取操作分為單級萃取和多級萃取。1、單級萃?。?）單級萃取流程單級萃取即使用一個混合器和一個分離器的萃取操作。

第46頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第47頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三液-液萃取過程圖1-萃取器；2-溶劑／溶質(zhì)塔；3-汽提塔；4-冷凝器；5-分離器；6-熱交換器第48頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（2）單級萃取的理論收率

萃取操作理論收得率的計算須符合以下兩個假定：（1）萃取相和萃余相很快達到平衡，即每一級都是理論級；（2）兩相完全不互溶，在分離器中能完全分離。

第49頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三設K為分配系數(shù)，VF為料液體積，Vs為萃取劑體積，E為萃取平衡后，溶質(zhì)在萃取相與萃余相中數(shù)量的比值，則：E＝K·VS/VF＝K/m

其中m為濃縮比，即m＝VF/VS

令未被萃取的體積分數(shù)為φ，則：

φ=1/(E+1)而理論收得率為：1-φ=E/(E+1)第50頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三2、多級萃取分為多級錯流萃取和多級逆流萃取。（1）多級錯流萃取

多級錯流萃取流程的特點：每級均加新鮮溶劑，故溶劑消耗量大，得到的萃取液產(chǎn)物平均濃度較稀，但萃取較完全。第51頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三三級錯流萃取裝置(a)艾德連式；(b)泵混合分離器；(c)加當―齊格勒接觸器；(d)霍米―莫脫接觸器第52頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三多級逆流萃取流程的特點：料液走向和萃取劑走向相反，只在最后一級中加入萃取劑。和錯流萃取相比，萃取劑消耗少，萃取液產(chǎn)物平均濃度高，產(chǎn)物收率最高。在工業(yè)上應采用多級逆流萃取流程。（2）多級逆流萃取第53頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三三級逆流萃取裝置分離青霉素第54頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（3）多級萃取的理論收率由理論推導，經(jīng)n級萃取后，兩種多級萃取流程的產(chǎn)物收率分別為：多級錯流萃取流程：1-φ=1-1/(E1+1)(E2+1)…(En+1)多級逆流萃取流程：1-φ=(En+1-E)/(En+1-1)第55頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三三、乳化和去乳化

1、乳化乳化是一種液體(分散相)分散在另一種不相混溶的液體（連續(xù)相）中的現(xiàn)象。產(chǎn)生乳化，難以將有機溶劑相和水相分離完全，出現(xiàn)兩種夾帶，即發(fā)酵廢液中夾帶有機溶劑微滴和溶劑相中夾帶發(fā)酵液的微滴，故必須破壞乳化。第56頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三乳化的結(jié)果可能形成兩種形式的乳濁液。一種是水包油型（O/W），另一種為油包水型（W/O）。穩(wěn)定的乳濁液形成是因為有表面活性劑的存在，活性劑通過降低界面張力，使液體容易分散成微滴而發(fā)生乳化。

第57頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三乳濁液的穩(wěn)定性和下列幾個因素有關(guān)：①界面上保護膜是否形成（最重要）；②液滴是否帶電；③介質(zhì)的粘度。發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)是引起乳化的最重要的表面活性物質(zhì)，多為O/W型。第58頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三2、破乳化乳濁液的形式：當表面活性劑的親水基團強度大于親油基團，易生成水包油型（O/W）乳濁液；反之則易生成油包水型（W/O）。破乳化是用過濾或離心、物理或化學方法，使乳濁液失去穩(wěn)定性而分相的操作。最好方法是防止乳化，若是蛋白質(zhì)引起乳化，應先去除蛋白質(zhì)。第59頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三四、萃取設備

1、單級萃取設備單級萃取用一套混合器和分離機。萃取流程如前?；旌?、萃取和分離也可在同一臺設備中進行。第60頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三2、多級萃取設備一般用萃取塔（1）脈動篩板塔脈動篩板塔適合：處理量小于20M3/h情況；物系較難分離，要求萃取理論級數(shù)高的情況（5~20級）；含有固體的懸浮液（＜15%）優(yōu)點：①操作方便、密閉性好；②萃取劑用量少；③占地面積小。

