生物工业下游技术习题(附答案).doc

生物工业下游技术习题

第一章绪论

1何为生化分离T程？其主要研究那些内容？下游加工过程（下游技术）：

对由生物界自然产生的或由微生物发酵过程、动植物细胞组织培养或酶反应过程等各种生物工业生产过程获得的生物原料（发酵液.培养液、反应液），经提取分离、加工精制成有关生物化工产品的过程（技术）。由不同生物化工单元操作组成。

研究内容：产品的分离纯化，从混合物（发酵液等）中用最低的投入，获得最高的产出（产物的高得率. 高纯度九

2试述生物技术卜?游加工过程的特点及应遵循的原则。

特点：发酵液等为复杂多相系统，属非牛顿性液体, 成分复杂多样，固液分离困难。

产物起始浓度低（发酵液起始浓度较低而杂质又较多），常需多步纯化操作；

产物（生物物质）通常很不稳定：遇热.极端pH. 有机溶剂会引起失活或分解；

发酵或培养都是分批操作，生物变异性大，各批发酵液不尽相同，下游加工应有弹性；

发酵液不宜久存，应尽快提取。

原则：时间短；温度低；pH适中（在生物物质的稳定范围内）；严格清洗消毒。基因工程产品，生物安全问题

1生化分离工程有那些特点？其包括那几种主要分［葛池二

2简述纭化分离工程的发展趋势。

操作集成化（减少步骤，提高收率）；

方法集成化；

大分子与小分子分离方法的相互渗透；

亲和技术的推广使用和配基的人工合成；

优质层析介质的开发；

基因工程对下游过程的影响；

发酵与提取相耦合。

1、简述生物技术下游加工过程的一燉流程。

按生产过程划分，下游技术大致分为4个阶段：

1预处理（发酵液或培养液的预处理和固液分离）；2提取（初步分离纯化）；

3精制（高度纯化）；

4成品加工（最后纯化）；

第二章预处理与固-液分离法

发酵液预处理的H的是什么？主要有那几种方法？

预处理：

1预处理目的：改变发酵液的性质，利于固液分离。2方法：采用酸化.加热、以降低发酵液的粘度；或加入絮凝剂，使细胞或溶解的大分子聚结成较大颗粒。

目的：分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，利于提取精制后续工序的顺利进行；菌种不同、发酵液特性不同，预处理方法选择也不同。胞外产物^经预处理使目的产物移至液相，经固液分离，除去固相；胞内产物：收集菌体或细胞，进行破碎，使目的产物移至液相，进行细胞碎片分离。

何谓絮凝？何谓凝聚？各自作川机理是什么？

凝聚:

在电解质（中性盐）作用下，胶粒间双电层电排斥作用降低，电位下降，使胶体体系不稳定的现象。

凝聚作用就是向胶体悬浮液中加入某种

电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集的现象。

絮凝

絮凝：在高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使细胞、胶粒等聚集成粗大的絮凝团。

絮凝剂：一种能溶于水的高分子聚合物，相对分子质量大，具长链结构（链节含许多活性官能团）。

作用力：由静电引力、范德华力或氢键作用力等吸附于胶粒的表面。

1、简述微半物发酵液令何特性？改变发酵液过

滤特性的主要方法有哪些？其简要机理如

何？

2、微生物发酵液的特性：

a）发酵产物浓度较低（「10%）,悬浮液中大部分为水？

b）发酵液是组分非常复杂的混合物；

c）悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不

大：

d）固体粒子的可压缩性大；

e）液相粘度大（多为非牛顿型流体）；

f）性质不稳定，随时间发生变化。

二、发酵液的预处理（改善发酵液过滤特性的物化方法）

*降低液体粘度，滤液通过滤饼的速率与液体粘度成反比。

加水稀释法：I P V t f会增加悬浮液的体积，加大后续处理任务。

*加热法：提高温度,有效I P 9 t V过潮蛋白质凝聚成较大颗粒凝聚物。一般加热温度控制在

65~80°C。

*适用于对非热敏感性产品发酵液预处理；

*使用时严格控制加热温度和时间。

3、除去发酵液屮杂蛋口质的常用方法有哪些？

2、杂蛋白质的去除方法

*沉淀法：蛋白质在酸性溶液中，能与一些阴离子，如三氯乙酸盐.水杨酸盐.餌酸盐、苦味酸盐、糅酸盐、过氯酸盐等形成沉淀；在破性溶液中, 能与一些阳离子如Ag\ C屮、Zn\ Fe?和等形成沉淀。

