第四章沉淀分离法
沉淀分离技术.
蛋白质聚集沉淀
（1）破坏水化膜，分子间易碰撞聚集，将大量盐 加到蛋白质溶液中，高浓度的盐离子有很强的水化 力，于是蛋白质分子周围的水化膜层减弱乃至消失， 使蛋白质分子因热运动碰撞聚集。
（2）破坏水化膜，暴露出憎水区域,由于憎水区域间作用使蛋 白质聚集而沉淀，憎水区域越多，越易沉淀。
（3）中和电荷，减少静电斥力，中性盐加入蛋白质溶液后，蛋 白质表面电荷大量被中和，静电斥力降导致蛋白溶解度降低， 使蛋白质分子之间聚集而沉淀。
亲水胶体在水中的 稳定因素
水化膜
水化膜
+ + + + + + ++ +
带正电荷蛋白质 （亲水胶体） 脱水
碱 酸 等点电时的蛋白质 （亲水胶体） 脱水
碱 酸 带负电荷蛋白质 （亲水胶体） 脱水
+ + + + + + ++ +
带正电荷蛋白质 （疏水胶体）
阴离子 不稳定蛋白颗粒
阳离子
带负电荷蛋白质 （疏水胶体）
7.65 6.85
（1）忽略溶液体积的变化，若回收90%的BSA，需要加 入多少固体硫酸铵？（37.27Kg） （2）沉淀中BSA的纯度是多少？（95.34%）
KS分段盐析法
在一定pH、温度条件下，改变离子强度。 适用于早期粗提阶段的分步分离。
虽然这个理论所假定的条件并不完全适合于蛋白质分子，但该 理论对于理解破坏蛋白质溶液的稳定性仍有很大帮助，同时还 有助于针对具体蛋白质选择最合适的沉淀剂及技术。
DLVO理论
颗粒间的相互作用的位能取决于离子强度。 在低离子强度时，颗粒距离处在中间状态，双 电层斥力占优势，可看为一个凝聚的势垒；在 高离子强度时，吸引力超过排斥力，相互间的 总位能表现为吸引位能。 虽然这个理论所假定 的条件并不完全适合于蛋白质分子，但该理论 对于理解破坏蛋白质溶液的稳定性仍有很大帮 助，同时还有助于针对具体蛋白质选择最合适 的沉淀剂及技术。
沉淀分离法
二、优缺点
优点： 其原理简单，又不需要特殊的装置，是一种古老、经典 的化学分离方法。 缺点：需经过滤、洗涤等手续，操作较繁杂费时；某些组分的沉 淀分离选择性较差，分离不够完全。 但由于分离操作的改进，加快了过滤洗涤的速度；另一方面，通过使 用选择性较好的有机沉淀剂，提高了分离效率，因而到目前为止，还 是一种常用的分离方法。
2-
SO4
2-
Ba2+
SO4
2-
SO4
2-
Ba2+ Ba2+
SO4
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Ba2+
SO4
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Ba2+
2014-8-1
SO4
2-
Ba2+
Ba2+
21
SO4
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Ba2+
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Ba2+
SO4 Ba2+ 2- 2+ SO Ba 2- 4 Ba2+ SO 4 SO4 2Ba2+
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Ba2+SO4
2-
-
SO42
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Ba2+
Ba
-4
Ba2+ Ba2+
SO42
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SO42
