物質(zhì)分離工程

第一章緒論一、 生物技術(shù)下游加工過程的特點(diǎn)：1、發(fā)酵液或培養(yǎng)液是產(chǎn)物濃度很低的水溶液2、培養(yǎng)液是多組分的混合液3、生物產(chǎn)品的穩(wěn)定性差4、隊(duì)最終產(chǎn)品的質(zhì)量要求很高二、 生物技術(shù)下游加工過程的一般步驟和單元操作（略，見課本吧）三、 生物技術(shù)下游加工過程的發(fā)展動(dòng)向?qū)?huì)加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，傳統(tǒng)分離技術(shù)的提高和完善，新技術(shù)的研究與開發(fā)，生物技術(shù)下游工程與上游工程相結(jié)合，強(qiáng)化物理化學(xué)作用的影響，生物分離過程的高效集成化，清潔生產(chǎn)。隨著商業(yè)競爭的增多和生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢最終歸結(jié)為低成本和高純度，所以成本的控制盒質(zhì)量控制是生物技術(shù)下游加工過程發(fā)展的動(dòng)力和方向。第三章發(fā)酵液的預(yù)處理和菌種的回收一、 懸浮液的特性：1、發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低2、懸浮物的顆粒小，細(xì)胞的相對(duì)密度與培養(yǎng)液相似3、可壓縮，非牛頓流體，黏度高4、懸浮狀態(tài)穩(wěn)定，雙電層，水化膜，布朗運(yùn)動(dòng)。二、 懸浮液預(yù)處理的目的與方法：目的：1、改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，提高從懸浮液中分離固形物的速率，提高固液分離的效率；2、盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的某一相中；3、出去發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)。方法：1、加熱法；2、調(diào)節(jié)懸浮液的PH值；3、凝聚于絮凝；4、使用惰性助濾劑。三、 過濾法：1、 濾餅過濾過濾介質(zhì)常用多孔織物，其網(wǎng)孔尺寸未必一定須小于被截留的顆粒直徑，當(dāng)懸浮液通過濾餅時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾餅。2、 深層過濾：孔道彎曲細(xì)長，顆粒尺寸比介質(zhì)孔道小得多，顆粒進(jìn)入孔道后容易被截留，同時(shí)由于液體流過時(shí)所引起的擠壓和沖擊作用，顆粒吸附在孔道的壁面上。3、 錯(cuò)流過濾：如果料液給過濾介質(zhì)表面一個(gè)平行的大流量沖刷，則過濾介質(zhì)表面積積累的濾餅就會(huì)減少到可以忽略的程度，而通過過濾介質(zhì)的流速則比較小，這種過濾方式稱作錯(cuò)流過濾第四章細(xì)胞的破碎與分離一、 細(xì)胞破碎：選用物理、化學(xué)、酶或機(jī)械的方法來破壞細(xì)胞壁或細(xì)胞膜。二、 細(xì)胞破碎的方法：1、機(jī)械破碎2、物理破碎3、化學(xué)破碎4、酶溶破碎四、 酶解法優(yōu)點(diǎn)：條件溫和，能選擇性地釋放產(chǎn)物，不殘留細(xì)胞碎片，抽提的速率和效率高，產(chǎn)品的破壞少。缺點(diǎn)：酶價(jià)格高，通用性差。五、 自溶法優(yōu)點(diǎn)：（略） 缺點(diǎn)：容易引起所需蛋白質(zhì)發(fā)生變性，自溶后懸浮液黏度大，過濾速度下降。