*吸附作用：加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。

例如：在枯草芽鞄杆菌发酵液中，加入氯化

钙和磷酸氢二钠，两者生成庞大的礙胶，把蛋白质. 菌体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，从而可加快过滤速率。

*变性法：加热，大幅度调节pH,加酒精等有机溶剂或表面活性剂等。

例如：抗生素生产中，常将发酵液pH 调至偏酸性范围（PH2-3）或较碱性范围（pH8-9）使蛋白质凝固，一般以酸性下除去的蛋白质较多。

*变性法的局限性：加热法只适合于对热较稳定的目的产物；极端pH也会导致某些目的产物失活，

并且要消耗大量酸碱；而有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。

4、在生化工业屮常用的过滤方式那两种？各自

有何特点？

‘ a）利用转鼓高速转动所产生的离心力，实现分

离。可分离悬浮液中极小的固体微粒和大

分子物质。

优点：分离速度快，效率高，液相澄清度好等。

缺点：设备投资高，能耗大。

过滤：发酵液的过滤特性：

- 发酵液属非牛顿型液体，滤渣为可

压缩性的

5、离心分离分那两大类？各自有何特点及用

途？常用离心法有那几种？

6、过滤式离心机：

a）转鼓上开小孔，有过滤介质，离心力下, 液体穿过过滤介质经小孔流出而得以分

离。

b）用缶处理悬浮液固体颗粒较大、固含量较高的物料。

7、沉降式离心机：

a）转鼓上无孔，离心力下，物料按密度大小不同分层沉降分离。

b）用于液-固、液-液、液■液-固分离。

8、试述生物工业屮常用固液分离设备的原理、特

点及适用范围。

板框压滤机：

a）传统设备，广泛应用

b）结构简单.装配紧凑.过滤面积大，适应性强，过滤推动力能大幅调整等。

c）设备笨重.间歇操作、辅助时间多，效率低;