-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ba2+
SO42
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SO42
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SO42
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Ba2+
2014-8-1
24
2SO42- Ba2+ SO 4 2Ba2+ SO Ba2+ 24 2SO4 Ba2+ SO4 22+ SO Ba2+ Ba 4 22+ SO42SO4 Ba 2+ SO42- Ba2+ Ba 2SO42- Ba2+ SO 4 2Ba2+ SO Ba2+ 24 2SO4 Ba2+ SO4 22+ SO Ba2+ Ba 4 22+ SO42SO4 Ba 2+ SO42- Ba2+ Ba 2SO42- Ba2+ SO 4 2Ba2+ SO Ba2+ 24 2SO4 Ba2+ SO4
沉淀分离法的原理是
沉淀分离法的原理是沉淀分离法是一种常用的分离和净化混合物中固体与液体的方法。
它是利用溶液中存在不溶性物质产生沉淀现象的原理进行分离的。
其基本原理可概括为两个步骤：沉淀生成和沉淀收集。
首先，沉淀生成是指在溶液中加入适当的试剂，通过反应产生不溶性的物质，使之形成沉淀。
这通常涉及到离子反应或者共价键制约中离子间距离的约束。
例如，当有两种溶液A和B中存在可沉淀物质时，可以根据化学反应的原理，向其中一种溶液中加入适当的试剂反应生成沉淀。
在沉淀反应中，通常需要考虑如溶液的pH值、温度、沉淀物质的溶解度等因素。
通过控制这些因素，在试管或反应容器中可以观察到沉淀生成。
其次，在沉淀生成后，沉淀收集是指将沉淀与溶液分离开来。
这可以通过过滤、离心、沉淀沉淀、再溶解等方式进行。
其中，最常用的方法是过滤。
通过将溶液通入一个过滤纸上，不溶性沉淀物质会被留下，而溶液则通过过滤纸流入集液瓶中。
过滤后的沉淀可以用水或其他溶剂进行洗涤以去除溶液中残留的杂质，然后进行干燥，最终得到纯净的沉淀。
沉淀分离法在实际应用中具有广泛的用途。
例如，在环境保护中，它可以用于处理含有悬浮颗粒物的废水。
通过添加适当的化学试剂，使颗粒物形成沉淀，从而将废水中的固体分离出来。
此外，在化学实验室中，沉淀分离法也常用于从复杂的混合物中提取所需的化合物。
例如，可以通过沉淀分离法从矿石中提取金属元素，或者从植物中提取活性成分。
总结来说，沉淀分离法利用沉淀生成和沉淀收集两个步骤，通过反应生成不溶性的物质，然后将沉淀与溶液分离开来，以实现固体与液体的分离。
这一方法在实验和工业生产中具有广泛的应用，为提取纯净的物质，并满足各种需求提供了有效的手段。
水质工程学第4章沉淀与澄清3
——沉淀过程中，清水区高度不断增加
A澄清液层、B受阻沉降层、C过渡层、D压缩层
拥挤沉淀试验
——利用沉淀过程线分析： Kynch 法、 Fitch 法
——建立沉速—浓度函数关系v=f（C） （多筒试验）：固体通量法、吉冈法
——作用：用于分析静置沉淀；确定水中悬 浮颗粒的沉降特性
1、自由沉淀试验 2、絮凝沉淀 3、拥挤沉淀（高浓度悬浮液的沉淀试验）
自由沉淀试验
自由沉淀一般采用单筒沉淀柱试验确定悬 浮颗粒的沉降特性。
1）试验装置 2）试验方法 3）沉淀效率η的求取
自由沉淀试验
沉淀柱有效水深H，