六、細(xì)胞破碎的研究方向：1、多種破碎方法結(jié)合使用2、與下游過程相結(jié)合3、與上游過程相結(jié)合第五章離心分離一、 離心的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：分離速率快；效率高；液相澄清度好。缺點(diǎn)：設(shè)備投資高；能耗大；只能得到一種較為濃縮的懸浮液。二、 粒子差速離心:簡稱差速離心法，是采用逐漸增加離心速率或低速和高速交替進(jìn)行離心，使沉降粒子在不同離心速率及不同離心時(shí)間下分批分離的方法.三、 一般密度梯度離心法:也稱分級(jí)區(qū)帶離心,它是把樣品鋪放在一個(gè)連續(xù)的液體密度梯度上，然后進(jìn)行離心，并控制離心分離的時(shí)間，使得粒子在完全沉降之前，在液體梯度中移動(dòng)而形成不連續(xù)分離區(qū)帶四、 等密度離心法：當(dāng)不同離子存在密度差時(shí)，在離心力場作用下，粒子向下沉降或向上浮起，一直移動(dòng)到與它們密度恰好相等的位置上并形成區(qū)帶的方法第六章膜分離過程一、 膜分離過程的類型：1、以靜壓力差為推動(dòng)力的膜分離過程2、以蒸汽分壓差為推動(dòng)力的膜分離過程3、以濃度差為推動(dòng)力的膜分離過程4、以電位差為推動(dòng)力的膜分離過程二、 膜組件的類型：平板式、螺旋卷式、管式、中空纖維式、動(dòng)態(tài)壓力過濾器三、 濃差極化：在超濾過程中，由于水透過膜，因而在膜表面的溶質(zhì)濃度增高，形成梯度，在濃度梯度的作用下，溶質(zhì)與水以相反方向擴(kuò)散，在達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，膜表面形成一溶質(zhì)濃度分布邊界，它對(duì)水的滲透起著阻礙作用。四、 水通量：膜對(duì)純水的通過量，是用在壓力為0.1MPa，溫度為20^的條件下，透過一定量純水所需的時(shí)間來測定的。五、 膜污染的原理和處理方法：原理：被處理物料中的微粒、膠體粒子和溶質(zhì)大分子與膜發(fā)生物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用從而引起在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、堵塞，使膜產(chǎn)生透過流量與分離特性的不可逆變化。處理方法：1、預(yù)處理2、開發(fā)新型抗污染的膜3、加大供給液的流速4、化學(xué)洗滌5、物理洗滌。六、 滲透：當(dāng)利用半透膜把兩張不同濃度的溶液隔開時(shí),濃度較低的溶液這個(gè)的溶劑（如水）自動(dòng)的透過半透膜流向濃度較高的液體，直到化學(xué)位平衡為止的現(xiàn)象.七、 透析：用具有一定孔徑大小的、高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜將溶質(zhì)溶液與純水分隔，在濃差的作用下，小分子溶質(zhì)透向水側(cè)，水透向溶液一側(cè)。第十章溶劑萃取一、 萃取：利用溶質(zhì)在互不相溶的兩相之間溶解度的不同而使溶質(zhì)得到分離的方法。二、 分配定律：在一定溫度和壓力下，溶質(zhì)分布在兩個(gè)互不相溶的溶劑里，達(dá)到平衡后，它在兩相的濃度比為一常數(shù)K。三、 乳化：是指一種液體以細(xì)小液滴的形式分散在另一不相溶的液體中。去乳化（看書吧）四、 乳狀液的類型：1、水包油2、油包水第十六章沉淀法一、 蛋白質(zhì)沉淀的方法：1、中性鹽鹽析法2、等電點(diǎn)沉淀法3、有機(jī)溶劑沉淀法4、非離子型聚合物沉淀法5、聚電解質(zhì)沉淀法6、金屬離子沉淀法7、親和沉淀法。