d）自动板框过滤机

碟片式离心机：

e）是沉降式离心的一种，应用较广泛；

f）适应于细菌、酵母菌、放线菌等悬浮液及细胞碎片分离。

第三章细胞破碎法

1、常用细胞破碎方法的原理、特点及适用性。

细胞破碎

*目的：通过收集细胞或菌体，进行细胞破碎, 以提取胞内的蛋白质.酶.多肽和核酸等生化物质。是提取胞内产物的关键步骤。

*细胞破碎：采用一定方法，在一定程度上破坏

细胞壁和细胞膜，使胞内产物最大程度释放到液相，将破碎后的细胞浆液经固液分离除去细胞碎片，再进行分离纯化。

细胞破碎

*细胞基本结构：细胞壁（动物细胞除外）、细

胞膜.细胞质等。

*细胞破碎的主要阻力：细胞壁。

*不同类型细胞其细胞壁的结构和组成不完全相同，细胞破碎的难易程度不同。

2、机械法细胞破碎方法菲机械破碎方法相比有何特点？

一.细胞破碎方法

按是否外加作用力分为：机械法和非机械法。

机械法：高压匀浆法.高速研磨或超声波破碎等，（消耗的机械能转为热量使温度上升，要采用冷却措施，防止生物产品受热破坏九

非机械法：酶解法、潑透压冲击法、冻结一融化法、干燥法和化学法溶胞等。

机械法的特点

*依靠专怎设备，利用机械力的作用将细胞切碎；

*优点：设备通用性强，效率高，操作时间短, 成本低，适合大规模工业化。

*缺点：细胞碎片细小，胞内物质全部释放，料液黏度大，成分复杂；

非机械法的特点

*利用化学试剂或物理因素等破坏局部的细胞壁或提高壁的通透性；

*优点：胞内物质释放的选择性好，固液分离容易；

*缺点：细胞破碎率低，耗费时间长，某些方法成本高，一般仅适合小规模。

3、破碎技术与上、下游过程相结合提高破碎率的in iff

■与上游过程相结合：

■ 在上游培养过程中，改变培养基成

分、生长期.操作参数等使细胞破

碎变得容易,

■用基因工程对菌种进行改造。

■ 与其他下游操作相结合：

■破碎条件应与后步分离相关；破碎

操作与纯化过程结合。

4、陋法细胞破碎常用那几种解类？。

外加酶法

*用于实验室规模；

*根据细胞壁的结构和化学组成选择适当的酶,并确定相应的次序。

*细菌类细胞壁：溶菌酶；

*酵母和真菌类细胞壁：蜗牛酶、纤维素酶. 多糖酶等；

*植摻细胞壁：纤维素酶和半纤维素酶第四章沉淀法

1、常用的沉淀法有哪几种？

沉淀法

*利用加入试剂或改变条件使发酵产物离开溶液，生成不溶性颗粒而沉淀。

根据所加入沉淀剂分为：

*盐析法

*等电点沉淀法

*有机溶剂沉淀法

*非离子型聚合物沉淀法

*聚电解质沉淀法

*高价金属离子沉淀法

2、生产屮常用的盐析剂有哪些？其选择依据是什么？

?最常用的盐析剂：

硫酸胺、硫酸钠、磷酸钾、磷酸钠。

? 中性盐沉淀法：在发酵液中加入中性盐能破坏蛋白质或酶的胶体性质，消除微粒上的电荷，促使蛋白质或酶沉淀或聚结的现象。

?一般用于蛋白质分离和酶制剂工业的发酵液提取。

3、有机沉淀法与盐析沉淀法相比有何优缺点？

有机溶剂沉淀法

*利用和水互溶的有机溶剂，能使蛋白质在水中的溶解度显著下降（室温下还会变性）。

*优点：溶剂易蒸发除去；有机溶剂密度小，与沉淀物密度差大，易于离心分离。

*缺点：易使蛋白质变性失活；安全要求高。盐析法

*中性盐沉淀法：在发酵液中加入中性盐能破坏蛋白质或酶的胶体性质，消除微粒上的电荷，促使蛋白质或酶沉淀或聚结的现象。

*一般用于蛋白质分离和酶制剂工业的发酵液提取。

第五章膜分离法

1、何谓膜分离？主要有那儿种膜分离方法？用于分离的膜应有哪些基本特性？

■膜过滤法（膜分离技术）：

用半透膜作为选择障碍层，允许某些组

分透过而保留混合物中其他组分，从而达到分离目的的技术。

膜的基本特性：

1在一种褊体相间有一薄层凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。

2是均匀的一相或是由两相以上凝聚物质所构成的复合体，厚度应在0. 5 mm以下，具有两个界面；

3膜还必须具有高度的渗透选择性；

4面积可以很大，也可以非常微小

2、膜分离的表征参数有那些？何谓膜截留分子量？

■水通量：每单位时间内通过单位膜面积的水体积流量，其大小取决于膜的物理特性

和系统的条件。

■截留率和截断分子量：对一定相对分子质量的物质，膜能截留的程度。

截留率:膜对溶质的截留能力以截留率斤来表示截断分子量（MWC0）:定义为相当于一定截留率（90% 或95%）的分子量，用以估计孔径的大小。

3、何谓浓差极化现象？它是如何影响膜分离的？减少浓差极化现象的措施？

■膜的浓差极化：溶剂透过膜而溶质留在膜上，使膜面上溶质浓度增大的现象

易造成3种情况：提高渗透压，降低水通量；降低膜的截留率；产生结垢现象，造成物理阻塞，使膜逐渐失去透水能力。

4、什么是膜污染？如何减轻膜污染？膜的清洗及保存方法有那儿种？

■膜的污染：处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作

用或机械作用而引起膜表面或膜孔内吸

附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产