悬浮物原始浓度为C0。 在时间t1时从水深H处取样测得C1，则认为沉速大于 u1（H/t1）的颗粒均已通过H，残余颗粒必然具有小 于u1的沉速，则沉速小于u1的颗粒与全部颗粒的比 例x1=C1/C0。
——沉淀时间: 絮凝沉淀
因此，设计沉淀池时，除了对表面负荷率有要 求外，还对停留时间、池深、进出水构造、排泥 方式等均有要求。通常，对于静置沉淀得出的试 验结果，在用于设计时还需考虑一定的安全系数。 一般在设计时：
q=q0/1.25~1.75，T=（1.5~2.0）T0
沉淀池
概述
一、平流式沉淀池 (horizontal flow Sedimentation Tank) 二、竖流式沉淀池 (vertical flow ST) 三、斜板（管）沉淀池（tilted-plate ST） 四、澄清池（clarifier，clarification tank）
概述
沉淀池构造根据功能分为五个区:
进水区: 保证进水均匀分布在整个进水断 面上，避免短流，减少死角和紊流影响，提 高容积利用系数。 出水区: 均匀出水(目的同上)，阻拦浮渣 沉淀区: 污水与颗粒分离，工作区 污泥区: 污泥贮放、浓缩、排除 缓冲区: 分隔沉淀区，保证沉下的颗粒不 因水流搅动而再次浮起进入沉淀区。
生物分离工程4沉淀法
第四章沉淀法在分离制备中，沉淀主要用于浓缩目的，或用于除去留在液相或沉淀在固相中的非必要成分。
沉淀：流体中分散悬浮的固体或液体，在重力、离心力、静电力等各种力场内，将粒子互相或自流体分离的作业。
例：澄清(clarification)、稠化(thickening)、类析(classification)、浮选(floatation)、重液分离(heavy liquid separation)、集尘(dust collection)。
其中使用离心力场的特称为离心分离。
一、沉淀的类型沉淀按其物理性质不同，可粗略分成两类：晶形沉淀和无定形沉淀 ( 又称非晶形沉淀或胶状沉淀 ) 。
晶形沉淀如：BaSO4，MgNH4PO4， CaC2O4·2H2O ， PbSO4其颗粒直径约0.1 ～ 1 μ m 。
非晶形沉淀： Fe2O3·nH2O ， ZnS ，Al2O3·nH2O[Al(OH)3] 其颗粒直径一般 <0.02 μ m 。
晶形沉淀：内部排列较规则，结构紧密，整个沉淀所占体积较小，易沉降于容器底部。
无定形沉淀，由许多疏松聚集在一起的微小沉淀颗粒组成，排列杂乱无章，有时又包含大量数目的 H2O ，所以是疏松的絮状沉淀。
介于晶形沉淀与无定形沉淀之间的为凝乳状沉淀，颗粒大小 0.1>d>0.02 μ m ，如 AgCl 。
二、沉淀的形成沉淀的形成一般经过晶核形成和晶核长大两个过程。
将沉淀剂加入试液中，当形成沉淀的离子浓度乘积大于其 KSP ，离子通过静电引力结合成一定数目的离子群，即为晶核。
晶核形成后，构晶离子向晶核表面沉积，晶核就逐渐长大成微粒。
聚集速度 V ：由离子聚集成晶核，再进一步积集成沉淀颗粒的速度。
定向速度 V ′：在聚集的同时，构晶离子又按一定晶格排列，这种定向排列速度。
若聚集速度 V 大，而定向排列速度 V ′小，即离子很快聚集来生成沉淀微粒，却来不及进行晶格排列，则得到的是非晶形沉淀。
分离分析化学沉淀分离法
K : 常 数,取 决 于 沉 淀 本 性,介 质, 温 度
2.3 生成沉淀类型
2.3.1 分级沉淀 2.3.2 共沉淀 2.3.3 均相沉淀
15
2.3.1 分级沉淀
两种阴离子（或阳离子）与相同的阳离子 （或阴离子）形成难溶盐，其溶度积相差足 够大时，加入沉淀剂可从混合溶液中将其分 别沉淀出来加以分离。 分级沉淀的顺序取决于：溶度积和离子浓度