二、 鹽析和鹽溶的原理及現(xiàn)象：鹽析：蛋白質(zhì)和易溶于水，因?yàn)樵摲肿拥囊籆OOH、-NH2和一OH都是親水基團(tuán)，這些基團(tuán)與極性水分子相互作用形成水化層，包圍于蛋白質(zhì)分子周圍形成1nm?100nm顆粒的親水膠體，削弱了蛋白質(zhì)分子之間的作用力，蛋白質(zhì)分子表面極性基團(tuán)越多，水化層越厚，蛋白質(zhì)分子與溶劑分子之間的親和力越大，因而溶解度也越大。親水膠體在水中的穩(wěn)定因素有兩個(gè)：即電荷和水膜。因?yàn)橹行喳}的親水性大于蛋白質(zhì)分子的親水性，所以加入大量中性鹽后，奪走了水分子，破壞了水膜，暴露出疏水區(qū)域，同時(shí)又中和了電荷，破壞了親水膠體，蛋白質(zhì)分子即形成沉淀。鹽溶：在蛋白質(zhì)水溶液中，加入少量的中性鹽［即稀濃度］，如硫酸銨、硫酸鈉、氯化鈉等，會(huì)增加蛋白質(zhì)分子表面的電荷，增強(qiáng)蛋白質(zhì)分子與水分子的作用，從而使蛋白質(zhì)在水溶液中的溶解度增大。三、 有機(jī)溶劑沉淀法的原理：1、親水性有機(jī)溶劑加入溶液后降低了介質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)分子之間的靜電引力增加，聚集形成沉淀；2、水溶性有機(jī)溶劑本身的水合作用降低了自由水的濃度，壓縮了親水溶質(zhì)分子表面原有水化層的厚度，降低了它的親水性，導(dǎo)致脫水凝集四、 金屬離子沉淀蛋白質(zhì)的類型：1、能與羧基、氨基等含氮化合物以及含氮雜環(huán)化合物強(qiáng)烈結(jié)合的金屬離子，如Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+；2、能與羧酸結(jié)合而不能與含氮化合物結(jié)合的金屬離子，如Ca2+、Ba2+、Mg2+、Pb2+；3、能與球技化合物強(qiáng)烈結(jié)合的金屬離子，如Hg2+、Ag2+、Pb2+。第十七章吸附于離子交換一、 吸附：利用吸附劑對(duì)液體或氣體中某一組分具有選擇吸附的能力，使其富集在吸附劑表面而從混合物中分離的過程。二、 吸附的類型及特點(diǎn)：1、物理吸附：其特點(diǎn)是吸附不僅限于一些活性中心，而是整個(gè)自由界面，無選擇性，無需較高的活化能，速度快。2、化學(xué)吸附：選擇性強(qiáng)，放出大量的熱，需較高的活化能，速度慢。3、交換吸附：（看書吧）三、 大網(wǎng)格吸附樹脂：特點(diǎn)：脫色除臭效果理想，對(duì)有機(jī)物具有良好的選擇性，物化性質(zhì)穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度好，吸附速度快，易再生；但價(jià)格昂貴，吸附效果易受流速以及溶質(zhì)濃度等因素的影響。五、影響吸附的因素1、 考慮三種作用力：（1）固體與溶質(zhì)（2）固體與溶劑（3）溶質(zhì)與溶劑2、 吸附劑性質(zhì)：（1）吸附容量（2）吸附速度（3）機(jī)械強(qiáng)度3、 吸附物性質(zhì)4、 溶液PH5、 溫度6、 其它組分的影響六、 蘭格繆爾等溫線的前提條件：吸附物分子之間無相互作用力；每一個(gè)活性只能吸附一個(gè)分子，即形成單分子吸附層；吸附速度與溶液濃度和吸附劑表面未被占據(jù)的活性中心數(shù)目成正比;解吸速度與吸附劑表面為該溶質(zhì)所占據(jù)活性中心數(shù)目成正比七、 離子交換劑選擇的原則：1、 目標(biāo)物強(qiáng)酸（堿）——樹脂弱堿（酸）；目標(biāo)物弱酸（堿）一一樹脂強(qiáng)堿（酸）2、 陽離子交換樹脂有：氫型（游離酸型）和鹽型（Na型）陰離子交換樹脂有：羥型（游離堿型）和鹽型（Cl型）原則上：弱酸和弱堿樹脂應(yīng)采用鹽型強(qiáng)酸和強(qiáng)堿樹脂則可根據(jù)用途任意使用八、“三床”吸附的優(yōu)缺點(diǎn)1、 固定床吸附：優(yōu)點(diǎn)：流體呈平推流，返混小，柱效率高；缺點(diǎn)：無法處理含顆粒的料液。