生透过流量和分离特性的不可逆变化现

象。

减轻污染的方法

*料液的有效处理（预处理）：预处理料液达到

膜组件进水的水质指标。*改善膜的性质：改善表面性质：表面极性和电荷性。

*改变操作条件：

适当提高水温加速分子扩散，增大滤速；降低膜两侧的压差或料液浓度；调节料液的pH,远离引起蛋白质沉淀的等电点。

膜污染的处理（清洗方法）

*物理方法清洗：

等压冲洗；反冲洗；脉冲流动；静置浸泡加水力反冲洗，采用泡沫塑料软球或海绵球去除污物；超声波等

*化学清洗方法：采用化学药品溶液清抚。

起溶解作用的物质：酸.碱、酶起切断离子结合作用的方法：改变离子强度、pH

起氧化作用的物质：次氯酸盐起渗透作用的

物质：磷酸盐、次氯酸盐

*清洗后，如不用，应用清水中（加甲醛）贮

存。

5、超滤、反渗透膜分离主要有那些方面应用？反渗透

*优点：相态不变，无需加热，设备简单，效率高，占地小，操作方便，能耗少等。

*应用：海水脱盐.食品医药的浓缩、超纯水的制备，微生物的分离控制等

反渗透法在浓缩.净化中的应用

*在净化和浓缩的全过程中，需要大童清水，同时又伴有大量废水排出的情况；

*净化过程的用水，要求必须采用闭路循环系

统，以进行水的再生使用；

*废水中含有贵重物质；

*凡属不适于加热或减压处理的过程。

超滤

*凡是能截留相对分子质量在500以上的高分子的膜分离过程。

*从小分子溶质或溶剂中，将较大的溶质分子筛分出来（如相对分子质量数百万的有机物大分子九

*反渗透：截留无机盐类的小分子。

6、膜分离过程屮反渗透、微滤、超滤、纳滤过程的区别？

1、微滤（Microfiltration^ MF）

*利用筛分原理分离，截留直径为0.05~10凹大小的离子，膜的孔径为0?05~10?,采用压力为0.

05~0. 5MPa0

2> 超滤（Ultraf订tTation, UF）

*筛分原理，可能受粒子荷电性及其与荷电膜相互作用的影响，可分离分子5：3000^1000 OOODa 的可溶性大分子物质，孔径0. ooro. 05 压力为0?广IMPa。

3、反渗透（Reverse Osmosis, R0）

*在高于溶液渗透压的压力作用下'只有溶液中的水透过膜，而溶液中大分子.小分子有机物和无机盐全部被截溜。

*分离的基本原理：溶解扩散。

*膜孔径0. rinm,采用压力为PlOMPao

6、纳米过滤（Nanof订tratiom NF）

*介于超滤和反渗透之间，以压力差为推动力, 从

溶液中分离出300^1000相对分子质量物质的膜分离过程。

*特点：

*集浓缩与透析为一体；

*操作压力低，节约动力

第六章溶剂萃取法

1、何谓溶剂萃取？其分配定律的适用条件是什

么？

2、溶剂萃取：

利用一种溶质组分（产物）在两个互不混溶的液相（水相一有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作。

分配定律和分离因数：

在一定温度、压力的条件下，溶质分配在两个互不相溶的溶剂中，达到平衡时溶质在两相中活度之比为一常数（稀溶液中，活度可用浓度代替）即达到平衡时溶质在两相中的浓度之比为一常数（分配系数）：

K二萃取相浓度/萃余相浓度=G/Q 应用条件：稀溶液；溶质对溶剂之互溶无影响; 是同一种分子类型（不发生缔合或离解）。

2、溶剂应具备的条件？

溶剂的选择

*一个良好的溶剂应具备以下要求：

*有很大的萃取容量；

*有良好的选择性，理想是只萃取产物不萃取杂质：

*与被萃取的液相互溶度要小，粘度低，界面张

力小或适中，以有利于相的分散和两相分离；

*溶剂的回收和再生容易；

*化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小;

*经济性好，价廉易得；

*安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。

常用溶剂

*生物工业上常用的溶剂有：酯类.醇类和酮类等。

如：乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁醇等。

3、何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？在发酵工业屮?去乳化有何实

际意义？

乳花：一种液体分散在另一种不相混合的液相中的现象

2、乳浊液的形成

*、有机溶剂和水混合，乳化结果形成两种形式乳浊液：

水包油型或0/W型乳浊液：油滴分散在水中o °油包水型或W/0型乳浊液：水滴分散在油中o *°要形成稳定的乳浊液，一般应有表面活性剂

（乳化剂）存在。

*蛋白质是引起发酵液乳化的表面活性物质之

3、常用破乳化方法

*过滤和离心分离：

*加热：

*稀释法：

*加电解质：

*吸附法：

*顶替法：

*转型法：超临界流体萃取

超临界萃取

1超临界流体的特性

1）超临界状态下流体的密度与液体很接近，使流

体对溶质的溶解度大大地增加了，一般可达几个数量级；

2）它又具有气体扩散性能?