33
2.5.2 有机沉淀剂分离法
2.5.2.1 生成鳌合物的沉淀剂
两种基团
酸性：－OH －COOH －SO3H －SH （其H+可被金属离子置换）
碱性：－NH2 NH N CO CS （以配位键与金属离子鳌合）
34
（1）8－羟基喹啉
N OH
O
NMN
O
35
（2）丁二酮肟
H3C C NOH H3C C NOH
MnXm(s)
nMm+ + mXn-
溶度积 Ksp = [Mm+ ]n[Xn- ]m
Ksp是衡量沉淀溶解能力的尺度。 Ksp越小，溶解度越小。
5
2.1.1 溶度积
MnXm(s)
nMm+ + mXn-
任一状态下：Q = [Mm+ ]n [Xn-]m
达到平衡时：Ksp = [Mm+ ]n[Xn- ]m 溶度积规则
各种氢氧化物和含水氧化物沉淀时的pH值范围
元素 Nb，Si，Ta，W Sb(Ⅴ)，Sn(Ⅳ) Mn(Ⅳ) Pb(Ⅳ) Os(Ⅳ) Ce(Ⅳ)，Sb(Ⅲ)，Ti，Zr Fe(Ⅲ)，Hg(I)，Hg(NO3)2 Sn(Ⅱ)，Th U(Ⅵ) Al，Be，Cr(Ⅲ)，Ir(Ⅳ) Cu，Fe(Ⅱ)，Nd，Pb，Pd，Rh Ru，Sm，Y，Yb Cd，Ce(Ⅲ)，Co，La，Ni，Pr，Zn HgCl2，Mn(Ⅱ)，Ag Mg
沉淀的分离的方法
沉淀的分离的方法
沉淀分离是一种常用的分离方法，适用于固体和液体之间的分离。
下面是几种常见的沉淀分离方法：
1. 重力沉淀：利用物质的密度差异，引入重力将悬浮在液体中的颗粒沉淀到底部。
2. 离心沉淀：通过高速旋转离心机，可加速颗粒的沉降速度，从而更快地进行分离。
3. 过滤：将混合物通过滤纸或其他滤膜进行过滤，使得固体颗粒被滤出，而液体透过滤膜。
4. 沉淀剂法：添加一种特定的化学物质（沉淀剂），能够与溶液中的物质发生反应生成沉淀，使其从溶液中沉淀出来。
5. 蒸发结晶：将溶液加热蒸发，使得固体物质从溶液中结晶出来，实现固液分离。
6. 电沉积：利用电解作用，通过外加电压或电流将带电的物质沉积到电极上进行分离。
需要根据具体的实验要求和分离对象选择适合的方法。
第4章沉淀法和结晶及区域熔炼和晶体生长
AgCl，1.7 SrSO4，10 BaSO4，32 PbCrO4，45
正如在化学反应中有一个活化能的势垒一样，在结晶之前存在着 一个需要克服的势垒，而过饱和度就是表示这个势垒的大小。
2。依前题若是纯品甲的溶解度大于乙的溶解度， 比如说在室温时(15℃)每100毫升溶剂能溶解纯 晶甲10克，溶解乙2克，若此粗制品在100毫升 热溶剂中已能全部溶解。那么待冷至室温，坶液中 含有纯品甲10克，乙2克，析出结晶中含有纯品 甲37.5克，乙0.5克。这样杂质的含量已相对地 减少了。若再将其溶解于80毫升的热溶剂中。待 冷至室温，母液中含有纯品甲8克及乙0.5克而析 出的结晶为纯品甲29.5克。若将第二次母液蒸千， 残渣再用20毫升溶剂重结晶，这时母液中含有纯 品甲2克，乙0.4克，而析出的结晶中含纯品甲6 克，乙0.1克。再用6毫升溶剂重结晶一次，可得 到纯品甲5.4克。连前共得纯品甲34.9克。
因为
一方面由于乙醚的易燃性，用起来应特别小心； 另一方面乙醚易沿瓶壁挥发而被溶物质析出于瓶壁上，以致影 响结晶的纯度。