2、 流化床吸附：優(yōu)點(diǎn)：壓降小，可處理高黏度或固體顆粒的粗料液，設(shè)備操作簡單；缺點(diǎn):存在嚴(yán)重的返混，利用率低。3、 膨化床吸附：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)第十八章色層分析法一、 色譜展開的方法：1、洗脫分析法2、前流分析法3、頂替分析法二、 離子交換色層分離法的原理：離子交換色譜是通過帶電的溶質(zhì)分子與離子交換劑中可交換的離子進(jìn)行交換而達(dá)到分離目的的方法，蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的聚合物，可以看做聚離子根據(jù)其等電點(diǎn)pI調(diào)節(jié)溶液的PH值，很容易使蛋白質(zhì)在宏觀上帶正電荷或負(fù)電荷。這樣溶液中單一電荷的蛋白質(zhì)首先被離子交換樹脂上的反離子置換并固定在樹脂上，然后通過提高溶液中相反離子濃度或降低蛋白質(zhì)所帶電荷數(shù)等方法將蛋白質(zhì)從樹脂上洗脫下來，利用它們的表面電荷性質(zhì)和大小的不同達(dá)到分離純化蛋白質(zhì)的目的。第十九章電泳一、 電泳的理論基礎(chǔ)：在一定pH條件下，某些物質(zhì)分子會(huì)成為帶電的粒子，不同的物質(zhì)，由于其帶電性質(zhì)、顆粒形狀和大小不同，因而在一定的電場中它們的移動(dòng)方向和移動(dòng)速度也不同，因此可將它們分離。二、 聚丙烯酰胺凝膠電泳的原理：由于聚丙烯酰胺凝膠電泳（PAGE）是多孔介質(zhì)，不僅能防止對(duì)流，把擴(kuò)散減少到最低；而且其孔徑大小與生物大分子具有相似的數(shù)量級(jí)，能主動(dòng)參與生物分子的分離，具有分子篩效應(yīng)。三、 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳的原理：SDS為陰離子去垢劑，與蛋白質(zhì)分子結(jié)合，使蛋白質(zhì)分子所帶電荷相同，并使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變得松散，形狀趨于一致。蛋白質(zhì)的遷移率與分子大小有關(guān)。四、 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定蛋白質(zhì)的方法：以不同分子量的標(biāo)準(zhǔn)蛋白進(jìn)行SDS電泳得到不同標(biāo)準(zhǔn)蛋白的電泳遷移率，制作標(biāo)準(zhǔn)校正曲線，然后對(duì)未知蛋白在相同條件下進(jìn)行SDS電泳，測定遷移率，從標(biāo)準(zhǔn)曲線得到相應(yīng)的分子量五、 等電聚焦形成PH梯度的方法：1、 在沒有電場時(shí)，載體兩性電解質(zhì)的pH值大約是該溶液pH范圍的平均值，所有載體兩性電解質(zhì)分子都荷電。2、 當(dāng)引入電場時(shí)，載體兩性電解質(zhì)分子將向陰極或陽極遷移，帶有最低等電點(diǎn)的分子（荷最多負(fù)電）將最快地向陽極移動(dòng)；當(dāng)它達(dá)到凈電荷為0的位置時(shí)才停止，這個(gè)位置靠近陽極，由于它具有高的緩沖能力，使環(huán)境溶液的pH等于分子本身的pI。3、 其次，一些低pI的載