3）在超临界状态下气体材液体两相的界面消失，

表面张力为零，反应速度最大，热容量.热传导率等出现峰值；

4）在临界点附近，压力和温度的微小变化可对溶剂的密度、扩散系数.表面张力、黏度、溶解度、介电常数等带来明显的变化。在临界点的附近，密度线聚集于临界点周I和压力或温度的小范用变化，就会引起流体密度的大幅度变化；

2超临界萃取的原理是什么？

超临界萃取技术是利用流体在超临界区内，待分离混合物中的溶质在温度和压力的微小变化时，其溶解度会在相当大的范围内变动，从而达到分离提纯目的。如在较高的压力下，让溶质充分溶解于超临界流体中，然后使超临界溶液的压力降低，溶解于超临界流体中的溶质会因超临界流体的密度下降，溶解度降低而析出，从而使混合物分离和提纯。

3拖带剂

超临界萃収加入的辅助溶剂，以增加物质的溶解度和萃取选择性。

4.说明等温变压法的流程。

按溶质与萃取剂的分离方法不同，超临界流体萃取有变压萃取.变温萃取和吸附萃取三种典型流程，其中以变压萃取流程的应用最为广泛。等温（变压）法：依靠压力变化的萃取分离法。萃取剂经压缩达到最大溶解能力的状态点（即超临界状态）后加入到萃取器中与物料接触进行萃取。在一定温度下, 当萃取了溶质的超临界流体通过膨胀阀进入分离槽后，由于压力降低，被萃取组分在超临界流体中的溶解度降低，使其在分离器中析出，溶质由分离器下部取出，气体经压缩机返回萃取器循环使用。

萃取釜与分离釜温度（基本）相等。

反胶团（逆胶束）萃取

①反胶团是表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发地向内聚集而成的，内含微小水滴的胶束结构。