在选择溶剂时必须考虑到被溶解物质的结构，因为溶质往往易溶于 与其结构近似的溶剂中。极性物质较易溶于极性溶剂，而难溶于非 极性溶剂，这种溶解度的规律对实验工作有一定的指导作用。例如 欲纯化的物质是非极性的化合物。试验巳知其在异丙醇中的溶解度 太小，不合于做溶剂之用，则一般不必再试验极性更强的溶剂，如 甲醇、水，而相反地应试验极性较小的溶剂。当然，溶剂最终选择， 只能用实验方法来决定。 若不能选择出一种单一的溶剂进行重结晶，则可应用混合溶剂。混 合溶剂一般现两种能以任何比例互溶的溶剂组成，其中一种较易溶 解待结晶的物质，另一种较难溶解。一般常用的混合溶剂有乙醇与 水，乙醇与乙醚，乙醇与丙酮，乙醇与氯仿，二氧六环与水。乙醚 与石油醚等。
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晶体：有规则 无定形沉淀：无规则
条件缓慢变化时，溶质分子有足够时间排列， 有利于结晶形成；
条件变化剧烈，强迫快速析出，溶质分子来不 及排列就析出，形成无定形沉淀。
分 结晶法：高度的选择性（原因：只有同类分子
离
或离子才能排列成晶体）。
效 沉淀法：浓缩与分离，但所得的沉淀物聚集多
果
种物质，或含有盐类，或包裹着溶剂。
第四章沉淀分离法
（二）无机盐的选择
在蛋白质盐析中，常用的盐析剂有(NH4)2SO4,
Na2SO4， MgSO4，NaH2PO4，NaCl， Na3PO4,
K3PO4。 廉价
(NH4)2SO4 原因
在水中溶解度大，且溶解度随温度变 化小，低温下仍具有较大的溶解度
对大多数蛋白质的活力无损害
第四章沉淀分离法
常用盐析剂在水中的溶解度（g/100ml水）
中性盐
温度（oC） 0 20 40 60 80 100
(NH4)2SO4 70.6 75.4 81.0 88.0 95.3 103
Na2SO4 4.9 18.9 48.3 45.3 43.3 42.2
MgSO4
-- 34.5 44.4 54.6 63.6 70.8
第四章沉淀分离法
第四章 沉淀分离法
第四章沉淀分离法
沉淀法： 利用某种沉淀剂或改变条件，使所需提取的 物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定 形固体沉淀的过程。 具有浓缩和分离的双重作用。 在蛋白质、酶、多肽、核酸和其他细胞组分 的回收和分离中应用的很多。
第四章沉淀分离法
盐析沉淀法 有机溶剂沉淀 等电点沉淀法 成盐沉淀法 高分子聚合物沉淀 选择性变性沉淀法
蛋白质周围的水分子有序排列，在表面 形成水化膜，这一层能保护蛋白质粒子 避免因碰撞而聚沉。
第四章沉淀分离法
当向蛋白质溶液中加入中性盐时： 低盐--盐溶(低盐情况下，随着中性盐离子强度的 增加，蛋白质溶解度增大)
高盐--盐析(高盐浓度时，蛋白质溶解度随之减小)
盐离子部分中和蛋白 质的电性，使分子间 排斥作用减弱
第四章沉淀分离法
无机盐可按两种方式加入溶液中： 直接加入固体(NH4)2SO4粉末—工业生产
(分批加入，充分搅拌)
加入(NH4)2SO4饱和溶液—实验室和小规模生产
(防止溶液局部过浓，但加量较多时溶液会被稀释)
第四章沉淀分离法
（三）影响盐析的各种因素
无机盐的加入量 蛋白质的浓度 温度 pH 操作方式
第四章沉淀分离法
一、盐析沉淀法
盐析法：
在高浓度中性盐存在下，欲分离物质在中性 盐水溶液中的溶解度降低而产生沉淀。
早在19世纪盐析法就被用于从血液中分离蛋 白质，目前该方法仍广泛用来回收或分离蛋白 质（酶）等生物大分子物质。
第四章沉淀分离法
（一）基本原理
蛋白质的溶解特性取决于其组成、构象、周 围环境的物理化学性质以及溶剂的可利用度。
这些性质就本质而言是水分子间的氢键和蛋白 质表面所暴露出的N、O原子的相互作用，所以 易受溶液温度、pH值、介电常数和离子强度等 参数的影响。