第61頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第62頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三（2）轉(zhuǎn)盤塔利用機械攪拌裝置，促使連續(xù)相液體的湍動，使懸浮在湍動液流中的分散相液滴被剪切成較細小的液滴，使分布更為均勻，萃取過程由此得到強化。先加入的并充滿全塔為連續(xù)相。適于小于5~7個理論級的萃取操作。第63頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)浸取一、浸取過程的應用

工業(yè)生產(chǎn)常用溶劑浸取物質(zhì)。生物物料是由細胞組成的，可溶性物質(zhì)通常在細胞內(nèi)，細胞膜產(chǎn)生一種不同于一般情況下的擴散阻力，浸取速率通常比較小。為了加快速度，可對原料進行預處理，如干燥、切片等，以助于細胞膜/壁破裂，溶劑也容易進入細胞內(nèi)溶解溶質(zhì)。第64頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第65頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第66頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三二、浸取速率溶劑從固體顆粒中浸取可溶性物質(zhì)的過程一般包括以下步驟：(1)溶劑從溶劑主體傳遞到固體顆粒的表面；(2)溶劑擴散滲入固體內(nèi)部和內(nèi)部微孔隙內(nèi)；(3)溶質(zhì)溶解進入溶劑；(4)溶質(zhì)通過固體微孔隙通道中的溶液擴散至固體表面并進一步進入溶劑主體。第67頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三第一、二步都很迅速，不是浸取過程總速率的限制步驟。第三步在固體內(nèi)部，溶質(zhì)的溶解是簡單的物理溶解過程，或是溶質(zhì)溶解的化學或生化反應。第四步溶質(zhì)通過固態(tài)和溶劑到達固體表面的擴散速度與許多因素有關(guān)。如果固體是有惰性多孔固體結(jié)構(gòu)組成，固體的微孔中充滿了溶質(zhì)和溶劑，則溶質(zhì)通過多孔固體的擴散可用有效擴散系數(shù)描述，而有效擴散系數(shù)與費克（Fick）定律有關(guān)。第68頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三1、分子擴散的費克（Fick）定律：

Fick定律是關(guān)于流體處于靜止狀態(tài)時的分子擴散。分子擴散是由于濃度梯度，對于A和B的雙組分混合物，F(xiàn)ick定律可寫成下面的形式：

JA＝－c

DABdxA/dl

當c是常數(shù)時，cA

=cxA，F(xiàn)ick定律可表達為：

JA＝－DABdcA

/dl（4.11）由于固體周圍鏡界膜的存在，物質(zhì)分子的傳遞只能靠擴散進行。第69頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三

2、生物物質(zhì)溶液中的分子擴散與小分子溶質(zhì)不同，生物大分子在溶液中的擴散會受其較大的空間尺度以及空間形狀的影響。生物大分子在水溶液中的形狀是不規(guī)則的；生物大分子與小分子溶劑或溶質(zhì)分子之間的相互作用，也會影響到生物大分子及小分子溶質(zhì)的擴散。因此，在相同濃度梯度下生物大分子的擴散速率要比小分子有機物慢很多。第70頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三3、生物凝膠中的分子擴散凝膠是一種“多孔”的半固態(tài)物質(zhì)，具有不規(guī)則的“框架結(jié)構(gòu)”，凝膠結(jié)構(gòu)中的孔道或敞開的微小空間里充滿了水。

小分子溶質(zhì)在凝膠的不規(guī)則的“框架結(jié)構(gòu)”中的擴散速率要比在水溶液中慢。凝膠由大分子組成，通常是稀的水溶液，組成凝膠的物質(zhì)組分只占百分之幾。瓊脂糖凝膠是由松散交織的含有大量氫鍵的多糖大分子組成。第71頁，講稿共79頁，2023年5月2日，星期三4、固相中的分子擴散固相內(nèi)的氣體、液體、固體物質(zhì)的分子擴散速率比