2）反胶团的临界胶团浓度：表面活性剂在非极性

有机溶剂中能形成反胶团的最小浓度

3）反胶团的制备

①注入法②相转移法③溶解法

16.反胶团的优点：

⑴极性“水核”具有较强的溶解能力；

⑵生物大分子山于具有较强的极性，可溶解于极性水核屮，防止与外界有机溶剂接触，减少变性作用；

⑶山于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体结构，増加其结构的刚性，提高其反应性能。

第七章双水相萃取

1、何谓双水相萃取？

双水相萃取技术定义

*利用双水相的成相现象及待分离组分在两相间分配系数的差异，进行组分分离及提纯的技术。

2、双水相体系可分为那几类？H前常用的体系有那两种？

常用双水相体系

*利用生物物质在两相中的不同分配可实现其分离。生化工程中常用的双水相体系有：

*聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dex）：

*聚乙二醇（PEG） /无机盐（硫酸盐或磷酸盐）。

*特点：无毒性；能使生物高分子稳定（多元醇或多糖结构）。

3、为什么说双水相萃取适用于生物活性大分子物质分离？

4、影响双水相萃取的因索有那些？当电解质存在? PII是如何影响双水相萃取的？

5、用双水相萃取细胞破碎（匀浆）液时，一燉是把H标产物分布在上相，而细胞碎片.杂蛋口等杂质分布在下相，为什么？

第八章离子交换法

1、何谓离子交换法?一般可分为那几种？简述离子交换的原理

一种能与其他物质发生离子交换的物质

2、离子交换树脂的结构.组成？按活性基团不同可分为那几大类？

离子交换树脂：

一种具有网状立体结构的不溶于酸.碱和有机溶剂的固态高分子化合物，其化学稳定性良好，有一定孔隙度，且有离子交换能力。

结构组成：树脂骨架（不溶性的三维

空间网状结构）、功能基团（与骨架

相连入活性离子（与功能基团所带电荷相反的可移动的离子离子交换树脂的可交换的官能团中的活性离子决定此树脂的主要性能。

分类：K强酸性阳离子交换树脂

2、弱酸性阳离子交换树脂

3>强碱性阴离子交换树脂

4、弱緘性阴离子交换树脂

3、离了交换树脂令那些理化性能指标？

外观：多为球形，I流体阻力；

交联度：须具有一定交联度，使其不溶于一般酸、碱及有机溶剂。

化学稳定性：应有较好的化学稳定性，不易分解破坏。

机械强度：有一定的物理稳定性，避免或减少破损流失。

交换量：为了能有较大的交换容量，在制造时应使单位质量树脂所含的官能团尽可能多。有较

大的交换容量和选择性好（实际应用中具

有多少可交换离子的能力），要容易解吸

（良好的可逆性）。

4、什么是离子交换的选择性？其选择性受哪些因素的影响？

离子交换选择性：

在实际应用中，溶液中常常同时存在着很多离子。离子交换树脂能否将所需离子从溶液中吸附出或将杂质离子全部（或大部）吸附住，具有更大的实际意义。这就是离子交换选择性。

离子交换树脂和离子间的亲和力越大，就越容易吸附。

树脂的选择性集中反应在交换常数K的数值上。影响离子交换树脂选择性的因素

1、离子价数：优先选择高价离子，低价离子被吸附时较弱。

阳离子被吸附顺序：F『> Al” > Ca2> > Mg" > Na

阴离子被吸附顺序：柠檬酸根 > 硫酸根

>硝酸根

2、溶液浓度的影响：

树脂对离子交换吸附的选择性，在稀溶液中选择性较大，在浓溶液中较小。因此可将

溶液稀释，树脂选择吸附高价离子。

3、离子的水化半径：

离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，而不是原子量。水化半径较小的离子优

先吸附。

4、树脂物理结构的影响：

交联度高对离子的选择性较强；大孔型树

脂选择性低于凝胶型树脂。

5-有机溶剂的影响：

有机溶剂存在，树脂对有机离子的选择性降低，而易吸附无机离子。

6?树脂与交换离子间的辅助力：

能与树脂间形成辅助力（氢键.范德华力等），树脂对其吸附力就大；

破坏辅助力的溶液，能将离子从树脂上洗

脱出来。

5、普通型离子交换树脂为何不能用來分离提収蛋白质分子？

6、什么是软水和无盐水？如何制备软水和无盐水？

1、软水制备

*软水:利用钠型阳离子交换树脂去除Ca2\Mg2+ 后的水：

Ca24

Ca2*

2RS03Na + （RSOab +

2Na4

Mg2+

Mg^

*再生用食盐水（10^15%）生成钠型，反复使用o

2、无盐水的制备

*无盐水：将原水中的所有溶解性盐类、游离酸、緘离子去除。

2、将原水通过氢型阳离子交换树脂和轻型阴离子交换树脂，经离子交换反应，去除阴、阳离子制成。*制备无盐水包括阳离子交换、阴离子交换反应。

7、对有实用意义的离子交换树脂有何要求?