第四章沉淀分离法
蛋白质在自然环境中通常是可溶的， 表面：大部分是亲水基团 内部：大部分是疏水基团
蛋白质呈稳定 的分散状态
两性物质，一定pH下表面带有一定的 电荷，静电斥力作用使分子间相互排斥
第四章沉淀分离法
1.无机盐加入量的影响
2.5 蛋白质溶解度 2.0
1.5 lgS 1.0
0.5 0
-0.5
-1.0 -1.5
β S0
盐析
1 234 56 μ(离子强度)
第四章沉淀分离法
蛋白质种类不同，盐析所用的无机盐量也不同
0.50
蛋白质溶解度
0 lgS
-0.50 -1.00
0 2 4 6 8 10 μ(离子强度)
NaH2PO4 1.6 7.8 54.1 82.6 93.8 101
第四章沉淀分离法
盐析效果：阴离子 > 阳离子 尤其以高价阴离子更为明显。 常见阴离子的盐析作用顺序：
PO43- > SO42- > CH3COO > Cl > NO3 > ClO4 > I > SCN
阳离子对盐析效果的影响：
Al3+ > H+ > Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Cs+ > Rb+ > NH4+ > K+ > Na+ > Li+
中性盐的亲水性比蛋白质大， 盐离子在水中发生水化作用 从而使蛋白质脱去水化膜， 暴露出疏水区域
第四章沉淀分离法
+ +
+ + ++
++ + ++
H+ OH-
_+
+_ +
+ _
__ +
__ _
__
_
_
_ _
pH<pI,带正电， 有水膜，是稳定 的亲水胶体
中性盐 破坏水膜
pH=pI时, 有水膜， 是不稳定的亲水 胶体
不同蛋白质溶解度与离子强度的关系
第四章沉淀分离法
对于特定的蛋白质，一定操作条件下产生沉 淀时的无机盐浓度范围都是一定的，即具有一定 的蛋白质盐析分布曲线。
40
蛋白质溶解度
30
lgS 20
C0
10
0 20 30 40 50 60 70 P—第不四章同沉淀分(离N法H4)2SO4 饱和度
蛋白质沉淀的速度可用 - —dS 对盐饱和度（P）
中性盐 破坏水膜
pH>pI,带负电， 有水膜，是稳定 的亲水胶体
中性盐 破坏水膜
+ +
+
+
中性盐
+ + 中和电荷
+ + + ++ SO42-
_+
+_ +
+ __ _+
中性盐 中和电荷
_ _
_
__
NH4+ _
或Na+
_
_ _
蛋白质沉淀
蛋白质的第盐四章析沉淀机分离法制示意图
蛋白质在水中的溶解度不仅与中性盐离子的浓度 有关，还与离子所带电荷数有关，高价离子影响更 显著。
作图来表示：
dP
8 – d—S 6
固相析出分离技术
1.概念： 通过加入某种试剂或改变溶液条件，使生化产物以 固体形式从溶液中沉淀析出的分离纯化技术。
2.种类
结晶法：析出物为晶体 沉淀法：析出物为无定形固体
3.沉淀和结晶（晶体）的异同点 ：在本质ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ同属一种过程（固相析出）
第四章沉淀分离法
区别：
构成单位（原子、离子或 分子）的排列方式不同
通常用离子强度表示对盐析的影响。
第四章沉淀分离法
蛋白质溶解度
2.5 2.0
1.5 lgS 1.0
0.5
起始蛋白
0
浓度
-0.5
-1.0
-1.5
β
碳氧血红蛋白的lgS
与(NH4)2SO4离子强
盐溶 度μ的关系
S0
盐析
1 234 56 μ(离子强度)
盐析区: lgS = β - Ks μ
蛋白质溶解度 常数 盐析常数 盐离子强度