8、为什么离子交换树脂对有机大分子的吸附会存在假平衡？

离子交换过程对有机大分子吸附时会存在假平衡，原因：

1.树脂的活性中心受空间排列的影响不能全

部吸附有机大分子，即树脂上的活性中性排列过密，其中一部分活性中性被有机大分子遮住，影响其吸附量；

2?树脂颗粒度影响对大分子的交换：颗粒大，

有机大分子在树脂内部扩散慢，平衡时间长。

9、有哪些因索影响离子交换反应速度？

影响交换速度的因素

*树脂颗粒：离子的外扩散速度与树脂颗粒大小成反比，内部扩散速度与粒径倒数的高次方成正比，故粒度减小，交换速度加快。

*树脂的交联度：交联度下降，树脂易膨胀，树脂内扩散较容易。降低交联度，可提高交换速度。

*溶液流速：外扩散随溶液过柱流速的增加而增加；内扩散基本不受流速或搅拌的影响。

*溶液浓度：溶液中离子浓度低，对外扩散速度影响较大，对内扩散影响较小；离子浓度较高，对内扩散影响较大，对外扩散影响较小。

*温度：溶液温度升高，扩散速度加快，交换速度也增加。

*离子的大小：小离子的交换速度较快；大分子受空间阻碍，扩散速度特别慢。

*离子的化合价：离子与树脂骨架间存在库仑引力，化合价越高，扩散越慢。

第九章吸附法

1、吸附作用机理是什么？

?吸附作用：

?物质（被吸附的产物）从液体相

浓缩到固体（吸附剂）表面从而

达到分离的过程。

?吸附剂：在表面上能发生吸附作

用的固体

?吸附物：被吸附的物质。

2、吸附法有几种？各自有何特点？

?物理吸附（最常见的吸附现象）：

?吸附剂与吸附物通过分子力（范

德华力）产生的吸附；

?吸附不仅限于一些活性中心，而

是整个自由界面；

?物理吸附是可逆的，吸附和解吸同时

存在；

?一种吸附剂可吸附多种物质，没

有严格的选择性（但吸附■有差

别）；

?与吸附剂的表面积.细孔分布、温度

等有关。

吸附的类型（续）

*化学吸附：

*由于吸附剂与吸附物间的电子转移，发生化

学反应而产生的，需一定的活化能；

*选择性较强，一种吸附剂只对某种或几种特定物质有吸附作用；

*吸附为单分子层吸附，吸附后较稳定，不易解吸；

*'与吸附剂的表面化学性质及吸附物的化学性质有关。

化学吸附一化学键力的吸附

1）吸附区域为未饱和的原子2）吸附层数为单层

3）吸附可逆性一不可逆

4）吸附选择性一很好

项目物理吸附化学吸附

作用力范德华力化学键力

吸附热较小，接近液化热较大，接近反应热选择性

几乎没有有选择性

吸附速度较快，需要活化能慢，需要一定活化能吸附分子层很小单分子

单分子或多分子层

3、大孔网状聚合物吸附与活性炭吸附剂相比有何优缺点？

?大网格聚合物吸附剂：

大网格离子交换树脂去其官能团，保留

多孔骨架，其性质与活性炭.硅胶等吸附剂相似。

?特点：

? 选择性好，解吸容易，机械强度

好，可反复使用，流体阻力较小。

?可按需要选择不同原料和合成条件改

变其孔隙度.骨架结构. 极性，用

于吸附各种有机化合物O

4、影响吸附过程的因索有那些？

影响吸附过程的因素

*吸附剂的性质：

*理化性质对吸附影响很大，要求吸附容量大、

吸附速度快.机械强度好。

*吸附容量主要与比表面积有关；

*吸附速度主要与颗粒度和孔径分布有关,

*机械强度影响其使用寿命。

*吸附物的性质：

能使表面张力降低的物质，易为表面所吸附; 溶质从较易溶解的溶剂中吸附时，吸附*较少；

极性吸附剂易吸附极性物质，非极性吸附剂易吸附非极性物质；

对于同系列物质，吸附量变化有规律；

*溶液pH的影响:影响某些化合物的离解度（常通过实验决定）

*温度的影响：吸附热越大，温度对吸附的影响越大。

*其他组分的影响：对混合物的吸附较纯溶质的吸附为差。

第十章色层分离

1、为什么说色谱分离的效率是所有分离纯化技

术屮最高的？

2、何谓色层分离法？可分为那几大类？

利用多组分混合物中各组分物理化学性质的差异（分子的形状和大小，分子的极性，吸附力，分子的亲和力，分子的分配系数等）,使各组分以不同程度分配在麻中。当多组分混合物随流动相流动时，由于各组分物理化学性质的差异，而以不同的速率移动，使之分离。

3、各种色谱分离（吸附.分配、离子交换、凝胶.

亲和）的机理是什么？在制备和生产生物体组

成成分时如何进行色谱分离的选择，举例说

明。

吸附色谱（Adsorption chromatography, AC ）：混合物随流动相通过固定相（吸附剂）时，固定相对不同物质的吸附力不同使混合物分离的方法。

分配色谱（Distribution chromatography, DC, 液液色谱）=

固定相和流动相均为液相，利用混合物

中各物质在两液相中的分配系数不同而分离。离子交换色谱（ion exchange chromatography^ IEC）:

基于离子交换树脂上可电离的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换，混合物中不同溶质对交换剂具有不同的亲和力而将它们分离。

凝胶色谱（Gel chromatography, GC）：

以凝胶为固定相，根据各物质分子大小

不同而进行分离的色谱技术（利用生物大分子的相对分子质量差异进行层析分离的方法）,又称为分子筛色谱（molecular sieve chromatography, MSC）；空间排阻色谱（size exclusion chromatography^ SEC）■ 主要用于脱盐.分级分离及分子量的测定。亲和色谱（affinity chromatography, AFC）：利用生物分子间的特异性亲和力进行分离（即把与目的产物具有特异亲和力的生物分子固定化后作为固定相，当含目的产物的混合物流经固定相时，即可把目的产物从混合物中分理出来）色谱分离方法的选择

*常按以下几方面来选择不同色谱方法：

3、目的产物的分子结构.物理化学特性及分子量的大小；

4、主要杂质特别是分子结构、大小和理化特性与目的产物相近的杂质的成分与含量；

5＞目的产物在色谱分离过程中的生理活性的稳定性。

*对于蛋白质.酶.核酸等生物大分子（分子量大、易失活、具有生物专一亲和性），较多选用多糖基质离子交换色谱、疏水作用色谱、凝胶和亲和色谱。

*对于生物小分子的代谢物（分子量小、结构和性质较稳定，操作条件不太苛刻），采用吸附. 分配、离子交换色谱。

4、分配色谱与制备和工业色谱的主要区别是什

么？

分析色谱与制备和工业色谱的比较

1应用色谱技术范围不同：

分析色谱：流动相包括气相.液相，固定相形状有柱、纸.薄板。

制备和工业色谱：主要采用以液相为流动相的柱上色谱。

2操作上的不同：

分析色谱：进样量越小越好，检测灵敏度越高越好，如微型毛细管柱色谱。

制备和工业色谱：进样量越多越好，色谱柱应大些，如大直径的径向色谱柱。

3色谱分离理论上的不同：

■理论塔板数的不同：

■ 生物小分子，分离机理较

明确，分离好坏与理

论塔板数有关；

■大分子，分离机理综合效

果，分离好坏与理论塔

板数无明显关系

■ 分配系数的不同：

■分析色谱：溶质浓度下

降，一定温度下，K为

常数；

■ 制备命工业色谱：为提

高产率，须提高单元操

作进样量，样品浓度增

大，K是温度的函数。4样品保留值与峰高不同:

■分析色谱：同一样品保留值为常

数，由保留值大小定性；峰高与

组分浓度呈线性关系，峰高可作

定量分析指标。

■ 制备和工业色谱：保留值不仅随样

品而变，且随浓度而变；保留值

不定性，峰高不作定量分析的指

标。

5、层析剂有那几种？各自有何特点？

层析剂种类

无机基质层析剂：

硅胶.氧化铝、活性炭、多孔玻璃等制成球性或无定形颗粒，可用于吸附和正相分配色谱。或经化学修饰.涂层改性，可制成不同分离机理的层析剂。

有机基质层析剂：（琼脂糖系，葡聚糖系）基质颗粒可广泛选择单体和交联剂聚合进行化学改性处理，层析剂普遍有良好的选择性；层析剂负载能力强，有较高的色谱容量; 化学稳定性良好，pH应用范围广；不易产生不可逆吸附作用，较好保持生物活性。

6、何谓亲和色层分离法？亲和力的木质是什

么？亲和色层中常用的亲和关系有那儿种？

亲和色谱（affinity chromatography, AFC）：

利用生物分子间的特异性亲和力进行分离（即把与目的产物具有特异亲和力的生物分子固定化后作为固定相，当含目的产物的混合物流经固定相时，即可把目的产物从混合物中分理出来）基本原理

属于一种吸附色谱，吸附作用主要靠生物分子对它的互补结合体（配基）的生物识别能力。

常用的亲和关系：生物体内相互作用的分子对：酶-低物或抑制剂，抗原-抗体，激素-受体，糖蛋白-凝集素，生物素生物素结合蛋白等。